1. 引言
作物吸收的硼主要来自土壤,土壤中的硼可分为全量硼和有效硼,全量硼是各形态硼的总和;有效硼(约占全量硼的5%)是指作物可吸收利用的部分。因此,土壤缺硼与否取决于有效硼含量。赵书军等[1]、毕庆文等[2]、袁家富等[3]、黎根等[4]对利川烟区土壤,田瑞等[5]对利川梨园土壤的有效硼含量有过研究,但样品数量少,难以反映利川耕地有效硼含量及分布的全面情况。利川作为油菜、果树、蔬菜等高需硼经济作物的主产地,缺硼已成为制约产量及品质提升的主要限制因子。因此,全面摸清利川市耕地有效硼的含量及分布,对农产品质量提升、农业可持续发展、打造农业特色产业以及乡村振兴都具有重要的现实意义。
利川市土壤肥料工作站结合2022年度县域耕地质量等级评价工作,检测了耕评土样的有效硼含量,并根据行政区域、海拔高度、土地利用类型、土壤类型及成土母岩母质等进行了分类统计分析,充分掌握了湖北利川耕地土壤有效硼的含量水平及分布特征,为指导广大种植业者科学施用硼肥,促进作物高产优质高效提供了科学依据和技术支撑。
2. 材料与方法
2.1. 研究区域概况
利川地处湖北西南边陲,属云贵高原东延部分,巫山余脉和武陵山北上余脉交汇部,清江、郁江发源地。东南接恩施、咸丰,西北与重庆市的奉节、云阳、万州、石柱、黔江、彭水相邻。南北跨北纬29˚42'~30˚39',长105 km,属亚热带;东西贯东经108˚21'~109˚18',宽92 km,国土面积4605.53 km2。辖14个乡镇(办事处),2021年户籍总人口91.75万,常住人口71.44万。是恩施州面积最大、人口最多的县级市。境内山地、峡谷、丘陵、山间盆地及河谷平川相互交错,120余万亩耕地镶嵌其间,占国土面积的17.39%。城区位于中部盆地偏东部位,海拔1079.5米,高于周边各县市。
Figure 1.Distribution of effective boron sampling points on cultivated land in Lichuan city
图1.利川市耕地有效硼采样点分布图
2.2. 土壤样品来源
2022年度利川市耕地质量等级评价项目所采土壤样品338个,其中水田95个、旱地243个,覆盖全市13个乡镇(见图1),都亭办事处属城区,耕地面积较小未采样;佛宝山开发区归入汪营镇。采样时间为当年11~12月,作物收获后。以自然田块为采样单元,按NY/T1121.1-2006要求采集耕层土样。
2.3. 土样检测方法
土样委托湖北省地矿局恩施实验室检测,检测了耕地土样的有效硼、pH、有机质等项目。检测方法及标准见表1。称取10.00 g过2 mm孔径筛的风干土样于250 mL石英锥形玻璃瓶中,加20.00 mL 1 g/L七水硫酸镁溶液煮沸5 min稍冷过滤,取滤液4 mL于10 mL比色管中,加入0.5 mL 0.2 mol/L酸性高锰酸钾溶液,摇匀放置2~3 min,加入0.5 mL 0.1 g/mL抗坏血酸溶液摇匀,待紫红色消褪且褐色的二氧化锰沉淀完全溶解后,加入5.00 mL混合显色剂显色,放置1小时后于分光光度计波长415 nm处用2 cm光径比色皿比色,测定计算土壤有效硼含量。称取10.00 g过2 mm孔径筛的风干土样于50 mL高型烧杯中,加去CO2水25 mL (土液比为1:2.5)用搅拌器搅拌1 min,使土粒充分分散,放置30 min后用酸度计测定土壤pH。准确称取0.0500~0.5000 g过0.25孔径筛的风干土样,放入硬质试管中,准确加入10.00 mL 0.4 mol/L重铬酸钾–硫酸溶液,摇匀并在试管口插入一玻璃漏斗,用铁笼盛装放入170℃~180℃油浴中加热,沸腾5 ± 0.5 min后冷却片刻,将试管中消煮液及土壤残渣无损转入250 mL三角瓶中,加3滴邻菲啰啉指示剂,用硫酸亚铁标准溶液滴定测定土壤有机质含量。
Table 1.Soil sample testing standards and methods
表1.土样检测标准与方法
序号 |
检测项目 |
检测标准 |
检测方法 |
1 |
有效硼 |
NY/T1121.8-2006 |
沸水提取,甲亚胺-H比色法 |
2 |
pH |
NY/T1121.2-2006 |
酸度计法 |
3 |
有机质 |
NY/T1121.6-2006 |
重铬酸钾–硫酸处理,容量法 |
2.4. 评价依据及数据统计分析
Table 2.Different grading standards for effective boron in soil
表2.土壤有效硼不同分级标准
分级 |
1级(高) |
2级(较高) |
3级(中) |
4级(较低) |
5级(低) |
A |
>2.00 |
(1.00~2.00] |
(0.50~1.00] |
[0.20~0.50] |
<0.20 |
B |
>1.50 |
(1.00~1.50] |
(0.50~1.00] |
[0.20~0.50] |
<0.20 |
C |
/ |
>1.00 |
(0.50~1.00] |
[0.25~0.50] |
<0.25 |
D |
>1.00 |
(0.60~1.00] |
(0.30~0.60] |
[0.15~0.30] |
<0.15 |
全国对土壤有效硼含量的分级标准较多,一般都根据含量分为高、较高、中、较低、低5级,较有代表性的有(表2):A全国第二次土壤普查分级标准[6],还把有效硼临界值定为0.50 mg/kg;B《湖北省耕地质量监测指标分级标准》(鄂耕肥[2018] 16号);C《微量元素营养与微肥施用》[7]中的4级标准;D黎根等[4]、罗建新等[8]对烟区的分级标准。本文按B《湖北省耕地质量监测指标分级标准》进行评价,并引用A中临界值;按雷志栋等[9]的<10%为弱变异、10%~100%为中等变异、>100%为强变异划分变异系数(RSD%);用《县域耕地资源管理信息系统》绘制采样点图;Excel作数据统计及相关性分析。
3. 结果与分析
3.1. 利川耕地有效硼含量及空间分布特征
利川耕地有效硼含量及分布见表3、表4。全市点位均值0.345 ± 0.218 (标准差) mg/kg,含量较低,变幅0.057~2.208 mg/kg,变异系数63.32%,中等变异;较高及以上水平占比不足1.5%,15%的样点处于中等水平,近83%处于较低及以下水平,耕地有效硼整体缺乏。较高及以上水平仅5个点,高水平1个点位于海拔728 m的低山,忠路镇合力村,为河流冲积物发育的潮土;较高水平4个点分别位于汪营镇的兴隆(碳酸盐岩发育的黄棕壤)、十户场(河流冲积物发育的水稻土)、石碾坝村(碳酸盐岩发育的水稻土),文斗镇的板桥村(碳酸盐岩发育的黄棕壤),海拔都在1000 m以上。
各乡镇有效硼均值0.238~0.539 mg/kg,相差1.26倍;极大值0.482~2.208 mg/kg,相差3.58倍;极小值0.057~0.247 mg/kg,相差3.33倍;极差0.355~2.151 mg/kg,相差5.06倍;标准差0.096~0.371 mg/kg,相差2.86倍;变异系数36.42%~103.45%,仅忠路镇为强变异,其它乡镇为中等变异都未超过60%。由高到低为:元堡、汪营、文斗、东城、团堡、忠路、凉雾、沙溪、南坪、柏杨坝、谋道、建南、毛坝,仅元堡均值为中等,且明显高于其它乡镇,其它乡镇都为较低水平;城区正南(毛坝)、正北部(柏杨坝)及齐跃山脉以西(建南、谋道)的耕地有效硼含量相对更低,建南、毛坝的全部点位为较低及以下水平,南坪、柏杨坝、谋道90%的点位为较低及以下水平。
Table 3.Statistical analysis of effective boron in cultivated land of various counties and towns in Lichuan City
表3.利川市各乡镇耕地有效硼统计分析表
乡镇 |
样品数 |
均值mg/kg |
极大值 |
极小值 |
极差 |
标准差 |
RSD% |
利川市 |
338 |
0.345 |
2.208 |
0.057 |
2.151 |
0.218 |
63.32 |
元堡镇 |
17 |
0.539 |
0.963 |
0.110 |
0.853 |
0.276 |
51.25 |
汪营镇 |
29 |
0.476 |
1.322 |
0.148 |
1.174 |
0.282 |
59.12 |
文斗镇 |
29 |
0.456 |
1.349 |
0.151 |
1.198 |
0.246 |
54.02 |
东城 |
8 |
0.417 |
0.757 |
0.247 |
0.510 |
0.199 |
47.58 |
团堡镇 |
28 |
0.360 |
0.747 |
0.189 |
0.558 |
0.131 |
36.42 |
忠路镇 |
33 |
0.358 |
2.208 |
0.057 |
2.151 |
0.371 |
103.45 |
凉雾乡 |
29 |
0.343 |
0.877 |
0.138 |
0.739 |
0.198 |
57.82 |
沙溪乡 |
12 |
0.318 |
0.558 |
0.200 |
0.358 |
0.120 |
37.79 |
南坪乡 |
32 |
0.283 |
0.606 |
0.119 |
0.487 |
0.122 |
42.97 |
柏杨坝镇 |
38 |
0.281 |
0.541 |
0.085 |
0.456 |
0.134 |
47.74 |
谋道镇 |
36 |
0.279 |
0.619 |
0.113 |
0.506 |
0.122 |
43.90 |
建南镇 |
26 |
0.256 |
0.493 |
0.138 |
0.355 |
0.104 |
40.75 |
毛坝镇 |
21 |
0.238 |
0.482 |
0.125 |
0.357 |
0.096 |
40.51 |
Table 4.Statistical table of effective boron grading frequency in cultivated land of various counties and towns in Lichuan City
表4.利川市各乡镇耕地有效硼分级频率统计表
乡镇 |
样品数 |
高 |
较高 |
中 |
较低 |
低 |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
利川市 |
338 |
100 |
1 |
0.30 |
4 |
1.18 |
53 |
15.68 |
197 |
58.28 |
83 |
24.56 |
元堡乡 |
17 |
5.03 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
8 |
47.06 |
8 |
47.06 |
1 |
5.88 |
汪营镇 |
29 |
8.58 |
0 |
0.00 |
3 |
10.34 |
7 |
24.14 |
16 |
55.17 |
3 |
10.34 |
文斗镇 |
29 |
8.58 |
0 |
0.00 |
1 |
3.45 |
10 |
34.48 |
16 |
55.17 |
2 |
6.90 |
东城 |
8 |
2.37 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
2 |
25.00 |
6 |
75.00 |
0 |
0.00 |
团堡镇 |
28 |
8.28 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
5 |
17.86 |
22 |
78.57 |
1 |
3.57 |
忠路镇 |
33 |
9.76 |
1 |
3.03 |
0 |
0.00 |
6 |
18.18 |
13 |
39.39 |
13 |
39.39 |
凉雾乡 |
29 |
8.58 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
6 |
20.69 |
16 |
55.17 |
7 |
24.14 |
沙溪乡 |
12 |
3.55 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
2 |
16.67 |
10 |
83.33 |
0 |
0.00 |
南坪乡 |
32 |
9.47 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
1 |
3.13 |
19 |
59.38 |
12 |
37.50 |
柏杨坝 |
38 |
11.24 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
3 |
7.89 |
20 |
52.63 |
15 |
39.47 |
谋道镇 |
36 |
10.65 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
3 |
8.33 |
24 |
66.67 |
9 |
25.00 |
建南镇 |
26 |
7.69 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
16 |
61.54 |
10 |
38.46 |
毛坝镇 |
21 |
6.21 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
11 |
52.38 |
10 |
47.62 |
3.2. 利川耕地有效硼海拔垂直分布特征
耕地不同海拔区域的有效硼点位均值0.338~0.363 mg/kg (表5),差异不大,处于较低水平,高山 > 低山 > 二高山;极大值出现在低山,极小值出现在二高山;都为中等变异,但低山的标准差和变异系数比二高山和高山要高出很多。表6显示,不同海拔区域耕地有效硼分级频率差异不大,土壤有效硼含量与海拔高度无明显相关性。
Table 5.Statistical analysis of available boron in cultivated land at different altitudes in Lichuan City
表5.利川市不同海拔区域耕地有效硼统计分析表
海拔分区 |
样品数 |
均值mg/kg |
极大值 |
极小值 |
极差 |
标准差 |
RSD% |
<800 m (低山) |
58 |
0.344 |
2.208 |
0.112 |
2.096 |
0.294 |
85.48 |
800~1200 m (二高山) |
196 |
0.338 |
1.349 |
0.057 |
1.292 |
0.199 |
58.92 |
>1200 m (高山) |
84 |
0.363 |
1.322 |
0.113 |
1.209 |
0.203 |
55.81 |
Table 6.Frequency statistics of effective boron content classification in cultivated land at different altitudes
表6.不同海拔区域耕地有效硼含量分级频率统计表
海拔 分区 |
样品数 |
高 |
较高 |
中 |
较低 |
低 |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
低山 |
58 |
17.16 |
1 |
1.72 |
0 |
0.00 |
8 |
13.79 |
32 |
55.17 |
17 |
29.31 |
二高山 |
196 |
57.99 |
0 |
0.00 |
2 |
1.02 |
31 |
15.82 |
116 |
59.18 |
47 |
23.98 |
高山 |
84 |
24.85 |
0 |
0.00 |
2 |
2.38 |
14 |
16.67 |
49 |
58.33 |
19 |
22.62 |
3.3. 利川耕地有效硼不同利用类型及土类分布特征
不同利用类型的有效硼点位均值(表7)都较低,水田(水稻土)略高于旱地;变异系数也相当,中等变异,土壤有效硼与利用类型无明显相关性。水田0.347 ± 0.221 mg/kg (n = 95),变幅0.091~1.322 mg/kg,高水平无分布、较高水平仅2个点位、中等水平近20%、较低水平超过一半、低水平约占30%;旱地0.344 ± 0.218 mg/kg (n = 243),变幅0.057~2.208 mg/kg,高、较高含量分别为1个和2个点位,中等含量近15%,较低含量超过60%,低含量约占1/4 (表8)。
不同土类的有效硼点位均值(表7) 0.281~0.512 mg/kg,相差较大,潮土处于中等水平且为强变异、其它处于较低水平为中等变异。由高到低为:潮土、黄棕壤、黄壤、棕壤、石灰土、紫色土,土壤有效硼与土类应有一定相关性。
潮土0.512 ± 0.565 mg/kg (n = 12),变幅0.138~2.208 mg/kg,极差最大,1个点位含量高、较高含量无分布、中等含量占1/4、较低含量占一半、低含量约为1/5;黄棕壤0.361 ± 0.198 mg/kg (n = 144),变幅0.057~1.349 mg/kg,极差居第二,高含量无分布、2个点位含量较高、中等含量近1/5、较低含量达60%、低含量约1/5;黄壤0.310 ± 0.183 mg/kg (n = 16),变幅0.125~0.749 mg/kg,高、较高含量无分布,中等含量近1/5,较低含量超过1/3,低含量达40%以上;棕壤0.302 ± 0.131 mg/kg (n = 14),变幅0.113~0.595 mg/kg,极差相对较小,高、较高含量无分布,中等含量仅1个点位,较低含量达60%以上,低含量占近30%;石灰土0.296 ± 0.111 mg/kg (n = 19),变幅0.085~0.491 mg/kg,极差最小,高、较高、中等含量无分布,较低含量占近80%,低含量超过1/5;紫色土0.281 ± 0.149 mg/kg (n = 38),变幅0.090~0.757 mg/kg,高、较高含量无分布,中等含量仅2个点位,较低含量占近60%,低含量超过1/3 (表8)。
Table 7.Statistical analysis of effective boron content in different soil types and utilization types
表7.不同土类及利用类型有效硼含量统计分析表
乡镇 |
样品数 |
均值mg/kg |
极大值 |
极小值 |
极差 |
标准差 |
RSD% |
水稻土 |
95 |
0.347 |
1.322 |
0.091 |
1.231 |
0.221 |
63.57 |
潮土 |
12 |
0.512 |
2.208 |
0.138 |
2.070 |
0.565 |
110.31 |
黄棕壤 |
144 |
0.361 |
1.349 |
0.057 |
1.292 |
0.198 |
54.78 |
黄壤 |
16 |
0.310 |
0.749 |
0.125 |
0.624 |
0.183 |
59.08 |
棕壤 |
14 |
0.302 |
0.595 |
0.113 |
0.482 |
0.131 |
43.30 |
石灰土 |
19 |
0.296 |
0.491 |
0.085 |
0.406 |
0.111 |
37.50 |
紫色土 |
38 |
0.281 |
0.757 |
0.090 |
0.667 |
0.149 |
53.27 |
旱地 |
243 |
0.344 |
2.208 |
0.057 |
2.151 |
0.218 |
63.35 |
Table 8.Frequency statistics of effective boron content classification for different soil types and utilization types
表8.不同土类及利用类型有效硼含量分级频率统计表
乡镇 |
样品数 |
高 |
较高 |
中 |
较低 |
低 |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
水稻土 |
95 |
28.11 |
0 |
0.00 |
2 |
2.11 |
18 |
18.95 |
47 |
49.47 |
28 |
29.47 |
潮土 |
12 |
3.55 |
1 |
8.33 |
0 |
0.00 |
3 |
25.00 |
6 |
50.00 |
2 |
16.67 |
黄棕壤 |
144 |
42.60 |
0 |
0.00 |
2 |
1.39 |
26 |
18.06 |
91 |
63.19 |
25 |
17.36 |
黄壤 |
16 |
4.73 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
3 |
18.75 |
6 |
37.50 |
7 |
43.75 |
棕壤 |
14 |
4.14 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
1 |
7.14 |
9 |
64.29 |
4 |
28.57 |
石灰土 |
19 |
5.62 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
15 |
78.95 |
4 |
21.05 |
紫色土 |
38 |
11.24 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
2 |
5.26 |
22 |
57.89 |
14 |
36.84 |
旱地 |
243 |
71.89 |
1 |
0.41 |
2 |
0.82 |
35 |
14.40 |
149 |
61.32 |
56 |
23.05 |
3.4. 利川耕地有效硼不同成土母岩母质分布特征
不同成土母岩母质发育的耕地有效硼点位均值(表9) 0.299~0.454 mg/kg,都处于较低水平,有一定差异。由高到低为:河流冲积物、第四纪黏土、碳酸盐岩、泥质砂页岩、紫色页岩、石英砂岩;河流冲积物和碳酸盐岩的极差较大,其它母岩母质相当;河流冲积物为强变异、其它为中等变异;土壤有效硼含量与成土母岩母质应有一定相关性。
河流冲积物0.454 ± 0.467 mg/kg (n = 21),变幅0.110~2.208 mg/kg,高、较高水平各1个点位,中等水平近1/5,较低水平近一半,低水平近1/4;第四纪黏土0.370 ± 0.225 mg/kg (n = 36),变幅0.119~0.963 mg/kg,高、较高水平无分布,中等水平超过1/5,一半为较低水平,低水平超过1/4;碳酸盐岩0.366 ± 0.201 mg/kg (n = 130),变幅0.085~1.349 mg/kg,高含量无分布,3个点位含量较高,中等含量超过15%,60%以上含量较低,15%以上含量低;泥质砂页岩0.310 ± 0.162 mg/kg (n = 56),变幅0.057~0.813 mg/kg,高、较高水平无分布,中等水平占15%以上,较低水平近60%,低水平近30%;紫色页岩0.306 ± 0.170 mg/kg (n = 71),变幅0.090~0.807 mg/kg,高、较高水平无分布,中等水平占10%以上,较低水平近60%,低水平达30%以上;石英砂岩0.299 ± 0.176 mg/kg (n = 24),变幅0.143~0.877 mg/kg,高、较高水平无分布,中等水平占10%以上,较低水平占一半,低水平近40% (表10)。
Table 9.Statistical analysis of effective boron content in mother materials of different soils
表9.不同成土母岩母质有效硼含量统计分析表
乡镇 |
样品数 |
均值mg/kg |
极大值 |
极小值 |
极差 |
标准差 |
RSD% |
河流冲积物 |
21 |
0.454 |
2.208 |
0.110 |
2.098 |
0.467 |
102.70 |
第四纪黏土 |
36 |
0.370 |
0.963 |
0.119 |
0.844 |
0.225 |
61.00 |
碳酸盐岩 |
130 |
0.366 |
1.349 |
0.085 |
1.264 |
0.201 |
54.93 |
泥质砂页岩 |
56 |
0.310 |
0.813 |
0.057 |
0.756 |
0.162 |
58.81 |
紫色页岩 |
71 |
0.306 |
0.807 |
0.090 |
0.717 |
0.170 |
55.51 |
石英砂岩 |
24 |
0.299 |
0.877 |
0.143 |
0.734 |
0.176 |
58.81 |
Table 10.Frequency statistics of effective boron content classification for different parent materials of soil bearing rocks
表10.不同成土母岩母质有效硼含量分级频率统计表
乡镇 |
样品数 |
高 |
较高 |
中 |
较低 |
低 |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
个 |
% |
河流冲积物 |
21 |
6.21 |
1 |
4.76 |
1 |
4.76 |
4 |
19.05 |
10 |
47.62 |
5 |
23.81 |
第四纪黏土 |
36 |
10.65 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
8 |
22.22 |
18 |
50.00 |
10 |
27.78 |
碳酸盐岩 |
130 |
38.46 |
0 |
0.00 |
3 |
2.31 |
21 |
16.15 |
85 |
65.38 |
21 |
16.15 |
泥质砂页岩 |
56 |
16.57 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
9 |
16.07 |
32 |
57.14 |
15 |
26.79 |
紫色页岩 |
71 |
21.01 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
8 |
11.27 |
40 |
56.34 |
23 |
32.39 |
石英砂岩 |
24 |
7.10 |
0 |
0.00 |
0 |
0.00 |
3 |
12.50 |
12 |
50.00 |
9 |
37.50 |
3.5. 利川耕地有效硼与土壤有机质、pH及海拔高度的相关性分析
运用Excel数据分析中的相关系数分析求得耕地有效硼与海拔高度、土壤有机质、pH的相关系数(r),公式
计算统计量z值(n > 30),再运用给定概率正态分布的区间点函数NORMINV (分布概率为0.05/2、0.01/2,算术平均值为0,标准差为1)求z的95%、99%临界值,结果表明利川耕地有效硼与土壤有机质及pH呈极显著正相关,与海拔高度不相关(表11)。
Table 11.Correlation analysis of available boron in cultivated land and its correlation with pH, organic matter, etc.
表11.耕地有效硼相关性及与其pH、有机质等的相关分析表
相关分析 项目 |
有效硼mg/kg |
样点海拔m |
有机质g/kg |
r |
z |
r |
z |
r |
z |
样点海拔m |
0.033887 |
0.622089 |
|
|
|
|
有机质g/kg |
0.177174 |
3.252485** |
0.071649 |
1.315294 |
|
|
土壤pH |
0.157087 |
2.883738** |
−0.00476 |
−0.08737 |
0.076804 |
1.409929 |
注:用NORMINV计算z0.05、z0.01分别为1.96、2.58。“**”表示相关性极显著。
4. 讨论
4.1. 硼的主要生理功能及作物缺乏的主要症状表现
硼是植物必需的微量元素,植物体内含量一般为干物质的百万分之一至万分之三,不同器官中含量各不相同,以叶子最高,茎、根、果实、种子等低于叶;花的含量也很高,且以子房和柱头的含量最高[10]。但硼不是作物体内的结构成分,还没发现作物体内含硼的有机化合物,但它对作物的某些生理过程有着特殊的影响。主要表现为[10]:一是对作物体内碳水化合物的运转起重要作用,缺硼使蔗糖的运输速度下降;二是对作物生殖器官的建成不可缺少;三是对作物的光合作用也有影响,叶绿体中硼的相对浓度较高;四是硼能提高作物的抗性,干旱条件下作物特别需要硼。不同种类植物对硼的需求量差异较大,双子叶植物显著高于单子叶植物,根据其对硼敏感程度不同可分为三类[11]:一是高敏感植物,对硼需求量大,主要有苜蓿、甜菜、红三叶草、萝卜、甘蓝、花椰菜、向日葵、油菜、苹果等;中敏感植物,对硼需求量中等,主要有棉花、烟草、番茄、甘薯、花生、胡萝卜、莴苣、桃、梨、大豆、豌豆等;不敏感植物,对硼需求量低,主要有水稻、大麦、小麦、燕麦、荞麦、玉米、马铃薯、亚麻、柑橘等。
作物缺硼时,首先是根尖和茎的生长点分生组织细胞受害,花药和花丝对硼特别敏感、容易退化。这是由于组织中含有多量酚类化合物所致,硼的正常存在则能抑制酚类化合物的合成,使作物分生组织正常生长[10]。其共同特征是根系不发达,生长点死亡,花发育不健全。根伸长受阻或停止,根系呈短相丝枝状,顶芽和幼叶明显褪色并死亡,节间缩短,植株呈丝状或莲座状,种子或果实减产甚至绝收[11]-[15]。油菜“花而不实”、棉花“蕾而不花”、小麦“穗而不稔”、花生“有壳无仁”、芹菜“裂茎病”等都是缺硼引起的生理病害。
4.2. 各地土壤有效硼含量差异明显且总体呈下降趋势
西藏耕地有效硼含量较高[16],拉萨市均值1.07 mg/kg、墨竹工卡县0.89 mg/kg;湖南烟区则低[8],湘西0.20 mg/kg、湘南0.15 mg/kg;广西耕地较低[17],均值0.33 mg/kg,临界值以下达80%以上;福建耕地[18]较低,均值0.28 mg/kg、近90%低于临界值,其中泉州市[19]0.33 mg/kg、临界值以下近80%,连江县[20]均值0.4 mg/kg、临界值以下达70%以上。2005年赵书军等[1]、2007年毕庆文等[2]、2011年袁家富等[3]报道,鄂西南的恩施州(含利川)植烟区有效硼均值分别为0.340 mg/kg、0.302 mg/kg、0.295 mg/kg,呈较明显的下降之势,临界值以下的占比也由81.1%增加到87.5%。
4.3. 影响土壤有效硼含量的因素较多但影响结果不尽相同
土壤有效硼不仅与成土母岩母质有关,也直接受土壤酸碱度、耕作制度、栽培管理、气候及生态条件的影响[14][15][18][19]。各地报道结论不尽一致,如黎娟等[15]、张春等[21]报道土壤有效硼有随海拔升高而升高的趋势,而利川耕地有效硼与海拔高度变化不相关;黎娟等[15]报道湘西黄棕壤有效硼含量最高、秦建成[22]报道重庆石灰土有效硼含量最高、金立新等[23]报道黄壤有效硼含量最高,利川耕地则是潮土的有效硼含量最高;一般土壤的有效硼随pH增大而减少,有效硼在酸性土壤中含量比碱性土壤高,但黎娟等[15]、金立新等[23]的报道植烟土壤有效硼与pH呈极显著正相关,利川耕地有效硼与土壤pH呈极显著正相关,与王明秀等[24]的研究结果也高度一致。
5. 结论
1)利川耕地有效硼含量整体较低,空间分布差异较明显。全市均值0.345 mg/kg,利川耕地有效硼整体缺乏,80%以上低于临界值,应全面加强硼肥的推广应用。行政区域分布不均,各乡镇有效硼均值在0.238~0.539 mg/kg之间,元堡 > 汪营 > 文斗 > 东城 > 团堡 > 忠路 > 凉雾 > 沙溪 > 南坪 > 柏杨坝 > 谋道 > 建南 > 毛坝,仅元堡为中等水平,是毛坝的2倍多,其它乡镇都较低;城区正南的毛坝、正北部的柏杨坝及齐跃山脉以西的建南、谋道相对更低,建南、毛坝的所有点位均低于临界值,南坪、柏杨坝、谋道90%的点位处于临界值以下。
2)利川耕地有效硼含量受海拔高度影响较小。不同海拔区域均值在0.338~0.363 mg/kg之间,都处于较低水平,高山 > 低山 > 二高山;极大值都出现在低山,极小值出现在二高山。不同海拔区域各级频率分布差异不大,土壤有效硼含量受海拔高度影响不大,这与相关性分析结论一致。
3)水旱不同利用类型有效硼差异较小。水田均值0.347 mg/kg,略高于旱地(0.344 mg/kg),都处于较低水平,临界值以下频率分布旱地略高于水田,水旱不同利用方式对耕地有效硼含量影响不大。
4)不同土类的耕地有效硼含量差异较明显。均值在0.281~0.512 mg/kg之间,潮土(0.512 mg/kg) > 黄棕壤(0.361 mg/kg) > 黄壤(0.310 mg/kg) > 棕壤(0.302 mg/kg) > 石灰土(0.296 mg/kg) > 紫色土(0.281 mg/kg),潮土含量中等、接近紫色土的2倍,其它土类含量较低,土壤有效硼与不同土类应有一定相关性。
5)不同成土母岩母质发育的耕地有效硼含量有一定差异。均值在0.299~0.454 mg/kg之间,都处于较低水平,河流冲积物(0.454 mg/kg) > 第四纪黏土(0.370 mg/kg) > 碳酸盐岩(0.366 mg/kg) > 泥质砂页岩(0.310 mg/kg) > 紫色页岩(0.306 mg/kg) > 石英砂岩(0.299 mg/kg),土壤有效硼含量与成土母岩母质应有一定相关性。
6)土壤酸碱性及有机质含量是影响耕地有效硼的主要因素。相关性分析表明,利川耕地有效硼与土壤有机质及pH呈极显著正相关。增施有机肥培肥地力,治理酸化调节土壤酸碱性是提高利川耕地有效硼的得力措施。
总体看,利川耕地土壤有效硼含量普遍偏低,主要受成土母岩母质影响,平面空间分布不均,受海拔高度和水旱不同利用类型影响较小。因此,应加强硼砂、硼酸、活力硼等硼肥,以及硼镁肥、硼钙肥等含硼中微量元素肥料的推广应用力度,为缺硼土壤补充和平衡硼营养,特别是在油菜、甘蓝、萝卜、烟草、果树等高、中敏感作物上更应适量增施硼肥,提高其产品和品质。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。