稻作煙區(qū)土壤硼鉬養(yǎng)分垂直分布及與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系

胡瑞文 劉勇軍 唐春閨 肖艷松 向鵬華 穰中文 周清明 黎娟 李強(qiáng)

摘 ?要：為探明湖南稻作煙區(qū)土壤有效硼和有效鉬含量的垂直變化規(guī)律，采集湖南郴州、衡陽和長沙煙區(qū)0～50 cm剖面土壤150個(gè)，利用多元統(tǒng)計(jì)方法分析了植煙土壤有效硼和有效鉬的垂直分布特征，并揭示了其與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系。結(jié)果表明，土壤有效硼和有效鉬含量隨土層加深逐漸降低;20～50 cm土層有效硼含量郴州和衡陽煙區(qū)“低”，長沙煙區(qū)“極低”。郴州和衡陽煙區(qū)各土層有效鉬含量“中等”或“豐富”，長沙煙區(qū)30～50 cm土層有效鉬含量“低”。土壤有效硼和有效鉬含量與有機(jī)質(zhì)含量顯著正相關(guān)，且各土層有效硼與有機(jī)質(zhì)均符合線性模型，有效鉬與有機(jī)質(zhì)在0～30 cm土層符合線性模型，30～50 cm土層符合線性加平臺模型;隨土壤深度增加，有機(jī)質(zhì)與有效硼的相關(guān)性增強(qiáng)，與有效鉬的相關(guān)性減弱。在長期小型機(jī)械和人工耕作制度下，土壤耕作層變淺，有效硼和有效鉬呈現(xiàn)出表層富集化的趨勢。

關(guān)鍵詞：稻作煙區(qū);垂直分布;硼鉬養(yǎng)分;有機(jī)質(zhì);回歸分析

Abstract： In order to investigate the vertical distribution of soil available boron and available molybdenum content in paddy–tobacco growing areas of Hunan Province， in 2017， 150 soil samples with 0-50 cm profile in Chenzhou， Hengyang and Changsha tobacco growing areas were collected. The vertical distribution characteristics of available boron and available molybdenum in tobacco planting soil were analyzed by multivariate statistical method， and the relationship between them and organic matter was studied. The contents of available boron and molybdenum in soil decreased with the deepening of soil layer. The available boron content of 20-50 cm soil layer in Chenzhou and Hengyang tobacco area was "low"， and that in Changsha tobacco area was "very low". In Chenzhou and Hengyang tobacco areas， the available molybdenum content of each soil layer is "medium" or "rich"， while in Changsha tobacco area， the available molybdenum content of 30-50 cm soil layer is "low". There was a significant positive correlation between the content of soil available boron and available molybdenum and the content of organic matter， and the content of available boron and organic matter in each soil layer was consistent with the linear model. The contents of available molybdenum and organic matter were consistent with the linear model in 0-30 cm soil layer， and in line with the linear plus platform model in the 30-50 cm soil layer. With the increase of soil depth， the correlation between organic matter and available boron was strengthened， and the correlation between organic matter and available molybdenum was weakened. Under the long-term small-scale mechanical and artificial farming system， with the soil tillage layer becoming shallower， the available boron and available molybdenum showed a trend of surface enrichment.

Keywords： paddy–tobacco growing area; vertical distribution; soil boron and molybdenum nutrient; soil organic matter; regression analysis

稻作煙區(qū)即春季種煙、秋季種稻的煙稻輪作區(qū)。煙稻輪作是一種高效的復(fù)種方式，有利于提高土地生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

土壤中有效態(tài)微量元素是作物微量元素的主要獲取來源，其中硼和鉬是作物生長發(fā)育與產(chǎn)量形成所必需的營養(yǎng)元素[2]。硼參與了作物碳水化合物代謝和運(yùn)輸?shù)壬磉^程[3]，硼的缺乏會阻礙作物細(xì)胞的伸長和分裂，影響作物根系的伸長和生長[4]，不利于作物地上部分的營養(yǎng)吸收與干物質(zhì)積累，導(dǎo)致作物品質(zhì)和產(chǎn)量下降。鉬是作物體內(nèi)硝酸還原酶的重要組成部分，影響作物固氮過程和氮代謝[5]，且鉬可以增強(qiáng)作物抗逆性和對鈣、磷等元素的吸收[6]。

湖南稻作煙區(qū)作為我國典型的煙稻輪作區(qū)域之一，其土壤有效態(tài)硼和有效態(tài)鉬具有一定的時(shí)間和空間異質(zhì)性，受土壤、氣候和耕作條件等多重因素影響[7-8]。郭婷等[9]研究表明，湘南稻作煙區(qū)0～20 cm土層土壤有效硼含量在2015年已達(dá)到中等水平，成土母質(zhì)、地形地貌、土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量都會對其產(chǎn)生影響。針對稻作煙區(qū)土壤微量元素的豐缺評價(jià)與時(shí)空變異特征已開展了相關(guān)研究[10]，而土壤養(yǎng)分垂直分布特征研究則多數(shù)關(guān)注大量元素[11-12]，對于土壤有效態(tài)硼和有效態(tài)鉬的垂直剖面分布特征及其與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系研究少有報(bào)道。鑒于此，以湖南典型稻作煙區(qū)土壤為研究材料，研究了土壤有效態(tài)硼和鉬的垂直分布特征，并分析了其與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系，以期為合理施用微肥、實(shí)現(xiàn)煙稻輪作高產(chǎn)高效和促進(jìn)煙葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)槲覈胁康南鏂|和湘南地區(qū)，屬于大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，光照充足，熱量豐富，無霜期長。年平均氣溫16～19 ℃，夏季平均氣溫大多在26～29 ℃之間，春夏多雨，秋冬干旱。地貌類型多樣，以丘陵和山地為主。

1.2 ?土壤樣品采集

于2017年水稻收獲后，2018年烤煙種植前，在郴州、衡陽和長沙3個(gè)典型稻作煙區(qū)進(jìn)行土壤取樣。每個(gè)植煙區(qū)選取10塊田，采用五點(diǎn)取樣法采集0～10、10～20、20～30、30～40和40～50 cm剖面土壤，共150個(gè)土壤樣品，分別混勻后用四分法保留大約1 kg土樣帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、研磨后過篩制成待測樣品。

當(dāng)?shù)卮硇酝寥蕾|(zhì)地為壤土，在采集0～50 cm剖面土壤時(shí)，取質(zhì)地為壤土的田塊作為取樣田塊，觀察并劃分各田塊耕作層與犁底層，測量耕作層深度。郴州、衡陽和長沙煙區(qū)耕作層平均深度分別為11.05、13.32和13.53 cm。

1.3 ?土壤檢測指標(biāo)及方法

土壤有效硼（Available B）用沸水浸提-甲亞胺比色法測定，有效鉬（Available Mo）用草酸-草酸銨浸提-極譜法，有機(jī)質(zhì)（SOM）用重鉻酸鉀氧化-比色法，具體測定方法參照文獻(xiàn)[13]。

1.4 ?土壤有效硼和有效鉬含量分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)前人研究[14]，對湖南稻作煙區(qū)土壤有效硼和有效鉬含量進(jìn)行不同等級劃分，如表1所示。

1.5 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS 24軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較、皮爾森（Pearson）相關(guān)分析和平滑回歸分析[15]。Origin 2018軟件作圖。

2 ?結(jié) ?果

2.1 ?土壤有效硼與有效鉬垂直分布特征

由圖1可知，不同土層的土壤有效硼含量在0.18～0.35 mg/kg，隨土層的加深而降低;土壤有效鉬含量為0.16～0.33 mg/kg，隨土層的加深而降低。

土壤有效硼含量最高的為0～10 cm土層，極顯著高于20～30 cm、30～40 cm 和40～50 cm土層，與10～20 cm土層無顯著差異。從土壤有效鉬含量來看，0～10 cm土層最高，為0.33 mg/kg，40～50 cm土層最低，極顯著低于0～10、10～20 cm和20～30 cm土層，與30～40 cm土層無顯著差異。由此可知，湖南典型稻作煙區(qū)0～20 cm土層的有效硼含量“中等”，20～50 cm土層的有效硼含量“低”;0～30 cm土層的有效鉬含量“豐富”，30～50 cm土層的有效鉬含量“中等”。

2.2 ?土壤有效硼與有效鉬的分區(qū)比較

將郴州、衡陽和長沙3個(gè)煙區(qū)土壤有效硼與有效鉬含量的垂直分布進(jìn)行比較，結(jié)果見圖2。3個(gè)煙區(qū)0～20 cm土層有效硼含量以郴州最高，長沙最低;20～50 cm土層以衡陽最高，長沙最低。0～10和20～30 cm土層有效硼含量3個(gè)煙區(qū)之間無顯著性差異，而在10～20 cm土層郴州較長沙高39.29%（p<0.05），30～40和40～50 cm土層衡陽較長沙分別高139.03%（p<0.05）和164.52%（p<0.01）。

3個(gè)煙區(qū)土壤有效鉬含量在0～20 cm土層以郴州最高，長沙最低;在20～50 cm土層以衡陽最高，長沙最低。0～10 cm土層有效鉬含量3個(gè)煙區(qū)之間均存在顯著差異，表現(xiàn)為郴州>衡陽>長沙（p<0.05）;10～20 cm土層郴州和衡陽較長沙分別高34.94%和22.17%（p<0.01），20～30 cm土層分別高32.24%和32.96%（p<0.01），30～40 cm土層分別高98.07%和149.07%（p<0.01），40～50 cm土層分別高108.97%和159.53%（p<0.01）。

2.3 ?土壤有機(jī)質(zhì)對有效硼與有效鉬含量的影響

2.3.1 ?土壤有機(jī)質(zhì)對有效硼含量的影響 ?不同土層深度有機(jī)質(zhì)對有效硼含量的影響如圖3所示。結(jié)果表明，在0～50 cm不同土層中，有效硼含量均隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加，符合線性模型，線性擬合優(yōu)度隨著土層的加深逐漸升高，且20～30、30～40和40～50 cm土層的線性回歸擬合優(yōu)度均超過了0.8，回歸直線對觀測值的擬合程度較好。

在0～50 cm不同土層中，土壤有機(jī)質(zhì)與有效硼的相關(guān)系數(shù)變化趨勢見圖3F。從圖中可知，有機(jī)質(zhì)與有效硼的相關(guān)系數(shù)隨著土層的加深而逐漸變大，且這種趨勢在10～20與20～30 cm土層之間變化幅度最大。

2.3.2 ?土壤有機(jī)質(zhì)對有效鉬含量的影響 ?不同土層深度有機(jī)質(zhì)對有效鉬含量的影響如圖4所示。結(jié)果表明，在0～10、10～20和20～30 cm土層中，有效鉬含量均隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加，符合線性模型，其線性擬合優(yōu)度隨著土層的加深先降低后升高，且線性回歸擬合優(yōu)度均超過了0.8，回歸直線對觀測值的擬合程度較好;而在30～40和40～50 cm土層中，有效鉬含量均隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加先增加而后趨于穩(wěn)定，符合線性加平臺模型。

在0～50 cm不同土層中，土壤有機(jī)質(zhì)與有效鉬的相關(guān)系數(shù)變化趨勢見圖4F。從圖中可知，隨著土層的加深，有機(jī)質(zhì)與有效鉬的相關(guān)系數(shù)呈變小趨勢，且這種趨勢在20～30與30～40 cm土層之間變化幅度最大。

3 ?討 ?論

土壤微量元素的缺乏已逐漸成為我國大多種植區(qū)域中作物生產(chǎn)的限制因素，微量元素含量的高低與土壤類型和栽培措施密切相關(guān)，且土壤微量元素生物有效性易受到土壤侵蝕和土壤酸化等生態(tài)環(huán)境的影響。在湖南典型煙稻輪作區(qū)域，土壤有效硼和有效鉬主要富集于土壤表層（0～20 cm），其含量自土壤表層向下呈現(xiàn)依次遞減的特征，這與周俊等[16]和孟霖等[17]研究結(jié)果相似。多年來烤煙種植的耕作層位于土壤表層，耕作活動(dòng)與微肥的施用使得土壤表層的有效硼和有效鉬含量逐年積累，而表層以下的土壤有效硼和有效鉬含量較低，受到土壤通透性、土壤水分和土壤生物活性等因素的影響[18-19]。耕作層的變淺導(dǎo)致了硼鉬元素在土壤表層的富營養(yǎng)化，而在非耕作層土層越深其含量越低。3個(gè)植煙區(qū)土壤有效硼和有效鉬含量的垂直分布揭示了有效硼和有效鉬在空間上的變異性，不同植煙區(qū)應(yīng)采取差異化的管理措施。不同植煙區(qū)土壤硼鉬養(yǎng)分含量的差異，不僅受土壤成土母質(zhì)、pH和當(dāng)?shù)貧夂驐l件的影響，也與海拔和施肥措施相關(guān)。曹榕彬[20]研究表明，土壤有效硼受土壤pH、有機(jī)質(zhì)和海拔的影響，隨pH和有機(jī)質(zhì)的升高而上升，隨海拔的升高而降低。段淑輝等[21]對比了瀏陽2000年和2015年植煙土壤養(yǎng)分狀況，受當(dāng)?shù)厥┓蚀胧┑南拗疲?5年來土壤有效鉬含量有所下降。根據(jù)土壤硼鉬養(yǎng)分區(qū)域與垂直分布的差異特征，建議在3個(gè)植煙區(qū)利用垂直粉壟技術(shù)[22]加深耕作層，以平衡各土層的硼和鉬元素養(yǎng)分供煙株根系全方位吸收利用，并且在郴州和衡陽煙區(qū)少量增施硼肥，控制鉬肥施用以防出現(xiàn)毒害作用，在長沙煙區(qū)適量增施硼肥，少量配施鉬肥。

土壤有效硼和有效鉬與有機(jī)質(zhì)在各土層均有極顯著相關(guān)，這與王永豪等[23]和趙維俊等[24]研究結(jié)果一致，但穆桂珍等[25]研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)與硼和鉬的線性關(guān)系不顯著，這是由于穆桂珍等研究的區(qū)域其土壤酸堿度為5.22，在該弱酸性土壤條件下，硼和鉬元素的生物有效性更易受到土壤酸度的影響。值得關(guān)注的是，土壤有效硼與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性隨土層加深逐漸變強(qiáng)，其原因是硼是微生物礦化作用釋放的有機(jī)質(zhì)成分，且硼能被腐殖質(zhì)吸附[26]，土壤有效硼隨有機(jī)質(zhì)的增加而顯著增加，而0～20 cm土層為本研究中烤煙種植的耕作層，長期的人工耕作和土壤養(yǎng)分遷移等因素影響了有機(jī)質(zhì)與有效硼的線性平衡，造成耕作層土壤有效硼與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性減弱。土壤有效鉬與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性隨土層加深出現(xiàn)減弱的趨勢，兩者的平滑回歸關(guān)系在30～50 cm土層符合線性加平臺模型，有效鉬含量在0.30 mg/kg左右便不再因有機(jī)質(zhì)含量的增加而變化，這一現(xiàn)象的原因有待進(jìn)一步深究。

4 ?結(jié) ?論

湖南稻作煙區(qū)土壤有效硼和有效鉬含量富集于土壤表層，自表層向下依次遞減;郴州、衡陽和長沙3個(gè)植煙區(qū)不同土層土壤有效硼和有效鉬含量差異顯著，具有一定的空間變異性，需對其實(shí)行差異化管理;土壤有效硼和有效鉬與有機(jī)質(zhì)均呈極顯著正相關(guān)，且隨著土層的加深，有效硼與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性逐漸增強(qiáng)，有效鉬與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性呈減弱趨勢。在湖南稻作煙區(qū)煙葉生產(chǎn)中，今后需依照植煙土壤有效硼和有效鉬的垂直分布特征與植煙區(qū)差異特征，并結(jié)合兩者與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系，構(gòu)建合理耕作層，針對性地施入微肥與有機(jī)肥以平衡各層土壤有效硼和有效鉬含量，供烤煙高效吸收利用，促進(jìn)湖南煙葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

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