貴州中部山區(qū)植煙土壤微量元素分布特征

孟　霖，宋文靜，王程棟，梁　盟，王樹聲，鄒　焱，徐宜民*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081，3.貴州省煙草科學(xué)研究院，貴陽 550081）

貴州中部山區(qū)植煙土壤微量元素分布特征

孟霖1，2，宋文靜1，王程棟1，梁盟1，2，王樹聲1，鄒焱3，徐宜民1*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081，3.貴州省煙草科學(xué)研究院，貴陽 550081）

摘要：利用GPS定位在貴州中部山區(qū)采集了165份代表性土壤樣品，對貴州中部山區(qū)不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤不同土層有效鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）和鋅（Zn）含量的垂直分布進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，貴州中部山區(qū)煙田耕層土壤有效Fe和有效Mn含量總體處于豐富水平，而33.3%耕層土壤有效Cu缺乏，土壤有效Zn極缺乏的土樣占總體樣本的6.43%；與其他成土母質(zhì)相比，坡積物發(fā)育形成的土壤有效Fe含量較高，土壤有效Mn含量以坡積物和巖類風(fēng)化殘積-坡積物發(fā)育形成的土壤較高，而不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤有效Cu和有效Zn含量差異不顯著；在剖面垂直分布上，不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤中微量元素含量均表現(xiàn)出隨土層深度增加而遞減的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：貴州中部山區(qū)；土壤微量元素；成土母質(zhì)

鐵、錳、銅、鋅等微量元素是烤煙生長所必需的營養(yǎng)元素，對烤煙的生長發(fā)育、生理代謝、產(chǎn)質(zhì)量均有重要影響，土壤中微量元素的供給水平受氣象因子、成土母質(zhì)、土壤因子等因素互作影響［1-3］。相關(guān)研究表明，煙葉微量元素含量和土壤中相對應(yīng)的微量元素含量呈顯著正相關(guān)［4］；同時(shí)，植株在吸收土壤養(yǎng)分的過程中，土壤中微量元素之間存在著廣泛的協(xié)同和拮抗效應(yīng)［5-6］。

成土母質(zhì)在土壤形成和發(fā)育上具有重要的作用，能直接影響土壤的礦物組成和土壤顆粒組成，并在很大程度上影響著土壤的理化性質(zhì)及養(yǎng)分有效性。有研究表明，成土母質(zhì)在闡述土壤養(yǎng)分空間變異上比其他因素更為重要，土壤微量元素含量分布也受成土母質(zhì)的影響［7］。土壤微量元素有效態(tài)的剖面分布在一定程度上可以反映土壤中營養(yǎng)元素的輸入、輸出和循環(huán)［8］。土壤微量元素剖面分布也受不同土地利用方式變更下植被變化與根系深度變化等對土壤理化性質(zhì)的影響［9］。就植煙土壤而言，前人在煙田土壤微量元素有效態(tài)分布特征及土壤與烤煙系統(tǒng)中的交互關(guān)系等方面已做了大量研究［10-13］，但在土壤微量元素有效態(tài)分布與成土母質(zhì)及其在煙田土壤剖面中垂直分布方面的報(bào)道較少。本文研究了貴州中部山區(qū)煙田土壤4種微量元素含量在不同成土母質(zhì)所形成土壤中的垂直分布特征，旨在為植煙土壤的科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)域

貴州中部山區(qū)介于東經(jīng)105°33'～108°12'和北緯25°35'～27°13'，屬喀斯特低山丘陵地貌，研究區(qū)域海拔分布在850～1400 m，是我國傳統(tǒng)中間香型烤煙最典型生態(tài)區(qū)［14］。本研究選取遵義、余慶、凱里、黔西、貴定、開陽和西秀7縣作為代表性取樣區(qū)。

1.2土壤樣品采集

在典型煙田內(nèi)，采用隨機(jī)多點(diǎn)法采集耕層土壤樣品，各點(diǎn)土樣充分混勻，以四分法留取2kg土壤作為待測樣品。在相同地塊內(nèi)，挖掘標(biāo)準(zhǔn)土壤剖面（寬1.0～1.2 m × 深1.2～1.5 m），按土壤發(fā)生層分別采集各層土壤樣品，用于測定土壤微量元素含量。

1.3土壤微量元素含量測定

土壤樣品置于室內(nèi)風(fēng)干，去雜，研磨，過100目篩，二乙基三胺五乙酸（DTPA）浸提，利用原子吸收分光光度計(jì)（上海-4530F型）測定土壤有效Fe、Mn、Cu和Zn含量［15-16］。

土壤微量元素豐缺判定根據(jù)全國第2次土壤普查肥力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［17-18］（表1）。

表1　我國植煙土壤微量元素豐缺指標(biāo)Table 1　Content grades of soil microelements

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用Microsoft Excel 2010軟件繪圖。

2　結(jié)　果

2.1煙田耕層土壤微量元素含量總體狀況

由表2可知，貴州中部山區(qū)煙田耕層土壤有效Fe含量平均值為26.28 mg/kg，變異系數(shù)為42.23%，總體處于適中和豐富水平，其中，凱里耕層土壤有效Fe含量較高，而遵義較低；由表3可知，貴州中部山區(qū)煙田土壤有效Mn含量平均值為113.64 mg/kg，變異系數(shù)為56.26%，總體處于豐富和極豐富水平，其中，西秀耕層土壤有效Mn含量較高，而遵義較低；由表4可知，貴州中部山區(qū)煙田耕層土壤有效Cu含量為3.23 mg/kg，變異系數(shù)為101.87%，屬于強(qiáng)變異元素。土壤有效Cu含量缺乏（0.1～0.2 mg/kg）和極缺乏（＜0.1 mg/kg）的土樣占總體樣本的15.24%，其中凱里、開陽和黔西區(qū)域土壤有效Cu缺乏的土樣比例分別為66.66%、20.0%和20.0%；由表5可知，貴州中部山區(qū)煙田耕層土壤有效Zn含量平均值為3.09 mg/kg，變異系數(shù)為63.33%。土壤有效Zn含量極缺乏（＜0.3 mg/kg）的土樣占總體樣本的6.43%，其中凱里和開陽區(qū)域土壤有效Zn缺乏的土樣比例分別為20.0%和25.0%。

2.2不同成土母質(zhì)耕層土壤微量元素分布特征

貴州中部山區(qū)植煙土壤成土母質(zhì)整體屬于混合巖石區(qū)，成土母巖主要為碳酸巖或碳酸巖夾碎屑巖，局部地區(qū)有碎屑巖、淺變質(zhì)巖、頁巖、粘土巖分布。典型煙田所處地形部位主要為山坡和溝谷兩大類，山坡上的成土母質(zhì)一般為各類巖性風(fēng)化物殘積-坡積物和第四紀(jì)紅土，溝谷中的成土母質(zhì)一般為各類巖性風(fēng)化物、第四紀(jì)紅土經(jīng)過搬運(yùn)后在溝谷中堆積而成。本文將貴州中部山區(qū)土壤的成土母質(zhì)類型劃分為第四紀(jì)紅土、巖類風(fēng)化殘積-坡積物和溝谷堆積物三大類。

表2　貴州中部山區(qū)典型煙田耕層土壤有效Fe含量Table 2　Soil available Fe contents of plough layers of typical tobacco-growing fields in the central region of Guizhou Province

表3　貴州中部山區(qū)典型煙田耕層土壤有效Mn含量Table 3　Soil available manganese contents of plough layers of typical tobacco-growing fields in the central region of Guizhou Province

表4　貴州中部山區(qū)典型煙田耕層土壤有效Cu含量Table 4　Soil available copper contents of plough layers of typical tobacco-growing fields in the central region of Guizhou Province

表5　貴州中部山區(qū)典型煙田耕層土壤有效Zn含量Table 5　Soil available zinc contents of plough layers of typical tobacco-growing fields in the central region of Guizhou Province

貴州中部山區(qū)不同成土母質(zhì)土壤耕層微量元素含量分析結(jié)果顯示（圖1），不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤微量元素含量存在一定的差異。與其他成土母質(zhì)相比，坡積物發(fā)育形成的土壤有效Fe含量較高，且與其他兩類成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤間差異達(dá)顯著水平；土壤有效Mn以坡積物和巖類風(fēng)化殘積-坡積物發(fā)育形成的土壤含量較高，而不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤有效Cu和土壤有效Zn含量差異不顯著。

圖1　不同成土母質(zhì)土壤微量元素含量分布Fig. 1　Soil microelement contents of different parent materials

2.3不同成土母質(zhì)土壤微量元素含量剖面垂直分布規(guī)律

由表6看出，不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤在土層數(shù)和土壤厚度上有較大差異，巖類風(fēng)化殘積-坡積物形成的土壤一般位于山坡上，由其發(fā)育形成的土壤較淺，發(fā)生層一般劃分出3～4層；溝谷堆積物形成的土壤多位于河谷中，其形成的土壤較深，發(fā)生層一般劃分出5層左右；第四紀(jì)紅土發(fā)育的土壤pH較高，黏粒含量高，發(fā)生層一般劃分出4層。不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤微量元素含量隨土層深度均表現(xiàn)出由上而下逐次遞減的規(guī)律，其中，第四紀(jì)紅土發(fā)育形成的土壤耕作層（Ap層）和土壤黏化層或雛形層（B層）的4種微量元素均低于其他兩個(gè)母質(zhì)；巖類風(fēng)化殘積-坡積物形成的土壤Ap層和AB層的有效Fe、有效Mn和有效Zn含量較高，溝谷堆積物形成的土壤Ap層有效Cu含量較高。

3　討　論

土壤微量元素有效態(tài)分布主要受成土母質(zhì)及土壤形成過程中遷移過程的影響［19］，人為耕作制度對土壤微量元素的分布也有一定的影響［20］。同時(shí)，土壤微量元素含量反映了土壤生態(tài)過程的變化及生物有效性［21］。丁偉［22］研究表明，貴州全省植煙土壤中Fe和Mn含量非常豐富，平均含量分別為37.16和44.64 mg/kg；而土壤中Cu和Zn含量在黔東南和黔西南部分植煙區(qū)較缺乏，這與本文研究結(jié)果基本一致。本文研究表明，貴州中部山區(qū)煙田耕層土壤有效Fe和有效Mn含量總體處于豐富水平，而33.33%的土樣有效Cu缺乏，土壤有效Zn極缺乏的土樣占總體樣本的6.43%。這可能與該植煙區(qū)土壤成土母質(zhì)中Fe和Mn含量較多而Cu和Zn 含量較少有關(guān)。針對貴州中部山區(qū)土壤有效性Cu和Zn含量偏低的情況，這些煙田可施用Cu和Zn微肥，以滿足烤煙對有效Cu和Zn的需求。

本文研究結(jié)果表明，不同成土母質(zhì)發(fā)育而來的土壤微量元素含量存在一定的差異。與其它成土母質(zhì)相比，坡積物發(fā)育形成的土壤有效Fe含量較高，且與其它兩類成土母質(zhì)發(fā)育的土壤間的差異達(dá)顯著水平；土壤有效Mn含量以坡積物和巖類風(fēng)化殘積-坡積物發(fā)育形成的土壤較高，而不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤有效Cu和Zn含量差異不顯著。主要是因?yàn)槭規(guī)r母質(zhì)和頁巖母質(zhì)發(fā)育的土壤各種養(yǎng)分含量均較高，這主要是其土壤黏粒較多，而花崗巖母質(zhì)和砂巖母質(zhì)發(fā)育的土壤砂粒較多，因此其土壤養(yǎng)分含量相對較低。同時(shí)不同母質(zhì)發(fā)育的土壤微量元素含量不同，這與土壤的礦物類型有關(guān)，不同礦物類型土壤微量元素含量存在本質(zhì)的差異［23］。

母質(zhì)類型影響土層深度和養(yǎng)分的剖面分布［24］，本文研究表明，巖類風(fēng)化殘積-坡積物發(fā)育形成的土壤土層較深且各個(gè)發(fā)生學(xué)層次養(yǎng)分含量較高，第四紀(jì)紅土發(fā)育形成的土壤土層相對較淺且各個(gè)發(fā)生學(xué)層次養(yǎng)分含量較低，典型剖面微量元素有效態(tài)含量表現(xiàn)出自上而下隨土層深度遞減的規(guī)律。對于農(nóng)田來說，施肥主要集中在表土層，而土壤的微生物群落大部分也在表土層，所以土壤養(yǎng)分的遷移和轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在表土層，因此長期的施肥會(huì)導(dǎo)致表土層養(yǎng)分含量的升高。對不同成土母質(zhì)發(fā)育土壤的研究表明［12-13］，隨著土壤深度的增加，人為活動(dòng)的影響也越來越小，殘留在土壤中的植物根系數(shù)量越來越少，導(dǎo)致典型剖面微量元素含量表現(xiàn)出自上而下依次遞減的規(guī)律。

表6　不同成土母質(zhì)煙田微量元素含量剖面層次分布Table 6　Profile distribution of soil microelement contents of different parent materials

4　結(jié)　論

貴州中部山區(qū)煙田耕層土壤有效Fe和有效Mn含量總體處于豐富水平，而33.33%耕層土壤樣品有效Cu缺乏，6.43%土壤樣品中有效Zn極缺乏；有效Fe含量以坡積物發(fā)育形成的土壤較高，且與其他兩類成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤間差異達(dá)顯著水平；土壤有效Mn以坡積物和巖類風(fēng)化殘積-坡積物發(fā)育形成的土壤含量較高，而不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤有效Cu和土壤有效Zn含量差異不顯著；不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤微量元素有效態(tài)含量均隨土層深度由上往下逐次遞減。

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中圖分類號(hào)：S572.06

文章編號(hào)：1007-5119（2015）03-0057-06

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2015.03.011

基金項(xiàng)目：國家煙草專賣局特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)重大專項(xiàng)“中間香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉生態(tài)基礎(chǔ)研究”（TS-02-20110012）

作者簡介：孟霖，男，在讀博士生，研究方向?yàn)闊煵萜焚|(zhì)與生理生態(tài)。E-mail：mlbio@126.com。*通信作者，E-mail：yiminx@sohu.com

收稿日期：2014-12-21修回日期：2015-04-05

The Distribution of Microelement Contents of Tobacco-growing Fields in the Central Region of Guizhou Province

MENG Lin1，2， SONG Wenjing1， WANG Chengdong1， LIANG Meng1，2， WANG Shusheng1，ZOU Yan3， XU Yimin1*
（1. Tobacco Research Institute， CAAS， Qingdao 266101， China； 2. Graduate School of CAAS， Beijing 100081， China； 3. Guizhou Tobacco Science Research Institute， Guiyang 550081， China）

Abstract:In order to investigate the characteristics of soil microelements in the central region of Guizhou Province. 165 soil profile samples were collected with GPS positioning and microelement contents of the soil samples were measured. The results showed that the soil samples were generally rich in available iron （Fe） and manganese （Mn）， while available copper （Cu） and zinc （Zn） were insufficient. The available Fe content of soils developed from gully debris was higher than those developed from quaternary red clay and carbonate residual-slope wash. No significant difference of the contents of soil available Cu and available Zn was observed among soils originated from different parent materials. At the vertical direction of the soil profiles， the contents of microelement decreased with soil depth.

Keywords:central region of Guizhou province； soil microelement； parent materials