豫中植煙土壤有效態(tài)微量元素與pH和有機(jī)質(zhì)的關(guān)系①

丁燕芳，趙鳳霞，米 琳，王海濤，宋學(xué)立，朱景偉，張 敏，何 嘉

豫中植煙土壤有效態(tài)微量元素與pH和有機(jī)質(zhì)的關(guān)系①

丁燕芳，趙鳳霞，米 琳，王海濤*，宋學(xué)立，朱景偉，張 敏，何 嘉

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，河南許昌 461000)

為探明豫中植煙土壤pH和有機(jī)質(zhì)對(duì)微量元素有效態(tài)含量的影響，在豫中許昌市的建安、禹州、襄城和漯河市的城區(qū)、臨潁和舞陽(yáng)6個(gè)植煙縣(區(qū))采集了191個(gè)典型煙田耕層(0～20 cm)土樣，測(cè)定了微量元素(有效銅、鐵、錳、鋅、鉬)含量、pH和有機(jī)質(zhì)含量，采用Pearson 相關(guān)分析法與曲線回歸方法分析了有效態(tài)微量元素含量與pH、有機(jī)質(zhì)之間的關(guān)系。結(jié)果表明，有效銅、鐵、錳、鋅和鉬的平均含量分別為1.20、49.24、84.80、1.71和0.02 mg/kg，有效錳總體上充足，有效鉬整體極為缺乏，個(gè)別樣點(diǎn)有效銅、鐵和鋅缺乏；pH平均為7.90，總體上偏高；有機(jī)質(zhì)平均為17.78 g/kg，總體上適宜；微量元素有效態(tài)與pH、有機(jī)質(zhì)之間均存在二次函數(shù)關(guān)系，隨pH升高，有效銅呈增加趨勢(shì)，有效鐵和鋅呈先升后降趨勢(shì)，有效錳和鉬呈先降后升趨勢(shì)；隨有機(jī)質(zhì)升高，有效銅、錳、鋅和鉬呈增加趨勢(shì)，有效鐵呈先升后降的趨勢(shì)。

植煙土壤；pH；有機(jī)質(zhì)；微量元素；相關(guān)性

土壤是作物賴(lài)以生存的基礎(chǔ)，土壤肥力高低對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。pH、有機(jī)質(zhì)和微量元素是表征土壤肥力的指標(biāo)[1]。有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，能夠提升土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，改善土壤結(jié)構(gòu)和耕層微生物區(qū)系[2-3]，是植物的養(yǎng)分來(lái)源和土壤微生物生命活動(dòng)的能量來(lái)源[4]，對(duì)穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)起著重要的作用。pH影響土壤養(yǎng)分的形成、轉(zhuǎn)化和有效性，從而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量和質(zhì)量[5-6]。微量元素主要參與植株體內(nèi)生理生化過(guò)程，并與葉綠體、多種氧化酶和多種呼吸酶的合成息息相關(guān)，從而參與植物的代謝過(guò)程[7]。土壤pH和有機(jī)質(zhì)與微量元素有效態(tài)之間存在密切的聯(lián)系[8-9]，我國(guó)已有植煙土壤pH和有機(jī)質(zhì)與微量元素有效態(tài)之間關(guān)系的報(bào)道[10-14]，但河南煙區(qū)這方面的研究卻鮮有報(bào)道。為此，本文以河南豫中煙區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)采樣和測(cè)定，分析土壤有效態(tài)微量元素、pH和有機(jī)質(zhì)的含量特征及其之間的關(guān)系，以期為豫中煙區(qū)植煙土壤養(yǎng)分管理和土壤保育提供參考。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

根據(jù)豫中煙區(qū)的烤煙種植空間分布情況，2020年采用網(wǎng)格式取樣法在許昌市(建安、襄城、禹州)和漯河市(城區(qū)、臨潁、舞陽(yáng))的6個(gè)植煙縣(區(qū))，確定了191個(gè)代表性煙田。在整地起壟前進(jìn)行土樣采集，采樣方式為在每個(gè)代表性煙田內(nèi)，采用梅花形5點(diǎn)取樣法，用竹鏟采集0 ～ 20 cm的耕層土壤，組成混合樣品，充分混勻后采用四分法留取1 kg左右?guī)Щ貙?shí)驗(yàn)室，經(jīng)室內(nèi)常溫自然風(fēng)干后，研磨過(guò)不同孔徑尼龍篩裝瓶備用待測(cè)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

采用電位法(水土比=2.5︰1，︰)測(cè)定pH，重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)[15]，二乙烯三胺五乙酸浸提- ICP-AES法測(cè)定有效銅、鐵、錳、鋅和鉬[16]。

1.3 植煙土壤 pH、有機(jī)質(zhì)和有效態(tài)微量元素含量適宜性分級(jí)

參照《全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[17]和鄧小華等[18]的方法，進(jìn)行植煙土壤pH、有機(jī)質(zhì)和有效態(tài)微量元素的分級(jí)(表1)。

表1 土壤pH、有機(jī)質(zhì)和微量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 21.0 軟件進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析。采用SPSS中的探索性分析剔除異常值；多重比較采用新復(fù)極差法，差異顯著水平<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 有效態(tài)微量元素含量分布特征

土壤有效銅含量比較豐富，變化范圍0.10 ～ 3.68 mg/kg，均值為1.20 mg/kg，占比96.81% 的樣點(diǎn)有效銅處于中等以上水平(表2)。許昌以禹州含量最高，均值達(dá)到1.36 mg/kg，其次是建安和襄城，分別為1.08、1.07 mg/kg；但3個(gè)煙區(qū)之間差異不顯著，90% 以上的樣點(diǎn)處于中等–豐富水平，另有少部分處于極豐水平。漯河煙區(qū)以舞陽(yáng)最高，均值達(dá)到1.56 mg/kg，且90% 以上的樣點(diǎn)處于豐富–極豐水平；其次是城區(qū)，90% 的樣點(diǎn)處于豐富–極豐水平，僅3.33% 的樣點(diǎn)缺乏；臨潁煙區(qū)變異較大，顯著低于城區(qū)和舞陽(yáng)，且有16.67% 的樣點(diǎn)有效銅含量缺乏。

土壤有效鐵含量變化范圍較大，介于1.43 ～ 184.5 mg/kg，均值為49.24 mg/kg，90.34% 的樣點(diǎn)處于豐富–極豐水平(表2)。許昌以禹州最高，均值為32.86 mg/kg，處于極豐水平；其次是建安區(qū)，為18.73 mg/kg，97.62% 的樣點(diǎn)處于豐富–極豐水平；襄城顯著低于禹州和建安，2.78% 的樣點(diǎn)極為缺乏。漯河以舞陽(yáng)最高，均值達(dá)到92.13 mg/kg，其次是臨潁和城區(qū)，分別為82.72和54.49 mg/kg；3個(gè)煙區(qū)有效鐵含量均非常豐富，分別有95.65%、94.44% 和76.67% 的樣點(diǎn)處于極豐水平。

土壤有效錳含量均值為84.80 mg/kg，變化范圍為6.22 ～ 182.24 mg/kg，99.54% 的樣點(diǎn)處于豐富–極豐水平(表2)。許昌3個(gè)煙區(qū)差異顯著，以禹州最高，均值達(dá)到161.98 mg/kg，處于極豐水平；建安和襄城分別有97.62% 和61.11% 的樣點(diǎn)處于極豐水平。漯河以臨潁最高，均值為113.33 mg/kg，且與城區(qū)和舞陽(yáng)差異顯著；3個(gè)煙區(qū)除舞陽(yáng)有8.70% 的樣點(diǎn)為豐富水平外，其余均處于極豐水平。

表2 豫中不同縣區(qū)土壤有效態(tài)微量元素含量統(tǒng)計(jì)

注：表中小寫(xiě)字母不同表示同一元素不同采樣點(diǎn)間差異顯著(<0.05)，下同。

土壤有效鋅含量均值為1.71 mg/kg，變化范圍0.40 ～ 9.94 mg/kg，97.68% 的樣點(diǎn)處于中等水平以上(表2)。許昌以禹州最高，均值為2.36 mg/kg，其次是建安，為1.42 mg/kg，襄城最低，為0.85 mg/kg，襄城和禹州差異顯著；3個(gè)煙區(qū)除襄城縣有13.89% 的樣點(diǎn)缺乏之外，其他煙區(qū)均為中等及以上級(jí)別。漯河以城區(qū)最高，均值為2.27 mg/kg，其次是臨潁，為1.95 mg/kg，舞陽(yáng)含量最低，為1.40 mg/kg；3個(gè)煙區(qū)差異不顯著，均處于中等以上級(jí)別。

土壤有效鉬含量均值為0.02 mg/kg，變化范圍為0.002 ～ 0.056 mg/kg(表2)。其中許昌以禹州最高，均值為0.04 mg/kg，建安和禹州均為0.01 mg/kg；漯河以臨潁最高，均值為0.02 mg/kg，城區(qū)和舞陽(yáng)均為0.01 mg/kg。總體上看豫中植煙土壤有效態(tài)鉬含量非常低，均處于極缺水平。

2.2 土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量特征

表3顯示，豫中植煙土壤 pH介于5.11 ～ 8.82，平均為7.90，有78.64% 的樣點(diǎn)大于7.5。許昌3個(gè)煙區(qū)差異不顯著，pH均在7.0以上；漯河以舞陽(yáng)最低，與城區(qū)和臨潁差異顯著，有56.52% 的樣點(diǎn)介于5.5 ～ 7.0范圍之內(nèi)。

土壤有機(jī)質(zhì)均值為17.78 g/kg，變化范圍為8.90 ～ 29.39 g/kg，94.69% 的樣點(diǎn)處于中等水平，僅1.98%和3.33% 的樣點(diǎn)為缺乏或偏高(表3)。許昌3個(gè)煙區(qū)差異不顯著，建安和襄城處于中等水平，禹州有7.50%的樣點(diǎn)處于缺乏水平。漯河以城區(qū)最高，均值達(dá)22.64 g/kg，與臨潁和舞陽(yáng)差異顯著；3個(gè)煙區(qū)舞陽(yáng)有4.35%的樣點(diǎn)缺乏之外，其余均處于中等-豐富水平。

2.3 土壤有效態(tài)微量元素與pH和有機(jī)質(zhì)的關(guān)系

2.3.1 相關(guān)性分析 土壤中有效態(tài)微量元素與pH和有機(jī)質(zhì)間的相關(guān)分析 (表4) 表明，有效鐵和鋅與pH之間呈顯著正相關(guān)；有效銅、錳和鉬與pH亦呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。有效銅、錳和鉬與有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)；有效鋅與有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)，有效鐵與有機(jī)質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著。有效銅與有效鐵、錳、鋅和鉬均呈正相關(guān)，且與有效鐵呈極顯著正相關(guān)，與有效錳呈顯著正相關(guān)；有效鐵與錳和鋅呈正相關(guān)，與有效鉬呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性均不顯著；有效錳、鋅和鉬之間呈極顯著正相關(guān)。

表3 豫中不同縣區(qū)土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)

表4 豫中煙區(qū)土壤有效態(tài)微量元素與pH和有機(jī)質(zhì)間的相關(guān)性

注：*、**分別表示相關(guān)性達(dá)<0.05和<0.01顯著水平。

2.3.2 回歸分析 將191個(gè)土壤樣品按照pH高低順序等樣本分組，每10個(gè)一組，最后一組11個(gè)數(shù)據(jù)，取每一個(gè)組內(nèi)對(duì)應(yīng)有效銅、鐵、錳、鋅和鉬的平均值，分別形成19組數(shù)據(jù)，利用新的數(shù)據(jù)組采用平滑回歸分析法分析有效態(tài)微量元素與pH和有機(jī)質(zhì)的關(guān)系[19]。

圖1表明，僅有效鐵和pH的回歸方程擬合度較高，決定系數(shù)在0.500 0以上。有效鐵與pH符合分段二次曲線關(guān)系，pH<8.0時(shí)，隨著pH的升高，有效鐵含量增加；當(dāng)pH>8.0時(shí)，隨pH的升高，有效鐵含量下降。有效銅和鋅與pH呈二次曲線關(guān)系，隨著pH升高，有效銅和鋅含量表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)；有效錳和鉬含量與pH亦呈二次曲線關(guān)系，隨著pH升高表現(xiàn)為先降后升的趨勢(shì)。

圖1 土壤有效態(tài)微量元素與pH的關(guān)系

圖2表明，有效錳、鉬和有機(jī)質(zhì)的回歸方程擬合度較高，決定系數(shù)在0.500 0以上。有效錳、鉬、銅與有機(jī)質(zhì)均呈二次曲線關(guān)系，隨著有機(jī)質(zhì)的增加，有效錳、鉬和銅含量表現(xiàn)為上升趨勢(shì)；有效鐵與有機(jī)質(zhì)呈二次曲線關(guān)系，但隨著有機(jī)質(zhì)的增加，有效鐵含量表現(xiàn)為先升后降趨勢(shì)；有效鋅與有機(jī)質(zhì)呈二次曲線關(guān)系，隨著有機(jī)質(zhì)的增加，有效鋅含量表現(xiàn)為減速上升的趨勢(shì)。

3 討論

3.1 施肥建議

微量元素是煙草生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，每種元素都有自己的特殊功能，缺一不可[20]。參照全國(guó)土壤第二次普查標(biāo)準(zhǔn)，豫中植煙土壤有效銅整體表現(xiàn)均豐富，小部分地區(qū)缺乏，其中漯河的臨潁和城區(qū)分別有16.67% 和3.33% 的樣點(diǎn)有效銅處于缺乏水平，可考慮配施銅肥。另外，外源銅元素易富集于土壤表層，對(duì)于有效銅含量豐富的煙區(qū)，應(yīng)注重控制使用含硫酸銅的肥料和農(nóng)藥，防止銅對(duì)煙葉生長(zhǎng)出現(xiàn)致毒效應(yīng)。有效鐵整體處于豐富–極豐水平，僅有許昌的襄城有2.78% 的樣點(diǎn)表現(xiàn)為極缺乏，可考慮適當(dāng)配施鐵肥。有效錳基本處于豐富–極豐水平，且以極豐為主，表明豫中多數(shù)植煙土壤有效錳極為豐富，可不施用錳肥，以避免引起錳毒問(wèn)題。有效鋅整體處于適中–豐富水平，許昌襄城有13.89% 的樣點(diǎn)處于缺乏水平，可考慮配施鋅肥。有效鉬整體處于極為缺乏水平，缺鉬問(wèn)題嚴(yán)重，應(yīng)適當(dāng)增施鉬肥。

3.2 微量元素與pH和有機(jī)質(zhì)的關(guān)系

豫中土壤pH平均為7.90，表明土壤總體偏堿，這與陳海生和王素娜[21]的研究一致，可能與豫中煙區(qū)土壤母質(zhì)為富含碳酸鈣的黃土物質(zhì)以及人為活動(dòng)有關(guān)[22]?？緹煂?duì)土壤酸堿度適應(yīng)性較強(qiáng)，在pH 4.0 ～ 9.0的土壤均能正常生長(zhǎng)發(fā)育，一般認(rèn)為適宜烤煙種植的土壤pH在5.5 ～ 6.5或7.0[11]，但豫中植煙土壤pH明顯偏高，應(yīng)考慮采用秸稈還田、綠肥掩青等措施來(lái)降低土壤 pH。有機(jī)質(zhì)平均為17.78 g/kg，含量適中，這與優(yōu)質(zhì)烤煙種植要求有機(jī)質(zhì)含量適中以及煙區(qū)嚴(yán)格控制氮肥投入有關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)含量過(guò)高或過(guò)低都不利于烤煙生長(zhǎng)，只有有機(jī)質(zhì)含量適中的土壤，才能產(chǎn)出產(chǎn)量較高、品質(zhì)較好的煙葉[23-25]。

圖2 土壤有效態(tài)微量元素與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系

土壤pH直接影響微量元素的活性，從而影響微量元素的遷移和淀積行為[26]。豫中土壤pH與有效鐵和鋅存在顯著正相關(guān)，與有效銅、錳和鉬相關(guān)性不顯著，這與李強(qiáng)等[12]和郭山虎等[27]的研究結(jié)果不盡相同。杜明陽(yáng)和趙秀蘭[28]認(rèn)為一定范圍內(nèi)提高土壤pH，可能使微生物分解活動(dòng)加劇，促進(jìn)溶解性有機(jī)質(zhì)的生成，而溶解性有機(jī)質(zhì)可以充當(dāng)金屬元素的“配位體”或結(jié)合“載體”，使土壤中金屬元素的活性和遷移性大幅度提高。Harter[29]研究認(rèn)為，當(dāng)pH近中性或弱堿性時(shí)，土壤對(duì)銅、鋅等元素的吸附能力大幅增加。本研究中pH與銅、鐵和鋅等有效態(tài)含量呈二次函數(shù)線性關(guān)系，在pH<8.0時(shí)，有效銅、鐵和鋅的含量表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，pH大于8.0時(shí)，表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，這可能是由pH介導(dǎo)的土壤吸附、微生物活動(dòng)與有機(jī)質(zhì)分解等多個(gè)過(guò)程綜合作用的結(jié)果。

土壤有機(jī)質(zhì)具有大量吸附位點(diǎn)，可以有效吸附土壤中的微量元素，然而，隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量升高，溶解性有機(jī)質(zhì)也可能相應(yīng)增加，其可通過(guò)絡(luò)合和螯合作用，提高微量元素的生物可利用性[30]，本研究有效銅、錳和鉬與有機(jī)質(zhì)存在極顯著正相關(guān)，這與宋剛和胡騰勝[31]以及李萬(wàn)武[32]關(guān)于有機(jī)質(zhì)與有效銅、鋅和錳的關(guān)系研究一致。表明增加土壤有機(jī)質(zhì)能顯著提高土壤有效銅、錳、鉬的含量。有效鐵和鋅與有機(jī)質(zhì)相關(guān)性不顯著，其原因可能是受pH等因素的影響。因此，在烤煙適宜范圍內(nèi)，有效調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)和pH，并結(jié)合微量元素間的作用機(jī)制，可以有效改變土壤中微量元素的含量，進(jìn)而改善土壤的生產(chǎn)力和肥力。

4 結(jié)論

豫中植煙土壤有效鐵、錳、銅和鋅總體上含量較高，但缺鉬較為嚴(yán)重；土壤 pH 偏高，呈堿性，有機(jī)質(zhì)含量適中。有效鐵和鋅與pH之間，有效銅、錳和鉬與有機(jī)質(zhì)之間呈顯著相關(guān)。在pH偏高和有機(jī)質(zhì)偏低的煙田，可考慮適當(dāng)增施酸性肥料、實(shí)現(xiàn)秸稈還田或種植綠肥、配施微肥，以有效調(diào)節(jié)土壤中有效態(tài)微量元素的含量，改善土壤肥力和提高煙葉品質(zhì)。

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Relationship Between Available Trace Elements and pH and Organic Matterin Tobacco-planting Soil in Central Henan Province

DING Yanfang, ZHAO Fengxia, MI Lin, WANG Haitao*, SONG Xueli, ZHU Jingwei, ZHANG Min, HE Jia

(Tobacco Research Institute of Henan Academy of Agricultural Sciences,Xuchang,Henan 461000, China)

In order to find out the influences of pH and soil organic matter (SOM) on the available contents of trace elements in tobacco-planting soil in central Henan Province, 191 typical topsoil samples (0-20 cm) were collected from six major tobacco-producing areas Jian'an, Yuzhou and Xiangcheng of Xuchang City as well as Chengqu, Linying and Wuyang of Luohe City, the contents of available trace elements (Cu, Fe, Mn, Zn and Mo)and SOM as well as pH values were determined, and the relationship between available trace elements with pH and SOM were analyzed by Pearson correlation and curve regression method. The results showed that the average contents of available Cu, Fe, Mn, Zn and Mo were 1.20, 49.24, 84.80, 1.71 and 0.02 mg/kg, respectively, Mn was generally sufficient, Mo extremely insufficient, and Cu and Zn insufficient in some soil samples. The average value of pH and SOM were 7.90 and 17.78 g/kg, respectively, which indicated pH was a bit higher while SOM was appropriate for tobacco-planting. Pearson analysis showed that there were quadratic function correlations between pH and SOM with trace elements, with the increase of pH, available Cu increased, Fe and Zn increased first and then decreased, and Mn and Mo decreased first and then increased; with the increase of organic matter, available Cu, Mn, Zn and Mo showed an increasing trend, while available Fe showed a trend of increasing first and then decreasing.

Tobacco growing soil; pH; SOM; Trace elements; Correlation

丁燕芳, 趙鳳霞, 米琳, 等. 豫中植煙土壤有效態(tài)微量元素與pH和有機(jī)質(zhì)的關(guān)系. 土壤, 2022, 54(1): 88–94.

S158

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.01.012

河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院項(xiàng)目(2020ZC20)資助。

(wanght3231@163.com)

丁燕芳(1985—)，女，河南許昌人，碩士，助理研究員，主要從事化驗(yàn)分析工作。E-mail: dyf851029@163.com