彭月月 余雪莲 李启权 冯浪 张新 王勇 王昌全

摘要：研究土壤微量元素丰缺程度及其影响因素可为烟区微肥的合理施用提供科学指导。基于227个样点数据，采用相关分析、回归分析和地统计学方法分析了川西南高海拔烟区土壤铁、锰、铜、锌和钼5种微量元素有效态含量的空间分布特征及影响因素。结果表明，研究区土壤有效钼含量有19.6%的样点处于缺乏或极缺乏水平，其余4种元素含量均处于丰富或极丰富水平。各元素块金效应在22.4%～50.0%，具有强烈或中等空间自相关性。土壤有效钼表现为西北高、东南低的分布趋势，其余4种微量元素含量均呈现出西北低、东南高的分布格局。有机质、CEC、碱解氮及有效磷钾对5种元素空间变异的解释能力较强，土壤类型、海拔的影响程度较弱，前茬作物对铁、锰、铜和钼含量影响显著。因此，研究区应结合各元素的空间分布特征及前茬作物，减少有效铁、锰、铜和锌等微量元素肥料的投入，同时适量适地增施钼肥。

关键词：微量元素；空间变异；影响因素；高海拔植烟区

土壤铁、锰、铜、锌和钼等微量元素是作物必需的营养元素，其有效态含量是表征土壤质量的重要因子。土壤中微量元素的含量受成土母质、土壤类型、地形条件等结构性因素及人类耕作施肥、种植制度等随机性因素共同影响，其空间分布特征是土壤母质和外源输入长期作用的结果，也是土壤空间异质性的具体表现。烟叶生产中，适宜的微量元素是保障烟叶良好品质的重要基础，如锰是烟株体内多种氧化酶的组成部分，参与体内氧化还原代谢，对烟草的氮素吸收与代谢有直接作用：铜能使叶绿素保持稳定，对细胞内蛋白质、糖代谢有促进作用，能增强烟株对真菌病害的抗性：然而土壤中微量元素过量也会导致植物生理机能失调和生长发育受阻，进而影响烟叶外观、香味等。长期以来，微肥的施用使得各烟区植烟土壤中微量元素的含量和分布有所改变，准确掌握植烟土壤微量元素的含量、分布及影响因素是烟田精准施肥和培育优质烟草的基础。因此，全面系统地分析烟区土壤微量元素的空间分布特征及其影响因素，对于烟区制定科学的微肥配方具有重要的指导意义。

盐源县是四川省烤烟种植大县，作为高海拔植烟区以盛产“清、甜、香”为特色的优质烟叶而闻名，在四川优质烟叶生产中占有重要地位。近年来，研究人员围绕盐源植烟土壤养分特征开展了大量研究，这些研究多集中在对有机质、氮、磷、钾等常规指标的分析和评价，而对该区域烟叶品质同样具有重要影响的土壤微量元素含量特征、空间分布状况及影响因素报道较少。因此，为更全面掌握该优质烤烟生产区土壤状况，本研究通过实地土壤样品采集，结合植烟区土壤类型、地形、土壤常规理化性质和前茬作物等因素，采用地统计学、相关分析和回归分析方法对该县植烟核心区土壤微量元素含量特征、空间分布格局及其影响因素进行分析，以期为烤烟种植区划、微肥的合理施用及烟叶品质提升提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于四川省涼山彝族自治州盐源县中部，为该县烟叶种植集中的区域，地理坐标为101°12'～101°5'E，27°19'～27°53'N，面积约2600k㎡。该区域主要包括盐源盆地及周边部分山地，盆地内部地势相对平缓，有“盐源坝子”之称，四周高山环绕，海拔在1626-4286 m。该区域属亚热带季风气候，年温差小，日温差大，日照充足，平均气温12.1℃，全年无霜期201 d，年均降水量为855.2 mm。成土母质主要为石灰岩、玄武岩、紫色岩、昔格达组粉砂岩、白果湾组灰砂页岩等形成的残坡积物以及河流搬运形成冰碛物和洪冲积物。烟区前茬作物主要包括海椒、烤烟、水稻、玉米和紫花苕5种类型。

1.2样品采集与测定

结合研究区实际情况，在2013年2月烟田尚未施底肥和烟叶移栽前，综合考虑地形、土壤类型及前茬作物等因素，并兼顾代表性和随机取样的原则，以GPS精确定位，采用多点混合法采集研究区表层（0-20 cm）土壤样品共237份（图1），并记录采样点经纬度、海拔、土壤类型和烟草前茬作物等背景信息。土壤样品带回实验室经自然风干后，去杂、捣碎、碾磨，过筛，并采用DTPA浸提一原子吸收分光光度法测定土壤有效铁、锰、铜、锌和钼的含量。

1.3数据处理与分析方法

采用三倍标准差法剔除异常值10个，实际使用样点数227个。常规统计分析、相关分析、方差分析和回归分析在SPSS 22.0软件中完成。参照文献制定土壤有效态微量元素分级评价标准（表1）。

采用地统计学方法对土壤养分的空间变异特征进行分析。首先在软件GS+7.0中进行半方差模型拟合，再以最优半方差模型参数在ArcGIS10.1软件的地统计模块中进行普通克里格插值，得到研究区土壤养分含量的空间分布图。半方差模型的拟合参数中，变程A可表示空间变量自相关范围：块金效应Co/（Co+C）反映土壤养分的空间自相关程度，当比值为<25%、25%-75%和>75%时，分别表示该养分指标具有强烈、中等和较弱的空间自相关性。

2结果

2.1土壤有效态微量元素含量的总体评价

如表2所示，研究区土壤有效铁、锰、铜、锌和钼含量平均值分别为117.80、127.42、4.76、4.80和0.16 mg/kg。根据植烟土壤微量元素丰缺评价标准（表1），有效铁、锰、铜和锌含量主要处于丰富和极丰富水平，有效钼含量处于较丰富水平，但有19.6%的样点处于缺乏或极缺乏水平。从变异系数来看，5种微量元素有效态含量的变异系数在47.25%～92.33%，空间异质性较强，变异强度表现为有效铁>有效铜>有效锌>有效钼>有效锰，但均属于中等程度的变异。K-S检验结果表明，有效铜、有效钼符合对数分布，有效铁、有效锰和有效锌近似对数正态分布。

2.2土壤有效态微量元素空间结构特征

由表3可知，研究区土壤有效铁和有效锌的最佳半变异函数模型为球状模型，有效锰、有效铜和有效钼的最佳半变异函数模型为指数模型，其拟合度在0.45～0.82，能较好地反映土壤微量元素有效态含量的空间结构特性。从拟合模型参数来看，土壤有效铜的块金效应<25%，说明土壤有效铜具有强烈空间自相关性，主要受到土壤性质等自然因素作用：其余4种微量元素的块金效应在38.6%～50.0%，具有中等程度的空间自相关性，表明其空间变异受自然因素和人为因素共同作用。

2.3土壤有效态微量元素空间分布特征

为了更直观的更直观地了解研究区土壤微量元素含量的空间分布特征，依据各微量元素不同含量的范围，应用ArcGIS10.1中空间分析（SpatialAnalysO模块对其空间含量高低进行分级后，再分区统计（表4）。

如图2和表4所示，各微量元素含量都表现出较为明显的空间分布格局。其中有效钼空间分布则表现为西北高、东南低，其余元素均呈现西北低、东南高的分布趋势。有效铁大于200 mg/kg的高值区分布在研究区东部，小于60 mg/kg的低值区分布在西部，含量为100～150 mg/kg范围面积最大，占总面积的42.50%。有效锰低于90 mg/kg的低值区分布在西北部，大于120 mg/kg的高值区分布在研究区的东南部和东北部，且所占面积最大，达到研究区总面积的52.60%。有效铜低于2.3 mg/kg的低值区分布在西北部，大于5.9 mg/kg的高值区主要在东南部，呈带状分布，含量为3.5-4.7 mg/kg范围面积最大，占研究区总面积的45A2%。有效锌含量为3.2～4.0mg/kg的低值区分布在西北部，大于5.6 mg/kg的高值区主要集中在中部，4.0～4.8 mg/kg范围面积最大，占总面积的54.02%。有效钼小于0.1 mg/kg的低值区分布在南部，大于0.2 mg/kg的高值区分布于西北部、东北部，含量为0.15～0.20 mg/kg范围面积最大，占总面积的45.13%。

2.4土壤微量元素的影响因素分析

2.4.1土壤类型表5显示，在4种主要植烟土壤类型中，有效铁、锰、铜和锌均值含量均达到了丰富或极丰富水平，都表现为在水稻土中的均值含量最高，红壤最低。有效钼均值含量也达到了丰富水平，表现为红壤中的均值含量最高，水稻土和紫色土中较低。水稻土与红壤中有效铁、锰、锌含量存在显著性差异，水稻土中的有效铁、锰、锌含量显著高于红壤中的含量，但4种土壤类型对研究区土壤有效钼、铜无则显著影响。从变异系数来看，5种土壤微量元素含量在各土壤类型间均具有中等强度的变异性。

2.4.2地形因子和土壤性质

由表6可知，地形因子对5种土壤微量元素有效态含量的影响并不大。土壤性质中，有机质与除有效钼以外的4种元素均呈现极显著正相关：碱解氮与5种土壤微量元素均表现为极显著相关；除有效铁以外，阳离子交换量（CEC）与其余4种有效态微量元素的相关系数均为极显著水平：此外，有效锰、有效锌与速效钾、有效磷、pH呈显著相关，这说明土壤常规理化性质与土壤微量元素有效态含量关系密切。

2.4.3前茬作物

由表7看出，不同前茬作物下有效铁、锰、铜、锌、钼的均值含量均属于中等及丰富以上水平。前茬作物为烤烟时，有效铁均值含量最高，为玉米时最低，但差异不显著。前茬作物为水稻时，有效锰均值含量最高，为玉米时最低。前茬作物为水稻时有效锰的含量显著（p<0.05）高于前茬作物为玉米时的含量，但与其他3种前茬作物下的差异不显著：前茬作物为水稻、海椒时，有效铜的均值含量较高，为玉米、紫花苕时的均值含量较低。前茬作物为水稻、海椒时有效铜的含量显著（p<0.05）高于前茬作物为玉米、紫花苕时的含量：前茬作物为紫花苕时，有效锌的均值含量最高，为玉米时最低。前茬作物为紫花苕时有效锌的含量显著（p<0.05）高于前茬作物为玉米时的含量，但与其他3种前茬作物下的差异不显著：前茬作物为紫花苕、烤烟时，有效钼的均值含量较高，为水稻、海椒时的均值含量较低。前茬作物为紫花苕、烤烟时有效钼的含量显著（p<0.05）高于前茬作物为水稻、海椒时的含量。从变异系数看，当前茬作物为玉米时，有效铁的变异系数最大，属于强变异。当前茬作物为其他4种作物时，有效铁、锰、铜、锌、钼均属于中等程度的变异。

2.4.4不同影响因素回归分析由表8可知，有机质、碱解氮和前茬作物均显著影响有效铁含量，其独立解釋能力分别为3.4%、1.7%、1.3%，解释能力不高，说明其受耕作措施和施肥差异等其他因素的影响较大。有机质、速效钾、有效磷、碱解氮、CEC、pH和前茬作物均对有效锰有显著影响，其中有机质、碱解氮、CEC的独立解释能力分别为27.5%、21.6%、21.7%，明显高于其他影响因素，说明有效锰含量主要受到有机质、碱解氮和CEC的影响。有机质、碱解氮和CEC对有效铜的独立解释能力分别为23.1%、32.7%和12.3%，其解释能力较强：有机质、有效磷和碱解氮对有效锌的影响程度较大。碱解氮、CEC和前茬作物对有效钼有显著影响，其独立解释能力分别为2.9%、2.7%、1.9%，解释能力较弱，再结合其空间自相关为中等程度（表3），说明其受耕作措施和局部施肥差异等因素的影响较大。

3讨论

烟草生长所需的微量元素，对烟叶的产量、品质和抗病能力有很大影响。这些微量元素主要来自土壤和施肥供给，微量元素的供给状况将直接影响烤烟的生长发育和烟叶品质。因此，平衡植烟土壤微量元素含量，制定科学、合理施肥方案对培育优质、特色、高产烟叶具有重要意义。本研究中，盐源植烟土壤有效态铁、锰、铜、锌含量丰富，其含量高于四川西南植烟区平均值。这可能与微肥的长期施用有关。同时，该区域土壤质地以壤土和黏土居多，土壤保水保肥性较好，有效态微量元素不容易流失，使得有效态铁、锰、铜和锌等微量元素在耕层大量富集，这可能对烤烟产生毒害，抑制烤烟生长。研究区有效钼的含量虽然较丰富，但有19.6%的样点处于缺乏或极缺乏水平，有效钼的缺乏不仅会降低烟叶的光合速率，还会减少烟叶油分。因此，研究区应该控制铁、锰、铜和锌的投入，但在钼含量缺乏的区域可适当补充钼肥，以维持烟株正常生长。

除有效钼外，其余4种元素与有机质呈极显著正相关，这与前人的研究具有一定相似性，这是因为有机质可与微量元素形成可溶或难溶性的配合物，作为微量元素可溶络合剂的来源，且有机质在分解过程中不仅会释放微量元素，同时其分解产生的有机酸还会增强土壤中微量元素的有效性。同时，碱解氮与5种微量元素都呈显著正相关，一方面是因为研究区有机质含量较高，有机质矿化后可释放大量的N、P、S及微量元素供作物生长需要，使得碱解氮与微量元素呈现大致相同的变化趋势，另一方面由于碳氮循环关系密切，使得碱解氮和有机质与有效态微量元素含量的相关关系高度相似。江厚龙等研究结果显示，海拔高度的变化常导致温度、湿度、光照、降水及大气成分等因子的显著变化，这些因素的变化势必会干扰土壤养分的矿化过程，影响土壤养分的释放。而本研究表明，地形因素如坡度、坡向、海拔对5种土壤有效态微量元素的影响并不显著，这是由于本研究区虽然处于高海拔地段，但烟叶种植区的海拔在2300-2500 m，海拔变化幅度并不大，加之长期耕作施肥，削弱了地形因素对微量元素的影响。

总体而言，研究区土壤微量元素有效态含量表现为中等程度的空间自相关性，与土壤有机质、碱解氮、CEC以及有效磷、速效钾的关系密切，其次为土壤类型和前茬作物，这与四川西南烟区的研究结果基本一致，这是因为植烟土壤受人为干扰相对较大，微量元素作为烟草配方肥料中的必需元素在烟田中长期使用，外源输入削弱了土壤微量元素的空间自相关性：另一方面，微量元素含量与土壤碱解氮和有效磷、速效钾等速效养分间关系的密切程度总体上高于土壤类型和前茬作物，由于氮磷钾速效养分与施肥有关，进而说明局部施肥差异是研究区有效态微量元素空间变化的主要影响因素，也削弱了不同土壤类型间微量元素含量差异。同时，不同前茬作物对微量元素存在不同的需求量，而前茬作物非烟草作物一般不施用微肥，因而前茬作物也对微量元素含量变异产生了显著的影响，精准的烟草配方肥中微元素的施用比例仍需考虑前茬作物的影响。

4结论

盐源植烟土壤有效铁、锰、铜和锌含量均处于丰富或极丰富水平，19.6%的样点有效钼含量处于缺乏或极缺乏水平。研究区有效铜的块金效应<25%，具有强烈空间自相关性，主要受到结构性因素作用：其余4种微量元素的块金效应在38.6%-50.0%，具有中等程度的空间自相关性，受土壤类型和海拔等结构因素和种植制度等人为因素的共同影响。空间分布上，土壤有效钼表现为西北高、东南低的分布趋势，其余4种微量元素含量均呈现出西北低、东南高的分布格局。总体来看，土壤有机质、碱解氮以及有效磷、速效钾等常规速效养分对各有效态微量元素含量空间分布的影响较强，土壤类型、海拔和前茬作物的影响相对较弱。对此，应结合各养分的空间分布特征，在考虑前茬作物差异的情况下，减少有效铁、锰、铜和锌微量元素肥料的投入，同时适量适地增施钼肥，进一步推进植烟区土壤微量元素的合理、精准施用，以提升烟区烟叶品质。