畢節(jié)地區(qū)植煙土壤有效態(tài)微量元素含量評(píng)價(jià)

劉國(guó)順，臘貴曉，李祖良，翟 欣，魏躍偉，代昌明

（1.國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州 450002；2.貴州省煙草公司畢節(jié)地區(qū)公司，貴州 畢節(jié) 551700）

土壤中微量元素如銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）、硼（B）和鉬（Mo）等是作物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要組成部分[1]，其在促進(jìn)作物生長(zhǎng)代謝、產(chǎn)量提高及品質(zhì)改善方面具有十分重要的作用[2]。土壤中任何一種微量元素過量或缺乏都會(huì)影響其上種植作物的生長(zhǎng)，并且在一定程度上影響人和動(dòng)物的健康。然而長(zhǎng)期以高產(chǎn)為目的的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)只注重大量元素氮（N）、磷（P）、鉀（K）等化學(xué)肥料的投入，導(dǎo)致土壤中微量元素養(yǎng)分失衡嚴(yán)重[3-4]。植煙土壤、水稻土、紅壤均被報(bào)道出存在微量元素失衡的現(xiàn)象[5-8]。微量元素失衡已經(jīng)成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素[9]。分析土壤中微量元素含量及對(duì)其評(píng)估，有助于了解土壤中微量元素豐缺狀況，為合理施肥及改善品質(zhì)提供依據(jù)。筆者以畢節(jié)地區(qū)植煙土壤為研究對(duì)象，研究了植煙土壤中微量元素的含量，并進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià)，旨在為畢節(jié)煙區(qū)煙草生產(chǎn)的合理施肥及提高煙葉品質(zhì)提供事實(shí)及理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

畢節(jié)地區(qū)位于貴州省西北部，地處東經(jīng)103°36'～106°43'、北緯 26°21'～27°46'，屬低緯高海拔山區(qū)，地勢(shì)西高東低，大部分地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候，境內(nèi)海拔 457～2300 m?？緹熌攴N植面積4.67～5.33萬hm2，產(chǎn)量9000～10000萬kg。

1.2 土壤樣品采集

采樣在畢節(jié)煙區(qū)的織金、黔西、納雍、金沙、赫章、大方、畢節(jié)市和威寧縣等8個(gè)烤煙種植縣（市）進(jìn)行，取樣時(shí)期在烤煙收獲后進(jìn)行。樣品采集深度為0～20 cm，每個(gè)地塊取8～10個(gè)樣點(diǎn)土壤，混勻后，風(fēng)干、磨碎、過篩后待測(cè)定。根據(jù)煙區(qū)地形地貌、成土條件、種植面積，共在畢節(jié)地區(qū)8個(gè)縣（市）共采集了298個(gè)土樣樣品。

1.3 測(cè)定方法

土壤中有效態(tài)微量元素（Cu、Zn、Fe、Mn）用 DTPA 溶液浸提，ICP-OES法測(cè)定[10]；有效 B用沸水浸提，ICP-OES法測(cè)定[11]；有效鉬用pH 3.3的草酸-草酸銨提取，硫氰酸銨比色法測(cè)定[12]；pH用1:5土水比提取pH計(jì)測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定[13]。

1.4 土壤有效態(tài)微量元素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參考已有的國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果[14-15]，制定了畢節(jié)地區(qū)植煙土壤微量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及臨界值（表1）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析[16]。

表1 有效態(tài)微量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及臨界值 mg/kgTable1 The classification levels and critical values of available micronutrients

2 結(jié) 果

2.1 有效態(tài)微量元素含量狀況

表2結(jié)果顯示，畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有效態(tài)微量元素含量變異系數(shù)在50.87%～85.16%，離散度比較大。其中有效錳的變幅最大，含量 9.03～288.08 mg/kg，最大值是最小值的31.90倍，而有效硼的變幅最小，含量在0.01～1.87 mg/kg。根據(jù)表1的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及臨界值，有效銅和有效鋅中盡管分別以高、極高和中、高等級(jí)為主，但仍分別有2.01%和5.69%的樣品低于臨界值（表3）；有效鐵和有效錳的含量均高于臨界值，且以高、極高等級(jí)為主；土壤中有效硼和有效鉬比較缺乏，低于臨界值的土壤樣本分別占57.19%和42.81%?？梢?，畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有效態(tài)鐵、錳、銅和鋅含量豐富，有超過1/2的土壤缺硼，超過2/5的缺鉬。

2.2 有效態(tài)微量元素分布

根據(jù)海拔及烤煙質(zhì)量，將畢節(jié)煙區(qū)分為東部，西部和東部3個(gè)煙區(qū)。東部煙區(qū)主要包括金沙、黔西和織金，中部煙區(qū)主要包括大方、畢節(jié)和納雍，西部主要包括威寧和赫章。由表4可知，畢節(jié)各區(qū)植煙土壤平均含量變異系數(shù)為43.01%～86.57%，其中除有效銅含量在畢節(jié)東部和畢節(jié)中部變異系數(shù)小于50%外，其他微量元素在畢節(jié)的3個(gè)煙區(qū)變異系數(shù)均大于50%。畢節(jié)各植煙煙區(qū)土壤有效銅、鋅、鐵和錳含量豐富。有效銅、鐵和錳主要屬高或者極高的水平，但由于離散度較大，在畢節(jié)中部和西部仍有一部分土壤中有效銅的含量處于低或極低的水平；而土壤中有效鋅的含量在畢節(jié)東部和中部以中和高水平為主，在畢節(jié)西部以中、高和極高3個(gè)水平為主。畢節(jié)3個(gè)煙區(qū)植煙土壤中有效硼和鉬含量均缺乏，且土壤中有效鉬的缺乏程度比有效硼嚴(yán)重；從畢節(jié)東部到西部植煙土壤中有效硼和鉬的缺乏程度呈明顯的規(guī)律性，即缺乏嚴(yán)重程度：畢節(jié)西部＞畢節(jié)中部＞畢節(jié)東部，畢節(jié)西部土壤中有近 3/4的土壤缺鉬、將近1/2的土壤缺硼。

表2 畢節(jié)地區(qū)植煙土壤微量元素養(yǎng)分含量Table2 The content of available micronutrients in the tobacco-grown soil of Bijie

表3 畢節(jié)地區(qū)植煙土壤有效態(tài)微量元素含量 %Table3 The evaluation of available micronutrients in tobacco-grown soil of Bijie

表4 畢節(jié)地區(qū)各片區(qū)植煙土壤有效態(tài)微量元素含量統(tǒng)計(jì)Table4 The available micronutrient contents of tobacco-grown soil in different Bijie aeras

2.3 有效態(tài)微量元素含量與pH的關(guān)系

土壤中有效態(tài)微量元素含量受土壤特性影響，如土壤 pH、金屬總量、離子交換量、有機(jī)質(zhì)含量和土壤的礦化能力等[17-19]。室內(nèi)模擬試驗(yàn)表明，上述影響因素中土壤pH對(duì)土壤中有效態(tài)微量元素的影響最為顯著[20]。由表5可知，畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有效鐵和有效錳的含量與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（rFe=-0.4216，rMn=-0.4616，n=298）；有效鋅含量與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（rZn=-0.1399，n=298）；而有效鉬的含量與土壤pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.1853，n=298）。有效銅和有效硼的含量也呈現(xiàn)出隨著 pH 的增加而降低的現(xiàn)象（rCu=-0.0145，rB=-0.0156，n=298），但是二者的負(fù)相關(guān)關(guān)系并不顯著。

表5 土壤中有效態(tài)微量元素含量與pH的關(guān)系Table5 The relationships between available micronutrient contents and pH in tobacco-grown soil

2.4 有效態(tài)微量元素含量與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系

研究表明，土壤有效硼、鋅 60%～80%來自土壤有機(jī)質(zhì)的分解，而且有機(jī)質(zhì)保護(hù)多種微量元素免遭固定和淋失[21]。由表6可知，土壤中有效鋅、有效鐵、有效錳和有效硼的含量都與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r分別為0.1252、0.2091、0.1772和0.2705（n=298），而有效銅和有效鉬含量也隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加，但是二者的正相關(guān)關(guān)系并不顯著，r分別為0.0917和0.1077（n=298）。

表6 土壤中有效態(tài)微量元素與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系Table6 The relationships between available micronutrient content and organic matter content in tobacco-grown soil

3 討 論

土壤中有效態(tài)微量元素除受土壤自身特性的影響外，還受耕作制度、施用肥料、環(huán)境污染等人為因素的影響[22]。由于長(zhǎng)期重視土壤中大量及中量元素，而不重視微量元素的補(bǔ)給，或者單一施肥，使土壤中微量元素含量失衡，現(xiàn)已成為限制作物高產(chǎn)、高質(zhì)的重要因素[23-24]。本研究結(jié)果表明，畢節(jié)地區(qū)土壤中Fe、Mn、Cu、Zn含量豐富或極豐富，這可能與畢節(jié)煙區(qū)土壤pH大多以酸性或酸性偏中為主、當(dāng)?shù)責(zé)煵莘N植大量施用自制農(nóng)家肥以及采礦造成的負(fù)面影響有關(guān)，具體的原因還有待進(jìn)一步研究。而有效硼和有效鉬的含量比較缺乏，有超過1/2的土壤缺硼，超過2/5的土壤缺鉬；且從畢節(jié)東部到西部，土壤中B和Mo的缺乏程度加重。鉬通過自身化合物的變價(jià)參與植物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，對(duì)氮、磷和碳水化合物的轉(zhuǎn)化和代謝有密切的關(guān)系[25]；硼促進(jìn)煙株體內(nèi)碳水化合物的代謝和運(yùn)輸，參與蛋白質(zhì)和生物堿的合成[26]。大量研究表明[27-28]，在缺鉬、缺硼土壤上增施鉬肥和硼肥能顯著提高煙株的抗病性，提高煙葉的產(chǎn)值。因此，在以后的煙草種植過程中畢節(jié)煙區(qū)應(yīng)該適當(dāng)加大B和Mo肥的補(bǔ)給?？梢酝ㄟ^施用硼砂和鉬酸銨做基肥或者后期作為葉面肥進(jìn)行噴施[29-30]。

土壤中微量元素含量與土壤pH及有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系研究的較多[3,5,8,17,19]。大多數(shù)研究認(rèn)為[3,5,16]，隨著土壤中pH的升高，土壤中Fe、Mn、Cu、Zn和B的有效性會(huì)降低，但兩者的相關(guān)性的顯著程度卻因元素種類、土壤類型、成土母質(zhì)的不同而有所差異。在酸性條件下，隨著 pH的升高，有效 Cu和Zn含量隨之減少，且元素Cu比Zn更易受到pH變化的影響，有效Cu的含量在pH超過5.5時(shí)其有效性就大大降低，而元素Zn則在pH超過6.2時(shí)有效性才大大降低[17]。土壤中鐵的溶解度受土壤 pH的影響很大，三價(jià)鐵的沉淀主要是由pH決定的[31]。當(dāng)土壤pH＞7.5時(shí)，土壤pH每升高一個(gè)單位，土壤溶液中Fe的活性就將降低1000倍[32,34]。B在酸性條件下以離子態(tài)存在，在堿性條件下發(fā)生固定作用，有效性降低，而Mo與B則相反[5]。在對(duì)畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中微量元素與pH關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，土壤中有效態(tài)Zn、Fe和Mn的含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而有效Mo的含量與pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系，這和前人研究結(jié)果一致[5,17]。但是土壤中有效Cu含量與pH之間并沒呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能與畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有一定面積的土壤偏堿性，在這部分土壤中有效銅的有效性大大降低，降低了兩者的負(fù)相關(guān)程度。土壤中有機(jī)質(zhì)是微量元素的重要儲(chǔ)備庫。本研究中發(fā)現(xiàn)，畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有效Zn、Fe、Mn和B的含量與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而有效銅和有效鉬的含量卻與有機(jī)質(zhì)無顯著的相關(guān)關(guān)系，這與李曉寧等[5]的研究結(jié)果有差別，這可能與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、成土母質(zhì)、施肥措施以及試驗(yàn)條件等有關(guān)。

微量元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的元素，但并不是含量越多越好，若土壤中微量元素過多就會(huì)對(duì)土壤造成污染，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)及品質(zhì)的形成[34]。如當(dāng)土壤中銅含量嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，植物會(huì)出現(xiàn)銅毒害，銅毒害抑制光合電子轉(zhuǎn)移，而且破壞光系統(tǒng)Ⅱ，導(dǎo)致作物光合作用及其產(chǎn)量下降[34]。同時(shí)如果植煙土壤中一些微量元素含量過高，也會(huì)造成煙葉中某些重金屬含量過高，影響煙葉的吸食品質(zhì)[35]。因此，對(duì)土壤中含量豐富的微量元素Cu、Zn、Fe、Mn可以通過控制煙草生產(chǎn)中這些元素的攝入量或者通過在酸性較大的地方增施石灰的辦法來降低其有效態(tài)的含量，避免造成土壤的污染。

[1]牟金明，王朋輝，宋日，等.作物根茬留田對(duì)土壤有效微量元素動(dòng)態(tài)的影響[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998（1）：59-61.

[2]陸景陵.植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)（上）[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[3]李輝桃，李昌緯，趙伯善，等.有機(jī)肥對(duì)土中一些微量元素消長(zhǎng)和平衡的影響[J].土壤通報(bào)，1994，25（增刊）：26-29.

[4]李志軍，李平儒，史銀光，等.長(zhǎng)期施肥對(duì)關(guān)中塿土微量元素有效性的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010，16（6）：1456-1463.

[5]李曉寧，高明，慈恩.重慶市植煙土壤中有效態(tài)微量元素含量評(píng)價(jià)[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，15（3）：25-28.

[6]羅華元，吳濤，常壽榮，等.紅云集團(tuán)原料基地植煙土壤中量和微量元素狀況研究[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2009，30（6）：30-33.

[7]朱靜，黃標(biāo)，孫維俠，等.農(nóng)田土壤有效態(tài)微量元素的時(shí)空變化及其影響因素研究[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，43（1）：1-12.

[8]郭軍玲，吳士文，金輝，等.農(nóng)田土壤微量元素含量的空間變異特征和影響因素[J].水土保持學(xué)報(bào)，2010，24（1）：145-149，158.

[9]張曉霞，李占斌，李鵬.黃土高原草地土壤微量元素分布特征研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2010，24（5）：45-48，67.

[10]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[11]馬玲，劉軍，程麗婭.沸水浸提-ICP法直接測(cè)定土壤有效硼[J].安徽地質(zhì)，2007，17（3）：193-197.

[12]劉國(guó)順，李娟，黃克久.重慶植煙土壤有效態(tài)微量元素狀況分析[J].煙草科技，2010（5）：55-59.

[13]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[14]劉錚，朱其清，唐麗華，等.我國(guó)缺乏微量元素的土壤及其區(qū)域分布[J].土壤學(xué)報(bào)，1982，19（3）：209-22.

[15]陶曉秋.四川西南煙區(qū)土壤有效態(tài)微量元素含量評(píng)價(jià)[J].土壤，2004，36（4）：438-441.

[16]唐啟義，馮明光.實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析及 DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[17]Martínez C E, Motto H L .Solubility of lead, zinc and copper added to mineral soils [J].Environmental Pollution, 2000, 107(1): 153-158.

[18]Ziper C, Komarneni S, Baker D E.Specific cadmium sorption in relation to the crystal chemistry of clayminerals [J].Soil Sci.Soc.Am.J., 1988, 52: 49-53

[19]Stahl R S, James, B R.Zinc sorption by B horizon soils as a function of pH [J].Soil Sci.Soc.Am.J., 1991, 55:1592-1597.

[20]Basta N T, Pantone D J, Tabatabai M A.Path analysis of heavy metal adsorption by soil [J].Agron.J., 1993, 85:1054-1057.

[21]張永娥，王瑞良，靳紹菊.土壤微量元素含量及其影響因素的研究[J].土壤肥料，2005（5）：35-37.

[22]韓曉日，鄒德乙，劉杰.長(zhǎng)期施用有機(jī)肥和化肥對(duì)土壤鋅錳銅鐵養(yǎng)分平衡的影響[C]//胡思農(nóng).硫、鎂和微量元素在作物營(yíng)養(yǎng)平衡中的作用—國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集，成都：成都科技大學(xué)出版社，1993：329-398.

[23]余存祖，彭琳，劉耀宏，等.山西省土壤微量元素含量分布與微肥效應(yīng)[J].土壤通報(bào)，1987（4）：163-165.

[24]姜城.不同經(jīng)營(yíng)體制下土壤養(yǎng)分空間變異規(guī)律及管理技術(shù)的研究[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2000.

[25]左天覺.煙草的生產(chǎn)、生理和生物化學(xué)[M].朱尊權(quán)，譯.上海：上海遠(yuǎn)東出版社，1993.

[26]馬光庭.生態(tài)有機(jī)肥與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，12（3）：191-193.

[27]陳志厚，鄭國(guó)建，吳平，等.南平煙區(qū)中部煙葉含鉬狀況及烤煙施鉬效應(yīng)[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，22（10）：67-69.

[28]張志華，向鵬華，方其春.施硼對(duì)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（5）：62-63，66.

[29]李明德，肖漢乾，余崇祥，等.湖南煙區(qū)土壤中、微量元素狀況及施肥效應(yīng)研究[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2005，26（1）：25-27.

[30]劉國(guó)順.煙草栽培學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003.

[31]Takahashi M, Overcoming Fe deficiency by a transgenic approach in rice [J].Plant Cell, Tissue and Organ Culture,2003, 72(3): 211-220.

[32]李燕婷，白燈莎·買買提艾力，張福鎖，等.根際施肥調(diào)控技術(shù)研究初探[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2002，21（5）：55-58.

[33]Crowley D E, Reid P P, Szaniszlo P J.Microbial siderophores as iron sources for plant [A]//Winkelmann D, van der Helm J B, Neilands P P.Iron transport in microbes, plants and animals [M].Herdberg: VCH Verlag, 1987: 375-386.

[34]萬紅友，周生路，趙其國(guó)，等.蘇南經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展區(qū)土壤 Cu、Ni、Pb、Zn形態(tài)及其有效性定量分析—以昆山市為例[J].土壤學(xué)報(bào)，2010，47（4）：652-658.

[35]Hsu B, J Lee.Toxic effects of copper on photosystem Ⅱspinach chloroplasts [J].Plant Physiol, 1988, 87(1):116-119.