綠洲鹽化潮土區(qū)典型缺鋅玉米根際和非根際土壤鋅形態(tài)差異

王成寶 霍琳 楊思存 溫美娟 姜萬(wàn)禮 黃濤

摘要：以綠洲鹽化潮土為研究對(duì)象，通過(guò)采集6葉期典型缺鋅玉米及其相鄰正常玉米根際、非根際土壤和植株樣品，研究了不同類別土壤鋅形態(tài)特征和不同類型植株含鋅量、吸鋅量及土壤鋅素從根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的差異及植株含鋅量、吸鋅量及土壤鋅素轉(zhuǎn)運(yùn)率與各形態(tài)鋅的相關(guān)性。結(jié)果表明，綠洲鹽化潮土全鋅含量平均為97.12 mg/kg，缺鋅植株與正常植株、根際土壤與非根際之間都沒(méi)有顯著差異;土壤有效鋅含量平均為0.60 mg/kg，高于北方石灰性土壤缺鋅臨界值（0.50 mg/kg），缺鋅植株根際土壤有效鋅含量比正常植株根際土壤低42.70%，達(dá)到極顯著差異水平。殘留礦物態(tài)是綠洲鹽化潮土最主要的鋅形態(tài)，占全鋅含量的79.43%;其次是晶形鐵結(jié)合態(tài)、無(wú)定形鐵結(jié)合態(tài)和松結(jié)有機(jī)態(tài)。交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、松結(jié)有機(jī)態(tài)、氧化錳結(jié)合態(tài)鋅含量均為根際土壤顯著高于非根際土壤，正常植株顯著高于缺鋅植株。缺鋅玉米莖葉含鋅量只有14.64 mg/kg，低于玉米缺鋅臨界值（20 mg/kg），比正常植株低52.30%，吸鋅量比正常植株低66.52%，鋅素轉(zhuǎn)運(yùn)率比正常植株低將近10百分點(diǎn)，這是綠洲鹽化潮土上玉米缺鋅的一個(gè)重要機(jī)制。玉米莖葉含鋅量與Ex-Zn、CAB-Zn含量呈極顯著正相關(guān);莖葉吸鋅量與WBO-Zn、OxMn-Zn、DTPA-Zn含量呈極顯著正相關(guān)，與AOFe-Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān);土壤鋅素轉(zhuǎn)運(yùn)率與DTPA-Zn、CAB-Zn、WBO-Zn、OxMn-Zn含量呈顯著正相關(guān)，與AOFe-Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞：綠洲鹽化潮土;缺鋅;玉米;根際;鋅形態(tài);鋅含量

中圖分類號(hào)：S156.4 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2020）06-0022-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.06.007

Differences of Zn Fraction Between Rhizosphere and Bulk Soil of Zn-deficient Corn ?in Saline Fluvo-aquic Soil Areas

WANG Chengbao， HUO Lin， YANG Sicun， WEN Meijuan， JIANG Wanli， HUANG Tao

（Institute of Soil， Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：Taking the saline fluvo-aquic soil area of Hexi Oasis as research object， rhizosphere and bulk soil and plant samples of typical Zn-deficient corn and its adjacent normal corn with 6 leaves were collected， studied the differences of Zn fraction characteristics in different types of soil and Zn concentrations， uptakes and transported ratio in different types of corn， the difference of zinc uptake and soil zinc transport from root to overground， and the amount of zinc in plants， as well as the correlations between plant Zn concentrations，uptakes， Zn transported ratio and Zn fractions were discussed in this paper. The results showed that total Zn content with an average of 97.12 mg/kg in saline fluvo-aquic soil，and had no significant difference between Zn-deficient and normal plants， also between rhizosphere and bulk soil. Available Zn content with an average of 0.60 mg/kg， which was below the deficiency level （DTPA-Zn < 0.50 mg/kg） in calcareous soil in northern China. Meanwhile， the available Zn contents in rhizosphere of Zn-deficient plant were 42.70% lower than normal plant extremely significant. Residual minerals were the main Zn form in saline fluvo-aquic soil， it accounted for 79.43% of total Zn， and followed by crystalline Fe oxides， amorphous Fe oxides and loose bound to organic matter. The Zn contents in rhizosphere soil of exchangeable form， bound to carbonates， loose bound to organic matter and bound to Mn oxides were all significantly higher than bulk soil， normal plant significantly higher than Zn-deficient plant. The shoot Zn concentration of Zn-deficient plant was only 14.64 mg/kg， which was below the critical value of Zn deficiency（20 mg/kg）， and 52.30% lower than that of normal corn. Meanwhile， the uptake of Zn-deficient plant was 66.52% lower and Zn transported ratio was nearly 10 percentage points lower than that of normal corn. This may be an important mechanism of Zn deficiency in corn in saline fluvo-aquic soil. The shoot Zn concentrations were positively correlated with Ex-Zn and CAB-Zn. The shoot Zn uptakes were positively correlated with WBO-Zn， OxMn-Zn and DTPA-Zn， and negatively correlated with AOFe-Zn contents. The Zn transported ratios were positively correlated with DTPA-Zn， CAB-Zn，WBO-Zn and OxMn-Zn， and negatively correlated with AOFe-Zn contents.

2.2 ? 土壤鋅形態(tài)

從圖2可以看出，RES-Zn是綠洲鹽化潮土區(qū)最主要的鋅形態(tài)，平均含量77.111 mg/kg，占全鋅含量的79.43%;其次為COFe-Zn，平均含量為11.701 mg/kg，占全鋅含量的12.05%;AOFe-Zn居第3，平均含量5.054 mg/kg，占全鋅含量的5.21%;WBO-Zn居第4，平均含量1.192 mg/kg，占全鋅含量的1.23%;CAB-Zn、OxMn-Zn、SBO-Zn含量相差不多，為0.653～0.700 mg/kg，約占全鋅含量的0.70%;Ex-Zn含量為痕跡。

2.3 ? 植株含鋅量、 吸鋅量及土壤鋅素從根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的差異

2.3.1 ? ?植株含鋅量和吸收量 ? ?從表1可以看出，不管是莖葉還是根系，缺鋅植株的含鋅量都顯著低于正常植株。缺鋅植株莖葉含鋅量只有14.64 mg/kg，比正常植株降低52.30%;缺鋅植株根系含鋅量為69.00 mg/kg，比正常植株低17.36%。從降低的幅度也可以看出，根系明顯低于莖葉，這一方面與莖葉和根系對(duì)鋅吸收能力的不同有關(guān)，另一方面也可能與鋅的轉(zhuǎn)運(yùn)受阻有關(guān)。從玉米吸鋅量來(lái)看，表現(xiàn)出了與含鋅量相同的趨勢(shì)，缺鋅植株莖葉吸鋅量比正常植株低66.52%，根系吸鋅量比正常植株低了49.27%。

2.3.2 ? ?土壤鋅素從根系向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn) ? ? Rengel等[15 ]將養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)率定義為植株地上部養(yǎng)分吸收量與整株吸收量的比值。在本研究中，我們對(duì)不同植株的Zn轉(zhuǎn)運(yùn)情況進(jìn)行了分析。從表1可以看出，缺鋅植株的鋅素轉(zhuǎn)運(yùn)率只有34.08%，而正常植株達(dá)到了43.92%，高出了近10百分點(diǎn)，對(duì)含鋅量和吸鋅量的分析也有相同的結(jié)論，這可能也是缺鋅植株表現(xiàn)出缺鋅癥狀的主要原因。

2.4 ? 植株含鋅量、吸鋅量及土壤鋅素轉(zhuǎn)運(yùn)率與各形態(tài)鋅的相關(guān)性

相關(guān)分析結(jié)果（表2）表明，土壤中Total-Zn與Ex-Zn、CAB-Zn、WBO-Zn、OxMn-

Zn、COFe-Zn和RES-Zn含量呈正相關(guān)關(guān)系，與SBO-Zn、AOFe-Zn含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但差異均達(dá)不到顯著水平;DTPA-Zn與CAB-Zn和OxMn-Zn含量呈顯著正相關(guān)，與Ex-Zn、WBO-Zn、SBO-Zn、COFe-Zn、Total-Zn含量呈正相關(guān)關(guān)系，與AOFe-Zn、RES-Zn含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;CAB-Zn與OxMn-Zn含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;WBO-Zn與OxMn-Zn含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與AOFe-Zn含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;Ex-Zn與CAB-Zn含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系;OxMn-Zn與AOFe-Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。莖葉含鋅量與Ex-Zn、CAB-Zn含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與OxMn-Zn含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系;根系含鋅量與Ex-Zn、CAB-Zn 含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與OxMn-Zn、DTPA-Zn含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系;莖葉吸鋅量與WBO-Zn、OxMn-Zn、DTPA-Zn含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與CAB-Zn含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與AOFe- Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;根系吸鋅量與DTPA-Zn含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與CAB-Zn、WBO-Zn、OxMn-Zn含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與AOFe-Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;土壤鋅素轉(zhuǎn)運(yùn)率與DTPA-Zn、CAB-Zn、WBO-Zn、OxMn-Zn含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與AOFe-Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 ? 小結(jié)與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，綠洲鹽化潮土全鋅含量平均為97.12 mg/kg，缺鋅植株與正常植株、根際土壤與非根際之間均沒(méi)有顯著差異;土壤有效鋅含量平均為0.60 mg/kg，高于北方石灰性土壤缺鋅臨界值，缺鋅植株根際土壤有效鋅含量比正常植株根際土壤低42.70%，達(dá)到極顯著差異水平。殘留礦物態(tài)是綠洲鹽化潮土最主要的鋅形態(tài)，占到了全鋅含量的79.43%，其次是晶形鐵結(jié)合態(tài)、無(wú)定形鐵結(jié)合態(tài)和松結(jié)有機(jī)態(tài)，交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、松結(jié)有機(jī)態(tài)、氧化錳結(jié)合態(tài)鋅含量都表現(xiàn)為根際土壤顯著高于非根際土壤，正常植株顯著高于缺鋅植株。綠洲鹽化潮土區(qū)缺鋅玉米莖葉含鋅量只有14.64 mg/kg，低于玉米缺鋅臨界值（20 mg/kg），比正常植株低52.30%，吸鋅量比正常植株低66.52%，鋅素轉(zhuǎn)運(yùn)率比正常植株低將近10百分點(diǎn)，我們判斷是土壤鹽分濃度或鹽分離子抑制了鋅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，這也有可能是綠洲鹽化潮土玉米缺鋅的另一個(gè)重要機(jī)制。玉米莖葉含鋅量與Ex-Zn、CAB-Zn含量呈極顯著正相關(guān);莖葉吸鋅量與WBO-Zn、OxMn-Zn、DTPA-Zn含量呈極顯著正相關(guān)，與AOFe-Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān);土壤鋅素轉(zhuǎn)運(yùn)率與DTPA-Zn、CAB-Zn、WBO-Zn、OxMn-Zn含量呈顯著正相關(guān)，與AOFe-Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

玉米是缺鋅敏感作物，葉片含鋅量低于20 mg/kg時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出葉片脈間失綠或白化癥狀[20 ]。大部分學(xué)者將作物缺鋅的原因歸結(jié)為土壤缺鋅，這也與世界范圍內(nèi)的缺鋅區(qū)域分布相一致。但鋅從土壤進(jìn)入玉米籽粒是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受很多因素影響，尤其是在鹽漬化環(huán)境中，土壤pH、含鹽量、鹽分離子都可能對(duì)土壤中鋅的有效性造成影響。蘆滿濟(jì)等[12 - 13 ]的結(jié)果表明，土壤有效鋅與全鹽含量呈負(fù)相關(guān)，與Cl-/SO42-比值呈正相關(guān)，與水溶性鈣、鎂離子呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì);作物含鋅濃度與土壤鹽分含量呈負(fù)相關(guān);土壤鹽分對(duì)作物吸鋅量和生物量的影響大于土壤有效鋅。徐曉燕等[23 ]認(rèn)為，HCO3-對(duì)根部鋅向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的影響要大于對(duì)根吸收鋅的影響。田霄鴻等[24 ]認(rèn)為，高量HCO3-在抑制鋅從小麥根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的同時(shí)，也降低了土壤有效鋅含量，而且HCO3-對(duì)土壤有效鋅的鈍化作用比對(duì)鋅轉(zhuǎn)運(yùn)的影響更為重要。

土壤中的鋅有多種形態(tài)，雖然在不同地區(qū)、不同土壤、不同耕作栽培條件下，土壤鋅形態(tài)分布差異較大，但交換態(tài)、松結(jié)有機(jī)態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)仍然是有效鋅的主要來(lái)源，只是在不同條件下各形態(tài)鋅發(fā)生了轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致了土壤有效鋅含量的增加或減少。Ahumada 等[25 ]研究表明，土壤中種植生菜可以增加鐵氧化態(tài)鋅和有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)鋅，而種植芹菜后則提高了土壤中鐵氧化態(tài)鋅;還有研究發(fā)現(xiàn)，在石灰性土壤中種植玉米或菜豆后，土壤中晶型鐵氧化態(tài)鋅含量有顯著增加[26 - 27 ]。魏孝榮等[28 ]在黃土高原17 a的定位試驗(yàn)表明，連續(xù)施入土壤中的鋅有很大一部分轉(zhuǎn)化為礦物態(tài)鋅，只有一小部分進(jìn)入土壤溶液，或與有機(jī)質(zhì)、碳酸鹽及氧化錳相結(jié)合。本研究結(jié)果與大部分石灰性土壤上鋅形態(tài)分級(jí)的研究結(jié)果是一致的，但從交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、松結(jié)有機(jī)態(tài)、氧化錳結(jié)合態(tài)等有效鋅的主要組成形態(tài)來(lái)看，都是根際土壤顯著高于非根際土壤，正常植株顯著高于缺鋅植株，由此可見(jiàn)鹽漬化環(huán)境和根際環(huán)境都使得土壤鋅形態(tài)、分布和有效性發(fā)生了改變，兩者在土壤中的博弈是綠洲鹽化潮土上玉米表現(xiàn)出缺鋅和不缺鋅的關(guān)鍵，但根際環(huán)境具體發(fā)生了怎樣的變化，還有待于進(jìn)一步研究。

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（本文責(zé)編：陳 ? ?偉）