白漿土各形態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn分布及其與有機(jī)質(zhì)間的關(guān)系

王丹，田秀平，張之一

（1.天津農(nóng)學(xué)院 a.園藝園林學(xué)院，b.農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

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白漿土各形態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn分布及其與有機(jī)質(zhì)間的關(guān)系

王丹1a，田秀平1b,通信作者，張之一2

（1.天津農(nóng)學(xué)院 a.園藝園林學(xué)院，b.農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

摘 要：在三江平原白漿土上，采用長(zhǎng)期定位試驗(yàn)方法研究了土壤中各形態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn含量及其與有機(jī)質(zhì)組分間的關(guān)系。結(jié)果表明，供試土壤全Fe、Mn含量略低于黑龍江省平均水平，而全Cu和Zn略高于黑龍江省平均水平，有效態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn處于較高水平。各形態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn的含量高低順序?yàn)椋篟ES-Fe＞OX-Fe＞OM-Fe＞EX-Fe＞CARB-Fe；OX-Mn＞RES-Mn＞OM-Mn＞EX-Mn＞CARB-Mn；RES-Cu＞OM-Cu＞CARB-Cu＞OX-Cu＞EX-Cu；RES-Zn＞OX-Zn＞OM-Zn＞EX-Zn＞CARB-Zn。白漿土中有效態(tài)鐵、錳、銅和鋅與易氧化碳、胡敏酸、富啡酸和松結(jié)態(tài)有機(jī)質(zhì)之間呈顯著或極顯著正相關(guān)；除全鐵外，全錳、銅、鋅及有機(jī)態(tài)鐵、錳、銅、鋅和交換態(tài)鐵、錳、銅、鋅均與有機(jī)質(zhì)總量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸等之間呈顯著或極顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：土壤有機(jī)質(zhì)；各形態(tài)養(yǎng)分；相互關(guān)系

微量元素Fe、Mn、Cu和Zn是植物、動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，其主要來(lái)源于土壤，當(dāng)土壤中微量元素供給不足時(shí)，作物容易出現(xiàn)生長(zhǎng)不良，產(chǎn)量和品質(zhì)下降，人和動(dòng)物食用了這種低品質(zhì)的糧食后，也會(huì)引起相應(yīng)的缺素癥，從而影響健康[1]。土壤中Fe、Mn、Cu和Zn的有效性與其形態(tài)轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，而對(duì)同一元素不同形態(tài)的研究，有助于了解該元素的分散富集過(guò)程和其在植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)上的意義。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中重要的組分，其本身性質(zhì)及數(shù)量與土壤養(yǎng)分含量高低及有效性密切相關(guān)，是衡量土壤肥力的指標(biāo)之一，尤其對(duì)土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性影響較大[2]。土壤有機(jī)質(zhì)組分、結(jié)合形態(tài)等是土壤有機(jī)質(zhì)的重要屬性，通常采用化學(xué)方法將其組分劃分為胡敏素、胡敏酸和富啡酸；結(jié)合形態(tài)可分為松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)和緊結(jié)態(tài)等[3]。多年來(lái)，學(xué)者從不同角度對(duì)有機(jī)質(zhì)數(shù)量、組分等與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系做了大量工作[4-6]，但各個(gè)形態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn與有機(jī)質(zhì)組分之間的關(guān)系鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，筆者以三江平原白漿土為供試土壤，全面系統(tǒng)地闡明土壤有機(jī)質(zhì)總量、組分及結(jié)合形態(tài)等與各形態(tài)鐵、錳、銅和鋅之間的關(guān)系，以期為有機(jī)質(zhì)及其組分對(duì)土壤各形態(tài)養(yǎng)分的貢獻(xiàn)及有效性影響等提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持，為該地區(qū)提高土壤養(yǎng)分有效性及合理培肥土壤提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為其他地區(qū)土壤存在的類似問(wèn)題提供借鑒與參考。

1 試驗(yàn)材料方法

1.1 供試土壤及設(shè)計(jì)

供試土壤為草甸白漿土，采自黑龍江省密山市黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基地。其基本化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。試驗(yàn)于1987年開(kāi)始設(shè)置，小區(qū)面積79.2 hm2，設(shè)以春小麥—春小麥—大豆—油菜—玉米—大豆6區(qū)輪作和大豆、小麥、玉米連作，3種耕作方法，3種施肥方式，即試驗(yàn)區(qū)兩端設(shè)南和北兩個(gè)對(duì)照區(qū)(普翻不施肥)、處理有普翻秸桿還田、普翻有機(jī)肥、普翻化肥、免耕化肥和深松化肥，4次重復(fù)，化肥用量見(jiàn)表2，有機(jī)肥為廄肥，施肥量為36.0 m3/hm2（約為25 200.0 kg/hm2）。每6年為一個(gè)輪作周期，本試驗(yàn)為第3個(gè)輪作周期結(jié)束后的土壤，采用5點(diǎn)法共取了48個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的土樣，進(jìn)行測(cè)定分析。

表1 供試土壤的基本化學(xué)性質(zhì)

表2 化肥的用量和比例

1.2 土樣樣品測(cè)定方法

土壤全量鐵、錳、銅和鋅用HF-HNO3-HClO4消煮，原子吸收分光光度法(AAS)測(cè)定；有效態(tài)鐵、錳、銅和鋅采用0.1mol/L HCl浸提，AAS測(cè)定；土壤鐵、錳、銅和鋅形態(tài)按朱燕婉等提出的5個(gè)組分連續(xù)提取法分成交換態(tài)（EX-）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（CARB-）、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)（OM-）、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)（OX-）及殘留態(tài)（RES-）鐵、錳、銅和鋅[7]；土壤有機(jī)質(zhì)總量采用丘林法；土壤易氧化有機(jī)碳，是將0.2 mol/L(1/6)K2Cr2O7-H2SO4溶液作為氧化劑，反應(yīng)步驟均同有機(jī)質(zhì)總量測(cè)定；土壤腐殖質(zhì)組成采用科諾諾娃法[8]；土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合形態(tài)用傅積平改進(jìn)法[9]。

2 結(jié)果與分析

本長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基地不同處理白漿土中有機(jī)質(zhì)總量、腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)、易氧化碳、難氧化碳含量及各形態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn變化情況詳見(jiàn)文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[10-12]。

2.1 土壤各形態(tài)鐵的含量及其與有機(jī)質(zhì)間的關(guān)系

供試土壤中，全Fe（T-Fe）含量平均為20.845 78 g/kg，低于全國(guó)和黑龍江省平均水平的30 g/kg和24.902 20 g/kg。有效態(tài)Fe（A-Fe）平均含量為53.49 mg/kg，略低于黑龍江省平均水平（55.50 mg/kg），按照本地區(qū)等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，基本處于不缺Fe水平。白漿土中Fe主要以殘留態(tài)（RES-Fe）為主，平均含量為18.821 02 g/kg，占T-Fe的90.29%；其次是鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Fe（OX-Fe），平均含量是1.774 95 g/kg，占T-Fe含量的8.51%；有機(jī)態(tài)（OM-Fe）、交換態(tài)（EX-Fe）和碳酸鹽結(jié)合態(tài)（CARB-Fe）Fe含量都很低，平均含量分別為99.63、84.25 和65.93 mg/kg，各占T-Fe含量的0.48%、0.40%和0.32%[13]。

從表3看出，白漿土中雖然全鐵含量大，但主要存在于礦物中，故與有機(jī)質(zhì)之間無(wú)相關(guān)性，各形態(tài)鐵中，EX-Fe和OM-Fe與有機(jī)質(zhì)總量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸之間相關(guān)顯著或極顯著。說(shuō)明有機(jī)質(zhì)與EX-Fe和OM-Fe密切相關(guān)，而CARB-Fe、OX-Fe和RES-Fe之間關(guān)系不大。

表3 土壤有機(jī)質(zhì)及組分與各形態(tài)Fe的關(guān)系

2.2 土壤各形態(tài)錳的含量及其與有機(jī)質(zhì)間的關(guān)系

土壤全Mn（T-Mn）含量平均為620.94 mg/kg，略低于黑龍江省土壤平均值（675.30 mg/kg），有效Mn（A-Mn）含量為89.93 mg/kg，顯著高于黑龍江省平均水平（29.73 mg/kg）。說(shuō)明本地白漿土A-Mn處于較高水平狀態(tài)。土壤Mn主要以殘留態(tài)（RES-Mn）和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)（OX-Mn）為主，平均含量分別為170.04 mg/kg和333.99 mg/kg，各占T-Mn含量的27.38%和53.79%；其次為有機(jī)態(tài)（OM-Mn）和交換態(tài)（EX-Mn）Mn，占T-Mn含量的9.36%和6.87%，碳酸鹽結(jié)合態(tài)Mn（CARB-Mn）含量最低，僅占T-Mn含量的2.60%。

土壤中全錳與有機(jī)質(zhì)總量、易氧化碳及胡敏酸之間達(dá)1%極顯著相關(guān)水平，與穩(wěn)結(jié)態(tài)和難氧化有機(jī)質(zhì)之間達(dá)5%顯著相關(guān)水平（表4）。說(shuō)明土壤中全錳含量與有機(jī)質(zhì)有很大關(guān)系。OM-Mn與有機(jī)質(zhì)總量、易氧化碳、胡敏酸之間也達(dá)極顯著相關(guān)水平，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上。Lawton[14]認(rèn)為，錳在土壤中的氧化還原反應(yīng)是在微生物和有機(jī)質(zhì)參與下進(jìn)行的，有機(jī)質(zhì)的分解產(chǎn)物能促使錳的氧化還原，但有機(jī)質(zhì)超15%時(shí)，則有效錳含量下降。本試驗(yàn)測(cè)得，除緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)和難氧化碳外，其余各有機(jī)質(zhì)測(cè)定指標(biāo)均與有效錳呈顯著正相關(guān)，這與Lawton的研究結(jié)果一致。

表4 土壤有機(jī)質(zhì)及組分與各形態(tài)Mn的關(guān)系

2.3 土壤各形態(tài)銅的含量及其與有機(jī)質(zhì)間的關(guān)系

土壤全Cu（T-Cu）含量平均為29.53 mg/kg，高于全國(guó)（22.00 mg/kg）和黑龍江?。?6.00 mg/kg）平均水平。土壤有效Cu(A-Cu)含量平均為2.18 mg/kg，高于黑龍江省白漿土Cu平均含量（1.77 mg/kg），按等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)屬于較高水平。說(shuō)明本地白漿土基本不缺Cu。土壤Cu以殘留態(tài)（RES-Cu）為主，平均含量17.20 mg/kg，占土壤T-Cu的58.25%；其次為是有機(jī)態(tài)（OM-Cu）平均含量是5.28 mg/kg，占T-Cu的19.71%；碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cu（CARB-Cu）平均含量為3.08 mg/kg，占T-Cu的10.43%；交換態(tài)Cu（EX-Cu）和鐵錳結(jié)合態(tài)Cu（OX-Cu）含量則較低，平均含量各為1.54 mg/kg和1.88 mg/kg，分別占T-Cu的5.23% 和6.38%。

大量分析結(jié)果表明，土壤銅含量一般隨有機(jī)質(zhì)含量增加而增加[15]。這與本試驗(yàn)測(cè)得土壤全銅與有機(jī)質(zhì)總量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸之間呈極顯著正相關(guān)結(jié)論一致（表5）。EX-Cu與全銅一樣，也受土壤有機(jī)質(zhì)影響。土壤銅能與胡敏酸和富啡酸形成絡(luò)合物，故OM-Cu與胡敏酸和富啡酸之間相關(guān)系數(shù)為0.906和0.708。同樣與有機(jī)質(zhì)總量和易氧化碳之間也極顯著相關(guān)。有效態(tài)銅的很大一部分是有機(jī)態(tài)銅[16]，因此有效態(tài)銅與有機(jī)質(zhì)總量、易氧化碳、胡敏酸、富啡酸及松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)之間相關(guān)顯著。

表5 土壤有機(jī)質(zhì)及組分與各形態(tài)Cu的關(guān)系

2.4 土壤各形態(tài)鋅含量及其與有機(jī)質(zhì)間的關(guān)系

土壤全Zn（T-Zn）含量為86.69 mg/kg，略高于黑龍江省平均值（73.30 mg/kg），但小于全國(guó)平均水平（100.00 mg/kg）。有效Zn（A-Zn）含量平均為2.45 mg/kg，接近黑龍江省耕地土壤有效Zn含量平均值（2.34 mg/kg），按等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)屬于一般水平。土壤Zn以殘留態(tài)Zn（RES-Zn）為主，平均含量55.31 mg/kg，占土壤T-Zn的63.80%；其次為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)（OX-Zn），平均含量為14.89 mg/kg，占土壤T-Zn的17.17%；有機(jī)態(tài)（OM-Zn）和交換態(tài)（EX-Zn）Zn分別為9.40 mg/kg 和6.01 mg/kg，各占土壤T-Zn的10.84%和6.93%；碳酸鹽結(jié)合態(tài)Zn（CARB-Zn）含量最低，平均含量為1.09 mg/kg，占土壤T-Zn的1.26%。

土壤有機(jī)質(zhì)狀況也是影響土壤鋅含量的一個(gè)重要因素。表6表明，白漿土全鋅含量與有機(jī)質(zhì)總量、易氧化有機(jī)碳、胡敏酸和松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)之間達(dá)顯著或極顯著正相關(guān)。OM-Zn、EX-Zn及OX-Zn也受有機(jī)質(zhì)含量影響，尤其是OM-Zn和EX-Zn與有機(jī)質(zhì)總量、易氧化碳、胡敏酸之間達(dá)1%極顯著相關(guān)水平。另外，有效態(tài)鋅大多也是存在于易氧化有機(jī)質(zhì)、胡敏酸和松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)中，與其相關(guān)系數(shù)為0.581，0.802，0.688。

表6 土壤有機(jī)質(zhì)及組分與各形態(tài)Zn的關(guān)系

3 討論與結(jié)論

試驗(yàn)點(diǎn)白漿土全量Fe和Mn略低于黑龍江省平均水平，全量Cu和Zn稍高于黑龍江省平均水平。土壤有效態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn含量基本上處于較高水平，這與白漿土是弱酸性土壤有關(guān)。該試驗(yàn)土壤Fe、Mn、Cu和Zn有效態(tài)含量較高，而其全量水平較低或處于臨界值，因此應(yīng)該注意合理耕作，培肥地力，加強(qiáng)后備儲(chǔ)量的開(kāi)發(fā)。試驗(yàn)土壤各形態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn與有機(jī)質(zhì)之間關(guān)系密切，所研究的有效態(tài)元素均與土壤易氧化碳、胡敏酸、富啡酸和松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)之間呈顯著或極顯著正相關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)結(jié)合形態(tài)和交換態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn是土壤有效態(tài)Fe、Mn、Cu和Zn的給源[17]，提高土壤中這類有機(jī)質(zhì)含量即可改善植物的Fe、Mn、Cu和Zn營(yíng)養(yǎng)。培肥土壤時(shí)，不僅要考慮到土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量，而且要著重改善土壤中有機(jī)質(zhì)的品質(zhì)。

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Distribution of Various Forms Iron,Manganese,Copper,Zinc and Relationship between Organic Matter and Various Forms on Lessive

WANG Dan1a,TIAN Xiu-ping1b,Corresponding Author,ZHANG Zhi-yi2
（1.Tianjin Agricultural University,a.College of Horticulture and Landscape,b.College of Agronomy and Resource Environment,Tianjin 300384,China；2.College of Agronomy,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,Heilongjiang Province,China）

Abstract：The various form contents of the iron,manganese,copper and zinc and the relationship between the organic matter and the various forms in the lessive was studied in this paper with the long-term position test method in the Sanjiang plain.It shows that the full content of the iron,manganese in the test soil is slightly lower than the average level and the full content of the copper,zinc is slightly higher than the average level of the soil in Heilongjiang Province.It also shows that the effective forms of the iron,manganese,copper and zinc are on a high level.The forms content order of the iron,manganese,copper and zinc is RES-Fe＞OX-Fe＞OM-Fe＞EX-Fe＞CARB-Fe,OX-Mn＞RES-Mn＞OM-Mn＞EX-Mn＞CARB-Mn,RES-Cu＞OM-Cu＞CARB-Cu＞OX-Cu＞EX-Cu,RES-Zn＞OX-Zn＞OM-Zn＞EX-Zn＞CARB-Zn.It is the significant or highly significant positive correlation between the effective forms of the iron,manganese,copper and zinc and the readily oxidizable carbon,humic acid,fulvic acid,pine Junction organic matter in the lessive.In addition to the full form iron,it is the significant or highly significant positive correlation between the full forms of the manganese,copper,zinc,the organic forms of the iron,manganese,copper,zinc,the exchangeable forms of the iron,manganese,copper,zinc and the total organic matter,the readily oxidizable carbon,humic acid,fulvic acid and so on.

Key words:soil organic matter; different nutrients; mutual relationship

通信作者：田秀平（1965-），女，山東泰安人，教授，博士，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)的教學(xué)及科研工作。E-mail：xiang5918@sohu.com。

作者簡(jiǎn)介：王丹（1979-），女，黑龍江海倫人，副教授，碩士，主要從事植物學(xué)教學(xué)及相關(guān)科研工作。E-mail：wd724@163.com。

基金項(xiàng)目：黑龍江教育委員會(huì)資助項(xiàng)目“白漿土利用改良綜合試驗(yàn)研究”（9541068）

收稿日期：2015-09-11

文章編號(hào)：1008-5394（2016）01-0014-04

中圖分類號(hào)：S153.621

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A