曲靖煙區(qū)煙葉微量元素與土壤pH值關(guān)系研究

張蕓萍 郭山虎 張錦濤 解 燕 易 克 李 強(qiáng)

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，410128，湖南長沙；2湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，410000，湖南長沙；3云南省煙草公司曲靖市公司，655000，云南曲靖）

微量元素是植物正常生長發(fā)育不可或缺的必要元素，是植物多種酶及維生素的重要組成成分，能調(diào)節(jié)植物新陳代謝，增強(qiáng)免疫力[1]。微量元素對煙株的光合作用、物質(zhì)運(yùn)輸和抗逆性起著決定性作用[2]。微量元素不足或過量會影響煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性及煙株正常生理機(jī)能，使煙株生長發(fā)育不完全，導(dǎo)致煙葉品質(zhì)降低[3]。煙株吸收的微量元素主要來自于土壤、灌溉水和肥料，其中土壤占比最高[4]。土壤是一個(gè)由氣體、液體和固體三相組成的復(fù)雜系統(tǒng)，土壤微量元素有效量受多種因素的影響，如成土母質(zhì)、土壤類型、地形、土壤理化性質(zhì)和人類活動等[5]。不同的土壤類型中微量元素含量差異顯著，同一土壤類型也會因發(fā)自不同成土母質(zhì)使微量元素含量有很大差別[6]。土壤pH作為土壤基本性質(zhì)，不僅影響土壤養(yǎng)分有效性、形態(tài)轉(zhuǎn)化和遷移變化，也關(guān)系著烤煙對土壤養(yǎng)分的吸收和利用。有研究表明，在不同pH值范圍土壤中其微量元素含量差異顯著[7]。在前人[8-9]研究中不同區(qū)域植煙區(qū)煙葉礦質(zhì)元素與土壤pH值有不同程度的相關(guān)關(guān)系。云南曲靖地域廣闊，氣候條件和土壤資源均較適宜優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)，是全國最大的烤煙生產(chǎn)基地。已有不少研究[10-11]證明了曲靖煙區(qū)煙葉礦質(zhì)元素與土壤理化性質(zhì)有著密不可分的關(guān)系。鑒于此，本文研究曲靖煙區(qū)煙葉微量元素與土壤pH值的關(guān)系，以期為曲靖煙區(qū)合理施肥、提高煙葉品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

云南曲靖煙區(qū)位于云貴高原中部，位于云南省東部偏北，地跨東經(jīng) 102°42′～104°50′，北緯 24°19′～27°03′，屬低緯高原亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，有南亞熱帶到北溫帶6種氣候類型。曲靖總耕地面積7.29×105hm2，適宜種植烤煙的面積5.63×105hm2。煙區(qū)年均煙葉產(chǎn)量達(dá)1.8×105t，是云南乃至全國最大的烤煙產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)土壤類型主要有紅壤、紫色土、黃壤、水稻土、沖積土、新積土和石灰?guī)r土。

1.2 樣品采集和分析

試驗(yàn)于2019年10-12月進(jìn)行。采用GPS定位技術(shù)，對曲靖市9個(gè)植煙縣(市、區(qū))基本煙田進(jìn)行定位取樣。選點(diǎn)時(shí)綜合考慮當(dāng)?shù)乜緹煼N植分布、地形地貌和海拔高度，確保選取的樣點(diǎn)具有代表性，入選的田塊面積均在667m2以上。記錄田塊中心的經(jīng)緯度和高程，同時(shí)記錄取樣地點(diǎn)的地形和土壤類型。在田塊翻耕前，根據(jù)田塊形狀采用“X”或“W”形取樣法采集耕作層土壤（0～20cm），每個(gè)田塊取5～10個(gè)樣點(diǎn)，用四分法取約1kg土樣，共采集土壤樣品3656份。土樣經(jīng)風(fēng)干和研磨后過100目篩制成待測樣品，參照相關(guān)方法[12]進(jìn)行土壤pH值測定。在曲靖市9個(gè)植煙區(qū)根據(jù)取樣地點(diǎn)按照GB 2635—1992中的烤煙分級標(biāo)準(zhǔn)，采集下橘二、中橘三和上橘等級煙葉各2kg。樣品采集要求選擇當(dāng)?shù)赜写硇?、施肥合理、煙田長勢長相良好、適時(shí)成熟采收且烤后外觀質(zhì)量較好的煙葉。共采集煙葉樣品3656份，煙葉經(jīng)烘干和研磨后過60目篩制成待測樣品，參照相關(guān)方法[13]測定煙葉微量元素全含量。

1.3 指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參照文獻(xiàn)[14]制定曲靖煙區(qū)紅壤酸堿度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，按pH值高低分為以下5個(gè)等級：酸性pH值（≤5.0）、偏酸性pH值（5.0～5.5]、中性pH值（5.5～7.0]、偏堿性pH值（7.0～7.5）和堿性pH值（≥7.5）。依據(jù)國內(nèi)外卷煙工業(yè)企業(yè)對初烤煙煙葉微量元素含量的要求，參考文獻(xiàn)[15-16]中煙葉微量元素分級制定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 煙葉微量營養(yǎng)元素含量分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Grading standard for micro nutrient elements in tobacco leaves

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS17.0軟件完成多元統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析；利用Excel完成線性回歸分析，方法參照文獻(xiàn)[17]，在等樣本平滑回歸分析中將3656個(gè)樣品按pH值從大到小順序每121個(gè)為一組，最后一組為147個(gè)樣品，共分為30組。

2 結(jié)果與分析

2.1 曲靖烤煙微量元素及土壤pH值分布特征

曲靖烤煙微量元素描述性統(tǒng)計(jì)特征見表2，從均值來看，F(xiàn)e含量最高，為294.32mg/kg，Mn含量次之；Mo和Cl含量最低，分別為0.26mg/kg和0.27%。從變異程度來看，Mo含量變異較小，其他5種微量元素均為變異程度中等。煙葉中Mn和Zn含量適中，但有19.80%的Mn含量較高，約50%的Zn含量較高。Fe總體含量較高，有80%以上的樣本處于高水平；B、Mo和Cl總體含量較低，特別是B和Mo含量均有70%以上的樣本處于低水平。

表2 煙葉微量元素描述性統(tǒng)計(jì)特征Table 2 Statistical characteristics of trace elements in tobacco leaves

從圖1可看出，曲靖煙區(qū)土壤pH平均值為6.28，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.863；正態(tài)分布曲線峰值在6.00～7.00之間，說明曲靖煙區(qū)土壤pH屬于適宜水平。其中土壤pH處于5.5～7.0適合烤煙生長的樣本占52.94%。pH值5.5以下的土壤樣本占22.62%，7.0以上的樣本占24.45%。

圖1 曲靖煙區(qū)土壤pH值正態(tài)分布圖Fig.1 Normal distribution of pH value of soil in Qujing tobacco area

2.2 曲靖煙區(qū)煙葉微量元素與土壤pH值的關(guān)系

2.2.1 煙葉微量元素與土壤pH值的相關(guān)關(guān)系 由相關(guān)性分析（表3）可看出，土壤pH值與煙葉中Cl、Zn及Mn含量極顯著負(fù)相關(guān)，與Fe、B及Mo含量極顯著正相關(guān)。

表3 曲靖煙區(qū)煙葉微量元素與土壤pH相關(guān)性Table 3 Correlation between trace elements and soil pH in Qujing tobacco area

2.2.2 煙葉Mn、Zn及Cl含量與土壤pH值的線性回歸 采用等樣本平滑回歸方法討論曲靖煙區(qū)煙葉Mn、Zn及Cl元素含量與土壤pH值的關(guān)系（圖2）。結(jié)果表明，煙葉中Mn、Zn及Cl含量與土壤pH值呈良好的線性函數(shù)關(guān)系（R2=0.8510，P=0.000）、（R2=0.7056，P=0.000）、（R2=0.6529，P=0.000），隨著土壤pH值的增長這3種元素含量呈下降的趨勢。

圖2 煙葉Mn、Zn及Cl含量與土壤pH回歸分析Fig.2 Regression analysis of Mn, Zn and Cl contents in tobacco leaves and soil pH

2.2.3 煙葉B、Mo及Fe與土壤pH值的線性回歸 采用等樣本平滑回歸方法討論曲靖煙區(qū)煙葉B、Mo及Fe含量與土壤pH值關(guān)系（圖3）。結(jié)果表明，煙葉中B、Mo及Fe含量與土壤pH值呈線性函數(shù)關(guān)系（R2=0.5510，P=0.000）、（R2=0.8442，P=0.000）、（R2=0.6266，P=0.000），隨著土壤 pH 值的增長這3種元素含量呈增長的趨勢。

圖3 煙葉B、Mo及Fe含量與土壤pH回歸分析Fig.3 Regression analysis of B, Mo and Fe content in tobacco leaves and soil pH

3 討論

土壤酸堿度是決定土壤供肥能力的重要因素，影響著土壤微生物活性、養(yǎng)分循環(huán)及作物生長[18]。土壤過酸或過堿均會損害煙株根部，影響煙株養(yǎng)分吸收?？緹煂ν寥浪釅A度適應(yīng)性較強(qiáng)，在pH值4.0～9.0的土壤均能正常生長發(fā)育，但在pH值5.5～7.0的土壤上種植的煙葉質(zhì)量最優(yōu)[19]。曲靖植煙土壤pH均值為6.28，正態(tài)分布曲線峰值在6.00～7.00之間，屬于適宜范圍。

本文研究了煙葉微量元素與土壤pH值關(guān)系，結(jié)果表明：煙葉Mn、Zn和Cl含量與土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，煙葉B、Mo和Fe含量與土壤pH值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。煙葉Mn和Zn含量在適中范圍的樣本量為68.7%和46.61%，總體上含量適中。土壤中Mn和Zn有效性和存在形式與土壤pH值息息相關(guān)[20]。當(dāng)土壤pH值較低時(shí)，土壤中Mn和Zn可轉(zhuǎn)化為易被植株吸收的水溶態(tài)和交換態(tài)[21-22]，而隨著pH值升高，土壤中易被吸收的水溶態(tài)和交換態(tài)的Mn和Zn下降[23]，煙株吸收的Mn和Zn含量也隨之減少，即隨著土壤pH升高，煙葉Mn和Zn呈下降趨勢。這與王小兵等[24]和方秀等[25]研究結(jié)果一致。

曲靖煙區(qū)煙葉Cl、B和Mo含量總體上屬于一個(gè)較低范圍，低及很低樣本量占比超過70%。這3種微量元素在煙株生長過程中參與光合作用、蛋白質(zhì)代謝和硝酸還原等一系列活動[26]，其含量過低會造成煙葉吸濕性和彈性變差、易碎及葉片質(zhì)體色素含量降低，導(dǎo)致煙葉品質(zhì)下降[27]。Cl在土壤中移動性強(qiáng)，易因降雨而淋溶，土壤pH主要是通過土壤表面電荷對Cl含量產(chǎn)生影響[28]。有研究[29]發(fā)現(xiàn)湘西植煙土壤發(fā)現(xiàn)酸化土壤中Cl–含量較高，并隨著pH值增加有下降的趨勢。在呈弱酸性的土壤中有效B和有效Mo含量較高，并隨著pH值的升高逐漸增加[30]。而土壤Cl及有效B和Mo含量則是煙葉Cl、B和Mo主要來源之一[29，31]。曲靖煙區(qū)煙葉Cl含量隨著土壤pH值的升高呈逐漸下降的趨勢。與譚軍等[32]研究結(jié)果一致。曲靖煙區(qū)煙葉B和Mo含量隨著pH值的升高呈逐步上升的趨勢，這與張繼等[33]和姚旺等[34]研究結(jié)果相似。

曲靖煙區(qū)煙葉Fe含量在土壤類型、成土母質(zhì)、地形和土壤理化性質(zhì)等各種因素長期共同的作用下，具有高度空間差異性。在本研究中曲靖煙區(qū)煙葉中Fe含量處于一個(gè)較高的水平并隨著土壤pH值增長呈緩慢上升的趨勢，這與盧曉鵬等[35]的研究結(jié)果均不一致。曲靖煙區(qū)植煙土壤土壤類型主要有紅壤、紫色土、黃壤、水稻土、沖積土、新積土和石灰?guī)r土。紅壤和紫色土作為曲靖煙區(qū)植煙土壤主要類型，由于該區(qū)域高溫多雨，土壤淋溶作用強(qiáng)導(dǎo)致土壤缺乏堿金屬和堿土金屬而富含F(xiàn)e和Al等氧化物，使土壤Fe含量較高[36]。隨著pH值的增加，土壤中有效態(tài)和交換性態(tài)Fe有少量增加[37]。但可能是由于曲靖植煙土壤本身Fe含量較高的原因，隨著土壤pH值增加，煙葉中Fe含量葉還是有逐步上升的趨勢。

4 結(jié)論

曲靖煙區(qū)土壤pH均值為6.28，偏酸和偏堿的土壤樣本分別占22.62%和24.45%，但整體上處于適宜水平。煙葉Mn含量適中，且低及很低水平樣本量占比不超過5%；煙葉B、Mo和Cl總體處于低及很低水平，占比高達(dá)60%以上，適中水平占比不超過25%；煙葉Fe含量總體較高，高及很高水平樣本量占比高達(dá)92.09%，適中水平僅占5.85%；煙葉Zn樣本量適中和高及很高水平各均占約50%。總體來說曲靖煙區(qū)煙葉Mn和Zn含量適中，B和Mo較為缺乏，Cl含量較低，F(xiàn)e含量過高。曲靖煙區(qū)煙葉中Mn、Zn和Cl含量與土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，煙葉B、Mo和Fe含量與其呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。在今后的煙葉生產(chǎn)中建議曲靖偏酸或偏堿的煙區(qū)在調(diào)節(jié)土壤酸堿度的同時(shí)，根據(jù)煙葉微量元素與土壤pH值的關(guān)系，結(jié)合煙葉豐缺元素含量科學(xué)合理施肥，適量增施硼肥和鉬肥調(diào)節(jié)煙葉微量元素，進(jìn)一步提高煙葉質(zhì)量。