母婷婷，廖超林，周 童，肖孟宇，朱 黔，王 乾，张石磊，张 松

（1. 湖南省烟草公司衡阳市公司，湖南 衡阳 421000；2. 湖南农业大学，湖南 长沙410004；3.衡阳市烟草公司耒阳市分公司，湖南 耒阳 421008；4.河北中烟工业有限责任公司，河北 石家庄 050000）

烟—稻复种连作是我国红壤丘陵区主要的种植模式之一，在促进耕地集约利用和农业持续发展及农村脱贫攻坚中发挥了长期而重要的作用[1]。然而，长期烟—稻复种连作会导致土壤结构退化、养分失调、土传病害常发等问题，不利于烟草正常的生长发育，对烤烟产量和品质也有较大负面影响[2]。研究证实，烟—稻复种连作障碍主要来自土壤[3]，土壤连作障碍的研究报道主要集中于土壤养分失调、自毒作用及微生物区系发生变化[4-5]等方面，关于连作植烟对土壤微量元素影响的研究报道较少见。

铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）是土壤中最常见的微量元素，也是人体必需的微量元素，需要从食物中摄取[6]。研究采用时空替代法、相关性及冗余性分析等方法，在耒阳市烟区采集烟—稻复种连作不同年限的红壤性水稻土，分析土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量及其有效性的变化，了解土壤理化性状与Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量及其有效性的关系，明确烟—稻复种连作对红壤性水稻土微量元素含量及有效性的影响及其关键影响因子，为红壤性水稻田平衡施肥和烟叶的优质生产提供资料。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

在湖南典型红壤丘陵区的耒阳市烟区（113°2′59″E，26°39′33″ N），根据地形特点、田块形状及土壤环境一致的原则，按照时空替代法，分别选取烟—稻复种连作（YDLZ）1～20 a及以上田块，于烟田翻耕前按梅花形五点法取耕作层（0～20 cm）混合土样，同时采集环刀土样。对照为研究区未植烟且稻—稻连作（DDLZ）5 a以上的稻田土样。将采集的土样按YDLZ年限分为0 a、0～5 a、5～10 a、10～15 a、15～20 a、＞20 a 这6组，各组土样数量分别为13、16、14、13、12和8个；共计76个土样。土壤类型为第四纪红土发育的红壤性水稻土；将土样装袋编号后，带回实验室自然风干、碾磨、过筛备用。

1.2 土壤微量元素及理化指标测定

土壤有效Cu、有效Mn、有效Fe和有效Zn采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定；土壤容重采用环刀法测定；土壤pH值、有机质等理化指标依据文献[7]采用常规分析方法测定。

1.3 土壤微量金属元素有效性评价标准与方法

结合已有的研究结果[8-9]，制定了湖南植烟土壤有效态微量元素的评价标准和临界值，如表1所示。

表1 土壤有效态微量元素评价标准 （mg/kg）

采用单项有效性指数（Ei）和综合有效性指数（Et）相结合的方法[10]，先计算各元素有效性指数，再采用均根方法计算综合有效性指数，公式如下：

式中，Ci为实际测定的第i种土壤微量元素有效态含量；Si为第i种土壤微量元素有效态含量的临界值。

1.4 数据分析

采用Excell 2021和SPSS 20.0软件进行数据处理和统计分析；采用Duncan′s法显著性检验（P＜0.05）进行单因素方差分析，比较处理间的差异；以 Pearson法进行相关性分析。运用Canaco 5 软件进行土壤理化性状与土壤微量元素有效性的冗余分析（RDA）。

2 结果与分析

2.1 烟—稻复种连作对土壤微量金属元素有效态含量的影响

表2为不同种植模式下土壤微量元素的有效态含量。整体而言，YDLZ不同年限土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量变化范围分别为50.80～69.93、30.12～43.04、4.01～6.15和2.48～3.20 mg/kg；根据土壤有效态微量元素的评价标准，YDLZ不同年限土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量均高于临界值，且除有效Zn以外均处于极高含量水平。

表2 不同种植模式下土壤Fe、Mn、Cu、Zn的有效态含量

相较于DDLZ土壤，YDLZ的红壤性水稻土Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量均显著降低；其中烟—稻复种连作0～5 a（YDLZ 0～5 a）土壤的Fe、Mn有效态含量显著高于YDLZ年限＞5 a土壤的；而烟—稻复种连作15～20 a（YDLZ 15～20 a）土壤的Cu、Zn有效态含量显著高于其他年限段土壤的；就含量降低幅度而言，土壤Fe、Cu、Zn有效态含量均以烟—稻复种连作＞20 a（YDLZ＞20 a）土壤的降幅最大，降幅分别为37.43%、44.77%和39.22%，而Mn有效态含量以YDLZ 15～20 a土壤的降幅最大，达到45.96%。这说明YDLZ导致土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量显著降低，且以YDLZ年限15～20 a和＞20 a降低幅度最大。

2.2 烟—稻复种连作对土壤微量金属元素有效性的影响

由表3可知，相较于DDLZ土壤，YDLZ的红壤性水稻土的Fe、Mn、Cu、Zn有效指数显著降低；其中烟—稻复种连作0～5 a（YDLZ 0～5 a）土壤Fe、Mn的有效指数显著高于YDLZ年限＞5 a土壤的；而烟—稻复种连作15～20 a（YDLZ 15～20 a）土壤Cu、Zn的有效指数显著高于其他年限段土壤的。从不同微量元素有效性指数看，DDLZ土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效指数分别为11.60、7.96、3.63和4.08，分别属于高、中、极高和高等级水平；而YDLZ土壤Fe、Mn有效性指数分别为7.26～9.99、4.30～6.15，分别属于中、低或极低等级水平；Cu、Zn有效性指数分别为2.01～3.08、2.48～3.20，属于高以上等级水平。这说明YDLZ导致红壤性水稻土Fe、Mn、Cu、Zn有效性等级水平降低，同时导致土壤Mn缺乏。从有效性综合指数（Et）看，YDLZ土壤Et显著低于DDLZ，且随着烟—稻复种连作年限的延长，Et变小；说明YDLZ导致土壤微量元素有效性整体降低，且随着烟—稻复种连作年限的延长，效果越明显。

2.3 烟—稻复种连作对土壤理化性状的影响

由表4可知，相较于DDLZ土壤，YDLZ对红壤性水稻土容重及颗粒组成的显著影响，主要发生在YDLZ 15～20 a和YDLZ＞20 a；其中YDLZ 15～20 a土壤容重升高了14.89%，砂粒含量降低了9.82%，差异均达显著水平；YDLZ＞20 a土壤容重和粉粒含量分别增加18.09%和7.57%，砂粒含量降低了11.21%，差异均达显著水平。这说明烟—稻复种连作15 a后导致土壤容重增加和土壤质地趋细。从表4中还可以看出，相较于DDLZ土壤，红壤性水稻土不同YDLZ年限的土壤有机质、全量氮、磷及钾含量差异变化显著，这表明烟—稻复种连作对红壤性水稻土主要肥力指标影响明显。

表4 不同种植模式下土壤的容重、颗粒组成及养分含量

2.4 土壤理化性状与土壤微量金属元素及其有效性指数的相互关系

由表5可知，土壤微量金属元素有效态含量与多种土壤理化性质之间相关性显著。其中，土壤有机质与有效态Fe、Mn、Cu、Zn及Et之间均极显著正相关，土壤粉粒与有效Fe、有效Mn极显著或显著正相关，全氮与有效Fe、有效Mn及Et显著正相关；而容重与有效态Fe、Mn、Cu、Zn及Et极显著或显著负相关；粘粒与有效Cu、有效Zn及Et显著或极显著负相关，全磷与有效Fe、有效Mn及Et极显著负相关。

表5 土壤理化性状与土壤有效态微量金属元素及其有效性指数的相关性

土壤理化性状与土壤有效态微量元素及其有效性指数的冗余分析结果如图1所示，2个排序轴解释了总变异的99.68%，反映了土壤理化性状对土壤有效态微量元素及其有效性指数的绝大部分信息，其中土壤有机质（OM）（57.0%，F=21.2，P=0.002）、容重（BD）（42.5%，F=11.8，P=0.004）、全磷（TP）（26.3%，F=5.7，P=0.01）、粘粒（clay）（24.6%，F=5.2，P=0.044）、总氮（TN）（24.1%，F=5.1，P=0.022）及粉粒（silt）（21.7%，F=4.4，P=0.022）具有较高的向量权重，且均达到显著水平，是影响土壤有效态微量元素及其有效性指数的主要理化指标；同时，上述指标中的OM、BD向量权重较大，是土壤有效态微量元素及其有效性指数变化的主导指标。

图1 土壤理化性状与土壤有效态微量金属元素及其有效性指数的冗余分析

3 讨 论

微量元素是烟草、水稻、小麦和油菜等作物生产中所必需的营养元素，其丰缺状况对作物的生长发育、产质量起着重要的生理作用。该研究采集烟—稻复种连作不同年限的土壤进行测定，发现其Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量均处于极高含量水平，这与李卫等[9]的研究结果一致，其含量与成土母质、栽培技术、耕作制度及施肥等具有相关性。耕作和施肥是影响土壤微量元素有效态含量变化的因素。

该研究表明，烟—稻复种连作导致土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量显著降低，且以烟—稻复种连作年限15～20 a和＞20 a的降幅最大，梁文旭等[1]的研究也获得了类似的结果。其原因在于长期连作导致土壤结构破坏，有机质降低，磷素累积，极大地影响了微量元素的活性，使其有效态含量降低[11-12]。

烟—稻复种连作导致土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量显著降低的同时，4种微量元素有效性单项和综合指数均显著降低，且有效性综合指数随着连作年限的延长降低越明显。在土壤微量元素有效态含量降低的条件下，游离于土壤溶液中的活性微量元素含量降低，导致可被作物吸收利用和参与元素地球化学循环的比例降低，故其有效性降低。

土壤微量元素有效含量及有效性受土壤理化性状的影响。该研究中，土壤有机质与Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量及其有效性指数显著正相关，这与向万胜等[13]的研究结果一致。有机质中富含多种有机酸，可以溶解相当一部分微量元素，同时，有机质的存在也有助于减少微量元素与土壤颗粒的接触，降低微量元素被土壤固定的可能性；同时，微量元素可以随着有机酸在土壤中的流动而向根部迁移，从而提高其有效性[14]。

任启文等[15]的研究表明，容重与土壤有机质呈负相关关系，与土壤粉粒、粘粒呈正相关关系。烟—稻复种连作导致红壤性水稻土容重增大，土壤有机质含量降低，质地趋粘重，铁锰氧化物增加，对微量元素的吸附和共沉淀作用增强[16]，微量元素的有效态含量及综合有效性指数降低。土壤粉粒含量与Fe、Mn有效态含量显著正相关，而粘粒与Cu、Zn有效态含量及有效性呈负相关关系，其原因在于烟—稻复种连作导致土壤粉粒含量增加，伴随的是粘粒含量增加及容重增大，对微量金属元素的吸附固定和无效化作用增强[17]，有效态微量金属元素及其有效性降低。

土壤全磷主要以不溶或难溶的磷酸盐形式存在，烟—稻复种连作导致土壤全磷累积，磷酸根离子相应增加，与Fe、Mn等微量元素共沉定量增加[18]，从而导致Fe、Mn活性和有效性降低。因此，土壤Fe、Mn有效含量及综合有效性指数与全磷含量呈极显著负相关关系。

进一步运用冗余分析解析烟—稻复种连作引起土壤微量金属元素含量及有效性的主导理化因子，发现土壤有机质和容重是影响烟—稻复种连作红壤性水稻土Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量及有效性的关键因子；烟—稻复种连作导致土壤有机质含量降低、容重增加，减少了土壤有机酸和有机胶体数量，增强了微量金属元素的吸附固定和共沉淀作用，因此，Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量和有效性降低。

4 结 论

烟—稻复种连作导致土壤Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量显著降低，且以连作年限15～20 a和＞20 a的降幅最大；同时，烟—稻复种连作导致土壤微量金属元素有效性整体降低，且随着烟—稻复种连作年限的延长，效果越明显；土壤微量金属元素有效态含量与多种土壤理化性质之间相关性显著，其中土壤有机质和容重是影响烟—稻复种连作条件下红壤性水稻土微量金属元素有效态含量及有效性的关键因子。因此，合理配置植烟土壤微量营养元素等级及有效性，可从调控土壤有机质及容重等理化性状入手。