白浆土各形态Fe、Mn、Cu和Zn分布及其与有机质间的关系

王丹，田秀平，张之一

（1.天津农学院 a.园艺园林学院，b.农学与资源环境学院，天津 300384；2.黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江大庆 163319）



白浆土各形态Fe、Mn、Cu和Zn分布及其与有机质间的关系

王丹1a，田秀平1b,通信作者，张之一2

（1.天津农学院 a.园艺园林学院，b.农学与资源环境学院，天津 300384；2.黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江大庆 163319）

摘 要：在三江平原白浆土上，采用长期定位试验方法研究了土壤中各形态Fe、Mn、Cu和Zn含量及其与有机质组分间的关系。结果表明，供试土壤全Fe、Mn含量略低于黑龙江省平均水平，而全Cu和Zn略高于黑龙江省平均水平，有效态Fe、Mn、Cu和Zn处于较高水平。各形态Fe、Mn、Cu和Zn的含量高低顺序为：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。白浆土中有效态铁、锰、铜和锌与易氧化碳、胡敏酸、富啡酸和松结态有机质之间呈显著或极显著正相关；除全铁外，全锰、铜、锌及有机态铁、锰、铜、锌和交换态铁、锰、铜、锌均与有机质总量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸等之间呈显著或极显著正相关。

关键词：土壤有机质；各形态养分；相互关系

微量元素Fe、Mn、Cu和Zn是植物、动物生长发育所必需的营养元素，其主要来源于土壤，当土壤中微量元素供给不足时，作物容易出现生长不良，产量和品质下降，人和动物食用了这种低品质的粮食后，也会引起相应的缺素症，从而影响健康[1]。土壤中Fe、Mn、Cu和Zn的有效性与其形态转化密切相关，而对同一元素不同形态的研究，有助于了解该元素的分散富集过程和其在植物营养学上的意义。

土壤有机质是土壤中重要的组分，其本身性质及数量与土壤养分含量高低及有效性密切相关，是衡量土壤肥力的指标之一，尤其对土壤的物理、化学和生物学特性影响较大[2]。土壤有机质组分、结合形态等是土壤有机质的重要属性，通常采用化学方法将其组分划分为胡敏素、胡敏酸和富啡酸；结合形态可分为松结态、稳结态和紧结态等[3]。多年来，学者从不同角度对有机质数量、组分等与土壤养分之间的关系做了大量工作[4-6]，但各个形态Fe、Mn、Cu和Zn与有机质组分之间的关系鲜见报道。为此，笔者以三江平原白浆土为供试土壤，全面系统地阐明土壤有机质总量、组分及结合形态等与各形态铁、锰、铜和锌之间的关系，以期为有机质及其组分对土壤各形态养分的贡献及有效性影响等提供科学数据支持，为该地区提高土壤养分有效性及合理培肥土壤提供科学依据，同时也为其他地区土壤存在的类似问题提供借鉴与参考。

1 试验材料方法

1.1 供试土壤及设计

供试土壤为草甸白浆土，采自黑龙江省密山市黑龙江八一农垦大学长期定位试验基地。其基本化学性质见表1。试验于1987年开始设置，小区面积79.2 hm2，设以春小麦—春小麦—大豆—油菜—玉米—大豆6区轮作和大豆、小麦、玉米连作，3种耕作方法，3种施肥方式，即试验区两端设南和北两个对照区(普翻不施肥)、处理有普翻秸杆还田、普翻有机肥、普翻化肥、免耕化肥和深松化肥，4次重复，化肥用量见表2，有机肥为厩肥，施肥量为36.0 m3/hm2（约为25 200.0 kg/hm2）。每6年为一个轮作周期，本试验为第3个轮作周期结束后的土壤，采用5点法共取了48个试验小区的土样，进行测定分析。

表1 供试土壤的基本化学性质

表2 化肥的用量和比例

1.2 土样样品测定方法

土壤全量铁、锰、铜和锌用HF-HNO3-HClO4消煮，原子吸收分光光度法(AAS)测定；有效态铁、锰、铜和锌采用0.1mol/L HCl浸提，AAS测定；土壤铁、锰、铜和锌形态按朱燕婉等提出的5个组分连续提取法分成交换态（EX-）、碳酸盐结合态（CARB-）、有机质结合态（OM-）、铁锰氧化物结合态（OX-）及残留态（RES-）铁、锰、铜和锌[7]；土壤有机质总量采用丘林法；土壤易氧化有机碳，是将0.2 mol/L(1/6)K2Cr2O7-H2SO4溶液作为氧化剂，反应步骤均同有机质总量测定；土壤腐殖质组成采用科诺诺娃法[8]；土壤有机质结合形态用傅积平改进法[9]。

2 结果与分析

本长期定位试验基地不同处理白浆土中有机质总量、腐殖质结合形态、易氧化碳、难氧化碳含量及各形态Fe、Mn、Cu和Zn变化情况详见文献[6]和文献[10-12]。

2.1 土壤各形态铁的含量及其与有机质间的关系

供试土壤中，全Fe（T-Fe）含量平均为20.845 78 g/kg，低于全国和黑龙江省平均水平的30 g/kg和24.902 20 g/kg。有效态Fe（A-Fe）平均含量为53.49 mg/kg，略低于黑龙江省平均水平（55.50 mg/kg），按照本地区等级分级标准，基本处于不缺Fe水平。白浆土中Fe主要以残留态（RES-Fe）为主，平均含量为18.821 02 g/kg，占T-Fe的90.29%；其次是铁锰氧化物结合态Fe（OX-Fe），平均含量是1.774 95 g/kg，占T-Fe含量的8.51%；有机态（OM-Fe）、交换态（EX-Fe）和碳酸盐结合态（CARB-Fe）Fe含量都很低，平均含量分别为99.63、84.25 和65.93 mg/kg，各占T-Fe含量的0.48%、0.40%和0.32%[13]。

从表3看出，白浆土中虽然全铁含量大，但主要存在于矿物中，故与有机质之间无相关性，各形态铁中，EX-Fe和OM-Fe与有机质总量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸之间相关显著或极显著。说明有机质与EX-Fe和OM-Fe密切相关，而CARB-Fe、OX-Fe和RES-Fe之间关系不大。

表3 土壤有机质及组分与各形态Fe的关系

2.2 土壤各形态锰的含量及其与有机质间的关系

土壤全Mn（T-Mn）含量平均为620.94 mg/kg，略低于黑龙江省土壤平均值（675.30 mg/kg），有效Mn（A-Mn）含量为89.93 mg/kg，显著高于黑龙江省平均水平（29.73 mg/kg）。说明本地白浆土A-Mn处于较高水平状态。土壤Mn主要以残留态（RES-Mn）和铁锰氧化物结合态（OX-Mn）为主，平均含量分别为170.04 mg/kg和333.99 mg/kg，各占T-Mn含量的27.38%和53.79%；其次为有机态（OM-Mn）和交换态（EX-Mn）Mn，占T-Mn含量的9.36%和6.87%，碳酸盐结合态Mn（CARB-Mn）含量最低，仅占T-Mn含量的2.60%。

土壤中全锰与有机质总量、易氧化碳及胡敏酸之间达1%极显著相关水平，与稳结态和难氧化有机质之间达5%显著相关水平（表4）。说明土壤中全锰含量与有机质有很大关系。OM-Mn与有机质总量、易氧化碳、胡敏酸之间也达极显著相关水平，相关系数均在0.9以上。Lawton[14]认为，锰在土壤中的氧化还原反应是在微生物和有机质参与下进行的，有机质的分解产物能促使锰的氧化还原，但有机质超15%时，则有效锰含量下降。本试验测得，除紧结态腐殖质和难氧化碳外，其余各有机质测定指标均与有效锰呈显著正相关，这与Lawton的研究结果一致。

表4 土壤有机质及组分与各形态Mn的关系

2.3 土壤各形态铜的含量及其与有机质间的关系

土壤全Cu（T-Cu）含量平均为29.53 mg/kg，高于全国（22.00 mg/kg）和黑龙江省（26.00 mg/kg）平均水平。土壤有效Cu(A-Cu)含量平均为2.18 mg/kg，高于黑龙江省白浆土Cu平均含量（1.77 mg/kg），按等级分类标准属于较高水平。说明本地白浆土基本不缺Cu。土壤Cu以残留态（RES-Cu）为主，平均含量17.20 mg/kg，占土壤T-Cu的58.25%；其次为是有机态（OM-Cu）平均含量是5.28 mg/kg，占T-Cu的19.71%；碳酸盐结合态Cu（CARB-Cu）平均含量为3.08 mg/kg，占T-Cu的10.43%；交换态Cu（EX-Cu）和铁锰结合态Cu（OX-Cu）含量则较低，平均含量各为1.54 mg/kg和1.88 mg/kg，分别占T-Cu的5.23% 和6.38%。

大量分析结果表明，土壤铜含量一般随有机质含量增加而增加[15]。这与本试验测得土壤全铜与有机质总量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸之间呈极显著正相关结论一致（表5）。EX-Cu与全铜一样，也受土壤有机质影响。土壤铜能与胡敏酸和富啡酸形成络合物，故OM-Cu与胡敏酸和富啡酸之间相关系数为0.906和0.708。同样与有机质总量和易氧化碳之间也极显著相关。有效态铜的很大一部分是有机态铜[16]，因此有效态铜与有机质总量、易氧化碳、胡敏酸、富啡酸及松结态腐殖质之间相关显著。

表5 土壤有机质及组分与各形态Cu的关系

2.4 土壤各形态锌含量及其与有机质间的关系

土壤全Zn（T-Zn）含量为86.69 mg/kg，略高于黑龙江省平均值（73.30 mg/kg），但小于全国平均水平（100.00 mg/kg）。有效Zn（A-Zn）含量平均为2.45 mg/kg，接近黑龙江省耕地土壤有效Zn含量平均值（2.34 mg/kg），按等级分类标准属于一般水平。土壤Zn以残留态Zn（RES-Zn）为主，平均含量55.31 mg/kg，占土壤T-Zn的63.80%；其次为铁锰氧化物结合态（OX-Zn），平均含量为14.89 mg/kg，占土壤T-Zn的17.17%；有机态（OM-Zn）和交换态（EX-Zn）Zn分别为9.40 mg/kg 和6.01 mg/kg，各占土壤T-Zn的10.84%和6.93%；碳酸盐结合态Zn（CARB-Zn）含量最低，平均含量为1.09 mg/kg，占土壤T-Zn的1.26%。

土壤有机质状况也是影响土壤锌含量的一个重要因素。表6表明，白浆土全锌含量与有机质总量、易氧化有机碳、胡敏酸和松结态腐殖质之间达显著或极显著正相关。OM-Zn、EX-Zn及OX-Zn也受有机质含量影响，尤其是OM-Zn和EX-Zn与有机质总量、易氧化碳、胡敏酸之间达1%极显著相关水平。另外，有效态锌大多也是存在于易氧化有机质、胡敏酸和松结态腐殖质中，与其相关系数为0.581，0.802，0.688。

表6 土壤有机质及组分与各形态Zn的关系

3 讨论与结论

试验点白浆土全量Fe和Mn略低于黑龙江省平均水平，全量Cu和Zn稍高于黑龙江省平均水平。土壤有效态Fe、Mn、Cu和Zn含量基本上处于较高水平，这与白浆土是弱酸性土壤有关。该试验土壤Fe、Mn、Cu和Zn有效态含量较高，而其全量水平较低或处于临界值，因此应该注意合理耕作，培肥地力，加强后备储量的开发。试验土壤各形态Fe、Mn、Cu和Zn与有机质之间关系密切，所研究的有效态元素均与土壤易氧化碳、胡敏酸、富啡酸和松结态腐殖质之间呈显著或极显著正相关。有学者认为，有机质结合形态和交换态Fe、Mn、Cu和Zn是土壤有效态Fe、Mn、Cu和Zn的给源[17]，提高土壤中这类有机质含量即可改善植物的Fe、Mn、Cu和Zn营养。培肥土壤时，不仅要考虑到土壤有机质的数量，而且要着重改善土壤中有机质的品质。

参考文献：

[1]张丽霞，彭建明，马洁.植物营养缺素研究进展[J].中国农学通报，2010，26（8）：157-163.

[2]张勇，庞学勇，包维楷，等.土壤有机质及其研究方法综述[J].世界科技研究与发展，2015，5（27）：72-78.

[3]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000.

[4]Hassink J.Density fractions of soil macro organic matter and microbial biomass as predictors of C and N mineralization[J].Soil Biology ＆ Biochemistry，1995，27（8）：1099-1108.

[5]肖靓，李英峰，王振，等.滁菊原产地域保护区土壤有机质与土壤养分的关系研究[J].安徽农业科学，2011，39（3）：1424-1426.

[6]田秀平，蒋宏玥，姬景红，等.不同耕作对白浆土有机质及其品质的影响[J].天津农学院学报，2005，12（3）：18-21．

[7]朱燕婉，沈壬水，钱钦文.土壤中金属元素的五个组分的连续提取法[J].土壤，1989，21（3）：163-166．

[8]严昶升.土壤肥力研究方法[M].北京：中国农业出版社，1988．

[9]傅积平.土壤结合态腐殖质分组测定[J].土壤通报，1983，14（2）：36-37．

[10]田秀平，姬景红，韩晓日.长期施肥对白浆土有机质含量及其氧化稳定性的影响[J].2004，16（2）：12-14.

[11]田秀平，李玉梅，韩晓日.大豆长期连作及施肥对白浆土pH和铁、锌、铜、锰形态的影响[J].植物营养与肥料学报，2003，9（2）：253-255.

[12]孙强，李玉梅，田秀平.不同施肥处理对连作大豆白浆土中Cu、Zn、Fe、Mn含量的影响[J].陕西农业科学，2003（3）：25-27.

[13]黑龙江土地管理局.黑龙江土壤[M].北京：中国农业出版社，1992.

[14]Lawton K.Chemical composition of soil in chemistry of the soils.Rein-lold publishing[J].CoNew York，1955，21：53．

[15]Sillanpaa M.Trance elements in soil and agriculture[J].Soil Bulletin，1972，17：127．

[16]Mckenzie R H.Long-term crop rotation and fertilizer effects on phosphorus transformations in a chernozmic soil[J].Can J Soil Sci，1992，72：569-579．

[17]汪金舫，朱其清，马义兵，等.锰饱和沸石肥料对石灰性土壤锰化学形态及燕麦生长的影响[J].土壤学报，2002，39（1）：141-144．

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，山东泰安人，教授，博士，主要从事植物营养学的教学及科研工作。E-mail：xiang5918@sohu.com。

作者简介：王丹（1979-），女，黑龙江海伦人，副教授，硕士，主要从事植物学教学及相关科研工作。E-mail：wd724@163.com。

基金项目：黑龙江教育委员会资助项目“白浆土利用改良综合试验研究”（9541068）

收稿日期：2015-09-11

文章编号：1008-5394（2016）01-0014-04

中图分类号：S153.621

文献标识码：A