山東植煙土壤與烤煙微量元素分布特點及相關分析

王彯彯，梁洪波，王 勇，李 哲，彭 東，于 利，劉海偉，閆慧峰，徐宜民*

(1.中國農業科學院煙草研究所,農業部煙草生物學與加工重點實驗室,青島 266101；2.中國農業科學院研究生院,北京100081；3.山東中煙工業有限責任公司,濟南 250100)

山東植煙土壤與烤煙微量元素分布特點及相關分析

王彯彯1,2，梁洪波1，王 勇3，李 哲1,2，彭 東1,2，于 利1,2，劉海偉1，閆慧峰1，徐宜民1*

(1.中國農業科學院煙草研究所,農業部煙草生物學與加工重點實驗室,青島 266101；2.中國農業科學院研究生院,北京100081；3.山東中煙工業有限責任公司,濟南 250100)

為摸清山東煙區土壤-烤煙系統中微量元素的分布特點，采用野外調查及室內化驗分析相結合的方法，研究了土壤與烤煙中 Fe、Mn、Cu、Zn 的交互關系。結果表明，山東煙區土壤有效 Fe、Mn 豐富，有效 Cu 適中，有效 Zn 較低。山東煙區烤煙 Fe、Mn 含量較高，Cu、Zn 含量適中。逐步回歸與偏相關分析結果顯示，煙葉中的微量元素都與土壤中對應的微量元素有效態含量具有顯著或極顯著的正相關關系，微量元素之間表現出一定的協同或拮抗關系。本試驗結果表明，山東煙區土壤中應適當補充 Cu、Zn 兩種微量元素，特別是質地較粗的土壤中這 2 種元素缺乏較嚴重。

土壤；烤煙；微量元素；分布特征；多元統計分析

土壤與烤煙中微量元素的含量及交互作用關系到烤煙對微量元素的吸收、積累,進而影響到烤煙的生理功能及品質[1-6]。因此,了解微量元素的豐缺狀況及交互作用對確定烤煙合理的施肥量及施肥方式具有重要意義。

烤煙中微量元素含量受土壤、氣候條件、種植品種、煙葉等級等多種因素的影響[7-8]。烤煙吸收的微量元素主要來自土壤,在一定條件下,土壤環境狀況是影響煙葉中微量元素含量的決定因素。有關植煙區土壤微量元素分布特點及土壤-烤煙系統中微量元素間的相互關系前人已做了大量研究[9-13],結果認為,受土壤中元素的綜合影響,元素之間存在著廣泛的協同或拮抗關系。山東是我國北方一個重要的烤煙種植省份,煙區分布范圍較廣,土壤類型、成土母質種類復雜,氣候條件各地也有一定差異。因此受這些因素的影響,微量元素在土壤-烤煙系統中的交互作用可能會與其他地區有差別,但目前針對山東煙區的煙葉與土壤中微量元素綜合效應的研究甚少。本研究以山東烤煙土壤和煙葉為試驗材料,分析了烤煙葉片微量元素及土壤有效態微量元素含量的分布特點及相互關系,以期為山東煙田微肥施用和優質煙葉生產提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 土樣采集 綜合考慮地形地貌、成土母質(巖)、土壤類型和植煙面積等因素,選取山東臨朐、蒙陰、諸城、五蓮、費縣、莒縣6個主要植煙區中的代表性煙田。統一采用不銹鋼土鉆按―S”型取 15 點(每點取一土鉆)制成混合土樣,采集深度為 0～30 cm。土樣在自然條件下風干,除去活體和根系,研磨,過 0.149 mm 篩,自封袋中保存備用。共采集耕層土 37 份,其中花崗巖發育成的棕壤或粗骨土7份,石灰巖發育成的褐土5份,碎屑類沉積巖(頁巖、砂巖)發育成的褐土及鈣質粗骨土 19 份,其余 6 份為洪積-沖擊物或黃土性物質發育成的褐土。

1.1.2 煙樣采集 在采集土樣的地塊對應采集煙葉樣品 C3F(中橘三)37 份,品種為各縣(市、區)主栽品種,由專業評級人員按照 GB 2635—92 烤煙標準進行等級評定。等級評定后每個樣品取 1 kg 左右,樣品烘干后去主脈粉碎,過 60 目篩,用于微量元素測定。

1.2 方法

1.2.1 土樣測定 土壤 Fe、Mn、Cu 和 Zn 有效態含量用二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提-原子吸收分光光度計測定[14]。

1.2.2 煙樣測定 稱取約 0.2 g 煙末樣品,精確到萬分之一,置于消解罐中,加入 5 mL HNO3和 3 mL H2O2,用微波消解儀消解。消解結束后,冷卻到常溫,打開密閉消解罐,將樣品消解液轉移至 50 mL PET 瓶中,定容到 50 g 左右,混勻,并記錄 PET瓶中液體的質量。用 RCP-MS 測定溶液中的 Fe、Mn、Cu、Zn,并計算含量。

1.2.3 數據分析 數據分析采用 Excel 進行平均數、標準差和變異系數等的計算,SAS 8.1 進行逐步回歸分析和偏相關分析。

2 結 果

2.1 土壤微量元素有效態含量的分布特點

依據第二次全國土壤普查微量元素分級標準和 1989 年中國科學院在南京召開的微量元素工作會議所制定的土壤微量元素有效態含量豐缺指標(表1)[15],對山東煙區土壤 Fe、Mn、Cu 和 Zn有效態含量進行評價。

表1 土壤 Fe、Mn、Cu、Zn 有效態含量豐缺評價指標 mg/kgTable 1 Criteria of soil available micronutrients

由表2 可見,山東煙區土壤有效 Fe、Mn 含量豐富,90%以上的樣品處于適中-很豐范圍內；有效Cu、Zn 含量適中,在供試樣品中土壤有效 Zn 平均值雖高于缺 Zn 臨界值 0.5 mg/kg,但位于缺 Zn 臨界邊緣值 0.5～1.0 mg/kg 的樣點占到 62%,為潛在缺鋅區,表明山東煙區整體缺 Zn,應當注意適當補充鋅肥。

2.2 煙葉微量元素含量的分布特點

參照國內外卷煙企業對初烤煙葉微量元素含量的要求,制定煙葉 Fe、Mn、Cu、Zn 含量的評價標準[16](表3)。

由表4 山東典型煙區烤煙中部煙葉(C3F)樣品 Fe、Mn、Cu、Zn 含量的描述性統計結果可見,山東煙區煙葉中 Fe、Mn 含量較高,Cu 含量適中, Zn 含量較低。表中給出了我國烤煙微量元素含量的正常范圍值,但正常范圍值并不代表優質煙葉的范圍值。根據以往研究結果和生產實踐經驗,我國優質烤煙煙葉 Fe、Mn、Cu、Zn 含量的分布范圍一般Fe 為 200～800 mg/kg,Mn 為 40～150 mg/kg,Cu 為15～21 mg/kg,Zn 為 20～80 mg/kg[17]。因此山東煙葉Fe、Mn、Cu、Zn 含量符合我國優質煙葉標準的概率分別是 81.82%、57.58%、13.28%、50.62%。

表2 山東植煙區代表性煙田微量元素有效態含量統計分析Table 2 Statistic analysis of available micronutrient contents in Shandong tobacco planting areas

表3 煙葉中 Fe、Mn、Cu、Zn 含量豐缺評價指標 mg/kgTable 3 Criteria of micronutrients in tobacco leaves

2.3烤煙與土壤微量元素含量的相關性

2.3.1 土壤與烤煙微量元素含量逐步回歸方程的建立 將煙葉 Fe、Mn、Cu、Zn 含量做為因變量,分別用 Y1、Y2、Y3、Y4表示,土壤有效 Fe、有效Mn、有效 Cu、有效 Zn 含量做為自變量,分別用X1、X2、X3、X4表示,應用多元回歸分析方法建立以下―最優”回歸方程,以便對因變量進行預測或控制。

Y1=181.13+2.53X1+82.09X3(R=0.4955**)

Y2=207.77+2.05X2-107.75X3(R=0.2845*)

Y3=6.58+0.04X1+10.18X3(R=0.5*)

從回歸方程可以看出,煙葉的 Fe受土壤中有效 Fe和有效 Cu 的影響,并且土壤的有效 Cu 對煙葉吸收 Fe有促進作用；煙葉 Mn 的含量受土壤有效Mn和有效 Cu的影響,其中土壤有效Cu抑制煙株對Mn的吸收；煙葉中的Cu受土壤中有效Cu和有效Fe的相互影響；在本試驗煙葉中的Zn未能與土壤中有效態 Fe、Mn、Cu、Zn 之間建立起顯著的回歸方程,表明山東煙區煙葉中的 Zn含量受給定自變量的影響不大,給定自變量不是影響其含量的關鍵因素,可能受其他未給定因素如海拔、有機質、大量元素等的影響更大。

表4 山東煙區煙葉微量元素含量統計分析Table 4 Statistic analysis of micronutrient contents in tobacco leaves of Shandong

2.3.2 土 壤 與 煙 葉 微 量 元 素 含 量 的 偏 相 關 分 析從土壤與煙葉微量元素含量的偏相關分析結果(表5)看出,煙葉微量元素都與土壤中對應的元素呈顯著或極顯著的正相關關系,進一步證明了土壤基礎肥力對煙葉品質的重要作用。葉片中的微量元素除與土壤中對應元素有效含量呈顯著相關外,與其他微量元素有效含量的相關性都不顯著,但是煙葉與土壤中微量元素之間仍然具有一定的相關性,表現出協同或者拮抗作用,這表明土壤與煙葉中微量元素含量關系的復雜性。

表5 土壤與煙葉中微量元素含量的偏相關系數Table 5 Partial correlation coefficients of the contents of micronutrients between soil and flue-cured tobacco

3 討 論

煙葉中微量元素的含量分布受多種因素的綜合影響。研究表明[18-19],土壤微量元素含量的高低對煙葉中對應元素的含量起主要作用,兩者呈極顯著正相關,且直接作用系數較大。本研究與前人研究結果有相似之處,進一步證明了土壤的基礎肥力對煙葉品質的重要作用。另外,元素間的協同或拮抗作用也會影響植株對微量元素的吸收。陳春宏[20]研究表明,Fe、Mn 之間存在強烈的拮抗關系,Fe能夠抑制植株對Mn的吸收累積,同時增加土壤中Mn的含量也會顯著降低植物對 Fe的吸收。但在本試驗中,Fe、Mn 并未表現出此關系,可能與土壤中 Fe、Mn 含量相對平衡有關,還可能因為在陳春宏等的研究中,在高 Fe、高 Mn 的情況下 Fe、Mn的拮抗作用才會明顯的表現出來,而在本試驗供試土樣中 Fe、Mn 含量要顯著低于前者研究的 Fe、Mn 濃度。汪洪等[21]研究表明,施鋅可以顯著降低植株中 Fe、Mn 的濃度,對植物吸收 Fe、Mn 有拮抗作用,本試驗結果與其有一定的相似性,但相關性不顯著,可能是因為山東煙區土壤有效 Zn含量偏低。另外,研究表明[22],烤煙不同品種對土壤中微量元素的響應能力也不同,在今后的研究土壤-烤煙系統微量元素交互作用時需進一步統一品種,消除不同品種對結果帶來的誤差。

4 結 論

山東煙區土壤 Fe和 Mn 有效態含量豐富,但元素空間分布不均勻,變異性較強。Cu有效態含量適中,Zn有效態含量較低,屬缺乏和潛在缺乏水平。山東煙區烤煙 Fe含量基本符合優質煙葉含量,Cu、Zn含量低于優質煙葉適宜值的下限,而Mn含量有一半樣品高于優質煙Mn適宜值的上限。

土壤與煙葉中微量元素含量關系較復雜,煙葉中的 Fe、Cu 受土壤中有效 Fe和有效 Cu 的綜合影響,煙葉中的 Mn受土壤中有效 Mn和有效 Cu的綜合影響,煙葉中的Zn含量與土壤中有效Zn含量關系不大,具有特異性。煙葉中的微量元素都與土壤中對應的微量元素有效態含量具有顯著或極顯著的正相關關系,與其他微量元素有效態含量相關性不顯著。

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Distributions and Correlations of Micronutrient Contents between Soil and Flue-cured Tobacco Leaves of Shandong Province

WANG Yingying1,2, LIANG Hongbo1, WANG Yong3, LI Zhe1,2, PENG Done1,2, YU Li1,2, LIU Haiwei1,YAN Huifeng1, XU Yimin1*

(1. Tobacco Research Institute, CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao266101, China; 2. Graduate School of CAAS, Beijing 100081, China; 3.China Tobacco Shandong Co., Ltd., Jinan 250100, China)

Field investigation and laboratory analysis were conducted to study the distributive characteristics and relationships of micronutrients between soil and flue-cured tobacco of Shandong Province, thus, to provide a theoretical basis for the flue-cured tobacco production. The results showed that the contents of available Fe and Mn in the plough horizon were plentiful, while those of Cu and Zn were moderate and insufficient, respectively; in most tobacco-growing areas of Shandong, the Fe and Mn contents were in the range of high quality tobacco production in China, and the Cu and Zn contents were moderate. Multiple linear regression analysis and partial correlation analysis showed that the micronutrient contents in tobacco leaves were positively correlated with the available micronutrient contents in soil, there existed synergistic and antagonistic effects among the micronutrients. Therefore, Cu and Zn fertilizers should be applied more in Shandong.

soil; flue-cured tobacco; micronutrient; distribution characteristic; multivariate statistical analysis

S572.06

1007-5119(2014)02-0064-05 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2014.02.012

國家煙草專賣局特色優質煙葉重大專項(TS-02-20110012)

王影影,女,在讀碩士,主要從事煙草栽培和植物營養方面的研究。E-mail:wangyingying505@163.com。*通信作者,E-mail:yiminx@sohu.com

2013-03-12

2013-06-28