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摘 要：微量元素不仅影响烟叶生长发育及烟叶产质量，且它们之间存在相互促进或拮抗作用。为了合理施用微肥，提高烟田合理施肥管理水平，改善烟叶产质量，采用地统计和GIS技术相结合的方法，研究了凉攀烟区植烟土壤有效态Cu、Zn的空间变异。结果表明，研究区植烟土壤有效态Cu含量比较丰富，有效Zn含量适中，分别为2.83、1.86 mg/kg。受地形、气候环境影响，不同县域有效态Cu、Zn含量差异较大。水稻土和黄壤有效Cu、Zn含量明显高于紫色土。两种微量元素与海拔呈负相关性。有效态Cu、Zn含量空间变异距离分别为50、25 km，属于中等强度空间变异，受土壤类型等结构因素和施肥等随机性因素的共同影响。空间插值分析结果表明，有效态Cu、Zn含量总体上呈斑块状分布，区域差异性明显。
关键词：植烟土壤；有效铜；有效锌；空间变异；地统计学
中图分类号：S572.06 文章编号：1007-5119（2014）03-0001-06 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2014.03.001
Abstract： Micro nutrients not only influence tobacco growth， yield and quality， and take the positive or antagonistic effects for each other sometimes. In order to apply micronutrients properly in tobacco production， and provide scientific information for improving the yield and quality of tobacco， geostatistics and GIS were used to study the spatial variability characteristics of available Cu and Zn in tobacco planting soils in Langshan and Panzhihua. The result indicated that the average content of available Cu was abundant， and the average content of available Zn is moderate， which were respectively 2.83 and 1.86 mg/kg. Available Cu and Zn contents varied largely among counties due to differences in topography and climate. The available Cu and Zn contents were higher in paddy and yellow soils than those in purplish soil， and were negatively correlated with elevation. The spatial variation distance of available Cu and Zn were 50 and 25 km， respectively， which belonged to moderate intensity spatial variation， which was influenced by structural factors like soil type and random factors like fertilizer. Interpolation results indicated that the content of available Cu and Zn distributed in patch shape as a whole， but distributions of their high value area and low value area were obviously different.
Keywords： tobacco planting soil； available copper； available zinc； spatial variability； geostatistics
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]。
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。
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。
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。
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。
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。
参考文献
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关键词：植烟土壤；有效铜；有效锌；空间变异；地统计学
中图分类号：S572.06 文章编号：1007-5119（2014）03-0001-06 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2014.03.001
Abstract： Micro nutrients not only influence tobacco growth， yield and quality， and take the positive or antagonistic effects for each other sometimes. In order to apply micronutrients properly in tobacco production， and provide scientific information for improving the yield and quality of tobacco， geostatistics and GIS were used to study the spatial variability characteristics of available Cu and Zn in tobacco planting soils in Langshan and Panzhihua. The result indicated that the average content of available Cu was abundant， and the average content of available Zn is moderate， which were respectively 2.83 and 1.86 mg/kg. Available Cu and Zn contents varied largely among counties due to differences in topography and climate. The available Cu and Zn contents were higher in paddy and yellow soils than those in purplish soil， and were negatively correlated with elevation. The spatial variation distance of available Cu and Zn were 50 and 25 km， respectively， which belonged to moderate intensity spatial variation， which was influenced by structural factors like soil type and random factors like fertilizer. Interpolation results indicated that the content of available Cu and Zn distributed in patch shape as a whole， but distributions of their high value area and low value area were obviously different.
Keywords： tobacco planting soil； available copper； available zinc； spatial variability； geostatistics
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]。
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。
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。
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。
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。
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。
参考文献
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