白漿土各形態Fe、Mn、Cu和Zn分布及其與有機質間的關系

王丹，田秀平，張之一

（1.天津農學院 a.園藝園林學院，b.農學與資源環境學院，天津 300384；2.黑龍江八一農墾大學 農學院，黑龍江大慶 163319）

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白漿土各形態Fe、Mn、Cu和Zn分布及其與有機質間的關系

王丹1a，田秀平1b,通信作者，張之一2

（1.天津農學院 a.園藝園林學院，b.農學與資源環境學院，天津 300384；2.黑龍江八一農墾大學 農學院，黑龍江大慶 163319）

摘 要：在三江平原白漿土上，采用長期定位試驗方法研究了土壤中各形態Fe、Mn、Cu和Zn含量及其與有機質組分間的關系。結果表明，供試土壤全Fe、Mn含量略低于黑龍江省平均水平，而全Cu和Zn略高于黑龍江省平均水平，有效態Fe、Mn、Cu和Zn處于較高水平。各形態Fe、Mn、Cu和Zn的含量高低順序為：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。白漿土中有效態鐵、錳、銅和鋅與易氧化碳、胡敏酸、富啡酸和松結態有機質之間呈顯著或極顯著正相關；除全鐵外，全錳、銅、鋅及有機態鐵、錳、銅、鋅和交換態鐵、錳、銅、鋅均與有機質總量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸等之間呈顯著或極顯著正相關。

關鍵詞：土壤有機質；各形態養分；相互關系

微量元素Fe、Mn、Cu和Zn是植物、動物生長發育所必需的營養元素，其主要來源于土壤，當土壤中微量元素供給不足時，作物容易出現生長不良，產量和品質下降，人和動物食用了這種低品質的糧食后，也會引起相應的缺素癥，從而影響健康[1]。土壤中Fe、Mn、Cu和Zn的有效性與其形態轉化密切相關，而對同一元素不同形態的研究，有助于了解該元素的分散富集過程和其在植物營養學上的意義。

土壤有機質是土壤中重要的組分，其本身性質及數量與土壤養分含量高低及有效性密切相關，是衡量土壤肥力的指標之一，尤其對土壤的物理、化學和生物學特性影響較大[2]。土壤有機質組分、結合形態等是土壤有機質的重要屬性，通常采用化學方法將其組分劃分為胡敏素、胡敏酸和富啡酸；結合形態可分為松結態、穩結態和緊結態等[3]。多年來，學者從不同角度對有機質數量、組分等與土壤養分之間的關系做了大量工作[4-6]，但各個形態Fe、Mn、Cu和Zn與有機質組分之間的關系鮮見報道。為此，筆者以三江平原白漿土為供試土壤，全面系統地闡明土壤有機質總量、組分及結合形態等與各形態鐵、錳、銅和鋅之間的關系，以期為有機質及其組分對土壤各形態養分的貢獻及有效性影響等提供科學數據支持，為該地區提高土壤養分有效性及合理培肥土壤提供科學依據，同時也為其他地區土壤存在的類似問題提供借鑒與參考。

1 試驗材料方法

1.1 供試土壤及設計

供試土壤為草甸白漿土，采自黑龍江省密山市黑龍江八一農墾大學長期定位試驗基地。其基本化學性質見表1。試驗于1987年開始設置，小區面積79.2 hm2，設以春小麥—春小麥—大豆—油菜—玉米—大豆6區輪作和大豆、小麥、玉米連作，3種耕作方法，3種施肥方式，即試驗區兩端設南和北兩個對照區(普翻不施肥)、處理有普翻秸桿還田、普翻有機肥、普翻化肥、免耕化肥和深松化肥，4次重復，化肥用量見表2，有機肥為廄肥，施肥量為36.0 m3/hm2（約為25 200.0 kg/hm2）。每6年為一個輪作周期，本試驗為第3個輪作周期結束后的土壤，采用5點法共取了48個試驗小區的土樣，進行測定分析。

表1 供試土壤的基本化學性質

表2 化肥的用量和比例

1.2 土樣樣品測定方法

土壤全量鐵、錳、銅和鋅用HF-HNO3-HClO4消煮，原子吸收分光光度法(AAS)測定；有效態鐵、錳、銅和鋅采用0.1mol/L HCl浸提，AAS測定；土壤鐵、錳、銅和鋅形態按朱燕婉等提出的5個組分連續提取法分成交換態（EX-）、碳酸鹽結合態（CARB-）、有機質結合態（OM-）、鐵錳氧化物結合態（OX-）及殘留態（RES-）鐵、錳、銅和鋅[7]；土壤有機質總量采用丘林法；土壤易氧化有機碳，是將0.2 mol/L(1/6)K2Cr2O7-H2SO4溶液作為氧化劑，反應步驟均同有機質總量測定；土壤腐殖質組成采用科諾諾娃法[8]；土壤有機質結合形態用傅積平改進法[9]。

2 結果與分析

本長期定位試驗基地不同處理白漿土中有機質總量、腐殖質結合形態、易氧化碳、難氧化碳含量及各形態Fe、Mn、Cu和Zn變化情況詳見文獻[6]和文獻[10-12]。

2.1 土壤各形態鐵的含量及其與有機質間的關系

供試土壤中，全Fe（T-Fe）含量平均為20.845 78 g/kg，低于全國和黑龍江省平均水平的30 g/kg和24.902 20 g/kg。有效態Fe（A-Fe）平均含量為53.49 mg/kg，略低于黑龍江省平均水平（55.50 mg/kg），按照本地區等級分級標準，基本處于不缺Fe水平。白漿土中Fe主要以殘留態（RES-Fe）為主，平均含量為18.821 02 g/kg，占T-Fe的90.29%；其次是鐵錳氧化物結合態Fe（OX-Fe），平均含量是1.774 95 g/kg，占T-Fe含量的8.51%；有機態（OM-Fe）、交換態（EX-Fe）和碳酸鹽結合態（CARB-Fe）Fe含量都很低，平均含量分別為99.63、84.25 和65.93 mg/kg，各占T-Fe含量的0.48%、0.40%和0.32%[13]。

從表3看出，白漿土中雖然全鐵含量大，但主要存在于礦物中，故與有機質之間無相關性，各形態鐵中，EX-Fe和OM-Fe與有機質總量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸之間相關顯著或極顯著。說明有機質與EX-Fe和OM-Fe密切相關，而CARB-Fe、OX-Fe和RES-Fe之間關系不大。

表3 土壤有機質及組分與各形態Fe的關系

2.2 土壤各形態錳的含量及其與有機質間的關系

土壤全Mn（T-Mn）含量平均為620.94 mg/kg，略低于黑龍江省土壤平均值（675.30 mg/kg），有效Mn（A-Mn）含量為89.93 mg/kg，顯著高于黑龍江省平均水平（29.73 mg/kg）。說明本地白漿土A-Mn處于較高水平狀態。土壤Mn主要以殘留態（RES-Mn）和鐵錳氧化物結合態（OX-Mn）為主，平均含量分別為170.04 mg/kg和333.99 mg/kg，各占T-Mn含量的27.38%和53.79%；其次為有機態（OM-Mn）和交換態（EX-Mn）Mn，占T-Mn含量的9.36%和6.87%，碳酸鹽結合態Mn（CARB-Mn）含量最低，僅占T-Mn含量的2.60%。

土壤中全錳與有機質總量、易氧化碳及胡敏酸之間達1%極顯著相關水平，與穩結態和難氧化有機質之間達5%顯著相關水平（表4）。說明土壤中全錳含量與有機質有很大關系。OM-Mn與有機質總量、易氧化碳、胡敏酸之間也達極顯著相關水平，相關系數均在0.9以上。Lawton[14]認為，錳在土壤中的氧化還原反應是在微生物和有機質參與下進行的，有機質的分解產物能促使錳的氧化還原，但有機質超15%時，則有效錳含量下降。本試驗測得，除緊結態腐殖質和難氧化碳外，其余各有機質測定指標均與有效錳呈顯著正相關，這與Lawton的研究結果一致。

表4 土壤有機質及組分與各形態Mn的關系

2.3 土壤各形態銅的含量及其與有機質間的關系

土壤全Cu（T-Cu）含量平均為29.53 mg/kg，高于全國（22.00 mg/kg）和黑龍江省（26.00 mg/kg）平均水平。土壤有效Cu(A-Cu)含量平均為2.18 mg/kg，高于黑龍江省白漿土Cu平均含量（1.77 mg/kg），按等級分類標準屬于較高水平。說明本地白漿土基本不缺Cu。土壤Cu以殘留態（RES-Cu）為主，平均含量17.20 mg/kg，占土壤T-Cu的58.25%；其次為是有機態（OM-Cu）平均含量是5.28 mg/kg，占T-Cu的19.71%；碳酸鹽結合態Cu（CARB-Cu）平均含量為3.08 mg/kg，占T-Cu的10.43%；交換態Cu（EX-Cu）和鐵錳結合態Cu（OX-Cu）含量則較低，平均含量各為1.54 mg/kg和1.88 mg/kg，分別占T-Cu的5.23% 和6.38%。

大量分析結果表明，土壤銅含量一般隨有機質含量增加而增加[15]。這與本試驗測得土壤全銅與有機質總量、易氧化碳、胡敏酸和富啡酸之間呈極顯著正相關結論一致（表5）。EX-Cu與全銅一樣，也受土壤有機質影響。土壤銅能與胡敏酸和富啡酸形成絡合物，故OM-Cu與胡敏酸和富啡酸之間相關系數為0.906和0.708。同樣與有機質總量和易氧化碳之間也極顯著相關。有效態銅的很大一部分是有機態銅[16]，因此有效態銅與有機質總量、易氧化碳、胡敏酸、富啡酸及松結態腐殖質之間相關顯著。

表5 土壤有機質及組分與各形態Cu的關系

2.4 土壤各形態鋅含量及其與有機質間的關系

土壤全Zn（T-Zn）含量為86.69 mg/kg，略高于黑龍江省平均值（73.30 mg/kg），但小于全國平均水平（100.00 mg/kg）。有效Zn（A-Zn）含量平均為2.45 mg/kg，接近黑龍江省耕地土壤有效Zn含量平均值（2.34 mg/kg），按等級分類標準屬于一般水平。土壤Zn以殘留態Zn（RES-Zn）為主，平均含量55.31 mg/kg，占土壤T-Zn的63.80%；其次為鐵錳氧化物結合態（OX-Zn），平均含量為14.89 mg/kg，占土壤T-Zn的17.17%；有機態（OM-Zn）和交換態（EX-Zn）Zn分別為9.40 mg/kg 和6.01 mg/kg，各占土壤T-Zn的10.84%和6.93%；碳酸鹽結合態Zn（CARB-Zn）含量最低，平均含量為1.09 mg/kg，占土壤T-Zn的1.26%。

土壤有機質狀況也是影響土壤鋅含量的一個重要因素。表6表明，白漿土全鋅含量與有機質總量、易氧化有機碳、胡敏酸和松結態腐殖質之間達顯著或極顯著正相關。OM-Zn、EX-Zn及OX-Zn也受有機質含量影響，尤其是OM-Zn和EX-Zn與有機質總量、易氧化碳、胡敏酸之間達1%極顯著相關水平。另外，有效態鋅大多也是存在于易氧化有機質、胡敏酸和松結態腐殖質中，與其相關系數為0.581，0.802，0.688。

表6 土壤有機質及組分與各形態Zn的關系

3 討論與結論

試驗點白漿土全量Fe和Mn略低于黑龍江省平均水平，全量Cu和Zn稍高于黑龍江省平均水平。土壤有效態Fe、Mn、Cu和Zn含量基本上處于較高水平，這與白漿土是弱酸性土壤有關。該試驗土壤Fe、Mn、Cu和Zn有效態含量較高，而其全量水平較低或處于臨界值，因此應該注意合理耕作，培肥地力，加強后備儲量的開發。試驗土壤各形態Fe、Mn、Cu和Zn與有機質之間關系密切，所研究的有效態元素均與土壤易氧化碳、胡敏酸、富啡酸和松結態腐殖質之間呈顯著或極顯著正相關。有學者認為，有機質結合形態和交換態Fe、Mn、Cu和Zn是土壤有效態Fe、Mn、Cu和Zn的給源[17]，提高土壤中這類有機質含量即可改善植物的Fe、Mn、Cu和Zn營養。培肥土壤時，不僅要考慮到土壤有機質的數量，而且要著重改善土壤中有機質的品質。

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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，山東泰安人，教授，博士，主要從事植物營養學的教學及科研工作。E-mail：xiang5918@sohu.com。

作者簡介：王丹（1979-），女，黑龍江海倫人，副教授，碩士，主要從事植物學教學及相關科研工作。E-mail：wd724@163.com。

基金項目：黑龍江教育委員會資助項目“白漿土利用改良綜合試驗研究”（9541068）

收稿日期：2015-09-11

文章編號：1008-5394（2016）01-0014-04

中圖分類號：S153.621

文獻標識碼：A