低分子有機(jī)酸浸提和添加鋅肥、錳肥對甘草地土壤4種金屬元素釋放及賦存形態(tài)的影響

李振凱，馬少蘭，高 雪，萬 依，于麗麗，梁新華

(寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，銀川 750021)

【研究意義】甘草是寧夏的道地藥材，鹽池縣是中國甘草之鄉(xiāng)，其基原植物甘草(GlycyrrhizauralensisFisch)，又名烏拉爾甘草，是豆科、甘草屬多年生草本，其根與根狀莖粗壯，干燥后作中藥甘草入藥，具有補(bǔ)脾益氣、清熱解毒、祛痰止咳、緩急止痛、調(diào)和諸藥的功效作用[1-2]?；瘜W(xué)元素是中藥發(fā)揮療效的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)其對植物正常的生長發(fā)育及有效物質(zhì)積累也具有極其重要的作用[3-4]。土壤元素是中藥材吸收、積累化學(xué)元素的主要來源和影響因子，并影響根系營養(yǎng)吸收及生理代謝活動(dòng)，其中金屬元素是土壤元素重要組成部分[5-6]。大量研究表明，土壤中的金屬元素影響著植物光合作用、呼吸作用、新陳代謝等多項(xiàng)生理過程，其對植物的作用僅受元素種類和含量的影響，還與金屬元素的賦存形態(tài)緊密相關(guān)[7]。因此，研究土壤中金屬元素賦存形態(tài)對于指導(dǎo)甘草生產(chǎn)有著積極參考價(jià)值?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】甘草藥材中含有多種金屬元素，其中Ca、Mg、Mn隨甘草生長時(shí)期變化表現(xiàn)出顯著上升趨勢[8]，研究證實(shí)葉面噴施鋅肥和錳肥可不同程度提高甘草根中甘草酸、角鯊烯等有效成分含量[9]，同時(shí)Zn和Mn元素會(huì)顯著影響甘草酸生物合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá)[10]。藥用植物生理與分子生物學(xué)課題組在前期的研究中，從甘草根系分泌物中鑒定出乳酸和草酸2種低分子有機(jī)酸[11]。石晶等[12]通過外源施用乳酸，發(fā)現(xiàn)以實(shí)際分泌濃度(1×10-4mol/L)乳酸外源處理甘草幼苗不同時(shí)間，GuSQS1和GubAS基因的表達(dá)量均出現(xiàn)不同程度的改變，在3 d的處理時(shí)間下，對甘草自身產(chǎn)生了一定化感自毒作用，并降低了甘草酸的含量。筆者通過外源噴施草酸、乳酸等低分子有機(jī)酸，研究不同甘草根系分泌物對甘草種植地后茬3種春小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[13]，發(fā)現(xiàn)不同低分子有機(jī)酸對不同品種春小麥的產(chǎn)量和蛋白質(zhì)、氨基酸含量產(chǎn)生了不同的影響。以上研究進(jìn)一步驗(yàn)證了甘草根系分泌物中低分子有機(jī)酸對自身及其它植物的化感作用。此外，植物根系分泌物對于土壤中金屬元素釋放和賦存形態(tài)的研究已多有報(bào)道[14-16]。徐秀月等[17]通過模擬濕地植物根系分泌物分析其對酸性礦山廢水沉淀物(AMD)中Fe、Mn釋放及形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)檸檬酸、蘋果酸和草酸3種低分子有機(jī)酸對(AMD)中Fe、Mn的釋放均起到了促進(jìn)作用，同時(shí)不同濃度的有機(jī)酸可導(dǎo)致AMD沉淀物中Fe、Mn的可交換態(tài)含量升高，可還原態(tài)逐漸減少。游蕊等[18]利用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，分析不同濃度的檸檬酸、酒石酸和草酸溶液對三峽庫區(qū)消落帶土壤中汞賦存形態(tài)及其隨培養(yǎng)時(shí)間的變化特征的影響，發(fā)現(xiàn)檸檬酸能提高三峽水庫消落區(qū)土壤中汞的遷移性以及生物有效性，草酸和酒石酸對土壤中汞的遷移能力則表現(xiàn)為一定的抑制作用。張新帥等[19]研究了鉛鋅礦區(qū)周邊玉米根系低分子量有機(jī)酸、根際土壤鎘鉛形態(tài)與植株鎘鉛累積特征，發(fā)現(xiàn)玉米可通過根系分泌低分子量有機(jī)酸，影響根際土壤重金屬化學(xué)形態(tài)與生物有效性，進(jìn)而影響植株對重金屬的吸收積累?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】甘草根系分泌物中的低分子有機(jī)酸，以及施加鋅肥和錳肥是否對甘草種植地土壤中Ca、Mg、Zn和Mn 4種金屬元素釋放和賦存形態(tài)產(chǎn)生了影響，尚未有研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以乳酸和草酸及2種低分子有機(jī)酸1∶1比例的混合酸作為提取介質(zhì)，以寧夏鹽池人工種植甘草(3年生)地土壤樣品(以下簡稱土壤)為研究對象，開展上述低分子有機(jī)酸以及外源添加鋅肥和錳肥對土壤中Ca、Mg、Zn和Mn的浸提效果以及賦存形態(tài)影響的研究，以期為甘草地土壤改善以及人工種植甘草質(zhì)量調(diào)控提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

土壤樣品采集自寧夏鹽池縣人工種植烏拉爾甘草(3年生)生長地，采集方法為對角線取樣法，采集0～20 cm土壤樣品，于陰涼、干燥、通風(fēng)良好的地方自然風(fēng)干，過10目樣品篩，過篩后的土壤樣品收集于密封塑料袋中，室溫保存?zhèn)溆谩?/p>

草酸和乳酸純度為98%，均為分析純試劑；鋅肥為七水硫酸鋅，純度為99%；錳肥為一水硫酸錳，純度為98%；實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 不同浸提介質(zhì)處理 精密稱取150.0 g土壤樣品12份，分別置于大小一致的塑料盒(長17.0 cm，寬10.0 cm，高6.8 cm)中，全部樣品隨機(jī)分為4組，每組各3份，每份土壤樣品加水使各組土壤樣品均達(dá)到60%的田間持水量，放置室溫條件下于實(shí)驗(yàn)室老化3周。4組樣品老化完成后分別采用水(對照組)、乳酸溶液(10-4mol/L)、草酸溶液(10-4mol/L)及混合酸溶液(即10-4mol/L草酸溶液和10-4mol/L乳酸溶液等量混合)提取Ca、Mg、Zn和Mn元素。具體方法為稱取12份2.00 g的土壤樣品，分別置于50 mL離心管中，4組樣品分別加入上述不同的提取液30 mL，于25 ℃下210 r/min振蕩提取2 h，3500 r/min離心10 min，上層清液用0.45 μm的微孔濾膜過濾后，參照勞家檉[20]的方法，采用原子吸收分光光度計(jì)測定各樣品液中Ca、Mg、Zn和Mn元素濃度，計(jì)算元素浸提率。下層土壤殘?jiān)鼧悠方?jīng)自然風(fēng)干，磨細(xì)過100目篩，采用優(yōu)化的BCR連續(xù)提取法(表1)[21]提取樣品中不同形態(tài)(弱酸可溶態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài))的4種元素，并采用火焰原子吸收分光光度儀測定其含量。

表1 土壤Ca、Mg、Zn和Mn形態(tài)的BCR連續(xù)提取方法

1.2.2 不同施肥處理 稱取150.0 g土壤樣品9份，分別置于與1.2.1項(xiàng)下相同的塑料盒中，隨機(jī)分為3組，每組各3份，分別添加2 g原土(即未處理人工種植甘草地土壤樣品，對照組)、0.048 g鋅肥和1.952 g原土、0.312 g錳肥和1.688 g原土處理，隨后每份土壤樣品加水，進(jìn)行與1.2.1項(xiàng)下相同的老化處理。老化完成后以水為浸提液并進(jìn)行1.2.1項(xiàng)下相同的元素釋放和賦存形態(tài)檢測。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 22軟件進(jìn)行方差分析和新復(fù)極差法(Duncan)[12]多重比較，采用Origin 2018軟件及Hiplot科研數(shù)據(jù)高級可視化平臺進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同浸提介質(zhì)對土壤中4種金屬元素的浸提效果

從表2可知，草酸、乳酸及混合酸浸提相較水均有效提高了4種元素的浸提效率。其中乳酸和混合酸浸提Ca元素效果顯著高于草酸又顯著高于水浸提，以乳酸效果最為優(yōu)異；浸提Mg元素效果上，草酸、乳酸及混合酸效果相近，且均達(dá)到顯著提升效果；此外混合酸對Zn和Mn元素的浸提效果最好，顯著優(yōu)于草酸、乳酸和水，水的浸提效果最差，草酸和乳酸浸提Mn元素效果相較水浸提雖未達(dá)到顯著水平，但依舊提高了浸提效果。綜上，不同有機(jī)酸均可有效提高Ca、Mg、Zn和Mn元素的提取效率，但是因元素不同浸提效果表現(xiàn)出一定的特異性。

表2 不同提取介質(zhì)對壤4種元素浸提效果

2.2 外源添加錳肥和鋅肥土壤中4種金屬元素浸提效果

從表3可知，外源添加錳肥后，相較于無添加顯著提高了Mn元素的浸提含量，是添加原土的7倍，同時(shí)顯著提高了Mg、Ca和Zn元素的浸提效果，尤其是對Ca和Mg元素，分別提高了8.6和6.7倍。外源添加鋅肥后顯著提高了Zn元素的浸提含量，為無添加的41.5倍，同時(shí)也顯著提高了Ca和Mg元素的浸提效果，為添加原土的2.9和4.2倍?？梢娞砑渝i肥和鋅肥后不僅對土壤中相應(yīng)的Mn和Zn元素的浸提效果產(chǎn)生了顯著影響，其相互間以及對其它元素的浸提效果都會(huì)產(chǎn)生影響。

表3 不同外源添加土壤4種元素浸提效果

2.3 不同浸提介質(zhì)對土壤中4種金屬元素化學(xué)形態(tài)的影響

2.3.1 Ca元素形態(tài) 采用BCR連續(xù)提取法結(jié)合火焰原子吸收分光光度儀對土壤中Ca、Mg、Zn和Mn元素的4種元素形態(tài)的含量進(jìn)行測定，通過分析人工種植甘草地土壤中4種金屬元素的量比關(guān)系確定結(jié)構(gòu)比，并比較不同有機(jī)酸介質(zhì)浸提后對金屬元素形態(tài)占比的影響。土壤中Ca元素(圖1-A)以可還原態(tài)和弱酸可溶態(tài)為主，占比分別為39.09%和32.53%，其次為可氧化態(tài)26.99%，殘?jiān)鼞B(tài)占比最低，為1.39%；采用低分子有機(jī)酸浸提后，混合酸和乳酸均顯著提高了可還原態(tài)的占比，其中混合酸效果最明顯，占比達(dá)到41.73%，同時(shí)2種酸顯著降低了可氧化態(tài)的占比，分別為24.39%和24.29%，草酸對2種元素形態(tài)均未產(chǎn)生顯著的影響。此外，3種有機(jī)酸介質(zhì)對Ca元素殘?jiān)鼞B(tài)和弱酸可溶態(tài)均未產(chǎn)生顯著影響。綜上，未經(jīng)低分子有機(jī)酸浸提的人工種植甘草地土壤中Ca元素4種形態(tài)量結(jié)構(gòu)比為：m(弱酸可溶態(tài))∶m(可還原態(tài))∶m(可氧化態(tài))∶m(殘?jiān)鼞B(tài))=1.00∶1.20∶0.83∶0.40；不同低分子有機(jī)酸浸提后，主要影響了土壤中Ca元素的可還原態(tài)和可氧化態(tài)占比，以混合酸和乳酸的影響最為明顯，且2種元素形態(tài)呈現(xiàn)出由可氧化態(tài)占比逐漸降低，還原態(tài)逐漸上升的趨勢。

A、B、C和D依次為Ca、Mg、Zn和Mn元素形態(tài)占比。圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同A, B, C and D show the percentages of Ca, Mg, Zn and Mn elements in morphological order. Different lowercase letters in the figure indicate significant differences between treatments (P<0.05).The same as below圖1 不同提取介質(zhì)土壤Ca、Mg、Zn和Mn元素形態(tài)占比Fig.1 Soil morphological ratio of Ca，Mg，Zn，and Mn elements in different extraction media

2.3.2 Mg元素形態(tài) 對照組土壤中Mg元素(圖1-B)殘?jiān)鼞B(tài)占比最高，為65.21%，其次為可氧化態(tài)和弱酸可溶態(tài)，分別占比15.17%和12.14%，可還原態(tài)占比最低，為7.49%。經(jīng)低分子有機(jī)酸浸提后，均有效提高了Mg元素弱酸可溶態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)占比，同時(shí)顯著提高了殘?jiān)鼞B(tài)的占比，其中乳酸對弱酸可溶態(tài)的占比影響最大，混合酸對可還原態(tài)占比影響最大，此外3種有機(jī)酸對Mg元素產(chǎn)生了相近的降低可氧化態(tài)占比和提高殘?jiān)鼞B(tài)占比的作用。綜上，未經(jīng)低分子有機(jī)酸浸提的人工種植甘草地土壤中Mg元素的結(jié)構(gòu)比為∶m(弱酸可溶態(tài))∶m(可還原態(tài))∶m(可氧化態(tài))∶m(殘?jiān)鼞B(tài))=1.00∶0.62∶1.25∶5.37；而不同有機(jī)酸對Mg元素的形態(tài)產(chǎn)生了較大的影響，且4種元素形態(tài)均產(chǎn)生了顯著的變化，總體表現(xiàn)為殘?jiān)鼞B(tài)不斷降低，另外3種形態(tài)占比逐漸上升的趨勢，其中已草酸的影響最為突出。

2.3.3 Zn元素形態(tài) 對照組土壤中Zn元素(圖1-C)形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)占比最高，為86.12%，其次為可氧化態(tài)和可還原態(tài)，占比分別為7.44%和6.24%，弱酸可溶性態(tài)占比最低，為0.20%。3種低分子有機(jī)酸均顯著提高了弱酸可溶態(tài)占比，其中混合酸影響最大，相較對照組提高3.53倍，其次為乳酸和草酸；草酸和混合酸提高Zn元素可還原態(tài)占比作用最顯著；草酸還顯著提高了Zn元素可氧化態(tài)占比，混合酸也有一定的提高可氧化態(tài)占比作用；同時(shí)草酸和混合酸均顯著降低了Zn元素殘?jiān)鼞B(tài)的占比；此外，乳酸也具有一定的提高Zn可還原態(tài)占比和減低殘?jiān)鼞B(tài)占比的效果，但均未達(dá)到顯著水平。綜上，未經(jīng)低分子有機(jī)酸浸提的人工種植甘草地土壤中Zn元素的結(jié)構(gòu)比為∶m(弱酸可溶態(tài))∶m(可還原態(tài))∶m(可氧化態(tài))∶m(殘?jiān)鼞B(tài))=1.00∶31.20∶37.20∶430.60；不同有機(jī)酸對土壤中Zn元素的不同形態(tài)產(chǎn)生了不同影響，草酸和混合酸的影響較明顯，其中Zn元素殘?jiān)鼞B(tài)逐漸降低，另外3種形態(tài)占比逐漸升高，而乳酸則主要作用于弱酸可溶態(tài)，對其它元素形態(tài)影響較弱。

2.3.4 Mn元素形態(tài) 對照組土壤中Mn元素(圖1-D)弱酸可溶態(tài)占比最大，為55.83%，其次為殘?jiān)鼞B(tài)和可氧化態(tài)，分別占比34.75%和7.56%，可還原態(tài)占比最低，為1.86%。在低分子有機(jī)酸浸提下，乳酸和混合酸顯著提高了可溶態(tài)占比，草酸亦具有一定的提高作用，但未達(dá)到顯著水平；此外，3種有機(jī)酸均顯著降低了可還原態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)和可氧化態(tài)的占比，其中以草酸和混合酸降低可還原態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)占比最為突出。綜上，人工種植甘草地土壤中Mn元素的結(jié)構(gòu)比為：m(弱酸可溶態(tài))∶m(可還原態(tài))∶m(可氧化態(tài))∶m(殘?jiān)鼞B(tài))=1.00∶0.30∶0.14∶0.62；3種有機(jī)酸對Mn元素的影響表現(xiàn)為殘?jiān)鼞B(tài)、可氧化態(tài)和可還原態(tài)占比逐漸上升，弱酸可溶態(tài)逐漸升高的趨勢，其中以乳酸的作用效果最為明顯。

2.4 外源添加錳肥和鋅肥對土壤中4種金屬元素化學(xué)形態(tài)的影響

從圖2可知，外源添加錳肥后，顯著提高了土壤中Mn元素的可氧化態(tài)、可還原態(tài)和弱酸可溶態(tài)，可見施加錳肥主要影響以上3種Mn元素形態(tài)，而對殘?jiān)鼞B(tài)的影響較小，同時(shí)因可氧化態(tài)、可還原態(tài)和弱酸可溶態(tài)占比的提升，殘?jiān)鼞B(tài)的占比顯著降低。此外，外源添加錳肥還顯著提高了土壤中Ca元素的可氧化態(tài)、弱酸可溶態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)占比，降低了可還原態(tài)占比；顯著提高了Mg元素的殘?jiān)鼞B(tài)占比，降低了弱酸可溶態(tài)和可還原態(tài)占比；顯著提高了Zn元素的弱酸可溶態(tài)，可還原態(tài)和可氧化態(tài)占比，降低了殘?jiān)鼞B(tài)占比。

外源添加鋅肥后，顯著提高了土壤中Zn元素的可氧化態(tài)、可還原態(tài)和弱酸可溶態(tài)，而殘?jiān)鼞B(tài)則顯著降低，其特征與錳肥對Mn元素形態(tài)的影響一致。

外源添加鋅肥同錳肥一樣顯著提高了土壤中Ca元素的可氧化態(tài)、弱酸可溶態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)占比，降低了可還原態(tài)占比；顯著降低了Mg元素的弱酸可溶態(tài)和可氧化態(tài)占比；同時(shí)顯著提高了Mn元素的弱酸可溶態(tài)占比，降低了殘?jiān)鼞B(tài)占比。綜上，外源添加錳肥和鋅肥不僅對土壤4種元素的浸提效果產(chǎn)生了影響，對土壤中4種元素的形態(tài)也產(chǎn)生了不同程度的影響。

2.5 土壤中Ca、Mg、Zn和Mn元素形態(tài)相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步分析不同元素形態(tài)間是否存在相互作用關(guān)系，利用Origin 2018軟件對不同處理下4種金屬元素的4種元素形態(tài)進(jìn)行相關(guān)性分析，并以顯著性值小于0.05(P<0.05)為閾值，繪制不同元素及形態(tài)相關(guān)性熱圖(圖3)。同一元素間，Ca元素的殘?jiān)鼞B(tài)與可氧化態(tài)呈顯著正相關(guān)，可氧化態(tài)與弱酸可溶態(tài)和可還原態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)與可還原態(tài)呈顯著負(fù)相關(guān)；Mg元素殘?jiān)鼞B(tài)與弱酸可溶態(tài)和可還原態(tài)呈顯著負(fù)相關(guān)；Zn元素的弱酸可溶態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)互呈顯著正相關(guān)，同時(shí)與殘?jiān)鼞B(tài)呈顯著負(fù)相關(guān)；Mn元素中可氧化態(tài)與可還原態(tài)呈顯著正相關(guān)，同一元素中具有顯著正相關(guān)的形態(tài)可能存在一定的協(xié)同關(guān)系，或在有機(jī)酸浸提及外源添加影響下表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，而顯著負(fù)相關(guān)性的形態(tài)可能存在一定的拮抗或相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。不同元素中Ca和Zn元素與其他元素的不同形態(tài)均無顯著相關(guān)；Mg元素的弱酸可溶態(tài)與Mn元素的殘?jiān)鼞B(tài)呈顯著正相關(guān)，與Mn可還原態(tài)為顯著負(fù)相關(guān)，同時(shí)Mg可氧化態(tài)與Mn弱酸可溶態(tài)、Mg殘?jiān)鼞B(tài)與Mn殘?jiān)鼞B(tài)亦呈顯著負(fù)相關(guān)，推測2種元素的不同形態(tài)間可能存在一定相互作用關(guān)系或相同的響應(yīng)規(guī)律。

圖中“×”標(biāo)記為在P<0.05水平下不具有顯著性，無該標(biāo)記為具有顯著性The marker ‘×’ in the figure is not significant at the P <0.05 level， and none is significant圖3 Ca、Mg、Zn和Mn元素形態(tài)相關(guān)性Fig.3 Morphological correlation of the Ca, Mg, Zn and Mn elements

3 討 論

除金屬元素總量外，賦存形態(tài)是影響土壤金屬元素的生物有效性以及金屬元素在土壤—植物體系遷移富集作用的重要因素[25]。賦存形態(tài)的不同，其活性和對生物的有效性亦不同[26]。BCR 方法將金屬元素的形態(tài)劃分為弱酸可溶態(tài)(可交換態(tài))、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，其中弱酸可溶態(tài)活性最高，易被植物吸收利用；可還原態(tài)活性也較高，pH<7 條件下易水解，具有一定的生物有效性；可氧化態(tài)的活性較弱，需在強(qiáng)氧化條件下釋放；殘?jiān)鼞B(tài)是最穩(wěn)定的狀態(tài)，其活性低且難以進(jìn)入環(huán)境[27]。在本研究中人工種植甘草地土壤中Ca、Mg、Zn和Mn元素的4種形態(tài)具有不同的結(jié)構(gòu)比和特征，Ca元素以可還原態(tài)和弱酸可溶態(tài)為主，Mg和Zn元素以殘?jiān)鼞B(tài)為主，Mn元素則以弱酸可溶態(tài)為主。不同有機(jī)酸浸提后，在有效提升4種重金屬元素釋放量的同時(shí)，對土壤中的金屬元素形態(tài)占比也產(chǎn)生了不同程度的影響。其中Ca、Zn和Mn元素在有機(jī)酸浸提情況下，土壤元素形態(tài)的占比均呈現(xiàn)為由活性低向活性高的形態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢，表現(xiàn)出優(yōu)異的活化效果。而Mg元素在釋放量顯著提升的情況下，其活性高的弱酸可溶態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)顯著降低，但最大占比、活性最低的殘?jiān)鼞B(tài)占比卻不斷上升，說明相較其它3種金屬元素，Mg元素殘?jiān)鼞B(tài)更加穩(wěn)定，不易向有效態(tài)轉(zhuǎn)變，因此活化的難度更大。這可能是造成目前土壤中Mg元素消耗嚴(yán)重，而植物缺鎂現(xiàn)象越來越嚴(yán)重的又一原因，值得關(guān)注和進(jìn)一步的驗(yàn)證，同時(shí)在甘草種植過程中要注意Mg元素的補(bǔ)充和缺素癥的防控。

外源添加肥料等物質(zhì)是目前田間管理過程中重要的技術(shù)措施之一，其可以有效改善土壤環(huán)境、補(bǔ)充和提高土壤肥力、促進(jìn)農(nóng)作物生長等[28]。在本研究中，通過施加錳肥和鋅肥，顯著提高了土壤中2種金屬元素的釋放量，并有效提高了土壤中弱酸可溶態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)的占比，驗(yàn)證了2種肥料促進(jìn)元素釋放和活化、改善土壤的作用。施加2種肥料除對自身元素的影響外，對其它金屬元素的釋放和元素形態(tài)占比也有不同程度的影響，可能與土壤中離子代換作用有關(guān)。筆者進(jìn)一步對4種金屬元素的4種形態(tài)進(jìn)行相關(guān)性分析顯示，除了同一金屬元素中不同形態(tài)具有不同的相關(guān)性外，元素間不同形態(tài)也存在不同程度的相關(guān)性，尤其是Mn與Mg元素的多個(gè)形態(tài)間存在顯著正、負(fù)相關(guān)性?？梢?種土壤的金屬元素及形態(tài)之間可能存在相互作用，這可能與土壤中復(fù)雜的絡(luò)合反應(yīng)、螯合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等有關(guān)。

根系分泌物是植物通過溢泌作用釋放到土壤中的低分子可溶性物質(zhì)[29]，其可以起到活化土壤中礦質(zhì)營養(yǎng)的作用，進(jìn)而提高土壤中可利用的營養(yǎng)含量，促進(jìn)周圍植物更好地生長[30]，而低分子有機(jī)酸則是根系分泌物的主要成分之一。甘草作為深根系的植物和根類藥材甘草的基原植物，其生長發(fā)育及有效物質(zhì)積累與包括金屬元素在內(nèi)的土壤環(huán)境息息相關(guān)。本研究在藥用植物生理與分子生物學(xué)課題組前期從甘草根系分泌物中鑒定到草酸和乳酸2種低分子有機(jī)酸，以及發(fā)現(xiàn)了金屬元素影響甘草生長發(fā)育和有效物質(zhì)積累的研究基礎(chǔ)上，分析2種低分子有機(jī)酸以及外源添加鋅肥和錳肥對人工種植甘草地土壤中4種金屬元素釋放及形態(tài)的影響，證實(shí)了2種低分子有機(jī)酸活化4種金屬元素的作用，驗(yàn)證了外源添加鋅肥和錳肥的作用效果，發(fā)現(xiàn)金屬元素間可能存在的相互作用，而土壤中金屬元素賦存形態(tài)的變化對甘草植物生長發(fā)育的影響，本課題組將在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展科學(xué)研究。綜上，研究為甘草種植地土壤改良修復(fù)、甘草科學(xué)規(guī)范化種植以及通過外源合理添加低分子有機(jī)酸、肥料等物質(zhì)，控制藥材質(zhì)量提供了一定的參考。

4 結(jié) 論

(1)低分子有機(jī)酸浸提以及外源添加鋅肥和錳肥均不同程度地提高了4種金屬元素的浸提效果，有利于土壤元素的釋放。

(2)人工種植甘草地土壤中Ca元素以可還原態(tài)和弱酸可溶態(tài)為主，Mg和Zn元素以殘?jiān)鼞B(tài)為主，Mn元素則以弱酸可溶態(tài)為主，經(jīng)不同低分子有機(jī)酸浸提及添加鋅肥和錳肥后，4種金屬元素的不同形態(tài)產(chǎn)生了不同水平的顯著變化，除低分子有機(jī)酸浸提后Mg元素殘?jiān)鼞B(tài)升高外，總體表現(xiàn)為活化土壤中4種金屬元素的趨勢。

(3)4種金屬元素的不同形態(tài)間具有不同水平的相關(guān)性，除同一金屬元素中不同形態(tài)表現(xiàn)為不同程度的顯著相關(guān)性外，元素間不同形態(tài)也表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性，以Mn與Mg元素的多個(gè)形態(tài)間最為顯著。