稻作烟区土壤硼钼养分垂直分布及与有机质的关系

胡瑞文 刘勇军 唐春闺 肖艳松 向鹏华 穰中文 周清明 黎娟 李强

摘  要：为探明湖南稻作烟区土壤有效硼和有效钼含量的垂直变化规律，采集湖南郴州、衡阳和长沙烟区0～50 cm剖面土壤150个，利用多元统计方法分析了植烟土壤有效硼和有效钼的垂直分布特征，并揭示了其与有机质的关系。结果表明，土壤有效硼和有效钼含量随土层加深逐渐降低;20～50 cm土层有效硼含量郴州和衡阳烟区“低”，长沙烟区“极低”。郴州和衡阳烟区各土层有效钼含量“中等”或“丰富”，长沙烟区30～50 cm土层有效钼含量“低”。土壤有效硼和有效钼含量与有机质含量显著正相关，且各土层有效硼与有机质均符合线性模型，有效钼与有机质在0～30 cm土层符合线性模型，30～50 cm土层符合线性加平台模型;随土壤深度增加，有机质与有效硼的相关性增强，与有效钼的相关性减弱。在长期小型机械和人工耕作制度下，土壤耕作层变浅，有效硼和有效钼呈现出表层富集化的趋势。

关键词：稻作烟区;垂直分布;硼钼养分;有机质;回归分析

Abstract： In order to investigate the vertical distribution of soil available boron and available molybdenum content in paddy–tobacco growing areas of Hunan Province， in 2017， 150 soil samples with 0-50 cm profile in Chenzhou， Hengyang and Changsha tobacco growing areas were collected. The vertical distribution characteristics of available boron and available molybdenum in tobacco planting soil were analyzed by multivariate statistical method， and the relationship between them and organic matter was studied. The contents of available boron and molybdenum in soil decreased with the deepening of soil layer. The available boron content of 20-50 cm soil layer in Chenzhou and Hengyang tobacco area was "low"， and that in Changsha tobacco area was "very low". In Chenzhou and Hengyang tobacco areas， the available molybdenum content of each soil layer is "medium" or "rich"， while in Changsha tobacco area， the available molybdenum content of 30-50 cm soil layer is "low". There was a significant positive correlation between the content of soil available boron and available molybdenum and the content of organic matter， and the content of available boron and organic matter in each soil layer was consistent with the linear model. The contents of available molybdenum and organic matter were consistent with the linear model in 0-30 cm soil layer， and in line with the linear plus platform model in the 30-50 cm soil layer. With the increase of soil depth， the correlation between organic matter and available boron was strengthened， and the correlation between organic matter and available molybdenum was weakened. Under the long-term small-scale mechanical and artificial farming system， with the soil tillage layer becoming shallower， the available boron and available molybdenum showed a trend of surface enrichment.

Keywords： paddy–tobacco growing area; vertical distribution; soil boron and molybdenum nutrient; soil organic matter; regression analysis

稻作煙区即春季种烟、秋季种稻的烟稻轮作区。烟稻轮作是一种高效的复种方式，有利于提高土地生产率和农业经济效益，促进了现代农业的可持续发展[1]。

土壤中有效态微量元素是作物微量元素的主要获取来源，其中硼和钼是作物生长发育与产量形成所必需的营养元素[2]。硼参与了作物碳水化合物代谢和运输等生理过程[3]，硼的缺乏会阻碍作物细胞的伸长和分裂，影响作物根系的伸长和生长[4]，不利于作物地上部分的营养吸收与干物质积累，导致作物品质和产量下降。钼是作物体内硝酸还原酶的重要组成部分，影响作物固氮过程和氮代谢[5]，且钼可以增强作物抗逆性和对钙、磷等元素的吸收[6]。

湖南稻作煙区作为我国典型的烟稻轮作区域之一，其土壤有效态硼和有效态钼具有一定的时间和空间异质性，受土壤、气候和耕作条件等多重因素影响[7-8]。郭婷等[9]研究表明，湘南稻作烟区0～20 cm土层土壤有效硼含量在2015年已达到中等水平，成土母质、地形地貌、土壤pH和有机质含量都会对其产生影响。针对稻作烟区土壤微量元素的丰缺评价与时空变异特征已开展了相关研究[10]，而土壤养分垂直分布特征研究则多数关注大量元素[11-12]，对于土壤有效态硼和有效态钼的垂直剖面分布特征及其与有机质的关系研究少有报道。鉴于此，以湖南典型稻作烟区土壤为研究材料，研究了土壤有效态硼和钼的垂直分布特征，并分析了其与有机质的关系，以期为合理施用微肥、实现烟稻轮作高产高效和促进烟叶生产的可持续发展提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  研究区域概况

研究区域为我国中部的湘东和湘南地区，属于大陆性亚热带季风湿润气候区，光照充足，热量丰富，无霜期长。年平均气温16～19 ℃，夏季平均气温大多在26～29 ℃之间，春夏多雨，秋冬干旱。地貌类型多样，以丘陵和山地为主。

1.2  土壤样品采集

于2017年水稻收获后，2018年烤烟种植前，在郴州、衡阳和长沙3个典型稻作烟区进行土壤取样。每个植烟区选取10块田，采用五点取样法采集0～10、10～20、20～30、30～40和40～50 cm剖面土壤，共150个土壤样品，分别混匀后用四分法保留大约1 kg土样带回实验室风干、研磨后过筛制成待测样品。

当地代表性土壤质地为壤土，在采集0～50 cm剖面土壤时，取质地为壤土的田块作为取样田块，观察并划分各田块耕作层与犁底层，测量耕作层深度。郴州、衡阳和长沙烟区耕作层平均深度分别为11.05、13.32和13.53 cm。

1.3  土壤检测指标及方法

土壤有效硼（Available B）用沸水浸提-甲亚胺比色法测定，有效钼（Available Mo）用草酸-草酸铵浸提-极谱法，有机质（SOM）用重铬酸钾氧化-比色法，具体测定方法参照文献[13]。

1.4  土壤有效硼和有效钼含量分级标准

根据前人研究[14]，对湖南稻作烟区土壤有效硼和有效钼含量进行不同等级划分，如表1所示。

1.5  数据处理

采用Excel和SPSS 24软件对数据进行多重比较、皮尔森（Pearson）相关分析和平滑回归分析[15]。Origin 2018软件作图。

2  结  果

2.1  土壤有效硼与有效钼垂直分布特征

由图1可知，不同土层的土壤有效硼含量在0.18～0.35 mg/kg，随土层的加深而降低;土壤有效钼含量为0.16～0.33 mg/kg，随土层的加深而降低。

土壤有效硼含量最高的为0～10 cm土层，极显著高于20～30 cm、30～40 cm 和40～50 cm土层，与10～20 cm土层无显著差异。从土壤有效钼含量来看，0～10 cm土层最高，为0.33 mg/kg，40～50 cm土层最低，极显著低于0～10、10～20 cm和20～30 cm土层，与30～40 cm土层无显著差异。由此可知，湖南典型稻作烟区0～20 cm土层的有效硼含量“中等”，20～50 cm土层的有效硼含量“低”;0～30 cm土层的有效钼含量“丰富”，30～50 cm土层的有效钼含量“中等”。

2.2  土壤有效硼与有效钼的分区比较

将郴州、衡阳和长沙3个烟区土壤有效硼与有效钼含量的垂直分布进行比较，结果见图2。3个烟区0～20 cm土层有效硼含量以郴州最高，长沙最低;20～50 cm土层以衡阳最高，长沙最低。0～10和20～30 cm土层有效硼含量3个烟区之间无显著性差异，而在10～20 cm土层郴州较长沙高39.29%（p<0.05），30～40和40～50 cm土层衡阳较长沙分别高139.03%（p<0.05）和164.52%（p<0.01）。

3个烟区土壤有效钼含量在0～20 cm土层以郴州最高，长沙最低;在20～50 cm土层以衡阳最高，长沙最低。0～10 cm土层有效钼含量3个烟区之间均存在显著差异，表现为郴州>衡阳>长沙（p<0.05）;10～20 cm土层郴州和衡阳较长沙分别高34.94%和22.17%（p<0.01），20～30 cm土层分别高32.24%和32.96%（p<0.01），30～40 cm土层分别高98.07%和149.07%（p<0.01），40～50 cm土层分别高108.97%和159.53%（p<0.01）。

2.3  土壤有机质对有效硼与有效钼含量的影响

2.3.1  土壤有机质对有效硼含量的影响  不同土层深度有机质对有效硼含量的影响如图3所示。结果表明，在0～50 cm不同土层中，有效硼含量均随有机质含量的增加而增加，符合线性模型，线性拟合优度随着土层的加深逐渐升高，且20～30、30～40和40～50 cm土层的线性回归拟合优度均超过了0.8，回归直线对观测值的拟合程度较好。

在0～50 cm不同土层中，土壤有机质与有效硼的相关系数变化趋势见图3F。从图中可知，有机质与有效硼的相关系数随着土层的加深而逐渐变大，且这种趋势在10～20与20～30 cm土层之间变化幅度最大。

2.3.2  土壤有机质对有效钼含量的影响  不同土层深度有机质对有效钼含量的影响如图4所示。结果表明，在0～10、10～20和20～30 cm土层中，有效钼含量均随着有机质含量的增加而增加，符合线性模型，其线性拟合优度随着土层的加深先降低后升高，且线性回归拟合优度均超过了0.8，回归直线对观测值的拟合程度较好;而在30～40和40～50 cm土层中，有效钼含量均随着有机质含量的增加先增加而后趋于稳定，符合线性加平台模型。

在0～50 cm不同土层中，土壤有机质与有效钼的相关系数变化趋势见图4F。从图中可知，随着土层的加深，有机质与有效钼的相关系数呈变小趋势，且这种趋势在20～30与30～40 cm土层之间变化幅度最大。

3  讨  论

土壤微量元素的缺乏已逐渐成为我国大多种植区域中作物生产的限制因素，微量元素含量的高低与土壤类型和栽培措施密切相关，且土壤微量元素生物有效性易受到土壤侵蚀和土壤酸化等生态环境的影响。在湖南典型烟稻轮作区域，土壤有效硼和有效钼主要富集于土壤表层（0～20 cm），其含量自土壤表层向下呈现依次递减的特征，这与周俊等[16]和孟霖等[17]研究结果相似。多年来烤烟种植的耕作层位于土壤表层，耕作活动与微肥的施用使得土壤表层的有效硼和有效钼含量逐年积累，而表层以下的土壤有效硼和有效钼含量较低，受到土壤通透性、土壤水分和土壤生物活性等因素的影响[18-19]。耕作层的变浅导致了硼钼元素在土壤表层的富营养化，而在非耕作层土层越深其含量越低。3个植烟区土壤有效硼和有效钼含量的垂直分布揭示了有效硼和有效钼在空间上的变异性，不同植烟区应采取差异化的管理措施。不同植烟区土壤硼钼养分含量的差异，不仅受土壤成土母质、pH和当地气候条件的影响，也与海拔和施肥措施相关。曹榕彬[20]研究表明，土壤有效硼受土壤pH、有机质和海拔的影响，随pH和有机质的升高而上升，随海拔的升高而降低。段淑辉等[21]对比了浏阳2000年和2015年植烟土壤养分状况，受当地施肥措施的限制，15年来土壤有效钼含量有所下降。根据土壤硼钼养分区域与垂直分布的差异特征，建议在3个植烟区利用垂直粉垄技术[22]加深耕作层，以平衡各土层的硼和钼元素养分供烟株根系全方位吸收利用，并且在郴州和衡阳烟区少量增施硼肥，控制钼肥施用以防出现毒害作用，在长沙烟区适量增施硼肥，少量配施钼肥。

土壤有效硼和有效钼与有机质在各土层均有极显著相关，这与王永豪等[23]和赵维俊等[24]研究结果一致，但穆桂珍等[25]研究表明，土壤有机质与硼和钼的线性关系不显著，这是由于穆桂珍等研究的区域其土壤酸碱度为5.22，在该弱酸性土壤条件下，硼和钼元素的生物有效性更易受到土壤酸度的影响。值得关注的是，土壤有效硼与有机质的相关性随土层加深逐渐变强，其原因是硼是微生物矿化作用释放的有机质成分，且硼能被腐殖质吸附[26]，土壤有效硼随有机质的增加而显著增加，而0～20 cm土层为本研究中烤烟种植的耕作层，长期的人工耕作和土壤养分迁移等因素影响了有机质与有效硼的线性平衡，造成耕作层土壤有效硼与有机质的相关性减弱。土壤有效钼与有机质的相关性随土层加深出现减弱的趋势，两者的平滑回归关系在30～50 cm土层符合线性加平台模型，有效钼含量在0.30 mg/kg左右便不再因有机质含量的增加而变化，这一现象的原因有待进一步深究。

4  结  论

湖南稻作烟区土壤有效硼和有效钼含量富集于土壤表层，自表层向下依次递减;郴州、衡阳和长沙3个植烟区不同土层土壤有效硼和有效钼含量差异显著，具有一定的空间变异性，需对其实行差异化管理;土壤有效硼和有效钼与有机质均呈极显著正相关，且随着土层的加深，有效硼与有机质的相关性逐渐增强，有效钼与有机质的相关性呈减弱趋势。在湖南稻作烟区烟叶生产中，今后需依照植烟土壤有效硼和有效钼的垂直分布特征与植烟区差异特征，并结合两者与有机质的关系，构建合理耕作层，针对性地施入微肥与有机肥以平衡各层土壤有效硼和有效钼含量，供烤烟高效吸收利用，促进湖南烟叶生产的可持续发展。

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