喀斯特區(qū)不同果園土壤有效態(tài)微量元素特征變化

張麗敏，蔡國俊，彭 熙，李安定

(1.貴州省山地資源研究所，貴陽 550001； 2.貴州大學生命科學學院，貴陽 550025)

喀斯特土壤是以石灰?guī)r、白云巖及含有其它雜質(zhì)的碳酸巖為主要著生基巖，并受基巖深刻影響而發(fā)育的富含鈣、鎂離子的中性到微堿性石灰土的特定土壤，不同土地利用類型是影響土壤質(zhì)量最普遍、最深刻的因素[1-2]。土壤中的微量元素如Fe、Mn、Zn、Cu、B 等是植物生長發(fā)育過程必需的微量元素，直接參與植物生長過程中有機體的代謝。盡管植物對微量元素的需求量很少，但其在植物的生長發(fā)育過程中必不可少。土壤中微量元素過多或過少都會影響植物的正常生長，缺少時則會成為限制植物生長，產(chǎn)量減少，品質(zhì)下降；過多時會使植物中毒[3]。因此，研究土壤中微量元素的含量對植物生長發(fā)育具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效態(tài)微量元素具有“聚表現(xiàn)象”，其含量與土壤本身的礦物類型、母質(zhì)成因、氣候條件等因素有關(guān)[4-6]。馬群等[7]研究山東省不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分發(fā)現(xiàn)：有效B為果園>菜地>鹽堿地>旱地；有效Fe 為菜地>果園>旱地>鹽堿地；有效Mn、Cu 為果園>草地>鹽堿地>旱地。孫衛(wèi)國等[8]發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯高原皇甫川流域農(nóng)田土壤有效態(tài)Mn、Cu、Zn 含量顯著低于人工草地和林地；有效態(tài)Fe 表現(xiàn)為農(nóng)田土壤>人工草地和林地。池紅杏等[9]對洛川不同土地利用方式下的土壤微量元素含量研究發(fā)現(xiàn)，果園土壤的微量元素含量顯著高于農(nóng)田土壤。目前對土壤微量元素的研究較多，但真正對喀斯特山區(qū)不同果園土壤有效態(tài)微量元素的研究較少。因此本研究以FAST(大射電)核心區(qū)西番蓮(Passion)、獼猴桃(Kiwi)、八月瓜(Holboellia)、冷飯團(Kadsura)4種果園為研究對象，通過野外調(diào)查和室內(nèi)試驗，測定各果園土壤中Fe、Mn、Cu、Zn微量元素含量，研究微量元素的變化特征、有效性及豐缺狀況，有助于正確判斷土壤中微量元素的供給情況，為正確評價當?shù)氐耐寥婪柿顩r和合理施用微量元素肥料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)光明村 “喀斯特千畝高效特色藤本植物產(chǎn)學研基地”，東經(jīng)106°48'19″，北緯25°43'37″，以喀斯特地貌為主。該區(qū)域海拔853 m，氣候?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L氣候，年平均氣溫17 ℃，年降雨量1 350 mm左右，無霜期312 d。年平均日照時間1 065.7 h。

1.2 土壤樣品采集

2018年5月，在西番蓮、獼猴桃、八月瓜、冷飯團等4種特色藤本植物園中，按S形取樣法，采集0～20 cm、20～40 cm土層土壤，重復3次，去除枯枝落葉、動植物殘體和石礫，裝入自封袋，帶回實驗室自然風干，通過2 mm和0.15 mm篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 土壤有效態(tài)微量元素的提取

土壤有效態(tài)微量元素含量采用AB-DTPA浸提液提取[10]。

1) AB-DTPA浸提液的制備

在約800 mL水中加入2 mL NH4OH，然后加入1.97 g DTPA(C14H23N3O10-二乙基三胺五乙酸)，當大部分DTPA 溶解后，用NH4OH調(diào)節(jié)pH至近中性，加入79.09 g NH4HCO3，輕輕攪拌直到溶解，用NH4OH調(diào)節(jié)pH至7.6，然后加水稀釋到1 000 mL。該溶液在14 d內(nèi)保持穩(wěn)定。

2) AB-DTPA浸提液的提取

稱取10.00 g堿性土壤樣品置于150 mL塑料瓶中，加入50 mL DTPA浸提液，在震蕩機上浸提15 min后到入100 mL離心管中，在2 500 r·min-1離心5 min，干過濾，濾液中各元素待測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)分析和制圖。采用單因素方差分析法和最小差異顯著法分析4種果園土壤中的有效態(tài)微量元素特征變化，p<0.05表示差異性顯著，p<0.01表示差異性極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同果園土壤有效態(tài)微量元素含量變化

從圖1可知，西番蓮、獼猴桃、八月瓜、冷飯團4 種果園土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn含量變化分別為33.02～88.15 mg·kg-1、5.40～15.42 mg·kg-1、0.15～0.69 mg·kg-1、0.28～0.84 mg·kg-1，且0～20 cm土層土壤有效態(tài)微量元素顯著高于20～40 cm土層。在0～20 cm土層，西番蓮地、獼猴桃地土壤有效Fe、Mn、Cu含量顯著高于八月瓜地，而4 種果園土壤有效Zn含量沒有顯著變化；在20～40 cm土層，西番蓮地土壤有效Fe、Mn含量顯著高于其他3種土地利用類型，八月瓜地土壤有效Cu含量最低，為0.15 mg·kg-1，西番蓮地土壤有效Zn含量最低，為0.28 mg·kg-1。

根據(jù)土壤有效態(tài)微量元素含量及評價標準(圖1，表1)，4 種果園中，土壤有效Fe在含量0～40 cm土層均表現(xiàn)出極高水平；土壤有效Mn在0～20 cm土層為中等水平，在20～40 cm土層為低等水平；土壤有效Cu含量在0～40 cm土層表現(xiàn)出中等水平(除八月瓜地20～40 cm土層外)；土壤有效Zn含量在0～40 cm土層均低于臨界值，在0～20 cm土層為低等水平，在20～40 cm土層為極低等水平。

注：豎棒表示標準偏差；不同大寫字母代表不同土層差異性顯著；不同小寫字母代表不同果園差異性顯著，p=0.05。圖1 不同果園土壤有效態(tài)微量元素含量變化

表1 土壤有效態(tài)微量元素評價標準[15] 單位：mg·kg-1

2.2 不同果園土壤有效態(tài)微量元素有效性指數(shù)差異

土壤微量元素有效性評價參考土壤重金屬污染評價標準與方法[11-12]，即有效性指數(shù)為土壤微量元素含量實測值與土壤微量元素含量臨界值的比值。在4 種果園中，土壤微量元素有效性指數(shù)大小順序表現(xiàn)為：Fe(7.98)> Cu(2.24)> Mn(1.05)> Zn(0.55)，且 0～20 cm土層土壤有效態(tài)微量元素有效性指數(shù)均高于20～40 cm土層。在0～20 cm土層，4種果園土壤Fe、Cu、Mn的有效性指數(shù)均大于1；在20～40 cm土層，獼猴桃地、八月瓜地和冷飯團地的Mn、八月瓜地的Cu有效性指數(shù)小于1；Zn的有效性指數(shù)在0～40 cm土層均小于1。

表2 不同果園土壤微量元素有效性指數(shù)差異

2.3 不同果園土壤有效態(tài)微量元素之間的相關(guān)性分析

對土壤有效態(tài)微量元素進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(表3)，土壤有效Fe 與Mn、有效Fe 與Cu、有效Mn 與Cu之間均表現(xiàn)出極顯著的相關(guān)關(guān)系，R2分別為0.68、0.62、0.69；土壤有效Fe 與Zn、有效Mn 與Zn、有效Cu 與Zn之間均表現(xiàn)出顯著性相關(guān)關(guān)系，R2分別為0.42、0.50、0.43。

表3 土壤有效態(tài)微量元素之間的相關(guān)性分析

3 討 論

土壤微量元素含量直接反映了土壤對植物養(yǎng)分的供應水平，關(guān)系著植株的生長發(fā)育狀況，任何一種微量元素的缺乏或過量都會影響植物的生長[13-14]，在植物體內(nèi)有著無法代替的作用，如Fe 是許多氧化還原酶的重要組成部分和合成葉綠素所必須的元素，Zn 與生長素的合成、光合作用以及干物質(zhì)的積累有關(guān)[15]。4 種果園土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn含量變化分別為：33.02～88.15 mg·kg-1、5.40～15.42 mg·kg-1、0.15～0.69 mg·kg-1、0.28～0.84 mg·kg-1，土壤有效Fe 含量最高，達到極高水平，土壤有效Zn 含量最低，處于極低水平；土壤微量元素有效性指數(shù)大小順序表現(xiàn)為：Fe(7.98)> Cu(2.24)> Mn(1.05)> Zn(0.55)，說明土壤有效Fe、Mn、Cu含量大于臨界值，能維持植物的正常生長，土壤有效Zn含量低于臨界值，表現(xiàn)出虧缺狀態(tài)，在植物生長過程中應及時補充。

郭東強等[16]對南亞熱帶地區(qū)桉樹、馬尾松人工林土壤微量元素特征進行研究，同樣發(fā)現(xiàn)Fe 的含量極為豐富；趙串串等[17]對青海省黃土丘陵區(qū)主要林分土壤微量元素豐缺狀況進行研究，也得出相同的結(jié)論。土壤有效微量元素含量表現(xiàn)出不一致的原因可能是研究區(qū)土壤為酸性黃壤，一般酸性土壤中Fe 含量較高，土壤酸化可以使鐵活化，故Fe 的有效含量相對較高[18]；同時土壤微量元素有效量由于受到成土母質(zhì)、地形、地貌、土壤理化性質(zhì)的影響，以及氣候條件不同所引起的土壤、生物和植物中礦物的分解速率不同，導致土壤中微量元素有效量存在差異[9,19]。

本研究中，土壤有效態(tài)微量元素含量整體上隨土層深度的增加逐漸降低，呈現(xiàn)出比較明顯的“聚表現(xiàn)象”。這與王軍廣等[20]、陳桂芬等[21]的研究結(jié)果相一致。首先，土壤微量元素在土壤剖面上的變化與土壤養(yǎng)分含量、植被根系以及土壤中元素的遷移強度有密切關(guān)系[22-23]。土壤養(yǎng)分含量和植物根系的分布量均隨土層深度的增加逐漸降低，同時施肥促進了微量元素的表層富集，如錳在土壤養(yǎng)分含量高的土壤中能形成穩(wěn)定的抗沉降的復合物[24-25]。其次，貴州是典型的亞熱帶季風氣候，雨熱同季現(xiàn)象明顯，其較快的物質(zhì)循環(huán)速度易引起土壤中元素向地表遷移[26]。再次，地表枯落物的分解、養(yǎng)分的釋放與歸還補充土壤有效態(tài)微量元素[27-29]，而且這種釋放與歸還作用明顯作用于土壤表層。在土壤剖面上，微量元素的遷移積累是生物富集上遷和淋溶下移淀積的共同作用，同時也可以反映下層土壤淋溶淀積作用較弱[30]。

4 結(jié) 論

4 種土地利用方式下的土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn含量變化分別為：33.02～88.15 mg·kg-1、5.40～15.42 mg·kg-1、0.15～0.69 mg·kg-1、0.28～0.84 mg·kg-1，且0～20 cm土層土壤有效態(tài)微量元素顯著高于20～40 cm土層；根據(jù)土壤有效態(tài)微量元素含量及評價標準，土壤有效Fe 含量最高，達到極高水平，土壤有效Zn 含量最低，處于極低水平；土壤微量元素有效性指數(shù)大小順序表現(xiàn)為：Fe(7.98)> Cu(2.24)> Mn(1.05)> Zn(0.55)，說明土壤有效Fe、Mn、Cu含量大于臨界值，能維持植物的正常生長，土壤有效Zn含量嚴重低于臨界值，表現(xiàn)出虧缺狀態(tài)，在植物生長過程中應及時補充。