水稻土壤中微量元素化學(xué)特性的研究

中圖分類號：S153：S511文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A，

文章編號：1673-6737（2025）04-0059-03

水稻作為全球重要的糧食作物之一，其生長過程中的營養(yǎng)需求對土壤中的微量元素分布和形態(tài)特征有著直接的依賴。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對土壤中微量元素的研究愈加深人，尤其是在微量元素的有效性及其相互作用方面。微量元素不僅影響水稻的生長發(fā)育，還通過復(fù)雜的化學(xué)機(jī)制與土壤環(huán)境相互作用，決定水稻的營養(yǎng)狀況和最終產(chǎn)量。因此，探索土壤中微量元素的動態(tài)變化、相互關(guān)系及其對水稻生長的影響，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

1微量元素在水稻土壤中的分布與形態(tài)

微量元素在水稻土壤中的分布及其形態(tài)，對水稻的生長與產(chǎn)量具有舉足輕重的影響，諸如鋅、銅、鐵、錳、硼、鉬等，它們的種類、含量及在土壤中的分布模式，直接關(guān)聯(lián)到水稻對營養(yǎng)的攝取及生長發(fā)育的進(jìn)程。從空間分布的角度來看，水稻土壤中的微量元素含量展現(xiàn)出顯著的地域差異。這種差異深受土壤類型、氣候條件、施肥習(xí)慣及水稻栽培管理實(shí)踐的影響。舉例來說，在礦產(chǎn)資源豐富的地帶，土壤中鐵、錳的含量可能自然偏高；而在長期大量施用化肥的區(qū)域，鋅、銅的含量則可能相應(yīng)提升。這種分布不僅映射土壤的天然屬性與元素來源，也凸顯人類農(nóng)業(yè)活動對土壤微量元素平衡的影響。土壤的理化特性在決定微量元素形態(tài)與可利用性方面扮演著核心角色2

2水稻士壤特性與微量元素的關(guān)系

土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)對微量元素的有效性具有決定性影響。土壤的質(zhì)地，具體表現(xiàn)為沙土、黏土及其混合土的比例，直接決定土壤的孔隙結(jié)構(gòu)、通氣性和保水能力，進(jìn)而影響微量元素的遷移、吸附與釋放。砂質(zhì)土壤因顆粒粗大，保水能力差，微量元素易隨水流沖刷而流失，導(dǎo)致其有效性大打折扣。相反，黏土土壤憑借其較高的陽離子交換容量（CEC），能有效吸附并固定微量元素，使其在土壤中保持較高的有效性。此外，良好的土壤結(jié)構(gòu)，如團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，能優(yōu)化土壤中的水分和空氣流通，促進(jìn)微量元素的均勻分布，便于水稻根系的吸收利用。土壤有機(jī)質(zhì)含量同樣是影響微量元素有效性的關(guān)鍵因素。有機(jī)質(zhì)在分解過程中會釋放出對植物有益的微量元素，并通過產(chǎn)生有機(jī)酸等化合物，提高微量元素的溶解度和生物可利用性。在水稻土壤這一特定環(huán)境中，由于長期淹水導(dǎo)致的還原性條件，有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸更易與金屬離子形成絡(luò)合物，進(jìn)一步提升微量元素的生物有效性。

3水稻土壤中微量元素的化學(xué)特性分析

3.1 吸附-解吸特性研究

水稻土壤中微量元素的化學(xué)行為與土壤膠體的吸附－解吸機(jī)制緊密相連，這一機(jī)制對微量元素的生物可利用性及其在水稻生長中的作用具有決定性意義。在水稻土壤環(huán)境中，微量元素的吸附主要依賴于土壤膠體的表面特性。土壤膠體包括黏土礦物、有機(jī)質(zhì)以及水解產(chǎn)生的氧化物和氫氧化物，憑借其巨大的比表面積和負(fù)電荷特性，能夠有效吸附以陽離子形態(tài)存在的微量元素，這種吸附作用通過靜電引力、絡(luò)合反應(yīng)、氫鍵結(jié)合以及范德華力等多種機(jī)制實(shí)現(xiàn)。特別是黏土礦物和水解氧化物，它們與微量元素之間能形成穩(wěn)定的吸附復(fù)合物，從而調(diào)控元素在土壤中的遷移和有效性。例如，鋅、銅、鐵和錳等微量元素常通過離子交換作用吸附于土壤膠體表面，其吸附量受土壤pH值、離子強(qiáng)度及有機(jī)質(zhì)含量的顯著影響。解吸過程，即微量元素從土壤膠體釋放到土壤溶液中的過程，對于元素的生物可利用性具有至關(guān)重要的影響。這一過程是吸附與解吸動態(tài)平衡的結(jié)果，受到水稻根系活動、土壤水分波動及微生物代謝等多重因素的驅(qū)動。水稻根系通過分泌有機(jī)酸、質(zhì)子等物質(zhì)調(diào)節(jié)土壤pH值，進(jìn)而促進(jìn)微量元素的解吸。

3.2形態(tài)轉(zhuǎn)化與生物有效性

微量元素在水稻土壤中的形態(tài)變化與生物有效性緊密相連，其不同形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化直接影響著水稻對元素的吸收效率與利用程度。微量元素的形態(tài)轉(zhuǎn)化是一個涉及多重化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過程。在土壤中，它們可以呈現(xiàn)為水溶性、交換性、氧化還原態(tài)、絡(luò)合態(tài)以及不溶性礦物態(tài)等多種形態(tài)。這些形態(tài)的轉(zhuǎn)化深受土壤環(huán)境條件的影響。特別是在水稻土壤的水田環(huán)境中，還原性條件促使某些元素，如鐵和錳，從難溶的氧化態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇艿倪€原態(tài)，從而顯著提高它們的生物可利用性。以鐵為例，當(dāng) Fe³⁺ 轉(zhuǎn)化為 Fe²⁺ 時，其溶解度大增，使得水稻根系能夠更輕松地吸收這種形態(tài)的鐵元素。錳元素也經(jīng)歷類似的氧化還原轉(zhuǎn)化，變得更加易于被水稻吸收利用。與此相對，鋅、銅和鉬等元素則常以水溶性或交換性陽離子的形式存在，其可用性受到土壤 pH 值和離子競爭等因素的顯著影響。在酸性土壤條件下，這些元素的溶解度增加，而在堿性土壤中，它們可能轉(zhuǎn)化為不溶性礦物，導(dǎo)致可吸收性下降。

3.3 遷移與富集規(guī)律

微量元素在水稻土壤中的遷移途徑多樣，主要包括擴(kuò)散、質(zhì)流遷移與對流遷移。擴(kuò)散作為主導(dǎo)遷移方式，在水稻生長的濕潤環(huán)境中尤為顯著。水溶性微量元素會沿著濃度梯度向根系擴(kuò)散，而水稻根系的吸收作用則是這一遷移過程的重要驅(qū)動力。根系通過吸收土壤溶液中的微量元素，降低其局部濃度，進(jìn)而促進(jìn)元素向根部進(jìn)一步擴(kuò)散。質(zhì)流遷移則涉及微量元素隨土壤水分的縱向或橫向移動。在水田環(huán)境中，水位的升降引發(fā)的土壤水分流動，不僅影響元素的溶解度，還決定它們在土壤中的遷移路徑。這種遷移與水流的方向、速度緊密相連，如降水或灌溉水的浸潤可促使土攘中某些微量元素向下或側(cè)向遷移。對流遷移則是指微量元素隨土壤溶液的流動而被攜帶遷移，特別是在水田灌溉過程中。水流帶動的土壤溶液中溶解的微量元素，會隨水流方向發(fā)生遷移。在此過程中，水稻根系通過吸收水溶性微量元素，與周圍土壤形成持續(xù)的遷移與供給循環(huán)[3]。

微量元素在土壤中的富集現(xiàn)象，通常出現(xiàn)在特定的環(huán)境條件之下。富集意味著某些微量元素在土壤局部區(qū)域濃度異常增高，超出常規(guī)水平，從而對水稻的生長與產(chǎn)量產(chǎn)生影響。在水田土壤中，水稻根系活動與水流的相互作用常導(dǎo)致元素富集。根系分泌的有機(jī)酸與氫離子能改變土壤酸堿度，促進(jìn)某些元素的溶解與生物可利用性提升4]。例如，鐵與錳在水田的還原環(huán)境中易溶解，易被水稻根系吸收。然而，鉬、鋅、銅等元素在過量情況下可能在水稻根區(qū)附近積聚，形成富集區(qū)。短期內(nèi)這種富集可能促進(jìn)水稻生長，但長期富集則可能產(chǎn)生毒害效應(yīng)。微量元素的富集受多重因素影響，其中土壤的 pH 值、氧化還原狀態(tài)及水文條件尤為關(guān)鍵。酸性或還原環(huán)境能增加某些元素的溶解度，促進(jìn)其富集；而堿性土壤則可能使元素轉(zhuǎn)化為不溶性形態(tài)，降低其溶解度與生物可利用性。此外，灌溉水量、灌溉方式及水位波動也會影響元素富集。頻繁的水位變化可能導(dǎo)致土壤中元素經(jīng)歷反復(fù)的還原與氧化過程，形成復(fù)雜的富集模式[。

4水稻土壤中元素間相互作用研究

4.1 協(xié)同作用

微量元素間的協(xié)同作用往往體現(xiàn)在特定濃度范圍內(nèi)，某些元素能夠助力其他元素的吸收與利用。以鐵、錳、鋅為例，在土壤中它們相互作用，鐵和錳的存在能顯著提升鋅的吸收效率，反之，鋅也能促進(jìn)鐵和錳的吸收。在水稻土壤中，這種協(xié)同作用尤為突出。水稻根系通過分泌有機(jī)酸和氫離子，調(diào)節(jié)土壤酸堿度，從而促使某些微量元素溶解，增強(qiáng)其生物有效性。鐵和錳在水稻生長的多個階段展現(xiàn)出互補(bǔ)效應(yīng)，特別是在促進(jìn)根系發(fā)育和增強(qiáng)植物抗逆性方面，它們通過激活根系活力，改善對其他礦物質(zhì)的吸收，進(jìn)而提升水稻的整體營養(yǎng)水平。此外，微量元素間的協(xié)同作用還體現(xiàn)在它們對水稻生理活動的共同調(diào)節(jié)上。以鋅和銅為例，鋅作為多種酶的必需成分，參與水稻的光合作用、激素合成等生理過程；而銅則在電子傳遞、呼吸作用中扮演關(guān)鍵角色。兩者在水稻體內(nèi)協(xié)同作用，能夠提升光合作用的效率，促進(jìn)葉片的健壯生長。這種協(xié)同不僅增強(qiáng)水稻的光合作用能力，還提高其抗逆性，如抗旱、抗病能力，從而改善水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。

4.2 拮抗作用

在水稻土壤中，微量元素間的拮抗作用是一個不容忽視的因素，它深刻影響著元素的有效性及水稻的生長發(fā)育。拮抗作用，簡而言之，就是某些微量元素在土壤中通過競爭、抑制等機(jī)制相互十?dāng)_，導(dǎo)致部分元素的可利用性降低，進(jìn)而對水稻的營養(yǎng)吸收和生長造成不利影響。當(dāng)土壤中某一元素的濃度過高時，它可能通過化學(xué)、物理或生物途徑干擾其他元素的吸收。例如，許多微量元素在土壤溶液中以離子形式存在，它們通過與土壤膠體的結(jié)合、交換，以及與水稻根系的競爭吸收，來影響彼此的有效性。鐵、錳、鎂、鋅等元素盡管各自承擔(dān)著不同的生理功能，但在根系吸收過程中卻可能相互競爭。特別是在土壤元素濃度較高的情況下，根系對某些元素的吸收可能會受到顯著抑制[8。如鈣、鎂、鈉等過量元素就常與鐵、鋅、銅等微量元素爭奪根系吸收位點(diǎn)，導(dǎo)致這些微量元素的有效性降低，進(jìn)而引發(fā)水稻生長中的元素缺乏或失衡問題。

5 結(jié)語

水稻土壤中的微量元素是影響水稻生長和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。元素間的協(xié)同與拮抗作用深刻影響水稻的養(yǎng)分吸收與代謝過程。通過對土壤微量元素的合理管理與調(diào)控，可以有效優(yōu)化水稻的營養(yǎng)吸收環(huán)境，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。未來的研究應(yīng)進(jìn)一步探討微量元素的相互作用機(jī)制，并結(jié)合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，提出更加精準(zhǔn)的土壤改良與施肥策略，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和水稻生產(chǎn)效率提高提供理論依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。

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