龙山县植烟土壤有效硼含量空间分布及其影响因素

姚 旺，黎 娟*，向德明，周清明，张黎明，田 峰，田茂成，李 强

（1．湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2．湖南省烟草公司湘西州公司，湖南 吉首 416000）

硼是烤烟生长和品质形成的必需微量元素之一，也是包括烟叶生产在内的作物生产上容易缺乏的微量元素之一［1］。硼能提高烤烟的叶绿素含量，提高光合作用效率和烟叶蒸腾速率［2］。硼还参与细胞分裂、核酸及蛋白质代谢等。硼的缺乏导致嫩叶中蛋白质含量的降低，从而增加可溶性含氮化合物含量，并且阻碍韧皮部淀粉和糖分的运输，导致烟株中糖分和淀粉含量上升［3］，从而影响烤后烟叶质量。缺硼烟株表现为生长停滞，叶柄增粗变短，叶片粗糙、卷曲［4］。黎娟等［5］对湘西州植烟土壤有效硼含量进行了研究，得出湘西州植烟土壤有效硼含量较丰富，但变幅较大；邹凯等［6］对邵阳植烟土壤有效硼进行了研究，得出的结论与黎娟等［5］的研究结果相似，秦建成［7］对重庆植烟土壤有效硼含量的研究显示，重庆市大部分植烟土壤处于缺硼状态，且不同地区有效硼含量差异较大，可见，有效硼在各地区存在明显的分布不均。龙山县位于湘西北边陲，地处武陵山脉腹地，是湖南湘西烟区烤烟种植大县，也是优质烟叶生产供应基地。鉴于龙山县有效硼含量的空间分布及其影响因素尚未有系统报道［8］。笔者以龙山县294 个土壤样本为材料，研究龙山县植烟土壤有效硼的空间分布特征，并结合对土壤质地、土壤类型、交换性钙、交换性镁、有机质、pH值、海拔高度7 个因素进行分析，为龙山县植烟土壤的硼素的养分管理和特色优质烟叶开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

采用GPS 定位技术在龙山县选取定位田块，定位田块均在667m2以上，采集具有代表性的耕层土样294 个，采集时间均在烤烟移栽前一个月完成，并避开雨季，采用取土器钻取耕层土壤（0～20cm），每个田块取8～12 个点混合成一个2kg左右的土样，并用四分法保留500g 土样。采集土样时立即编号以避免混合，土样经过风干、混匀、磨细、过筛等预处理后保存备测。

1.2 土壤的测定方法

土壤交换性钙和交换性镁采用原子吸收分光光度法［9］，土壤有机质、pH值、有效硼测定参考文献［10］。

1.3 统计分析方法

1.3.1 土壤有效硼分级

参照以往的研究［6］，将植烟土壤有效硼含量分为缺乏（＜0.15mg/kg）、偏低（0.15～0.30mg/kg）、适宜（0.30～0.60mg/kg）、丰富（0.60～1.0mg/kg）、极丰富（≥1.0mg/kg）5 个等级。

1.3.2 数据分析

采用域法剔除异常值，即把分布于平均值±3倍标准差之外的数值定为异常值并剔除［11］，描述性统计、方差分析、多重比较均用SPSS17.0 软件完成［12］，等样本平滑回归分析参照文献［13］进行，将数据按自变量进行从低到高排序，按照数值大小进行等样本分组，本试验为21 组，然后计算各变量的平均值和对应有效硼的平均值得到数据组，利用新的数据组采用回归分析法分析各变量与有效硼含量的关系。

运用ArcGIS9 的地统计学模块及IDW 法插值绘制龙山县植烟土壤有效硼含量空间分布图［14］。

2 结果与分析

2.1 龙山县植烟土壤有效硼含量统计性描述

由表1 可以看出，龙山县植烟土壤有效硼的平均值为0.792mg/kg，处于含量丰富的范围，变幅为0.10～2.61mg/kg，变异系数为70.32%，属于强变异。处于极低范围的有1.70%，偏低的植烟土壤比例为13.61%，适宜范围的植烟土壤比例为33.33%，偏高的植烟土壤比例为25.85%，极高的植烟土壤比例为25.51%，总体来说龙山县植烟土壤的有效硼含量偏高，少部分植烟土壤的有效硼含量偏低，硼供应不足，对缺硼的土壤应该增施硼肥。

表1 土壤有效硼含量统计特征

2.1.1 龙山县土壤有效硼含量的空间分布及空间结构

利用半方差函数模型对区域植烟土壤有效硼含量进行拟合，确定指数模型为有效硼含量的最优半方差函数模型，相关参数见表2，其中标准化均方根误差接近1，均方误差接近0，且决定系数为0.871，表明插值精度高，选取的模型具有很高的拟合度。龙山烟区土壤有效硼的块金效应值为72.840%，表明其有效硼含量是由结构因素与随机因素共同作用的结果。进一步采用arcGIS9 软件绘制了龙山县植烟土壤有效硼含量的空间分布图。由图1 可知，龙山县东北部有效硼含量丰富，茨岩塘东北部、大安坪、桶车、猫儿寨含量极丰富，而龙山县植烟土壤中部以及南部有效硼含量大部分处于适宜范围，龙山县西部桂塘、老兴、咱果、内溪、皮渡河部分区域有效硼含量较低。

表2 土壤有效硼含量半方差函数模型及其插值精度

图1 龙山县植烟土壤有效硼含量空间分布

2.2 影响龙山县植烟土壤有效硼的因素

2.2.1 海拔对土壤有效硼含量的影响

将样本采集地点的海拔按200m 的组距分为5组，分别为＜600、600～800、800～1000、1000～1200、≥1200m，5 组海拔高度的土壤有效硼平均 值 分 别 为0.61、0.55、0.86、1.08、0.55mg/kg，均处于偏高水平。方差分析表明，各组海拔之间有效硼含量差异达到极显著水平（F=14.459；P=0.000），经 多 重 比 较 发 现 海 拔800～1000、1000～1200m 的有效硼含量极显著高于其他海拔，其余海拔高度之间有效硼含量差异不显著。相关分析结果表明，植烟土壤海拔高度与土壤有效硼含量呈极显著正相关（r=0.216；P=0.000）；进一步的等样本量平滑回归分析结果（图2）显示，二者呈良好的二次曲线关系（R2=0.3455；P=0.000），随着海拔的升高土壤有效硼含量呈先上升后下降的趋势。

表3 海拔对土壤有效硼含量影响

图2 土壤有效硼含量与海拔的回归分析

2.2.2 土壤质地与土壤类型对有效硼含量的影响

土壤质地对土壤有效硼含量的影响见表4，选取土壤质地样本大于10 的土壤样本统计土壤有效硼的变化。3 种土壤质地土壤有效硼含量均值处于丰富范围，从高到低依次为壤土、黏壤土、黏土。方差分析结果表明，不同质地土壤有效硼含量差异达显著水平（F=3.546；Sig.=0.03），经多重比较发现黏壤土和壤土的有效硼含量显著高于黏土，其中黏土的适宜样本比例最高（36.31%），壤土中有效硼含量最为丰富。

4 种不同土壤类型对土壤有效硼含量的影响见表5，4 种土壤类型土壤有效硼含量从高到低依次为黄棕壤、灰泥田、灰黄泥、黄壤，其中黄壤的土壤有效硼含量处于适宜状态，其余都处于丰富状态，适宜样本比例最高的为黄壤（50%），但偏低的比例也最高（22.45%）。方差分析表明，不同土壤类型土壤有效硼含量差异达到极显著水平（F=10.758，Sig.=0.000），多重比较发现黄棕壤中的有效硼含量极显著大于黄壤。

表4 不同土壤质地土壤有效硼含量变化

表5 不同土壤类型土壤有效硼含量变化

2.2.3 土壤有机质对土壤有效硼含量的影响

将土壤有机质含量按＜10、10～15、15～25、25～35、≥35g/kg5 组，对于不同的有机质含量组，分别计算有效硼含量的平均值和适宜样本比例，结果（图3）显示5 组有机质分组的有效硼平均值在0.26～1.09mg/kg 之间，适宜样本比例在26.19%～39.39%之间，有机质含量为15～25g/kg 间的土壤有效硼含量适宜样本比例最高。土壤有效硼含量随着土壤有机质含量升高而升高，拟合曲线为y=0.015x2+0.129x+0.086，R2=0.9823；相关分析表明：土壤有机质含量与有效硼含量呈极显著正相关关系（r=0.357；P=0.000）；方差分析结果表明：各有机质分组间土壤有效硼含量差异极显著（F=9.153；P=0.000），有机质含量为15～25、25～35、≥35g/kg3 组的有效硼含量显著大于其余两组，有机质含量≥35g/kg 的分组极显著大于有机质含量为＜10、10～15g/kg 的分组。

图3 不同有机质组的土壤有效硼含量变化

2.2.4 土壤pH 值对土壤有效硼含量的影响

将土壤有效硼含量按土壤pH 值分为7 组，分别统计各分组间有效硼的平均值和适宜样本比例，图4可知，各分组间的有效硼均值处于丰富范围内，适宜样本比例最高的为pH 值在5.0～5.5 之间的分组，为46.34%，适宜样本最低的为pH 值在7.0～7.5 之间的分组，为22.22%。土壤有效硼含量随土壤pH 值升高而升高，拟合曲线为一元二次曲线：y=0.0074x2+0.1112x+0.5143，R2=0.8939；相 关 分 析 结 果 显 示土壤有效硼含量与土壤pH 值呈极显著正相关关系（r=0.209；P=0.000）；方差分析结果显示土壤有效硼含量在土壤pH 值分组间有显著性差异（F=2.293；P=0.035），pH 值在7.0～7.5 的分组显著大于pH＜5.0、5.0～5.5 的分组，其余各分组间无显著性差异。

图4 不同pH 值组的土壤有效硼含量变化

2.2.5 土壤交换性钙和交换性镁对土壤有效硼含量的影响

图5 土壤有效硼含量与土壤交换性钙和交换性镁的回归分析

龙山县植烟土壤有效硼含量与土壤交换性钙及交换性镁的相关分析结果表明，土壤有效硼含量与土壤交换性钙含量呈极显著正相关关系（r=0.251；P=0.000）。等样本平滑回归分析结果（图5）显示，土壤有效硼含量与土壤交换性钙含量符合幂函数关系（R2=0.6191），随着土壤交换性钙的增加，土壤有效硼呈减速增长趋势。土壤有效硼含量与土壤交换性镁含量呈极显著正相关关系（r=0.453；P=0.000）。等样本平滑回归分析结果显示，土壤有效硼含量与交换性镁含量符合二次函数关系（R2=0.8029），随着土壤交换性镁的增加，土壤有效硼含量先增加后趋于降低。

3 讨论

烤烟的生长发育以及烤后烟叶的可用性与植烟土壤有效硼含量的丰缺密不可分［15］，对龙山县有效硼含量及其影响因素进行的研究表明：龙山县植烟土壤有效硼均值为0.792mg/kg，达到了丰富的水平，但变异系数较高，达到了70.32%，变幅较大，龙山县仍有15.31%的植烟土壤有效硼含量缺乏。影响土壤有效硼含量的因素有很多种，本研究对海拔、土壤质地、土壤类型、交换性钙、交换性镁、有机质、pH 值7 种因素进行研究探讨。

黎娟等［5］在对湘西州有效硼含量的研究中认为，有效硼含量随海拔升高而升高，而本研究中龙山县植烟土壤有效硼含量随海拔高度先升高后降低，各海拔土壤有效硼差异达到极显著水平。李晓宁［1］对重庆植烟土壤研究中认为随着温度升高土壤对硼的吸附能力减弱，解吸能力也减弱，吸附能力受土壤溶液中硼的浓度影响较大，可以理解为随着海拔升高土壤对硼的吸附能力增强，解吸能力增强，则本研究的结果可解释为随着海拔升高温度下降，土壤吸附能力增强，解吸能力也增强，但吸附能力因土壤溶液中硼的浓度受到抑制，解吸量大于吸附量，土壤有效硼含量增加，而海拔到1200m左右时土壤有效硼含量开始降低，可能是因为高海拔地区土壤易受风雨影响，导致有效硼淋失较大。

宋时奎等［16］研究报道粗质地的土壤对硼的吸附能力小，而质地较细的黏土对土壤的吸附能力大，本研究结果显示粘土的有效硼含量低于壤土和黏壤土，符合宋时奎等［16］的研究结果，这可能是因为质地较细的黏土对土壤中硼的吸附能力大，从而导致土壤中有效硼含量减少，而壤土和黏壤土较黏土质地粗，对土壤中硼的吸附能力小，从而有效硼含量高于黏土；黎娟等［5］对湘西州土壤有效硼含量的研究中认为，黄棕壤比黄壤的土壤有效硼含量高，这与本研究结果一致，而本研究中灰泥田和灰黄泥也高于黄壤，这可能是因为黄壤对土壤中硼的吸附能力较小，容易淋失而导致的。

钙离子是土壤中硼重要吸附位点［16］，张颖［17］对福建植烟土壤研究中认为土壤有效硼含量随交换性钙的增加而减少，两者呈显著负相关关系，而本研究得出的结论是土壤有效硼含量与交换性钙呈极显著正相关（r=0.251；P=0.000），可能与钙离子促进了土壤对硼的吸附，降低了有效硼的含量，但由于成土母质、土壤类型等因素的原因使吸附量略小于解吸量，导致土壤有效硼随着交换性钙的增加而缓慢上升，而随着土壤中钙离子浓度增加，增大了土壤对硼的吸附，导致钙硼比越大土壤中有效硼含量越来越小。当土壤钙硼比偏高时可以加入适量的硫酸根离子来降低土壤溶液中钙离子的浓度［18］。Rhoades 等［19］认为镁的氢氧化物能降低可溶性硼的含量，而本研究土壤有效硼含量随交换性镁的增加呈先增加后趋于平缓的趋势，这可能是因为随着交换性镁的增加，土壤溶液中镁的氢氧化物增多，使覆盖了镁的氢氧化物的硅酸盐吸附更多的硼，从而使土壤溶液中有效硼逐渐减少。

土壤有机质对土壤有效硼含量影响一直以来存在争议，有些学者认为有机物的存在降低了硼的植物有效性［20-21］，即有机物的大量存在使土壤硼素缺乏，而也有学者认为土壤有机质与土壤有效硼含量呈极显著正相关［22］，本研究结果显示土壤有机质与土壤有效硼含量呈极显著正相关关系，方差分析结果显示各有机质分组间土壤有效硼含量差异极显著，土壤有效硼含量随土壤有机质含量增高而增高，这可能与土壤有机质自身含有硼，其分解产物又能与土壤中的硼相互结合，这减轻了酸性土壤中硼容易淋失的情况，增加了土壤中的有效硼［23］，土壤有机质对有效硼的影响也与有机硼的矿化有关，其半释放期约在3040d，而99%的有机硼施放时间约为274d，比有机质释放要快［24］。

土壤pH 值是影响土壤有效硼含量的一个重要因素，土壤pH 值通过影响土壤对硼的吸附和解吸来影响土壤有效硼含量［16］，秦建成［7］认为土壤pH 值与土壤有效硼呈极显著正相关关系，王龙昌等［25］认为将土壤酸化后pH 值下降，可以使土壤有效硼增加，高贤彪等［22］认为土壤pH 值上升使土壤对硼的吸附量增加，从而降低了土壤有效硼含量。本研究结果显示土壤pH 值与土壤有效硼含量呈极显著正相关，这与前人研究结果相似，方差分析结果显示土壤有效硼含量在土壤pH 值分组间有显著性差异。但本研究中土壤pH 值在7.0～7.5 的分组显著大于pH 值＜5.0、5.0～5.5 的分组，且随着pH 值升高土壤有效硼增长趋势减缓，这可能是由于pH值低于7 时，土壤中硼主要以B（OH）3存在，土壤对其吸附能力较小，土壤中有效硼含量增加，当pH 值继续增加时，土壤中的B（OH）4-增多，土壤对其吸附能力增强，使土壤有效硼含量增长趋势减缓。龙山县植烟土壤大部分为酸性土壤，有效硼含量较高，但容易受到淋洗，在土壤中施用适量的石灰有利于土壤对硼素的固定［26］。

龙山县地处湘西北边陲，其土地结构多为山地、坡地，容易造成水土流失，且耕地资源有限，使土地养分易流失，土壤侵蚀严重，造成土壤有效硼淋失，从而使烟叶质量降低，因此应该注重水土保持，改善土壤结构，减少硼的淋失；同时改良施肥技术，实行分区施肥管理，对于有效硼含量低的土壤应适量增施硼肥，注重秸秆还田，增加土壤有机质含量；对于有效硼含量较高的土壤应减少硼肥施入，适量施入生石灰，为烟株生长提供适宜的钙硼比，以促进龙山县特色优质烟叶的开发。

4 结论

龙山县植烟土壤有效硼含量通体来说较为丰富，平均值为0.792mg/kg，变幅在0.1～2.61mg/kg之间，变异较高，适宜样本比例为33.33%，北部有效硼含量丰富，中部及南部含量适宜，西部含量偏低。龙山县植烟土壤有效硼含量与海拔、交换性钙镁、有机质、pH 值呈极显著正相关；土壤有效硼含量与海拔高度呈良好的二次曲线关系，随海拔升高先升高后降低，土壤有效硼与有机质、pH 值符合二次曲线关系，随着有机质、pH 值的升高而升高，土壤有效硼与土壤交换性钙呈幂函数关系，随着土壤交换性钙的升高而升高，随着交换性镁的升高，有效硼呈先增加后降低趋势；黄棕壤的有效硼含量最高。