桂阳烟区土壤有效硼分布特征及其对烟叶硼和主要含氮化合物含量的影响

田超华 张学伟 郭 玮 刘文建 刘永来曹明锋 祝 利 邓 勇 景延秋刘 栋

（1河南农业大学烟草学院，450002，河南郑州；2广东中烟工业有限责任公司，510310，广东广州；3湖南省烟草公司郴州市公司，423000，湖南郴州；4湖南省烟草公司常德市公司，415000，湖南常德）

硼（B）是植物生长发育必需的微量元素之一[1-2]，参与光合作用、激素运转、细胞分裂、细胞伸长、氮代谢和核酸代谢等[3]。烟草属于中等需硼植物，过高或过低的硼供给均会影响其正常生长，硼供给不足会导致核酸代谢紊乱、氮代谢速率下降、嫩叶中蛋白质含量降低、含氮化合物含量升高、植株生长缓慢、节距缩短和叶片卷曲、增厚等问题；硼供给过高则会引起叶间发黄和脉间失绿、坏死等症状[4-6]。烟叶内的含氮化合物具有重要的生理功能，并在一定程度上决定着烟叶的感官品质[7]。硝酸还原酶活性直接影响烟叶的氮代谢过程。硼能显著提升烟叶生长前中期硝酸还原酶活性，从而促进烟株吸收的NO3-转化为NH4+，然后再进一步合成氨基酸和蛋白质等其他含氮化合物[8-9]，因此硼元素对烟株正常生长和品质提升具有重要意义。

桂阳烟区位于湖南省郴州市西部，种烟历史悠久，年产烟叶量约3.00万t，是全国重要的浓香型优质烟叶供应基地，但关于桂阳烟区土壤有效硼含量分布特征及其对烤烟硼和主要含氮化合物含量的影响鲜见报道。鉴于此，本文以桂阳烟区土壤样品和烟叶样品为材料，研究桂阳烟区土壤有效硼含量的分布特征、主要影响因素及其对烟叶硼和主要含氮化合物含量的影响，旨在为桂阳烟区合理施用硼肥并提升烟叶品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

1.1.1 土壤样品 采用GPS定位技术，于2019年1月对湖南省郴州市桂阳县13个乡镇基本烟田进行取样，取样田块面积均在667m2以上，避开雨季，在烟草移栽前、未施用底肥时进行，共采集土壤样本328个，并记录采样点农户、经纬度和海拔等信息。每个采样区块取8～10个点，采用“S”型取样方式，用取土器钻取耕层0～20cm土层土壤，混合成约2kg的土样，并用四分法去除多余土壤，留1kg土壤，经风干、去杂、研磨和过筛等处理后装袋。

1.1.2 烟叶样品 于2019年8月在桂阳烟区各土壤样品采集点选取等级为C3F（中橘三）的烟叶采集样品，共计328个，每个样品1.5kg，烘干、粉碎并过筛备用。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤指标 采用玻璃电极法测定pH，采用重铬酸钾氧化法测定有机质含量，采用甲亚胺比色法测定土壤有效硼含量，土壤母质由河南农业大学烟草学院专家实地观察并结合室内分析确定，采用比重法确定土壤颗粒组成，并按照参考文献[10]提供的方法进行判定[10]。

1.2.2 烟叶指标 采用干灰化法测定烟叶硼含量，采用氨基酸全自动分析仪测定总氨基酸含量，参照YC/T 161-2002测定总氮含量，参照YC/T 166-2002测定烟碱含量，参照YC/T 166-2003测定蛋白质含量[11]。

参照《中国烟草种植区划》[12]和田鹏等[13]研究进展，将土壤有效硼含量分为极低（≤0.14mg/kg）、低（0.15～0.29mg/kg）、适宜（0.30～0.59mg/kg）、丰富（0.60～0.99mg/kg）和极丰富（≥1.00mg/kg）5个等级。

1.3 数据处理

采用Excel整理数据，用SPSS软件对数据进行描述性统计分析、相关性分析、方差分析、多重比较和回归分析。

2 结果与分析

2.1 土壤有效硼含量的分布特征

由表1可知，桂阳县土壤有效硼含量平均值为0.55mg/kg，处于适宜水平，变幅为0.19～1.33mg/kg，变异系数为32.73%，属于中等强度变异，偏度和峰度系数均大于0，数据呈正偏态尖峭峰。方差分析表明，部分乡镇之间土壤有效硼含量差异显著，其中仁义镇、浩塘镇、方元镇和雷坪镇土壤有效硼含量较高，分别为0.67、0.65、0.61和0.60mg/kg，为丰富等级，其他乡镇土壤有效硼含量均为适宜等级。不同乡镇有效硼含量均属于中等强度变异，其中正和镇变异系数最大，为38.63%，桥市乡变异系数最小，为14.58%。

表1 不同乡镇土壤有效硼含量的分布特征Table 1 Distribution characteristics of soil available boron contents in different towns

由图1可知，桂阳县4.27%的土壤样本硼含量为较低等级，65.85%为适宜等级，27.75%为丰富等级，2.13%为极丰富等级。敖泉镇和太和镇土壤有效硼含量适宜比例均为100%，方元镇和浩塘镇分别有4.76%和6.33%的样本土壤有效硼含量为极丰富等级，樟市镇、舂陵江镇和洋市镇分别有8.70%、13.33%和14.29%的样本土壤有效硼含量为较低等级。

图1 不同乡镇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 不同成土母质土壤有效硼含量的变化

由表2可知，3种成土母质土壤有效硼含量均值从高到低依次为坡积物、洪积物和冲积物，均为适宜等级，其中洪积物变幅最大。由分布频率可知，洪积物的适宜样本比例最高（69.09%），坡积物的丰富样本比例最高（45.45%）。方差分析表明，不同成土母质土壤有效硼含量差异达显著水平（F=3.148；sig=0.044），多重比较表明坡积物中有效硼含量显著高于冲积物。

表2 不同成土母质土壤有效硼含量的变化Table 2 Changes of available boron contents in different soil parent materials

2.3 不同质地土壤有效硼含量的变化

由表3可知，3种质地土壤有效硼含量均值从高到低依次为壤土、黏壤土和黏土，其中壤土有效硼含量为丰富等级，黏土和黏壤土有效硼含量为适宜等级。由分布频率可知黏土的适宜样本比例最高（76.22%），壤土中处于丰富和极丰富的样本比例最高，分别为50.00%和5.56%。方差分析表明，不同质地土壤有效硼含量差异达到极显著水平（F=15.483；sig=0.000），多重比较表明壤土和黏壤土有效硼含量显著高于黏土。

表3 不同质地土壤有效硼含量的变化Table 3 Changes of available boron contents in different texture soils

2.4 pH对土壤有效硼含量的影响

桂阳烟区植烟土壤pH范围为5.01～8.14，均值为7.32，总体呈弱碱性，与匡传富等[14]研究结果基本一致。根据实际采样结果及文献[15]将土壤pH分为6组，并计算各组有效硼含量均值。由表4可知，各组间有效硼含量差异达极显著水平（F=5.258，sig=0.000），除pH为5.50～5.99分组外，其他分组有效硼含量均显著高于pH为5.00～5.49分组，pH≥7.50分组的样本比例最高（57.62%），pH为5.00～5.49分组的样本比例最低（3.05%），由均值可以看出，土壤有效硼含量随pH的升高表现为先升高后降低的变化趋势。

表4 不同pH范围下土壤有效硼含量的变化Table 4 Changes of soil available boron contents in different pH ranges

相关分析表明，有效硼含量与pH呈显著正相关（r=0.120，P=0.030）；回归分析（图2）表明，有效硼含量和pH满足极显著二次曲线关系（R2=0.075，P=0.000）。由图2可知，随着土壤pH的升高，土壤有效硼含量表现为先升高后降低的趋势，与分组结果一致，即土壤有效硼含量随pH的升高表现为先升高后降低的趋势。

图2 土壤pH与有效硼含量的回归关系Fig.2 Regression relationship between soil pH and available boron content

2.5 土壤有机质含量对土壤有效硼含量的影响

桂阳烟区土壤有机质含量为17.20～107.00g/kg，均值为46.55g/kg。根据实际采样结果及文献[15]将土壤有机质分为5组，并计算各组土壤有效硼含量均值，由表5可知，有机质含量为45.00～54.99和≥55.00g/kg分组的土壤有效硼含量显著高于有机质含量为≤24.99和25.00～34.99g/kg的分组，有机质含量为35.00～44.99g/kg分组的土壤有效硼含量与其他分组无显著差异。由均值可以看出，土壤有效硼含量随有机质含量的升高而升高。

表5 不同有机质含量范围下土壤有效硼含量的变化Table 5 Changes of soil available boron contents in different organic matter content ranges

相关分析表明，土壤有效硼含量与有机质含量呈极显著正相关（r=0.322，P=0.000）；回归分析表明（图3），土壤有机质含量与有效硼含量间满足极显著线性回归关系（R2=0.127，P=0.000），即随着土壤有机质含量的升高，土壤有效硼含量呈线性升高的趋势，与分组结果一致。

图3 土壤有机质含量与有效硼含量的回归关系Fig.3 Regression relationship between soil organic matter content and available boron content

2.6 土壤有效硼含量对烟叶硼含量的影响

桂阳烟区烟叶硼含量范围为8.25～48.50mg/kg，均值为22.32mg/kg。根据我国优质烟叶硼元素标准[16]，本研究中桂阳烟区烟叶硼含量达到我国优质烤烟水平。由表6可知，各土壤有效硼组间烟叶硼含量差异达极显著水平（F=57.252，sig=0.000），土壤有效硼含量为0.30～0.59和≥1.00mg/kg分组的烟叶硼含量显著高于土壤有效硼含量为0.15～0.29和0.30～0.59mg/kg分组，土壤有效硼含量为0.30～0.59mg/kg分组的烟叶硼含量显著高于土壤有效硼含量为0.15～0.29mg/kg分组。由均值可以看出，烟叶硼含量随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围下烟叶硼含量的变化Table 6 Changes of boron contents in tobacco leaves under different soil available boron content ranges

相关分析表明，土壤有效硼含量与烟叶硼含量呈极显著正相关关系（r=0.673，P=0.000）；回归分析（图4）表明，土壤有效硼含量与烟叶硼含量间满足极显著线性回归关系（R2=0.179，P=0.000），即随着土壤有效硼含量的升高，烟叶硼含量呈线性升高的趋势，与分组结果一致。

图4 土壤有效硼含量与烟叶硼含量的回归关系Fig.4 Regression relationship between soil available boron content and tobacco boron content

2.7 土壤有效硼含量对烟叶主要含氮化合物含量的影响

2.7.1 烟叶蛋白质和总氨基酸 桂阳县土壤有效硼含量与烟叶蛋白质和总氨基酸含量的相关性分析表明，土壤有效硼含量与烟叶蛋白质含量呈极显著正相关关系（r=0.794，P=0.000）；等样本平滑回归分析（图5）表明，土壤有效硼含量与烟叶蛋白质含量呈极显著二次曲线关系（R2=0.709，P=0.000），即随着土壤有效硼含量的升高，烟叶蛋白质含量表现为先升高后降低的变化趋势。土壤有效硼含量与烟叶总氨基酸含量呈极显著正相关关系（r=0.662，P=0.000）；等样本平滑回归分析表明，土壤有效硼含量与烟叶总氨基酸含量呈极显著二次曲线关系（R2=0.605，P=0.000），即随着土壤有效硼含量升高，烟叶总氨基酸含量表现为先升高后降低的趋势。

图5 土壤有效硼含量对烟叶蛋白质和氨基酸含量的影响Fig.5 The effects of soil available boron on the protein and amino acid content of tobacco leaves

2.7.2 烟叶烟碱和总氮 桂阳县土壤有效硼含量与烟叶烟碱和总氮含量的相关性分析表明，土壤有效硼含量与烟叶烟碱含量呈极显著负相关关系（r=-0.831，P=0.000）；等样本平滑回归分析表明（图6），土壤有效硼含量与烟碱含量呈极显著二次曲线关系（R2=0.7864，P=0.000），即随着土壤有效硼含量升高，烟叶烟碱含量表现为先降低后升高的趋势。土壤有效硼含量与烟叶总氮含量无显著相关关系，等样本平滑回归表明，土壤有效硼含量与烟叶总氮含量无显著相关关系。

图6 土壤有效硼含量对烟叶总氮和烟碱含量的影响Fig.6 The effects of soil available boron content changes on the total nitrogen and nicotine content of tobacco leaves

3 讨论

3.1 土壤有效硼含量分布特征

土壤有效硼含量的丰缺直接影响烤烟的生长发育和品质形成[17]。桂阳烟区植烟土壤有效硼含量均值为0.55mg/kg，总体含量适宜，但仍有6.40%的植烟土壤有效硼含量低或极丰富。因此，桂阳烟区应实行分区施肥管理，对于土壤有效硼含量较低的区域（樟市镇、舂陵江镇和洋市镇），适当增施硼肥，对于土壤有效硼含量极丰富的地区（方元镇和浩塘镇），适当减少硼肥的施入，以免硼毒害发生。

3.2 土壤有效硼含量的主要影响因素

本试验中成土母质、土壤质地、pH和有机质含量均对土壤有效硼含量的影响显著，不同成土母质土壤有效硼含量存在极显著差异，其中坡积物土壤有效硼含量最高，洪积物次之，冲积物最低，这与郭婷等[18]的研究结果一致，这可能与不同成土母质的硼素背景和成土背景有关。不同土壤质地有效硼含量存在显著性差异，其中壤土有效硼含量最高，黏壤土次之，黏土最低，这与姚旺等[19]的研究结果一致，这可能是因为黏土对硼的吸附能力大，从而导致土壤有效硼含量较低，而壤土和黏壤土质地较粗，对土壤有效硼吸附能力小，从而土壤有效硼含量较高。土壤有效硼含量与土壤pH呈显著正相关，土壤有效硼含量随pH的升高表现为先升高后降低的趋势，这与邓小华等[20]的研究结果一致，这是因为当土壤处于酸性条件下，硼主要以B(OH)3的形式存在，土壤对其吸附力相对较小，土壤有效硼含量增加，当土壤pH继续增大，B(OH)4-的含量相对增加，土壤对硼的吸附力增大，被固定的硼较多，硼的有效性降低。土壤有机质和有效硼含量呈显著正相关，土壤有效硼含量随有机质含量的升高而升高，这与黎娟等[21]的研究结果一致，这可能是因为有机质能吸附固定硼素，从而减少淋失，同时又可矿化释放硼，从而提高土壤有效硼含量[22-23]。

3.3 土壤有效硼含量对烟叶硼和主要含氮化合物含量的影响

本研究发现，土壤有效硼含量对烟叶硼和主要含氮化合物影响显著，烟叶硼含量与土壤有效硼含量间存在极显著正相关关系，说明土壤有效硼含量的增加是影响烟叶对硼元素吸收的主要因素，这与穆童等[24]的研究结果一致，方差分析表明土壤有效硼含量为0.60～0.99与≥1.00mg/kg分组间烟叶硼含量无显著差异，说明土壤有效硼含量过高时，烟叶硼含量并不会随着土壤有效硼含量的提高而上升，这可能是因为当土壤有效硼含量≥1.00mg/kg时，会对烤烟产生毒害作用。土壤有效硼含量与烟叶蛋白质、总氨基酸和烟碱含量间存在显著关系，与总氮关系不显著，这与陈鱼跃等[25]和徐照丽等[26]的研究结果一致，本研究表明随着土壤有效硼含量的升高，蛋白质和总氨基酸含量表现为先升高后降低的趋势，烟碱含量表现为先降低后升高的趋势，这可能是因为适宜的土壤有效硼含量能提升烟株硝酸还原酶活性，促进氮代谢，但土壤有效硼含量过高则会抑制烟株氮代谢。

4 结论

桂阳烟区土壤有效硼含量总体适宜，93.60%的土壤样本处于适宜或丰富水平，能满足优质烟叶生产所需。土壤有效硼含量与pH呈极显著二次曲线关系，与有机质含量呈极显著线性正相关关系。烟叶硼含量与土壤有效硼含量呈极显著线性正相关，烟叶蛋白质、总氨基酸和烟碱含量与土壤有效硼含量呈极显著二次曲线关系。桂阳烟区土壤有效硼含量较低或极丰富区域，可通过调节土壤pH、有机肥料和硼肥的施用来调控土壤有效硼含量，进而影响烟叶硼和主要含氮化合物含量，从而改善烟叶质量。