王彯彯，梁洪波，王 勇，李 哲，彭 東，于 利，劉海偉，閆慧峰，徐宜民*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院,北京100081；3.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,濟(jì)南 250100)

山東植煙土壤與烤煙微量元素分布特點(diǎn)及相關(guān)分析

王彯彯1,2，梁洪波1，王 勇3，李 哲1,2，彭 東1,2，于 利1,2，劉海偉1，閆慧峰1，徐宜民1*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院,北京100081；3.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,濟(jì)南 250100)

為摸清山東煙區(qū)土壤-烤煙系統(tǒng)中微量元素的分布特點(diǎn)，采用野外調(diào)查及室內(nèi)化驗(yàn)分析相結(jié)合的方法，研究了土壤與烤煙中 Fe、Mn、Cu、Zn 的交互關(guān)系。結(jié)果表明，山東煙區(qū)土壤有效 Fe、Mn 豐富，有效 Cu 適中，有效 Zn 較低。山東煙區(qū)烤煙 Fe、Mn 含量較高，Cu、Zn 含量適中。逐步回歸與偏相關(guān)分析結(jié)果顯示，煙葉中的微量元素都與土壤中對應(yīng)的微量元素有效態(tài)含量具有顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，微量元素之間表現(xiàn)出一定的協(xié)同或拮抗關(guān)系。本試驗(yàn)結(jié)果表明，山東煙區(qū)土壤中應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充 Cu、Zn 兩種微量元素，特別是質(zhì)地較粗的土壤中這 2 種元素缺乏較嚴(yán)重。

土壤；烤煙；微量元素；分布特征；多元統(tǒng)計(jì)分析

土壤與烤煙中微量元素的含量及交互作用關(guān)系到烤煙對微量元素的吸收、積累,進(jìn)而影響到烤煙的生理功能及品質(zhì)[1-6]。因此,了解微量元素的豐缺狀況及交互作用對確定烤煙合理的施肥量及施肥方式具有重要意義。

烤煙中微量元素含量受土壤、氣候條件、種植品種、煙葉等級等多種因素的影響[7-8]。烤煙吸收的微量元素主要來自土壤,在一定條件下,土壤環(huán)境狀況是影響煙葉中微量元素含量的決定因素。有關(guān)植煙區(qū)土壤微量元素分布特點(diǎn)及土壤-烤煙系統(tǒng)中微量元素間的相互關(guān)系前人已做了大量研究[9-13],結(jié)果認(rèn)為,受土壤中元素的綜合影響,元素之間存在著廣泛的協(xié)同或拮抗關(guān)系。山東是我國北方一個(gè)重要的烤煙種植省份,煙區(qū)分布范圍較廣,土壤類型、成土母質(zhì)種類復(fù)雜,氣候條件各地也有一定差異。因此受這些因素的影響,微量元素在土壤-烤煙系統(tǒng)中的交互作用可能會與其他地區(qū)有差別,但目前針對山東煙區(qū)的煙葉與土壤中微量元素綜合效應(yīng)的研究甚少。本研究以山東烤煙土壤和煙葉為試驗(yàn)材料,分析了烤煙葉片微量元素及土壤有效態(tài)微量元素含量的分布特點(diǎn)及相互關(guān)系,以期為山東煙田微肥施用和優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 土樣采集 綜合考慮地形地貌、成土母質(zhì)(巖)、土壤類型和植煙面積等因素,選取山東臨朐、蒙陰、諸城、五蓮、費(fèi)縣、莒縣6個(gè)主要植煙區(qū)中的代表性煙田。統(tǒng)一采用不銹鋼土鉆按―S”型取 15 點(diǎn)(每點(diǎn)取一土鉆)制成混合土樣,采集深度為 0～30 cm。土樣在自然條件下風(fēng)干,除去活體和根系,研磨,過 0.149 mm 篩,自封袋中保存?zhèn)溆谩９膊杉麑油?37 份,其中花崗巖發(fā)育成的棕壤或粗骨土7份,石灰?guī)r發(fā)育成的褐土5份,碎屑類沉積巖(頁巖、砂巖)發(fā)育成的褐土及鈣質(zhì)粗骨土 19 份,其余 6 份為洪積-沖擊物或黃土性物質(zhì)發(fā)育成的褐土。

1.1.2 煙樣采集 在采集土樣的地塊對應(yīng)采集煙葉樣品 C3F(中橘三)37 份,品種為各縣(市、區(qū))主栽品種,由專業(yè)評級人員按照 GB 2635—92 烤煙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等級評定。等級評定后每個(gè)樣品取 1 kg 左右,樣品烘干后去主脈粉碎,過 60 目篩,用于微量元素測定。

1.2 方法

1.2.1 土樣測定 土壤 Fe、Mn、Cu 和 Zn 有效態(tài)含量用二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提-原子吸收分光光度計(jì)測定[14]。

1.2.2 煙樣測定 稱取約 0.2 g 煙末樣品,精確到萬分之一,置于消解罐中,加入 5 mL HNO3和 3 mL H2O2,用微波消解儀消解。消解結(jié)束后,冷卻到常溫,打開密閉消解罐,將樣品消解液轉(zhuǎn)移至 50 mL PET 瓶中,定容到 50 g 左右,混勻,并記錄 PET瓶中液體的質(zhì)量。用 RCP-MS 測定溶液中的 Fe、Mn、Cu、Zn,并計(jì)算含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)分析采用 Excel 進(jìn)行平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)等的計(jì)算,SAS 8.1 進(jìn)行逐步回歸分析和偏相關(guān)分析。

2 結(jié) 果

2.1 土壤微量元素有效態(tài)含量的分布特點(diǎn)

依據(jù)第二次全國土壤普查微量元素分級標(biāo)準(zhǔn)和 1989 年中國科學(xué)院在南京召開的微量元素工作會議所制定的土壤微量元素有效態(tài)含量豐缺指標(biāo)(表1)[15],對山東煙區(qū)土壤 Fe、Mn、Cu 和 Zn有效態(tài)含量進(jìn)行評價(jià)。

表1 土壤 Fe、Mn、Cu、Zn 有效態(tài)含量豐缺評價(jià)指標(biāo) mg/kgTable 1 Criteria of soil available micronutrients

由表2 可見,山東煙區(qū)土壤有效 Fe、Mn 含量豐富,90%以上的樣品處于適中-很豐范圍內(nèi)；有效Cu、Zn 含量適中,在供試樣品中土壤有效 Zn 平均值雖高于缺 Zn 臨界值 0.5 mg/kg,但位于缺 Zn 臨界邊緣值 0.5～1.0 mg/kg 的樣點(diǎn)占到 62%,為潛在缺鋅區(qū),表明山東煙區(qū)整體缺 Zn,應(yīng)當(dāng)注意適當(dāng)補(bǔ)充鋅肥。

2.2 煙葉微量元素含量的分布特點(diǎn)

參照國內(nèi)外卷煙企業(yè)對初烤煙葉微量元素含量的要求,制定煙葉 Fe、Mn、Cu、Zn 含量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[16](表3)。

由表4 山東典型煙區(qū)烤煙中部煙葉(C3F)樣品 Fe、Mn、Cu、Zn 含量的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見,山東煙區(qū)煙葉中 Fe、Mn 含量較高,Cu 含量適中, Zn 含量較低。表中給出了我國烤煙微量元素含量的正常范圍值,但正常范圍值并不代表優(yōu)質(zhì)煙葉的范圍值。根據(jù)以往研究結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),我國優(yōu)質(zhì)烤煙煙葉 Fe、Mn、Cu、Zn 含量的分布范圍一般Fe 為 200～800 mg/kg,Mn 為 40～150 mg/kg,Cu 為15～21 mg/kg,Zn 為 20～80 mg/kg[17]。因此山東煙葉Fe、Mn、Cu、Zn 含量符合我國優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn)的概率分別是 81.82%、57.58%、13.28%、50.62%。

表2 山東植煙區(qū)代表性煙田微量元素有效態(tài)含量統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Statistic analysis of available micronutrient contents in Shandong tobacco planting areas

表3 煙葉中 Fe、Mn、Cu、Zn 含量豐缺評價(jià)指標(biāo) mg/kgTable 3 Criteria of micronutrients in tobacco leaves

2.3烤煙與土壤微量元素含量的相關(guān)性

2.3.1 土壤與烤煙微量元素含量逐步回歸方程的建立 將煙葉 Fe、Mn、Cu、Zn 含量做為因變量,分別用 Y1、Y2、Y3、Y4表示,土壤有效 Fe、有效Mn、有效 Cu、有效 Zn 含量做為自變量,分別用X1、X2、X3、X4表示,應(yīng)用多元回歸分析方法建立以下―最優(yōu)”回歸方程,以便對因變量進(jìn)行預(yù)測或控制。

Y1=181.13+2.53X1+82.09X3(R=0.4955**)

Y2=207.77+2.05X2-107.75X3(R=0.2845*)

Y3=6.58+0.04X1+10.18X3(R=0.5*)

從回歸方程可以看出,煙葉的 Fe受土壤中有效 Fe和有效 Cu 的影響,并且土壤的有效 Cu 對煙葉吸收 Fe有促進(jìn)作用；煙葉 Mn 的含量受土壤有效Mn和有效 Cu的影響,其中土壤有效Cu抑制煙株對Mn的吸收；煙葉中的Cu受土壤中有效Cu和有效Fe的相互影響；在本試驗(yàn)煙葉中的Zn未能與土壤中有效態(tài) Fe、Mn、Cu、Zn 之間建立起顯著的回歸方程,表明山東煙區(qū)煙葉中的 Zn含量受給定自變量的影響不大,給定自變量不是影響其含量的關(guān)鍵因素,可能受其他未給定因素如海拔、有機(jī)質(zhì)、大量元素等的影響更大。

表4 山東煙區(qū)煙葉微量元素含量統(tǒng)計(jì)分析Table 4 Statistic analysis of micronutrient contents in tobacco leaves of Shandong

2.3.2 土 壤 與 煙 葉 微 量 元 素 含 量 的 偏 相 關(guān) 分 析從土壤與煙葉微量元素含量的偏相關(guān)分析結(jié)果(表5)看出,煙葉微量元素都與土壤中對應(yīng)的元素呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系,進(jìn)一步證明了土壤基礎(chǔ)肥力對煙葉品質(zhì)的重要作用。葉片中的微量元素除與土壤中對應(yīng)元素有效含量呈顯著相關(guān)外,與其他微量元素有效含量的相關(guān)性都不顯著,但是煙葉與土壤中微量元素之間仍然具有一定的相關(guān)性,表現(xiàn)出協(xié)同或者拮抗作用,這表明土壤與煙葉中微量元素含量關(guān)系的復(fù)雜性。

表5 土壤與煙葉中微量元素含量的偏相關(guān)系數(shù)Table 5 Partial correlation coefficients of the contents of micronutrients between soil and flue-cured tobacco

3 討 論

煙葉中微量元素的含量分布受多種因素的綜合影響。研究表明[18-19],土壤微量元素含量的高低對煙葉中對應(yīng)元素的含量起主要作用,兩者呈極顯著正相關(guān),且直接作用系數(shù)較大。本研究與前人研究結(jié)果有相似之處,進(jìn)一步證明了土壤的基礎(chǔ)肥力對煙葉品質(zhì)的重要作用。另外,元素間的協(xié)同或拮抗作用也會影響植株對微量元素的吸收。陳春宏[20]研究表明,Fe、Mn 之間存在強(qiáng)烈的拮抗關(guān)系,Fe能夠抑制植株對Mn的吸收累積,同時(shí)增加土壤中Mn的含量也會顯著降低植物對 Fe的吸收。但在本試驗(yàn)中,Fe、Mn 并未表現(xiàn)出此關(guān)系,可能與土壤中 Fe、Mn 含量相對平衡有關(guān),還可能因?yàn)樵陉惔汉甑鹊难芯恐?在高 Fe、高 Mn 的情況下 Fe、Mn的拮抗作用才會明顯的表現(xiàn)出來,而在本試驗(yàn)供試土樣中 Fe、Mn 含量要顯著低于前者研究的 Fe、Mn 濃度。汪洪等[21]研究表明,施鋅可以顯著降低植株中 Fe、Mn 的濃度,對植物吸收 Fe、Mn 有拮抗作用,本試驗(yàn)結(jié)果與其有一定的相似性,但相關(guān)性不顯著,可能是因?yàn)樯綎|煙區(qū)土壤有效 Zn含量偏低。另外,研究表明[22],烤煙不同品種對土壤中微量元素的響應(yīng)能力也不同,在今后的研究土壤-烤煙系統(tǒng)微量元素交互作用時(shí)需進(jìn)一步統(tǒng)一品種,消除不同品種對結(jié)果帶來的誤差。

4 結(jié) 論

山東煙區(qū)土壤 Fe和 Mn 有效態(tài)含量豐富,但元素空間分布不均勻,變異性較強(qiáng)。Cu有效態(tài)含量適中,Zn有效態(tài)含量較低,屬缺乏和潛在缺乏水平。山東煙區(qū)烤煙 Fe含量基本符合優(yōu)質(zhì)煙葉含量,Cu、Zn含量低于優(yōu)質(zhì)煙葉適宜值的下限,而Mn含量有一半樣品高于優(yōu)質(zhì)煙Mn適宜值的上限。

土壤與煙葉中微量元素含量關(guān)系較復(fù)雜,煙葉中的 Fe、Cu 受土壤中有效 Fe和有效 Cu 的綜合影響,煙葉中的 Mn受土壤中有效 Mn和有效 Cu的綜合影響,煙葉中的Zn含量與土壤中有效Zn含量關(guān)系不大,具有特異性。煙葉中的微量元素都與土壤中對應(yīng)的微量元素有效態(tài)含量具有顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系,與其他微量元素有效態(tài)含量相關(guān)性不顯著。

[1]龍懷玉,張認(rèn)連,劉建利,等. 中國烤煙中部葉礦質(zhì)營養(yǎng)元素濃度狀況[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2007,13 (3):450-457.

[2]徐雪芹,許靄飛,王維剛,等. 微量元素對烤煙香氣品質(zhì)的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(3):30-34.

[3]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]. 中國煙草科學(xué),2005, 26(1):25-27.

[4]周翔,梁洪波,董建新,等. 山東煙區(qū)烤煙化學(xué)成份含量變化及聚類分析[J]. 中國煙草科學(xué),2009,30(6): 13-17.

[5]陳偉,唐遠(yuǎn)駒,潘文杰,等. 烤煙不同部位葉片煙堿含量與中微量元素的關(guān)聯(lián)分析[J]. 煙草科技,2012(8): 54-59,65.

[6]劉國順,王佩,段史江,等. 增施微量元素肥或生物肥對烤煙化學(xué)品質(zhì)的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009, 43(3):241-246.

[7]吳玉萍,楊虹琦,徐照麗,等. 重金屬鎘在烤煙中的積累分配[J]. 中國煙草科學(xué),2008,29(5):37-39.

[8]趙秀蘭,劉曉. 不同品種煙草生長和鎘及營養(yǎng)元素吸收對鎘脅迫相應(yīng)的差異[J]. 水土保持學(xué)報(bào),2009,23(1): 117-121,131.

[9]黎根,吳風(fēng)光,汪健,等. 植煙土壤有效態(tài)微量元素分析評價(jià)及對策[J]. 中國煙草科學(xué),2011,32(增刊): 87-92.

[10]于建軍,葉賢文,董高峰,等. 土壤與烤煙中微量元素含量的相關(guān)性[J]. 生態(tài)學(xué)雜志,2010,29(6): 1127-1134.

[11]趙月,周冀衡,陳習(xí)羽,等. 云南陸良煙葉與土壤微量元素的空間分布特征及主要影響因素[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,38(3):235-240.

[12]許自成,王林,肖漢乾. 湖南煙區(qū)烤煙鋅含量與土壤有效性的分布特點(diǎn)及關(guān)系分析[J]. 生態(tài)環(huán)境,2007,16 (1):180-185.

[13]Rimmer D L, Luo Y M. Zn-Cu interaction affecting Zn adsorption and plant availability a metal-contaminated soil[J]. Pedsophere, 1996, 6(4)∶ 335-339.

[14]魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1999:205-207.

[15]王德宣, 富德義. 吉林省西部地區(qū)土壤微量元素有效性評價(jià)[J]. 土壤,2002,34(2):86-89.

[16]袁有波,陳雪,羅貞寶,等. 畢節(jié)地區(qū)初烤煙葉微量元素含量分布特征[J]. 中國煙草科學(xué),2007,28(5): 45-48.

[17]劉國順. 煙草栽培學(xué)[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2003.

[18]于建軍,葉賢文,董高峰,等. 土壤與烤煙中微量元素含量的相關(guān)性[J]. 生態(tài)學(xué)雜志,2010,29(6): 1127-1134.

[19]Sharma B D, Arora H, kumar R. Relationships between soil characteristics and tota1 and DTPA-extractable micronutrients in incept sols of Punjab [J]. Commune Soil Plant Analyze, 2004, 35(5)∶ 799-818．

[20]陳春宏. 鐵、錳相互作用及其對植物生理生化的影響[J].土壤肥料,1992(6):9-12.

[21]汪洪,劉榮樂,金繼運(yùn),等. 土層水分非均勻供應(yīng)下施鋅對玉米植株中 Ca、Fe、Mn、Cu 吸收積累的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2012,30(1):2-7.

[22]柳均,何偉,周冀衡,等. 不同品種烤煙對土壤微量元素的響應(yīng)[J]. 中國煙草科學(xué),2010,31(1):37-40.

Distributions and Correlations of Micronutrient Contents between Soil and Flue-cured Tobacco Leaves of Shandong Province

WANG Yingying1,2, LIANG Hongbo1, WANG Yong3, LI Zhe1,2, PENG Done1,2, YU Li1,2, LIU Haiwei1,YAN Huifeng1, XU Yimin1*

(1. Tobacco Research Institute, CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao266101, China; 2. Graduate School of CAAS, Beijing 100081, China; 3.China Tobacco Shandong Co., Ltd., Jinan 250100, China)

Field investigation and laboratory analysis were conducted to study the distributive characteristics and relationships of micronutrients between soil and flue-cured tobacco of Shandong Province, thus, to provide a theoretical basis for the flue-cured tobacco production. The results showed that the contents of available Fe and Mn in the plough horizon were plentiful, while those of Cu and Zn were moderate and insufficient, respectively; in most tobacco-growing areas of Shandong, the Fe and Mn contents were in the range of high quality tobacco production in China, and the Cu and Zn contents were moderate. Multiple linear regression analysis and partial correlation analysis showed that the micronutrient contents in tobacco leaves were positively correlated with the available micronutrient contents in soil, there existed synergistic and antagonistic effects among the micronutrients. Therefore, Cu and Zn fertilizers should be applied more in Shandong.

soil; flue-cured tobacco; micronutrient; distribution characteristic; multivariate statistical analysis

S572.06

1007-5119(2014)02-0064-05 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2014.02.012

國家煙草專賣局特色優(yōu)質(zhì)煙葉重大專項(xiàng)(TS-02-20110012)

王影影,女,在讀碩士,主要從事煙草栽培和植物營養(yǎng)方面的研究。E-mail:wangyingying505@163.com。*通信作者,E-mail:yiminx@sohu.com

2013-03-12

2013-06-28