四川凉攀烟区植烟土壤有效铜和有效锌空间变异特征

张隆伟，伍仁军，王昌全，张 倩，李 冰，李启权，卞建锋，刘 扬

（1.四川省烟草公司，成都 610041；2.四川农业大学资源环境学院，成都 611130）

烟田土壤环境质量是保证烟叶产量和质量的基础。近年来，许多学者利用地统计学和GIS技术等方法，对小范围县域尺度土壤微量元素的空间变异性做了大量研究[1-3]。土壤铜、锌微量元素在烟草生育过程中的供需量虽然较少，但在生理生化过程如烟株的呼吸作用、合成叶绿素的光合作用中起着重要作用，而且对于提高烟叶质量和抗病能力有较大影响[4-6]。铜主要存在于烟株生长活跃的部位，不仅对幼叶和顶端生长影响较大，而且是植物体内许多氧化酶的成分及某些酶的活化剂，在氧化还原过程中起着重要作用[7-9]。因此，烟叶是否缺铜、锌会直接影响烟叶的产量和质量[10]。本研究选取四川西南优质烤烟产区凉攀作为研究对象，采用空间插值方法，全面深入掌握大尺度范围境内植烟土壤有效态Cu、Zn微量元素的空间分布特征，为科学施用微肥、保证烟株产质量提供有力依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

四川凉山彝族自治州和攀枝花市是全国优质烤烟的最适宜区之一，年产烤烟占四川省全年产量的80%以上[11-12]。80%以上的凉攀烟区地势为山高谷深、盆地交错分布，因光热资源丰富、雨量充沛、干湿季节分明、土壤类型多样、气候分带明显而具备种植优质烤烟的自然条件。本研究区域主要分布在海拔1000～2500 m的复杂中高山区，植烟土壤类型有水稻土、红壤、紫色土、黄棕壤、黄壤、石灰土等。

1.2 土样采集和分析

根据烟区主要土壤类型和烟草种植情况，利用GPS定位技术在凉攀地区的 9个烟叶主产区县（市），采用“网格法”取土壤样品，遵循随机、等量、同层次、多点混合的采样原则，“S”形采集0～20 cm的耕层土壤作为研究样本，样点分布见图1。分别采用二乙三胺乙酸（DTPA）、0.1 mol/L HCl浸提后原子吸收分光光度计测定土壤有效 Cu、Zn[13]。

1.3 数据处理

土壤样点数据使用 SPSS17.0软件进行描述性统计；采用GS+软件进行半方差函数的计算，并用ArcGIS 10.0进行Kriging空间插值[14-16]。

图1 样点分布Fig.1 Distribution of soil samples

2 结 果

2.1 土壤有效Cu、Zn总体特征

凉攀土壤有效Cu、Zn总体特征见表 1。研究区土壤有效Cu、Zn都表现为强变异性，变异系数分别为82.35%、106.26%。根据植烟土壤有效Cu、Zn划分等级的评价标准[17-18]（表 2），可判断有效Cu含量很丰富，有效Zn含量处于中等及以下水平。

2.2 不同尺度区域土壤有效Cu、Zn特征

从植烟区县尺度进行统计分析得出（表3），植烟各县域有效Cu含量平均值差异较大，各县域内变异强度差异明显，会理县变异系数最高为116.18%，西昌市最低为 41.48%。普格县有效 Zn含量最高为5.28 mg/kg，昭觉县最小为1.02 mg/kg；会理县有效 Zn变化强度最大，变异系数为125.07%。在整个凉攀各区县境内，有效Cu含量低于临界值的样本比例较低。各区县间有效 Zn含量差异较大，普格县有效 Zn含量较为丰富，昭觉、会理县有效 Zn含量低于临界值的样本比例超过60%。针对上述研究反映出凉攀烟区大部分区县有效 Zn缺乏所占比例较高，应及时采取措施适时补充微肥，以防止烟叶产质量降低。

表1 植烟土壤有效态Cu、Zn描述性统计Table1 Statistic of soil available Cu, Zn

表2 植烟土壤有效态Cu、Zn评价标准 mg/kgTable2 Evaluation Criteria of soil available Cu, Zn

从不同海拔高度统计分析结果可以得出（表4），1000～1500 m有效Cu含量最高为3.58 mg/kg，有效Zn含量最高的区域位于1500～2000 m，且随海拔的增加，有效Cu、Zn微量元素含量空间变异性逐渐突出。另外，有效Zn含量随海拔高度增加，缺Zn面积逐渐增大。当海拔高度超过2500 m时，有效Zn低于临界值1.0 mg/kg的样本比例达到最高值63.31%。海拔高度影响水热条件和成土物质的再分配[19]，且经相关分析得出，有效Cu、Zn含量与海拔呈负相关关系。

不同土壤类型具有不同的成土过程、发育程度，加上耕作管理措施的差异，导致土壤特性在不同土壤类型间存在差异[20]。从表5可知，凉攀烟区土壤微量元素在不同土壤类型间也存在显著差异。不同土壤有效Cu、Zn含量差异显著，变异系数均较高；有效 Cu在水稻土中的平均含量高达 4.17 mg/kg，有效Zn含量在黄壤中最高，为3.64 mg/kg。低于有效Cu含量最低水平的土壤样本数较少，比例最高为3.81%（红壤）；不同土壤有效Zn含量处于临界值以下的样本数较多，各种土壤比例大小依次为：紫色土＞冲积土＞黄棕壤＞石灰土＞红壤＞水稻土＞黄壤。

表3 植烟区县有效态Cu、Zn描述性统计Table3 Statistic of soil available Cu, Zn among tobacco growing counties

表4 不同海拔间植烟土壤有效态Cu、Zn描述性统计Table4 Statistic of soil available Cu, Zn among various elevations

2.3 凉攀烟区有效Cu、Zn半方差

拟合出精度较高的半方差函数模型是空间结构分析的关键。采用 GS+软件计算有效态 Cu、Zn半方差，并确定最佳拟合模型（表6）。有效Zn函数模型拟合度最高为0.845，有效Cu为0.770；变化全域均为150 km，说明变量具有空间相关性的区域范围较广。有效态Cu、Zn含量空间变异距离差异较大，分别为50、25 km；有效Cu、Zn块金系数均大于25%且小于75%，属于中等强度空间变异。有效Cu、Zn微量元素含量同时受土壤类型、地形、施肥、管理水平等多种因素的共同影响，而有效Zn受影响程度更强些。

表5 不同土壤类型土壤有效态Cu、Zn描述性统计Table5 Statistic of available Cu, Zn among various soil types

表6 土壤有效态Cu、Zn半方差函数参数Table6 The semivariogram models of available Cu, Zn and corresponding parameters

2.4 凉攀烟区有效Cu、Zn空间分布

根据半方差分析结果，运用普通克里格法绘制土壤有效Cu、Zn的空间分布图（图2）。土壤有效Cu呈离散分布，含量大于1.8 mg/kg的斑块占全区面积80%以上，含量较低的区域位于昭觉、越西、盐源县附近。土壤有效Zn含量低于1.0 mg/kg的区县面积较大，占总面积的43.88%，有效Zn含量最高的区域位于普格县、西昌市、会东县。

3 讨 论

凉攀植烟土壤有效Cu含量丰富，有效Zn适中及较缺，有效Zn缺乏的样本比例达43.88%。有效态Cu、Zn呈现出明显的区域差异性，有效Zn含量随海拔的增加低于临界值样本比例逐渐增大，位于2500 m以上区域缺乏样本比例达到最高值63.31%，这与人类活动密切相关，高海拔地区人为施入微肥量相对较少，土壤有效 Zn含量偏低。不同类型土壤有效Cu、Zn含量差异显著，变异系数较高，具有中等强度的空间相关性。其中，水稻土有效 Cu和有效 Zn平均含量相对较高，这与水稻土种植强度大，土壤呈中性以及人为施肥强度大等有关。凉攀植烟区域土壤有效Cu和有效Zn含量呈现的区域差异特征主要与研究区地形地貌、成土母质、气候环境以及在植烟过程中栽培技术、耕作制度和施肥水平等因素有关。与之前相关研究比较[21-23]，本研究采样范围广、密度大，对全面指导烟叶种植规划和微肥调控具有重要意义。

图2 植烟土壤有效态Cu、Zn空间分布Fig.2 Spatial distribution of soil available Cu and Zn

总体来看，凉攀烟区土壤有效Cu、Zn含量空间变异较大，这不仅与当地的地形地貌特征、成土母质等密切相关，同时整个区域内的烟田管理与微肥投入等人为活动对土壤有效Cu、Zn含量的空间变异也产生了较大影响。据报道，低浓度的Cu促进烤烟对Zn的吸收，但较高浓度的Cu抑制Zn的吸收[24]，幼苗阶段钾的吸收也有随Cu、Zn处理浓度增大而升高的趋势[25]，且较高浓度的Cu会抑制烟苗氮代谢[26]。在烤烟栽培过程中，在低海拔地区，应适当减少微肥中铜肥的比例，适当增加锌肥的比例；在高海拔地区，应当控制微肥中Cu元素的比例，大量增加Zn元素的比例。

另外，由于铜肥残效期长，烟叶对Cu具有一定的富集作用，易造成对烟叶质量的损害。因此，在烟株育苗时应减少硫酸铜溶液喷施，大田烟叶种植期间尽量少施或不施用铜肥。烟区大部分土壤需要补充锌肥，对生长期中表现明显缺 Zn症状的应考虑增施 Zn肥，增施方法可以采用叶面喷施硫酸锌水溶液。在烤烟生产中，应及时做好烟田的排水工作，调整土壤 pH，促进烤烟光合产物的合成，并调节生理代谢，培育出健壮的幼株从而提高移栽成活率，进而提高烤烟的产量和感官评吸质量。

4 结 论

（1）凉攀主要植烟区土壤有效Cu、Zn的平均含量分别为2.83、1.86 mg/kg，植烟土壤有效Cu含量适中及丰富比例较大，占98.28%，只有极少数土样有效Cu含量低于缺Cu临界值。烟区土壤有效Zn含量适中及丰富的占56.12%，43.88%的土样有效Zn含量低于缺Zn临界值。土壤有效Zn含量随海拔的增加低于临界值样本比例逐渐增大，位于2500 m以上区域的样本比例达到最高值63.31%；不同类型土壤有效Cu、Zn含量差异显著，变异系数均较高。

（2）凉攀植烟土壤有效Cu和有效Zn含量的空间变异函数均为指数模型，且具有中等强度的空间相关性，空间相关距离分别为50、25 km，受结构性和随机性因子的共同作用，其中有效态 Zn主要受随机因素的影响。从插值结果来看，有效态Cu、Zn含量总体上呈斑块状分布，但两者高值区、低值区的分布范围有所差异。土壤有效Cu和有效Zn含量在凉攀各区县空间分布上呈一定的区域性，越西、有效Cu含量偏低，昭觉、会理县有效Zn含量低于临界值的比例较高，应及时补充Zn肥。

[1]王新中，刘国顺，杨程，等.小尺度下烟田土壤有效态微量元素空间分布格局研究[J].中国烟草科学，2011，32（1）：12-16.

[2]化党领，曹荣，郑文冉，等.武隆县植烟土壤有效态微量元素状况分析[J].中国烟草科学，2013，34（3）：26-30.

[3]刘国顺，腊贵晓，李祖良，等.毕节地区植烟土壤有效态微量元素含量评价[J].中国烟草科学，2012，33（3）：23-27.

[4]罗华元，吴涛，常寿荣，等.红云集团原料基地植烟土壤中量和微量元素状况研究[J].中国烟草科学，2009，30（6）：30-33.

[5]曹志洪.优质烤烟生产的土壤与施肥[M].南京：江苏科学技术出版社，1991.

[6]庞夙，陶晓秋，黄玫，等.四川省植烟区土壤肥力评价[J].中国烟草科学，2013，34（1）：40-44.

[7]邱开阳，谢应忠，许冬梅，等.毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤养分的空间异质性[J].生态学报，2010，30（22）：6052-6062.

[8]霍沁建，李家俊，梁永江，等.贵州遵义植烟土壤微量元素含量状况及分析[J].中国烟草科学，2009，30（4）：37-42.

[9]秦建成，罗云云，魏朝富，等.基于ArcGIS的彭水县烟区土壤有效态微量元素丰缺评价[J].土壤学报，2006，43（6）：892-896.

[10]黎根，吴风光，汪健，等.植烟土壤有效态微量元素分析评价及对策[J].中国烟草科学，2011，32（增刊）：87-92.

[11]邢小军，吴晓彦.四川凉山州植烟土壤养分丰缺刍议[J].中国烟草科学，2007，28（2）：49-51.

[12]信俊峰，胡建新，闫芳芳.攀枝花烟区烤烟年份间化学品质稳定性分析[J].安徽农业科学，2010，38（27）：15081-15083.

[13]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[14]毕如田，李华.不同地形部位耕地微量元素空间变异性研究——以永济市为例[J].土壤，2005，37（3）：290-294.

[15]廖琴，南忠仁，王胜利，等.干旱区绿洲农田土壤微量元素有效态含量空间分布特征[J].环境科学研究，2011，24（3）：273-281.

[16]秦钟立，秦松，刘洪斌，等.贵州省植烟区土壤pH值和养分空间变异特征的研究[J].土壤通报，2007，38（6）：1046-1051.

[17]赵书军，梅东海，陈国华，等.鄂西南植烟土壤微量元素分布及演变特点[J].土壤，2005，37（6）：674-678.

[18]李明德，肖汉乾，余崇祥，等.湖南烟区土壤中、微量元素状况及施肥效应研究[J].中国烟草科学，2005，26（1）：25-27.

[19]李军营，方敦煌，宋春满，等.烤烟品种间烟叶化学成分含量对海拔高度的响应[J].中国烟草科学，2012，33（2）：17-23.

[20]李军，梁洪波，宛祥，等.烟田土壤养分状况及其与成土母质的关系研究[J].中国烟草科学，2013，34（3）：21-25.

[21]庞夙，李廷轩，王永东，等.县域农田土壤铜、锌、铬含量空间变异特征及其影响因子分析[J].中国农业科学，2010，43（4）：737-743.

[22]刘挺，何昆，万辉，等.四川凉山烟区土壤肥力综合评价[J].江苏农业学报，2011，23（6）：101-104.

[23]罗华元，吴涛，常寿荣，等.红云集团原料基地植烟土壤中量和微量元素状况研究[J].中国烟草科学，2009，30（6）：30-33.

[24]徐照丽，吴玉萍，杨宇虹，等.烤烟中 Cu、Zn、Mn交互作用研究[J].农业环境科学学报，2006，25（5）：1162-1166.

[25]卢志红，李立新，朱美英，等.Cu、Zn 对烤烟幼苗吸收K、Ca、Fe 的影响[J].江西农业大学学报，2004，26（5）：744-748.

[26]张艳英，周楠，刘鹏，等.铜胁迫对烟草幼苗氮代谢的影响[J].生态学报，2009，29（12）：6779-6784.