譚 軍，劉曉穎，李 強，周冀衡*，陳麗娟，賓 俊，邱永健

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文山植煙土壤有效鋅含量及其影響因素研究①

譚 軍1，劉曉穎1，李 強1，周冀衡1*，陳麗娟1，賓 俊1，邱永健2

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學煙草研究院，湖南農(nóng)業(yè)大學生物科學技術(shù)學院，長沙 410128；2 廣西中煙工業(yè)有限責任公司，南寧530001)

為探明文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅分布情況及其影響因素，并為烤煙合理施用鋅肥提供理論依據(jù)，運用GPS定位技術(shù)采集了276份土樣，測定其有效鋅含量，采用經(jīng)典統(tǒng)計學方法和GIS技術(shù)，對其基本特征、空間分布狀況及影響因素進行了分析。結(jié)果表明：①文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅平均含量為1.93 mg/kg，變幅為0.20 ~ 8.17 mg/kg，變異系數(shù)為70.47%，屬于中等變異強度。全煙區(qū)有70.12% 的區(qū)域土壤有效鋅在適宜范圍內(nèi)(1.00 ~ 5.00 mg/kg)。②縣域間植煙土壤有效鋅平均含量從高到低排序為：麻栗坡＞西疇縣＞文山縣＞馬關(guān)縣＞硯山縣＞丘北縣＞廣南縣。③土壤中有效鋅含量隨著有機質(zhì)增加而增大，隨海拔升高呈拋物線變化；不同海拔組和有機質(zhì)組間有效鋅含量差異均達極顯著水平。有效鋅含量在土壤pH為6.5 ~ 7.5時最低，在偏酸和偏堿的環(huán)境中含量較高。④文山煙區(qū)分布最廣的是紅壤，其次是黃壤。不同土壤類型有效鋅含量差異達極顯著水平，含量最高的是水稻土，最低的是紫色土。因此，文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅含量總體滿足優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的需求，部分缺鋅區(qū)域應(yīng)加強鋅肥、有機肥的施用以提高土壤中有效鋅含量。

文山；植煙土壤；有效鋅；有機質(zhì)；pH

鋅是植物必需微量元素之一。鋅在植物中參與多種代謝活動，有促進生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)等多種生物學功能[1]。此外，鋅元素在烤煙中還具有提高煙葉易烤性、增加烤后煙葉香氣質(zhì)和香氣量的功能[2-3]?？緹熤饕獜耐寥乐蝎@取鋅元素，但已有研究表明，植煙土壤缺鋅已成普遍性。許自成等[4]研究表明湖南22.41％的植煙土壤缺鋅；李強等[5]、趙爽等[6]對曲靖煙區(qū)，李永富等[7]對湖南省邵陽煙區(qū)以及王新中等[8]對大理州煙區(qū)的研究都表明各煙區(qū)土壤都存在不同程度的缺鋅。對于缺鋅土壤，施用鋅肥是給作物補充鋅元素最便捷有效的措施[9]。近年來，許多科研工作者已在國內(nèi)多個煙區(qū)對植煙土壤有效鋅含量及其分布特點進行了研究[10-13]，為各煙區(qū)科學合理地施用鋅肥提供了依據(jù)。文山煙區(qū)是云南省四大新煙區(qū)之一，也是全國大型煙區(qū)之一[14]，但還無文山煙區(qū)土壤有效鋅分布及其相關(guān)影響因素的研究，這將會影響文山煙葉的工業(yè)可用性，更會影響文山煙區(qū)的健康發(fā)展。因此，本研究以文山煙區(qū)土樣為基礎(chǔ)，研究文山煙區(qū)土壤有效鋅含量的分布特點以及海拔、土壤類型、土壤有機質(zhì)含量和土壤酸堿度等因素對其的影響，旨在為文山煙區(qū)土壤鋅元素管理與施肥提供決策指導和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于2013年在煙地尚未施底肥前，避開雨季，采用GPS技術(shù)在文山全州7 個種煙縣(市)采集276個土樣，按S形取樣法，取耕層0 ~ 20 cm土壤，去掉雜質(zhì)均勻混合后按四分法縮小樣品量，每樣保留0.50 kg。新鮮土樣經(jīng)登記編號后進行預處理，經(jīng)過風干、混勻、磨細、過篩、裝瓶待分析測定用。采樣點如圖1所示。

1.2 測定方法

土壤有機質(zhì)按照 NY/T 1121.6-2006標準測定[15]；土壤pH按照NY/T 1377-2007標準測定[16]；土壤有效態(tài)鋅含量按照NY/T890-2004標準測定[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

首先采用域法識別異常值并剔除，即把分布在平均值±3倍標準差之外的樣本視為異常值[18]。然后采用 Excel 2013和SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析。采用ArcGIS 10.2軟件繪制空間分布圖。

1.4 土壤有效鋅含量豐缺標準

參照以往研究[19-21]，將文山植煙土壤有效鋅含量分為：缺乏(＜1.00 mg/kg)、適宜(1.00 ~ 1.50 mg/kg)、較豐富(1.50 ~ 3.00 mg/kg)、豐富(3.00 ~ 5.00 mg/kg)、極豐富(≥5.00 mg/kg)5個等級。土壤有效鋅含量在1.00 ~ 5.00 mg/kg范圍時滿足優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅含量總體評價

由圖2可知，所采集的文山煙區(qū)土樣有效鋅含量呈正態(tài)分布，主要集中分布在＜3.00 mg/kg的范圍，占總樣本的83.40%，≥5.00 mg/kg的樣本僅占4.43%。此外，采用域法剔除5個異常樣本，剩余的271個樣本進行后續(xù)研究分析。

由表1可知，文山植煙土壤有效鋅平均含量為1.93 mg/kg，變幅為0.20 ~ 8.17 mg/kg，且屬于中等變異等級。全煙區(qū)有70.12% 的區(qū)域土壤有效鋅在適宜范圍內(nèi)。7個植煙縣土壤有效鋅平均含量在1.36 ~ 2.65 mg/kg之間，從高到低排列為：麻栗坡>西疇縣>文山縣>馬關(guān)縣>硯山縣>丘北縣>廣南縣。方差分析表明，各植煙縣土壤有效鋅含量差異達極顯著水平(=4.820，Sig.=0.000)，經(jīng)Duncan多重比較可知，廣南縣植煙土壤有效鋅含量極顯著低于麻栗坡、西疇縣和文山縣，且顯著低于馬關(guān)縣；丘北縣極顯著低于麻栗坡和西疇縣，且顯著低于馬關(guān)縣。

表1 植煙土壤有效鋅含量和分布

注：同列數(shù)據(jù)小寫字母、大寫字母不同分別表示差異達<0.05和<0.01顯著水平，下表同。

2.2 文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅空間分布特征

描述性統(tǒng)計只能對研究區(qū)域的全貌進行描述，不能最大限度地展現(xiàn)其空間變化特性，更不能定量描述其結(jié)構(gòu)性和隨機性、相關(guān)性和獨立性，但地統(tǒng)計學方法可以做到。因此，首先運用半方差函數(shù)進行模型擬合，并對其擬合精度進行驗證，得到最優(yōu)擬合模型的相關(guān)參數(shù)值，然后利用普通克里格插值法繪制文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅含量的空間分布圖(圖3)。最優(yōu)擬合模型為高斯模型(Gaussian)，該模型有效鋅含量的標準化平均誤差接近于0，標準化均方根誤差亦接近于1，說明選取的理論模型可以較為準確地反映土壤有效鋅的空間結(jié)構(gòu)特性。此外，本模型的塊金值0為0.21，偏基臺值為0.28，塊金效應(yīng)0/(0+)為42.86%。當塊金效應(yīng)在25% ~ 75% 時，表明系統(tǒng)具有中等空間相關(guān)性[22]。因此，文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅含量的空間分布具有中等相關(guān)性，其空間變異受結(jié)構(gòu)性因素(氣候、土壤類型等)和隨機性因素(耕作制度、種植習慣和管理水平等)的共同影響。由圖3可知，文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅含量以1.00 ~ 3.00 mg/kg為主要分布區(qū)域，硯山縣、丘北縣和廣南縣部分區(qū)域缺鋅，三者中又以廣南縣最甚。

2.3 海拔高度對土壤有效鋅含量的影響

文山煙區(qū)海拔范圍主要在1 100 ~ 2 000 m之間。以100 m的組距，將所采土樣按海拔分為5個組，分別統(tǒng)計各組土壤有效鋅含量和分布頻率，結(jié)果如表2所示，5個海拔組的土壤有效鋅平均含量在1.35 ~ 2.23 mg/kg，屬中等強度變異。土壤有效鋅含量隨海拔升高呈拋物線形變化，在海拔1 400 ~ 1 500 m時，鋅含量最高，達2.23 mg/kg，二者的二次擬合曲線為：((有效鋅)=–0.256 7x(海拔)+ 2.016 2–1.710 5，2 = 0.990 8)。5個海拔組土壤有效鋅含量的適宜樣本比例在40.91% ~ 82.05%，但不同海拔組間的差異較大。方差分析表明，不同海拔組有效鋅含量差異達極顯著水平(= 3.752，Sig. = 0.005)，經(jīng)Duncan多重比較可知,1 400 ~ 1 500 m海拔組有效鋅含量極顯著高于海拔<1 300 m的組，且顯著高于≥1 600 m的組；1 300 ~ 1 400 m海拔組也顯著高于海拔<1 300 m和≥1 600 m的分組。

2.4 土壤pH對土壤有效鋅含量的影響

以0.5的組距，將所采土壤按pH分為7個組，分別統(tǒng)計各組土壤有效鋅含量和分布頻率。結(jié)果如表3所示，7個pH組的土壤有效鋅平均含量為1.78 ~ 2.20 mg/kg，變異系數(shù)適中，屬中等強度變異。有效鋅含量在土壤pH為6.5 ~ 7.5時最低，在偏酸和偏堿土壤環(huán)境中含量較高。各組土壤有效鋅含量的適宜樣本比例在58.97% ~ 84.61%，最高的是pH＜5.0的組(84.61%)，其次是pH 6.5 ~ 7.0的組(78.95%)。方差分析表明，各pH組有效鋅含量無顯著性差異(= 0.543，Sig. = 0.775)。

表2 不同海拔植煙土壤有效鋅含量變化

表3 不同pH組植煙土壤有效鋅含量變化

2.5 有機質(zhì)對土壤有效鋅含量的影響

參照文獻[19]，將所采土樣按有機質(zhì)分為4組，分別統(tǒng)計各組土壤有效鋅含量和分布頻率，結(jié)果如表4所示，4個有機質(zhì)組的土壤有效鋅平均含量為0.91 ~ 2.69 mg/kg，有機質(zhì)含量為15 ~ 25 g/kg的組變異系數(shù)較高，屬強變異，其余組變異系數(shù)適中。隨著土壤有機質(zhì)含量的增加，缺鋅土樣(＜1.00 mg/kg)所占比例隨之降低，含量極豐富(≥5.00 mg/kg)的土樣所占比例隨之升高。相關(guān)性分析表明，土壤中有效鋅含量與有機質(zhì)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(= 0.980，= 0.000)，二者的回歸方程為：((有效鋅)= 0.526 8(有機質(zhì))+ 0.484 1，2= 0.960 4)。方差分析表明，各有機質(zhì)組的土壤有效鋅含量差異達極顯著水平(= 10.362，Sig.=0.000)，經(jīng)Duncan多重比較表明，有機質(zhì)＜15 g/kg組的土壤有效鋅含量極顯著低于有機質(zhì)≥35 g/kg和25 ~ 35 g/kg的組，且顯著低于15 ~ 25 g/kg的組；有機質(zhì)15 ~ 25 g/kg的組，有效鋅含量也極顯著低于有機質(zhì)≥35 g/kg的組。

表4 不同有機質(zhì)組植煙土壤有效鋅含量變化

2.6 土壤類型對土壤有效鋅含量的影響

文山煙區(qū)土壤類型主要為水稻土、棕壤、紅壤、黑壤、黃壤、褐壤和紫色土。將土樣按土壤類型分類，分別統(tǒng)計土壤有效鋅含量和分布頻率。結(jié)果如表5所示，7個土壤類型有效鋅平均含量為1.03 ~ 4.18 mg/kg，變異系數(shù)適中，屬于中等強度變異。各土壤類型有效鋅含量從高到低依次為：水稻土＞棕壤＞黑壤＞紅壤＞褐壤＞黃壤＞紫色土。方差分析表明，不同土壤類型有效鋅含量差異達極顯著水平(=16.958，Sig.= 0.000)，經(jīng)Duncan多重比較表明，水稻土有效鋅含量極顯著高于其他類型土壤；棕壤極顯著高于紫色土，顯著高于黃壤；黑壤也顯著高于紫色土。

表5 不同土壤類型植煙土壤有效鋅含量變化

3 討論

鋅是植物的必需微量元素。在煙草中，缺鋅不但會影響煙株的生長發(fā)育，還會影響煙葉的產(chǎn)量、品質(zhì)以及可用性。煙葉中鋅含量高低主要受植煙土壤有效鋅含量豐缺的影響。本研究表明文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅平均含量為1.93 mg/kg，高于保山煙區(qū)[21]和四川涼攀煙區(qū)[23]，持平于安徽宣城煙區(qū)[24]，但低于湖南邵陽煙區(qū)[7]和大理煙區(qū)[8]、云南曲靖和馬龍縣煙區(qū)[6, 25]。結(jié)合土壤有效鋅含量豐缺評價標準可知，文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅含量較豐富，總體滿足優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的需求。土壤pH影響土壤中各種養(yǎng)分的遷移、轉(zhuǎn)化和存在形態(tài)[26]。研究表明文山植煙土壤pH平均值為6.31。不適宜烤煙種植的土壤pH＜5.0和≥7.5的土樣共占19.19%。有效鋅含量在土壤pH為6.5 ~ 7.5時最低，在偏酸和偏堿的土壤環(huán)境中含量較高。這是因為鋅是兩性元素，既能溶于酸也能溶于堿，在中性環(huán)境中溶解度較低。偏酸和偏堿的土壤環(huán)境改變了鋅的存在形態(tài)，增加了其溶解性，所以土壤有效鋅含量升高。

文山煙區(qū)植煙土壤中有效鋅含量隨土壤有機質(zhì)含量增加而增加，這與前人的研究結(jié)論基本一致[6-7]。有機質(zhì)對土壤有效鋅含量的影響可能是因為：①有機質(zhì)是土壤有效鋅的重要來源[27]；②有機質(zhì)改善了土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，影響了鋅的存在形態(tài)；③有機質(zhì)豐富了土壤微生物多樣性，微生物活化了鋅。因此，土壤有效鋅缺乏區(qū)域可以增施有機肥、含鋅肥料來提高其含量。

文山煙區(qū)植煙土壤中有效鋅含量隨著海拔增加先升高再降低，呈拋物線形。該結(jié)論與前人研究的其他煙區(qū)土壤有效鋅含量隨海拔升高而升高的結(jié)論不一致[6, 28]。更進一步分析表明，文山煙區(qū)有77.86%烤煙種植在1 300 ~ 1 600 m范圍內(nèi)；僅14.02% 種植在高于1 600 m海拔內(nèi)。在烤煙種植過程中煙農(nóng)會施入較多有機肥，增加了土壤有效鋅來源，在高于1 600 m海拔的區(qū)域，烤煙種植較少，施入的有機肥相對較少，從而減少了有效鋅的來源。此外，文山煙區(qū)在較高海拔區(qū)域，土壤類型以沙壤為主，耕作層較薄，植被稀少，有機質(zhì)含量降低，也是土壤有效鋅含量較低的重要原因。

文山煙區(qū)分布最廣的是紅壤，其次是黃壤。有效鋅含量最高的是水稻土，其次棕壤。水稻土有效鋅含量最高可能是受其成土母質(zhì)的影響[29]，也可能是因為水稻收割，其地下部分殘留在土壤中，增加了土壤有機質(zhì)，提高了土壤有效鋅含量。

4 結(jié)論

研究表明文山煙區(qū)植煙土壤有效鋅平均含量為1.93 mg/kg，中等變異等級，總體滿足優(yōu)質(zhì)烤煙種植的要求。土壤中有效鋅含量隨著有機質(zhì)增加而增加，呈直線形變化；隨著海拔增加先升高后降低，呈拋物線變化，不同海拔組和有機質(zhì)組間有效鋅含量差異達極顯著水平。有效鋅含量在土壤pH為6.5 ~ 7.5時最低，在偏酸和偏堿的環(huán)境中含量較高。文山煙區(qū)分布最廣的是紅壤，其次是黃壤，不同土壤類型有效鋅含量差異達極顯著水平，含量最高的是水稻土，最低的是紫色土。全煙區(qū)有25.45% 的區(qū)域有效鋅缺乏，有4.43% 的區(qū)域有效鋅含量偏高。有效鋅含量缺乏區(qū)域應(yīng)加強有機肥以及含鋅肥料的施用，偏高區(qū)域可以通過控施有機肥、含鋅肥料以及調(diào)節(jié)土壤酸堿度等措施來降低其含量。

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Distribution of Available Zinc in Tobacco-planting Soils in Wenshan and Its Influential Factors

TAN Jun1, LIU Xiaoying1, LI Qiang1, ZHOU Jiheng1*, CHEN Lijuan1, BIN Jun1, QIU Yongjian2

(1 Institute of Tobacco, College of Biological Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2 China Tobacco Guangxi Industrial Co., Ltd., Nanning 530001, China)

In order to understand the distribution of available zinc in tobacco-planting soils in Wenshan and its influential factors and to provide a basis for the reasonable application of zinc fertilizer, 276 soil samples were collected with the help of GPS. Available zinc contents, spatial distribution and influential factors were analyzed by geostatistics method with geographic information system (GIS) and classical statistical method. The results showed that the average available zinc content ranged from 0.20 to 8.17 mg/kg, with a mean of 1.93 mg/kg and a variation coefficient of 70.47%. 70.12% of the soil samples were in the appropriate level (1.00–5.00 mg/kg), which was very fit for tobacco planting. Available zinc content was in an order of Malipo>Xichou>Wenshan>Maguan>Yanshan>Qiubei>Guangnan.Available zinc content increased with the increase of organic matter content, showed a parabolic trend with the increase of altitude. There were extremely significant differences in available zinc contents among the different altitude and organic matter grades. Available zinc content was lowest in pH of 6.5–7.5, and was higher in the acid and alkali soils. The most of tobacco-planting soil in Wenshan is red soil, followed by yellow soil. Available zinc content in different soil types existed extremely significant differences, zinc content was highest in paddy soil but was lowest in purple soil. So, available zinc content of tobacco-planting soils in Wenshan on the whole meets the requirement of high quality tobacco leaves, but the region with zinc deficiency should strengthen the application of zinc fertilizer and organic fertilizer to improve available zinc content in soils.

Wenshan; Tobacco-planting soil; Available zinc; Organic matter; pH

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.012

S15

A

云南省煙草公司項目(2011YN73)資助。

(jhzhou2005@163.com)

譚軍(1985—)，男，重慶萬州人，博士研究生，主要研究方向為煙草科學與工程技術(shù)。E-mail: 649766283@qq.com