凉山会理植烟土壤微量元素特征及其影响因素

王永豪，王昌全，李 冰，李启权，杜宣延

四川农业大学资源学院，成都市温江区公平镇惠民路211号 611130

凉山会理植烟土壤微量元素特征及其影响因素

王永豪，王昌全*，李 冰，李启权，杜宣延

四川农业大学资源学院，成都市温江区公平镇惠民路211号 611130

为明确凉山会理植烟区的土壤养分特征，采用地统计学与GIS相结合的方法，研究了四川重点烟区会理县植烟土壤微量元素有效态含量状况、空间分布特征及其影响因素。结果表明：微量元素铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）有效态含量丰富；锌（Zn）和钼（Mo）处于中等水平；硼（B）有效态含量仅为0.26 mg/kg，普遍缺乏。土壤Fe和Mo的最佳模型为指数模型，Mn、Cu、Zn和B为球状模型，块金系数在0.500～0.695之间，均属中等程度空间变异，表明微量元素受结构因素和随机因素的共同影响。从空间分布图分析，有50.7%的植烟土壤有效B含量处于极低水平，特别在木古乡、海潮乡应重视B肥的补充。有效Zn具有较强的空间自相关性，仅有1/3土壤样品有效Zn含量大于1 mg/kg，整个区域存在潜在缺锌现象。土壤中有效Fe和Cu含量丰富，但仍有6.9%和2.2%的样品处于较低水平，主要分布于爱民乡和鹿厂镇。

会理烟区；植烟土壤；微量元素；影响因素；回归分析

微量元素是表征土壤肥力和品质的重要因子之一，也是植物生长发育所必需的营养元素，其在土壤中的含量水平与分布特征反映着特定地区的土壤营养状况［1-4］。铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、硼（B）、钼（Mo）等微量元素是细胞结构和代谢化合物的重要组成成分，任何一种微量元素过量或缺乏都会影响植物的正常生长［5-6］。烟草所需的微量元素主要由根系从土壤中吸收，因而土壤中有效态微量元素的含量必然影响烟叶中微量元素状况，进而影响烟叶产量和品质［7-9］。长期以来，重视大量元素而轻视微量元素的施肥模式使土壤养分不均衡状况日益突出，微量元素缺乏现象时有发生［10-12］。王影影等［8］对山东典型植烟土壤微量元素研究表明，有效Fe和Mn含量丰富，但有效Zn含量较低；李强等［13］对曲靖植烟土壤微量元素的研究发现，曲靖植烟土壤有效B普遍极度缺乏，有效Cu、有效Fe和有效Mn含量十分丰富；刘朝科等［14］研究提出，陆良县植烟土壤有效B处于中等水平，有效Zn含量中等，土壤有效Mo极度缺乏；刘国顺等［15］对毕节地区植烟土壤有效态微量元素研究认为，植烟土壤中有效B和有效Mo较缺乏，超过1/2的土壤缺B，超过2/5的土壤缺Mo。不同植烟区土壤有效态微量元素含量与分布特征因地域环境不同而表现出明显差异，因此不同烟区土壤微量元素的研究具有不可替代性。会理县位于四川省凉山彝族自治州，其生态环境独特、土壤条件错综复杂，是我国优质烟叶生产基地之一［12，16］。而近年来有关凉山会理植烟区土壤有效态微量元素含量与分布特征尚未见报道。为此，利用地统计分析模块，分析土壤微量元素含量变化与分布特征、揭示其空间变异规律，并对土壤类型、前茬、海拔高度、有机质、土壤pH等与微量元素有效性之间的关系进行了探讨，旨在为保障优质烟叶生长所需的良好土壤生态环境提供依据。

1 材料与方法

图1 研究区域位置及采样点分布Fig.1 Location and distribution of soil sampling sites in the study area

1.1 样品的采集

于2014年在四川省会理县植烟区采集土壤样品，遵循均匀性、代表性原则，利用GPS精确定位，并根据实际情况适当调整。在烟草团棵期设置272个土壤采样点，以反映施肥后采样地块的真实养分状况和供肥能力，见图 1。S型取样，采用多点混合和四分法采集0～20 cm耕作层土壤。对样品登记编号，并记录采样点的土壤类型、前茬、海拔高度等。田间土样登记编号后带回实验室进行预处理，经风干、磨细、过筛、混匀、装瓶后备用。

1.2 分析与测定

按照文献［17］的方法进行样品测定。采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量（质量分数）;采用酸度计法（水土比2.5∶1）测定土壤pH;采用火焰原子吸收分光光度法测定土壤Fe、Mn、Cu、Zn和Mo含量（质量分数）;采用姜黄色法测定土壤B含量（质量分数）。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0软件对采样点数据进行经典统计、K-S检验以及异常值的剔除和多元回归分析。利用GS+9.0软件进行半方差分析和模型拟合；运用Arcgis10.0完成普通Kriging空间插值，并生成空间分布图。

2 结果与分析

2.1 土壤微量元素的描述性统计分析

有效态微量元素含量的高低，在一定程度上反映了土壤微量元素养分的供给状况［9-11］。根据全国第二次土壤普查养分分级标准［16］，从平均含量（表1）来看，会理植烟土壤中Fe和Mn均处于极丰富水平，含量分别大于20 mg/kg和30 mg/kg；Cu处于丰富水平（1.0～1.8 mg/kg），Zn（1.5～3.0 mg/kg）和Mo（0.15～0.20 mg/kg）处于中等水平，B处于低水平（0.25～0.50 mg/kg）。微量元素含量变异系数在46.15%～131.24%之间，其中Fe、Zn和Cu变异性较大，变异系数均大于100%；Mn、Mo和B 3种元素属中等程度变异。

正态检验结果（K-S，P＞0.05）表明，6种有效态微量元素均不服从正态分布。对土壤有效态Fe、Zn和Cu原始数据进行自然对数变换、对土壤有效态Mn、Mo和B原始数据进行指数变换后基本服从正态分布，可满足地统计分析的要求。

2.2 土壤微量元素的空间变异分析

利用GIS软件平台，对研究区6种有效态微量元素分别进行了模型拟合。微量元素的半方差函数模型及其拟合参数见表2。从拟合的理论模型可知，土壤Fe和Mo的最佳模型为指数模型，Mn、Cu、Zn和B为球状模型，其中拟合效果最佳的是Mn，决定系数为0.953。块金系数集中在0.500～0.695 之间，且 Zn＞Fe＞Mn＞B＞Mo＞Cu，均表现为中等强度的空间自相关性。变程是空间变异自相关范围的度量，微量元素中Mo、Fe、Zn和B的变程较大，分别为213.0、186.0、181.5和161.3 m，而Cu和Mn的空间自相关距离最小，仅为65.78和35.56 m。杜娟等［18］的研究显示，Cu和Fe均为中等程度的空间相关性，而Zn空间相关性强。李强等［13］研究表明，在曲靖烟区土壤中Zn、Fe、Mn、B和Cu空间相关性处于中等水平，而Mo较弱。以上研究结果表明，各因子对微量元素的作用强度不同，结构性因子会导致较强的空间相关性，而频繁的人为活动只会减弱其空间相关性，使其朝均一化方向发展［19-20］。

表1 土壤微量元素的描述性统计分析（n=272）Tab.1 Descriptive statistics of soil trace elements

表2 土壤微量元素函数模型及拟合参数Tab.2 Semivariogram models and parameters of soil trace elements

2.3 土壤微量元素的空间分布特征

土壤中微量元素有效态含量的空间分布（图2）显示，会理烟区土壤中微量元素呈现明显的区域差异性和趋势性。土壤有效Fe、Mn空间差异性最大，分布特点显著。有效Fe、Mn极高值（280.00和166.76 mg/kg）集中于白鸡乡、凤营乡、关河乡、黎溪镇和鱼鲊乡等海拔在1 700～2 100 m的西南部山区。有效Cu最低值不足0.2 mg/kg，主要分布于爱民乡、鹿厂镇和海潮乡等海拔在1 700～1 900 m之间的紫色土区域。有效B地域差异不明显，平均含量仅为0.26 mg/kg，因此应注意B肥的补给。有效Mo除西南和东北部局部地区含量适宜烟草生长外，其余大部分地区均较缺乏。

2.4 土壤微量元素的影响因素分析

2.4.1 土壤类型

不同土壤类型具有不同的成土过程和发育程度，导致土壤微量元素含量差异明显（表3）。会理烟区不同土壤类型对土壤中有效Fe、Mn和Cu含量影响强烈，而对有效Zn、B和Mo含量影响不显著。土壤有效Fe以水稻土含量最高，紫色土含量最低，分别为103.84 mg/kg和19.99 mg/kg；有效Mn含量最高的是红壤，最低为紫色土，且两者差异明显；水稻土有效Cu含量高达4.79 mg/kg，而紫色土、黄棕壤含量不足1 mg/kg。由于强烈的土壤发育过程与频繁的人为耕作活动的影响，不断发生水热更替，致使水稻土中积累了丰富的有效态Fe、Mn 和 Cu［12］；研究区水热条件丰富，紫色土在高温高湿环境中风化程度强，微量元素流失严重，导致会理县植烟紫色土中微量元素含量偏低。

图2 土壤微量元素空间分布图Fig.2 Spatial distribution of soil trace elements

表3 不同土壤类型的土壤微量元素含量比较①Tab.3 Contents of trace elements in soils of different types （mg·kg-1）

2.4.2 前茬作物

表4结果表明，前茬作物为水稻的植烟土壤（主要为水稻土）微量元素有效Fe、Zn、Cu和Mo平均含量均最高；前茬为小麦的植烟土壤有效Mn含量最高为51.97 mg/kg；土壤中微量元素有效B含量最高的植烟土壤前茬为绿肥（光叶紫花苕为主）。而在会理烟区被广泛种植玉米前茬的植烟土壤中，有效Zn和Mo含量最低，分别为0.71 mg/kg和0.12 mg/kg，难以满足烟株生长对营养的需求。结合优质烟叶土壤养分分级标准［5］，前茬为甘薯的植烟土壤，养分均衡，且甘薯经过深刨复收，改善了烟株土壤环境，有利于烟株生长；前茬为小麦、绿肥的土壤微量元素含量较为适中，且与烟草基本没有同源病虫害，接下来种植烟草有利于土壤养分的平衡和烟草品质的提高；虽然前茬为水稻的植烟土壤微量元素含量丰富，但水热更替频繁的水稻土易使烟株感病。因此，甘薯、小麦和绿肥是烟草的良好前茬，有利于改善植烟土壤环境，提高烟叶品质。

2.4.3 海拔高度

将土壤样品按不同海拔高度分为6组，见表5。对海拔高度和微量元素的方差分析结果（表5）显示，不同海拔梯度下土壤有效Cu和Mn差异极显著，有效Fe差异显著，有效Zn、B和Mo差异不显著。研究区内随着海拔高度的上升，有效Zn和Mo平均含量逐渐升高；当海拔低于1 500 m时，有效Mo严重缺乏，仅为0.09 mg/kg；当海拔上升到2 100 m以上时，土壤严重缺Zn，有效锌平均含量低于临界值1.0 mg/kg，与张隆伟等［10］的研究结果一致，随着海拔的增加，缺Zn面积逐渐增大。

2.4.4 土壤pH

土壤pH除直接影响微量元素在土壤中的活性以及微量元素在土壤剖面的纵向移动能力之外，还影响微量元素的存在形态，从而间接改变其迁移活性［21］。会理烟区土壤中有效Fe和Mn含量随着pH升高而降低（pH＞5.5时），有效B和Mo含量也随pH的升高而减小，见表6，与王影影等［8］对山东典型植烟土壤的研究、史文娇等［22］对黑龙江省南部黑土区微量元素研究结果基本一致。从表6可以看出，当pH＞8.0时，研究区植烟土壤会出现极度缺Mu、B和Mo症状，将严重阻碍烟株的正常生长；当pH＜6.5时，研究区植烟土壤有效Zn含量开始缺乏，存在潜在的土壤缺Zn现象；当pH处于5.5～8.0之间时，土壤微量元素含量较均衡，适宜种植烟草。

表4 不同前茬土壤微量元素的有效态含量比较Tab.4 Contents of trace elements in soils with different preceding crops （mg·kg-1）

表5 不同海拔高度的土壤微量元素有效态含量比较Tab.5 Contents of trace elements in soils at different altitudes （mg·kg-1）

2.4.5 土壤有机质

将土壤样品按不同有机质含量分为6个梯度来分析土壤有机质与土壤微量元素之间关系。表7表明，土壤有效Mn与土壤有机质含量变化关系复杂，当有机质含量＜30 g/kg时，土壤有效Mn随着有机质含量的增加而增加；当有机质＞30 g/kg时，土壤有效Mn随着有机质含量的增加而减少，可能是由于土壤有机质对微量元素含量具有络合固定作用，过多的有机质会降低其生物有效性所致［12］。当研究区土壤有机质含量＜15 g/kg时，其有效Zn和B骤降，低于临界值，导致烟株生长受阻，影响烟叶品质；当有机质含量＞40 g/kg时，其有效Fe和Cu平均含量极高，易引起烟株元素中毒。因此，当有机质含量在15～40 g/kg之间时，土壤微量元素养分能满足优质烟叶生产的要求。

2.4.6 影响因素的回归分析

回归分析结果（表8）显示，土壤微量元素的影响因素与土壤有效Fe、Mn、Cu和Mo含量呈极显著相关（P＜0.01），与土壤有效Zn和B呈显著相关（P＜0.05）。其中，决定系数R2最大的是有效Fe，为0.481；最小的为有效B，仅为0.032。土壤类型、pH、有机质、海拔均影响土壤有效Fe含量，以土壤类型对其影响最为显著；pH对土壤有效Mn含量影响最强烈，其次是土壤类型；有效Cu受几种因素的混合影响，其中土壤类型影响最大、海拔高度影响最不显著；前茬作物是影响土壤有效Zn的最主要因素，其次是有机质含量与海拔高度；土壤pH、有机质含量共同影响土壤有效Mo含量。

表6 不同pH条件下土壤微量元素有效态含量比较Tab.6 Contents of trace elements in soils at different pH levels （mg·kg-1）

表7 不同有机质含量的土壤有效态微量元素含量比较Tab.7 Contents of trace elements in soils with different SOM levels （mg·kg-1）

表8 土壤微量元素多元回归方程及相关参数Tab.8 Multiple regression equation and correlation coefficients of soil trace elements

3 结论

（1）会理烟区土壤有效态Fe和Mn均处于极丰富水平，含量分别大于20 mg/kg和30 mg/kg，Cu处于丰富水平，Zn和Mo处于中等水平，B处于低水平。Fe、Zn和Cu变异性较大，Mn、Mo和B 3种元素为中等变异。

（2）会理烟区Kriging插值图有效地反映了其植烟土壤有效态微量元素的空间分布格局。研究区土壤有效态Fe、Mn、Cu、Zn、B 和Mo含量均呈现西北部高东南部低的分布趋势。其中，以Fe、Mn和Zn的分布规律尤为明显，在西南-东北沿线含量丰富，呈阶梯形变化；在东南部表现为自四周向中部逐渐降低，存在潜在的缺乏风险。因而，对整个区域植烟土壤微量元素调控应有针对性地分区进行。

（3）会理烟区土壤类型、土壤pH、土壤有机质和前茬作物等因素对土壤微量元素含量的影响程度有所不同。结构性因素中，土壤类型与pH对有效态Fe和Mn影响较大，当pH＞8.0时，土壤出现极度缺Mu、B和Mo症状；当pH＜6.5时，土壤有效Zn含量开始缺乏；当pH处于5.5～8.0之间时，土壤微量元素含量较均衡，适宜烟草生长。随机性因素中，土壤有机质对有效态Cu、Zn和Mo影响显著，当有机质含量＜15 g/kg时，其有效Zn和B低于临界值；当有机质含量在15～40 g/kg之间时，土壤微量元素养分能满足优质烟叶生产要求。从前茬作物来看，甘薯、小麦和绿肥是烟草的良好前茬，有利于改善植烟土壤环境，提高烟叶品质。

［1］ 武婕，李玉环，李增兵，等.南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素［J］.生态学报，2014，34（6）：1596-1605.

［2］ 年佳乐，李跃进，景宇鹏，等.盐渍土有效态微量元素含量的空间变异特征研究［J］.中国农业科技导报，2013，15（4）：163-167.

［3］ Zhang X X，Li Z B，Li P.Study on distribution characteristics soil trace elements of grass land in the loess plateau［J］. Journal of Soil and Water Conservation，2010，24（5）：45-48.

［4］ Argyraki A，Kelepertzis E.Urban soil geochemistry in Athens，Greece：The importance of local geology in controlling the distribution of potentially harmful trace elements［J］.Science of The Total Environment，2014，29（7）：366-377.

［5］ 赵晓绕，李哲，朱江，等.罗平土壤及烟叶主要中、微量元素含量分析［J］.中国烟草科学，2014，35（3）：27-31.

［6］ 化党领，曹荣，郑文冉，等.武隆县植烟土壤有效态微量元素状况分析［J］.中国烟草科学，2013，34（3）：26-30.

［7］ 黎娟，刘逊，邓小华，等.湘西植烟土壤有效锌含量及其变化规律研究［J］.云南农业大学学报：自然科学版，2012，27（2）：210-214.

［8］ 王影影，梁洪波，徐宜民，等.山东典型植烟土壤微量元素有效态含量研究［J］.土壤，2014，46（1）：172-177.

［9］ 陈博，任艳芳，段建军，等.贵州铜仁主要烟区植烟土壤有效态微量元素含量及评价［J］.西北农业学报，2012，21（7）：107-111.

［10］张隆伟，伍仁军，王昌全，等.四川凉攀烟区植烟土壤有效铜和有效锌空间变异特征［J］.中国烟草科学，2014，35（3）：1-6.

［11］ Parra S，Bravo M A，Quiroz W，et al.Distribution of trace elements in particle size fractions for contaminated soils by a copper smelting from different zones of the Puchuncavi Valley（Chile）［J］.Chemosphere，2014，111（5）：513-521.

［12］王昌全，李冰，龚斌，等.西昌市土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效性评价及其影响因素分析［J］.土壤通报，2010，41（2）：447-451.

［13］李强，周冀衡，张永安，等.曲靖植烟土壤有效微量元素的空间变异和影响因子［J］.烟草科技，2013（10）：63-67.

［14］刘朝科，汤术开，张涛，等.陆良植烟土壤有效态微量元素空间分布研究［J］.中国农学通报，2012，28（30）：71-75.

［15］刘国顺，腊贵晓，李祖良，等.毕节地区植烟土壤有效态微量元素含量评价［J］.中国烟草科学，2012，33（3）：23-27.

［16］王婉秋，王昌全，李斌，等.会理县烟区土壤肥力状况综合评价［J］.土壤通报，2014，45（2）：398-401.

［17］鲁如坤.土壤农业化学分析方法［M］.北京：中国农业科技出版社，1999.

［18］杜娟，张永清，周进财，等.尧都区耕层土壤微量元素有效态含量空间分布特征［J］.中国农学通报，2014，30（3）：162-167.

［19］姜悦，常庆瑞，赵业婷，等.秦巴山区耕层土壤微量元素空间特征及影响因子——以镇巴县为例［J］.中国水土保持科学，2013，11（6）：50-57.

［20］ Song F J，Chang Q R，Zhong D Y，et al.Spatial variability and controlling factors of soil trace elements in hilly and gully area ofthe LoessPlateau［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2013，30（1）：36-42.

［21］宋刚，胡腾胜.剑河县土壤微量元素与有机质、pH值的关系研究［J］.耕作与栽培，2014，14（3）：20-21.

［22］史文娇，汪景宽，魏丹，等.黑龙江省南部黑土区土壤微量元素空间变异及影响因子——以双城市为例［J］.土壤学报，2009，46（2）：342-347.

Microelement Characteristics of Tobacco Planting Soil in Huili,Liangshan and Influencing Factors Thereof

WANG Yonghao,WANG Changquan*,LI Bing,LI Qiquan,and DU Xuanyan College of Resources,Sichuan Agricultural University,Chengdu 611130,China

For clarifying the nutrient characteristics of tobacco planting soil in Huili,a major tobacco planting county in Sichuan,the available contents and spatial distribution characteristics of microelements in tobacco planting soil in Huili and their influencing factors were analyzed by combining geostatistics with GIS method.The results showed that the soil contained rich available Fe,Mn,Cu and moderate Zn and Mo;while the available content of B was only 0.26 mg/kg,which was deficient in general.The optimal models for Fe and Mo in soil were exponential,for Mn,Cu,Zn and B in soil were spherical,the nugget coefficient ranged from 0.500 to 0.695,all belonged to medium spatial variability,it indicated that the microelements were affected by both structural and random factors.Viewing from spatial distribution charts,50.7%of the soil contained available B at an extremely low level,especially in Muji Village and Haichao Village more attention should be paid to B supplement.The content of available Zn had strong spatial autocorrelation,only in 1/3 of the soil samples available Zn content was higher than 1 mg/kg,it implied that available Zn would become deficient in the whole area.The contents of available Fe and Cu were rich,but still 6.9%and 2.2%of samples were at a lower level,mainly in Aimin Village and LuchangTown.

Huili County;Tobacco planting soil;Microelement;Influencing factor;Regression analysis

S572.06

A

1002-0861（2015）12-0020-07

10.16135/j.issn1002-0861.20151204

2015-04-24

2015-07-23

中国烟草总公司四川省公司重点项目“基于3S技术的四川烟区生态环境要素时空特征提取及应用”（SCYC201402006）；“四川烤烟肥料减施增效技术研究”（201202004）；“四川植烟土壤质量监测评价及退化阻控技术研究”（201202005）。

王永豪（1990—），在读硕士研究生，研究方向：土壤质量与资源环境可持续的研究。E-mail：340598146@qq.com；*

王昌全，E-mail：w.changquan@163.com

王永豪，王昌全，李冰，等.凉山会理植烟土壤微量元素特征及其影响因素［J］.烟草科技，2015，48（12）：20-26.WANG Yonghao,WANG Changquan,LI Bing,et al.Microelement characteristics of tobacco planting soil in Huili,Liangshan and influencing factors thereof［J］.Tobacco Science&Technology,2015,48（12）：20-26.

责任编辑 董志坚