桂陽煙區(qū)土壤有效硼分布特征及其對煙葉硼和主要含氮化合物含量的影響

田超華 張學偉 郭 瑋 劉文建 劉永來曹明鋒 祝 利 鄧 勇 景延秋劉 棟

（1河南農業(yè)大學煙草學院，450002，河南鄭州；2廣東中煙工業(yè)有限責任公司，510310，廣東廣州；3湖南省煙草公司郴州市公司，423000，湖南郴州；4湖南省煙草公司常德市公司，415000，湖南常德）

硼（B）是植物生長發(fā)育必需的微量元素之一[1-2]，參與光合作用、激素運轉、細胞分裂、細胞伸長、氮代謝和核酸代謝等[3]。煙草屬于中等需硼植物，過高或過低的硼供給均會影響其正常生長，硼供給不足會導致核酸代謝紊亂、氮代謝速率下降、嫩葉中蛋白質含量降低、含氮化合物含量升高、植株生長緩慢、節(jié)距縮短和葉片卷曲、增厚等問題；硼供給過高則會引起葉間發(fā)黃和脈間失綠、壞死等癥狀[4-6]。煙葉內的含氮化合物具有重要的生理功能，并在一定程度上決定著煙葉的感官品質[7]。硝酸還原酶活性直接影響煙葉的氮代謝過程。硼能顯著提升煙葉生長前中期硝酸還原酶活性，從而促進煙株吸收的NO3-轉化為NH4+，然后再進一步合成氨基酸和蛋白質等其他含氮化合物[8-9]，因此硼元素對煙株正常生長和品質提升具有重要意義。

桂陽煙區(qū)位于湖南省郴州市西部，種煙歷史悠久，年產煙葉量約3.00萬t，是全國重要的濃香型優(yōu)質煙葉供應基地，但關于桂陽煙區(qū)土壤有效硼含量分布特征及其對烤煙硼和主要含氮化合物含量的影響鮮見報道。鑒于此，本文以桂陽煙區(qū)土壤樣品和煙葉樣品為材料，研究桂陽煙區(qū)土壤有效硼含量的分布特征、主要影響因素及其對煙葉硼和主要含氮化合物含量的影響，旨在為桂陽煙區(qū)合理施用硼肥并提升煙葉品質提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

1.1.1 土壤樣品 采用GPS定位技術，于2019年1月對湖南省郴州市桂陽縣13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本煙田進行取樣，取樣田塊面積均在667m2以上，避開雨季，在煙草移栽前、未施用底肥時進行，共采集土壤樣本328個，并記錄采樣點農戶、經(jīng)緯度和海拔等信息。每個采樣區(qū)塊取8～10個點，采用“S”型取樣方式，用取土器鉆取耕層0～20cm土層土壤，混合成約2kg的土樣，并用四分法去除多余土壤，留1kg土壤，經(jīng)風干、去雜、研磨和過篩等處理后裝袋。

1.1.2 煙葉樣品 于2019年8月在桂陽煙區(qū)各土壤樣品采集點選取等級為C3F（中橘三）的煙葉采集樣品，共計328個，每個樣品1.5kg，烘干、粉碎并過篩備用。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤指標 采用玻璃電極法測定pH，采用重鉻酸鉀氧化法測定有機質含量，采用甲亞胺比色法測定土壤有效硼含量，土壤母質由河南農業(yè)大學煙草學院專家實地觀察并結合室內分析確定，采用比重法確定土壤顆粒組成，并按照參考文獻[10]提供的方法進行判定[10]。

1.2.2 煙葉指標 采用干灰化法測定煙葉硼含量，采用氨基酸全自動分析儀測定總氨基酸含量，參照YC/T 161-2002測定總氮含量，參照YC/T 166-2002測定煙堿含量，參照YC/T 166-2003測定蛋白質含量[11]。

參照《中國煙草種植區(qū)劃》[12]和田鵬等[13]研究進展，將土壤有效硼含量分為極低（≤0.14mg/kg）、低（0.15～0.29mg/kg）、適宜（0.30～0.59mg/kg）、豐富（0.60～0.99mg/kg）和極豐富（≥1.00mg/kg）5個等級。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel整理數(shù)據(jù)，用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計分析、相關性分析、方差分析、多重比較和回歸分析。

2 結果與分析

2.1 土壤有效硼含量的分布特征

由表1可知，桂陽縣土壤有效硼含量平均值為0.55mg/kg，處于適宜水平，變幅為0.19～1.33mg/kg，變異系數(shù)為32.73%，屬于中等強度變異，偏度和峰度系數(shù)均大于0，數(shù)據(jù)呈正偏態(tài)尖峭峰。方差分析表明，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間土壤有效硼含量差異顯著，其中仁義鎮(zhèn)、浩塘鎮(zhèn)、方元鎮(zhèn)和雷坪鎮(zhèn)土壤有效硼含量較高，分別為0.67、0.65、0.61和0.60mg/kg，為豐富等級，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有效硼含量均為適宜等級。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)有效硼含量均屬于中等強度變異，其中正和鎮(zhèn)變異系數(shù)最大，為38.63%，橋市鄉(xiāng)變異系數(shù)最小，為14.58%。

表1 不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有效硼含量的分布特征Table 1 Distribution characteristics of soil available boron contents in different towns

由圖1可知，桂陽縣4.27%的土壤樣本硼含量為較低等級，65.85%為適宜等級，27.75%為豐富等級，2.13%為極豐富等級。敖泉鎮(zhèn)和太和鎮(zhèn)土壤有效硼含量適宜比例均為100%，方元鎮(zhèn)和浩塘鎮(zhèn)分別有4.76%和6.33%的樣本土壤有效硼含量為極豐富等級，樟市鎮(zhèn)、舂陵江鎮(zhèn)和洋市鎮(zhèn)分別有8.70%、13.33%和14.29%的樣本土壤有效硼含量為較低等級。

圖1 不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有效硼含量的分布比例Fig.1 Distribution ratio of soil available boron content in different towns

2.2 不同成土母質土壤有效硼含量的變化

由表2可知，3種成土母質土壤有效硼含量均值從高到低依次為坡積物、洪積物和沖積物，均為適宜等級，其中洪積物變幅最大。由分布頻率可知，洪積物的適宜樣本比例最高（69.09%），坡積物的豐富樣本比例最高（45.45%）。方差分析表明，不同成土母質土壤有效硼含量差異達顯著水平（F=3.148；sig=0.044），多重比較表明坡積物中有效硼含量顯著高于沖積物。

表2 不同成土母質土壤有效硼含量的變化Table 2 Changes of available boron contents in different soil parent materials

2.3 不同質地土壤有效硼含量的變化

由表3可知，3種質地土壤有效硼含量均值從高到低依次為壤土、黏壤土和黏土，其中壤土有效硼含量為豐富等級，黏土和黏壤土有效硼含量為適宜等級。由分布頻率可知黏土的適宜樣本比例最高（76.22%），壤土中處于豐富和極豐富的樣本比例最高，分別為50.00%和5.56%。方差分析表明，不同質地土壤有效硼含量差異達到極顯著水平（F=15.483；sig=0.000），多重比較表明壤土和黏壤土有效硼含量顯著高于黏土。

表3 不同質地土壤有效硼含量的變化Table 3 Changes of available boron contents in different texture soils

2.4 pH對土壤有效硼含量的影響

桂陽煙區(qū)植煙土壤pH范圍為5.01～8.14，均值為7.32，總體呈弱堿性，與匡傳富等[14]研究結果基本一致。根據(jù)實際采樣結果及文獻[15]將土壤pH分為6組，并計算各組有效硼含量均值。由表4可知，各組間有效硼含量差異達極顯著水平（F=5.258，sig=0.000），除pH為5.50～5.99分組外，其他分組有效硼含量均顯著高于pH為5.00～5.49分組，pH≥7.50分組的樣本比例最高（57.62%），pH為5.00～5.49分組的樣本比例最低（3.05%），由均值可以看出，土壤有效硼含量隨pH的升高表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢。

表4 不同pH范圍下土壤有效硼含量的變化Table 4 Changes of soil available boron contents in different pH ranges

相關分析表明，有效硼含量與pH呈顯著正相關（r=0.120，P=0.030）；回歸分析（圖2）表明，有效硼含量和pH滿足極顯著二次曲線關系（R2=0.075，P=0.000）。由圖2可知，隨著土壤pH的升高，土壤有效硼含量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，與分組結果一致，即土壤有效硼含量隨pH的升高表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢。

圖2 土壤pH與有效硼含量的回歸關系Fig.2 Regression relationship between soil pH and available boron content

2.5 土壤有機質含量對土壤有效硼含量的影響

桂陽煙區(qū)土壤有機質含量為17.20～107.00g/kg，均值為46.55g/kg。根據(jù)實際采樣結果及文獻[15]將土壤有機質分為5組，并計算各組土壤有效硼含量均值，由表5可知，有機質含量為45.00～54.99和≥55.00g/kg分組的土壤有效硼含量顯著高于有機質含量為≤24.99和25.00～34.99g/kg的分組，有機質含量為35.00～44.99g/kg分組的土壤有效硼含量與其他分組無顯著差異。由均值可以看出，土壤有效硼含量隨有機質含量的升高而升高。

表5 不同有機質含量范圍下土壤有效硼含量的變化Table 5 Changes of soil available boron contents in different organic matter content ranges

相關分析表明，土壤有效硼含量與有機質含量呈極顯著正相關（r=0.322，P=0.000）；回歸分析表明（圖3），土壤有機質含量與有效硼含量間滿足極顯著線性回歸關系（R2=0.127，P=0.000），即隨著土壤有機質含量的升高，土壤有效硼含量呈線性升高的趨勢，與分組結果一致。

圖3 土壤有機質含量與有效硼含量的回歸關系Fig.3 Regression relationship between soil organic matter content and available boron content

2.6 土壤有效硼含量對煙葉硼含量的影響

桂陽煙區(qū)煙葉硼含量范圍為8.25～48.50mg/kg，均值為22.32mg/kg。根據(jù)我國優(yōu)質煙葉硼元素標準[16]，本研究中桂陽煙區(qū)煙葉硼含量達到我國優(yōu)質烤煙水平。由表6可知，各土壤有效硼組間煙葉硼含量差異達極顯著水平（F=57.252，sig=0.000），土壤有效硼含量為0.30～0.59和≥1.00mg/kg分組的煙葉硼含量顯著高于土壤有效硼含量為0.15～0.29和0.30～0.59mg/kg分組，土壤有效硼含量為0.30～0.59mg/kg分組的煙葉硼含量顯著高于土壤有效硼含量為0.15～0.29mg/kg分組。由均值可以看出，煙葉硼含量隨土壤有效硼含量的升高而升高。

表6 不同土壤有效硼含量范圍下煙葉硼含量的變化Table 6 Changes of boron contents in tobacco leaves under different soil available boron content ranges

相關分析表明，土壤有效硼含量與煙葉硼含量呈極顯著正相關關系（r=0.673，P=0.000）；回歸分析（圖4）表明，土壤有效硼含量與煙葉硼含量間滿足極顯著線性回歸關系（R2=0.179，P=0.000），即隨著土壤有效硼含量的升高，煙葉硼含量呈線性升高的趨勢，與分組結果一致。

圖4 土壤有效硼含量與煙葉硼含量的回歸關系Fig.4 Regression relationship between soil available boron content and tobacco boron content

2.7 土壤有效硼含量對煙葉主要含氮化合物含量的影響

2.7.1 煙葉蛋白質和總氨基酸 桂陽縣土壤有效硼含量與煙葉蛋白質和總氨基酸含量的相關性分析表明，土壤有效硼含量與煙葉蛋白質含量呈極顯著正相關關系（r=0.794，P=0.000）；等樣本平滑回歸分析（圖5）表明，土壤有效硼含量與煙葉蛋白質含量呈極顯著二次曲線關系（R2=0.709，P=0.000），即隨著土壤有效硼含量的升高，煙葉蛋白質含量表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢。土壤有效硼含量與煙葉總氨基酸含量呈極顯著正相關關系（r=0.662，P=0.000）；等樣本平滑回歸分析表明，土壤有效硼含量與煙葉總氨基酸含量呈極顯著二次曲線關系（R2=0.605，P=0.000），即隨著土壤有效硼含量升高，煙葉總氨基酸含量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢。

圖5 土壤有效硼含量對煙葉蛋白質和氨基酸含量的影響Fig.5 The effects of soil available boron on the protein and amino acid content of tobacco leaves

2.7.2 煙葉煙堿和總氮 桂陽縣土壤有效硼含量與煙葉煙堿和總氮含量的相關性分析表明，土壤有效硼含量與煙葉煙堿含量呈極顯著負相關關系（r=-0.831，P=0.000）；等樣本平滑回歸分析表明（圖6），土壤有效硼含量與煙堿含量呈極顯著二次曲線關系（R2=0.7864，P=0.000），即隨著土壤有效硼含量升高，煙葉煙堿含量表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢。土壤有效硼含量與煙葉總氮含量無顯著相關關系，等樣本平滑回歸表明，土壤有效硼含量與煙葉總氮含量無顯著相關關系。

圖6 土壤有效硼含量對煙葉總氮和煙堿含量的影響Fig.6 The effects of soil available boron content changes on the total nitrogen and nicotine content of tobacco leaves

3 討論

3.1 土壤有效硼含量分布特征

土壤有效硼含量的豐缺直接影響烤煙的生長發(fā)育和品質形成[17]。桂陽煙區(qū)植煙土壤有效硼含量均值為0.55mg/kg，總體含量適宜，但仍有6.40%的植煙土壤有效硼含量低或極豐富。因此，桂陽煙區(qū)應實行分區(qū)施肥管理，對于土壤有效硼含量較低的區(qū)域（樟市鎮(zhèn)、舂陵江鎮(zhèn)和洋市鎮(zhèn)），適當增施硼肥，對于土壤有效硼含量極豐富的地區(qū)（方元鎮(zhèn)和浩塘鎮(zhèn)），適當減少硼肥的施入，以免硼毒害發(fā)生。

3.2 土壤有效硼含量的主要影響因素

本試驗中成土母質、土壤質地、pH和有機質含量均對土壤有效硼含量的影響顯著，不同成土母質土壤有效硼含量存在極顯著差異，其中坡積物土壤有效硼含量最高，洪積物次之，沖積物最低，這與郭婷等[18]的研究結果一致，這可能與不同成土母質的硼素背景和成土背景有關。不同土壤質地有效硼含量存在顯著性差異，其中壤土有效硼含量最高，黏壤土次之，黏土最低，這與姚旺等[19]的研究結果一致，這可能是因為黏土對硼的吸附能力大，從而導致土壤有效硼含量較低，而壤土和黏壤土質地較粗，對土壤有效硼吸附能力小，從而土壤有效硼含量較高。土壤有效硼含量與土壤pH呈顯著正相關，土壤有效硼含量隨pH的升高表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，這與鄧小華等[20]的研究結果一致，這是因為當土壤處于酸性條件下，硼主要以B(OH)3的形式存在，土壤對其吸附力相對較小，土壤有效硼含量增加，當土壤pH繼續(xù)增大，B(OH)4-的含量相對增加，土壤對硼的吸附力增大，被固定的硼較多，硼的有效性降低。土壤有機質和有效硼含量呈顯著正相關，土壤有效硼含量隨有機質含量的升高而升高，這與黎娟等[21]的研究結果一致，這可能是因為有機質能吸附固定硼素，從而減少淋失，同時又可礦化釋放硼，從而提高土壤有效硼含量[22-23]。

3.3 土壤有效硼含量對煙葉硼和主要含氮化合物含量的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效硼含量對煙葉硼和主要含氮化合物影響顯著，煙葉硼含量與土壤有效硼含量間存在極顯著正相關關系，說明土壤有效硼含量的增加是影響煙葉對硼元素吸收的主要因素，這與穆童等[24]的研究結果一致，方差分析表明土壤有效硼含量為0.60～0.99與≥1.00mg/kg分組間煙葉硼含量無顯著差異，說明土壤有效硼含量過高時，煙葉硼含量并不會隨著土壤有效硼含量的提高而上升，這可能是因為當土壤有效硼含量≥1.00mg/kg時，會對烤煙產生毒害作用。土壤有效硼含量與煙葉蛋白質、總氨基酸和煙堿含量間存在顯著關系，與總氮關系不顯著，這與陳魚躍等[25]和徐照麗等[26]的研究結果一致，本研究表明隨著土壤有效硼含量的升高，蛋白質和總氨基酸含量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，煙堿含量表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢，這可能是因為適宜的土壤有效硼含量能提升煙株硝酸還原酶活性，促進氮代謝，但土壤有效硼含量過高則會抑制煙株氮代謝。

4 結論

桂陽煙區(qū)土壤有效硼含量總體適宜，93.60%的土壤樣本處于適宜或豐富水平，能滿足優(yōu)質煙葉生產所需。土壤有效硼含量與pH呈極顯著二次曲線關系，與有機質含量呈極顯著線性正相關關系。煙葉硼含量與土壤有效硼含量呈極顯著線性正相關，煙葉蛋白質、總氨基酸和煙堿含量與土壤有效硼含量呈極顯著二次曲線關系。桂陽煙區(qū)土壤有效硼含量較低或極豐富區(qū)域，可通過調節(jié)土壤pH、有機肥料和硼肥的施用來調控土壤有效硼含量，進而影響煙葉硼和主要含氮化合物含量，從而改善煙葉質量。