湖北宣恩縣土壤全量微量元素與有機碳和pH的關系分析
——以曉關侗族鄉為例

項劍橋，戴光忠，吳冬妹，楊 軍，孫志國，楊良哲，2，袁知洋，2*

湖北宣恩縣土壤全量微量元素與有機碳和pH的關系分析
——以曉關侗族鄉為例

項劍橋1，戴光忠1，吳冬妹1，楊 軍1，孫志國2，3，楊良哲1，2，袁知洋1，2*

(1.湖北省地質科學院研究院，湖北武漢 430000;2.湖北省硒生態環境效應檢測中心，湖北武漢 430000;3.湖北科技學院資源環境科學與工程學院，湖北咸寧 437000)

【目的】為了揭示湖北省宣恩縣曉關侗族鄉土壤4種主要微量元素鐵、錳、鋅、銅與土壤有機碳和pH的關系，研究該地區土壤有機碳和pH對土壤這4種微量元素的影響。【方法】以湖北省恩施州宣恩縣曉關侗族鄉土壤為研究對象，每平方公里網格狀對土壤進行采樣，共采樣2127份土樣，實驗分析了每份土壤的4種全量微量元素鐵、錳、鋅、銅，以及有機碳量和pH，數據分析四種土壤微量元素分別和土壤有機碳、pH的關系。【結果】土壤全量微量元素Fe、Mn、Cu的含量和有機碳顯著(P＜0.01)相關，且線性回歸均呈負相關。土壤全量微量元素Fe、Mn、Zn、Cu的含量均和pH顯著(P＜0.01)相關，且線性回歸均呈正相關。【結論】恩施宣恩縣曉關侗族鄉土壤有機碳的積累導致土壤全量鐵、錳、銅含量有所降低，但對鋅元素無顯著影響;土壤酸堿度在分析結果范圍內越大，導致土壤全量微量元素鐵、錳、鋅、銅增加。

宣恩縣;土壤;微量元素;有機碳;pH

【研究意義】微量元素是植物生長發育必需的營養元素[1-2]。微量元素一方面是組成動植物體內某些酶和蛋白質的主要成分，另一方面參與動植物代謝和動植物體內氧化還原過程，對動植物生長發育甚至人類健康都十分重要[3-4]。在我國南方地區，由于淋溶作用較為劇烈，土壤部分微量元素短缺，是南方生態系統生產力的重要養分限制因子[5]。因此研究土壤的微量元素與土壤的理化性質的關系對于提高農產品種植質量以及促進農業發展顯得十分重要。【前人研究進展】漆良華等[6]通過收集大量資料，研究發現在土壤在某一區域范圍內，相同母質上發育的土壤，其全量微量元素含量與土壤有機碳含量、pH值等理化性質密切相關，而植被與土壤互為環境因子，是土壤健康及其變化的重要驅動力。董國政等[7]通過對湖州地區水稻土、紅土和潮土的研究實驗發現土壤微量元素含量與土壤pH、土壤有機碳之間的關系密切。不僅僅在平原地區，鄧邦良等[8]在對江西武功山山地草甸的土壤微量元素研究時，發現土壤有機質對有效態微量元素具有吸附作用，土壤有效態微量元素對土壤pH變化敏感，郭明全等[9]在對攀枝花煙區土壤調查研究發現，750個土壤樣本的pH和土壤微量元素的正或負相關關系十分顯著，因此對土壤微量元素和土壤pH及有機碳的關系研究已經深入到農業土壤改良、土壤生態環境調查等領域。【本研究切入點】本研究地點在湖北恩施市宣恩縣曉關侗族鄉，宣恩縣屬云貴高原延伸部分，地處武陵山和齊躍山的交接部位，縣境東南部、中部和西北邊緣，橫亙著來鳳向斜、大溪溝向斜、龍灘溪斷層、小溪溝斷層等東北至西南走向的大山嶺，形成臺地、崗地、小型盆地、平壩、橫狀坡地和山谷、峽等地貌。曉關鄉調查區內以中山為主，海撥1200 m以上的山占全鄉總面積的27%，800～1200 m的山占41%，800 m以下的山占27 %，作為典型的鄂西生態系統類型，該地區近年來著力發展以茶葉種植、高山蔬菜、中草藥種植等富硒農業為產業導向，因此對該地區土壤微量元素研究是一個重要切入點，因此本文借助湖北省宣恩縣土地質量地球化學評價項目中對宣恩縣曉關侗族鄉土壤的全面調查取樣，專門細化分析恩施宣恩縣曉關侗族鄉鄉土壤pH和有機碳對土壤微量元素的影響。【擬解決的關鍵問題】本研究通過分析該地區土壤全量微量元素與有機碳和pH的關系，探索有機碳對全量微量元素含量的影響以及全量微量元素對pH的響應，闡明在恩施宣恩縣曉關侗族鄉該如何提高土壤微量元素的利用率，改善土壤微量元素的賦存狀態，為進一步指導當地茶葉種植、富硒農產品種植等恩施特色農業，以及指導恩施宣恩縣土地利用以及土壤保護等提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

宣恩縣位于湖北省恩施州中南部，地跨東經109。11′～109。55′，北緯29。33′～30。12′，國土總面積為2740 km2，曉關鄉位于宣恩縣西南部，總面積627 km2。土壤多為二疊紀的石灰巖和泥灰巖等發育而來，由于枯枝落葉豐富以及溫度較低等因素，有機物腐爛分解緩慢，土層較淺，色澤多棕黃或者灰黃。

1.2 試驗方法

圖1 湖北省宣恩縣曉關侗族鄉1∶50000土壤采樣點示意圖Fig.1 1∶50 000 soil sampling points on Xiaoguan dong-minority township at Xuanen county in Hubei province

1.2.1 試驗設計與樣品采集 在宣恩縣曉關侗族鄉內，進行1∶5萬土壤調查，進行全鎮627 km2的全覆蓋區域調查，每平方公里設置3～4個樣點，一共設置2127個取樣點(圖1)，對每一樣方土壤0～40 cm深度進行取樣，共2127份土樣，帶回實驗室風干后，取出細根、石粒等雜質，碾磨后過0.1 mm孔徑塞制成待測土壤樣品。

表1 土壤全量微量元素以及土壤有機碳和酸堿度的統計描述Table 1 The descriptive statistics of total soilmicroelement and soil organic carbon&pH

1.2.2 測定方法 全量微量元素銅、鐵、錳、鋅采用原子熒光光譜法[10]。pH采用水土比1∶2.5的電位法測定。堿溶有機碳(ASI-OM)采用0.2 mol L NaOH-0.01 mol·L-1EDTA-2%甲醇浸提劑浸提，420 nm測定，用腐植酸做標準曲線[11]。數據統計和相關分析采用SPSS17.0統計軟件，圖像均采用Origin8.1繪制。

2 結果與分析

2.1 土壤全量微量元素的含量

土壤微量元素的全量含量分布是母質、地形、地貌、氣候以及耕作施肥水平等各種因素綜合作用的結果，全量微量元素含量在一定條件下可以說明土壤微量養分的供應水平。表1是117個樣點的草甸土壤全量微量元素的含量總體統計特征。

2.2 土壤全量微量元素與有機碳的一元線性相關分析

如圖2所示，土壤全量微量元素Fe、Mn與有機碳線性擬合關系極顯著(P＜0.01)，且均為負相關;土壤全量微量元素Cu與有機碳關系性擬合關系達到顯著(P＜0.05)，為正相關;土壤全量微量元素Zn與有機碳關系不顯著(P＞0.05)。

圖2 土壤全量微量元素與有機碳的關系Fig.2 The relationship between available soilmicroelementwith organicmatter

圖3 土壤全量微量元素與pH的關系Fig.3 The relationship between soil totalmicroelementwith pH

2.3 土壤全量微量元素與pH的一元線性相關分析

如圖3所示，土壤全量微量元素Fe、Mu、Zn、Cu與pH線性擬合關系均達到極顯著水平(P＜0.01)，并且都有隨著pH增加而增加的趨勢;

2.4 土壤全量微量元素間的相關性分析

除土壤有機碳和土壤全量Zn元素相關性以及土壤有機碳和土壤pH的相關性較弱(表2)，土壤全量微量元素Fe、Cu、Mn、Zn間存在一定的相關性，且每種全量微量元素與其他3種有效微量元素和土壤有機碳及pH的相關性均較強。

3 討 論

土壤有機碳與土壤微量元素之間的相關性可以反映它們之間相互作用的情況，其相關性反映了土壤的內部特征[12]。土壤有機碳來自動植物的枯落或死亡的生物組織，其生物體內賦存的微量元素大部分來自土壤中的礦物，因此理論上有機碳和微量土壤養分元素之間存在良好的關系[13-16]，且土壤有機碳含量高，可以促進土壤團聚體的發育，土壤團聚體對土壤礦物中的微量元素具有較好的吸附性[17]。因此無論是有機碳自身的化學組成還是其對土壤理化性質的改良，均會促進植物對土壤中微量元素的積累，但是有機碳的增多一定程度降低了土壤微量元素的密度。

全量微量元素對pH變化敏感，其呈現的相關性，因不同地區、氣候和成土母質不同而呈現不同的規律[18-25]。研究表明，土壤酸堿度對土壤微量元素的有效性影響很顯著，土壤酸堿度是土壤溶液中的帶電荷離子綜合作用下形成的H+濃度而表征出的一個化學指標[4]，土壤pH的變化會影響微量元素的化學形態，甚至使微量元素從無效態經H+酸化后從而從而轉化成離子態，導致微量元素可以直接被植物根系吸收。因此對土壤微量元素與pH的相關性研究可以進一步指導恩施地區土壤全量微量元素的養分調控。

表2 土壤全量微量元素間和土壤有機碳以及pH相關性分析Table 2 Correlation analysis of total soilmicroelement and soil organic carbon&pH

4 結 論

宣恩曉關鄉土壤有機碳對除了土壤鋅元素以外的鐵、錳、銅元素有顯著影響，土壤pH對土壤鐵、錳、鋅、銅均影響顯著。土壤全量微量元素Fe、Mn、Cu的含量，隨有機碳的增加而有降低趨勢。隨著土壤pH的增大，土壤全量微量元素Fe、Mn、Zn、Cu的含量有增加趨勢。研究揭示了湖北省宣恩縣曉關鄉土壤4種全量微量元素與土壤有機碳和pH的關系，通過改變土壤有機質含量和土壤pH值，可以有效影響土壤微量元素的量，同時研究也為恩施宣恩縣土壤保護、土地開發利用、農業種植等提供了理論依據。

[1]努爾模達·達拉拜.黃土高原北部風沙區土壤中微量元素的含量變化研究[D].西北農林科技大學，2007.

[2]吳殿龍.遼寧地區古紅土微量和稀土元素地球化學特征研究[D].沈陽農業大學，2009.

[3]Zhang X P，DengW，Yang X M.The background concentrations of 13 soil trace elements and their relationships to parentmaterials and vegetation in Xizang(Tibet)，China[J].Journal of Asian Earth Sciences，2002，21(2):167-174.

[4]Kabata-Pendias H A，Mukherjee A B.Trace Elements from Soil to Human[J].Springer Berlin，2007:1-550.

[5]安玉亭.喀斯特山地不同人工林微量元素特征及影響因素研究[D].南京林業大學，2013.

[6]漆良華，張旭東，孫啟祥，等.土壤-植被系統及其對土壤健康的影響[J].世界林業研究，2007(3).

[7]董國政，劉德輝，姜月華，等.湖州市土壤微量元素含量與有效性評價[J].土壤通報，2004(4):474-478.

[8]鄧邦良，袁知洋，李真真，等.武功山草甸土壤有效態微量元素與有機質和pH的關系[J].西南農業學報，2016，29(3):647-650.

[9]郭明全，胡建新，張宗錦.攀枝花煙區土壤pH分布特點及其與土壤有效養分的關系[J].西南農業學報，2012，25(4):1338-1342.

[10]楊俐蘋，金繼運，梁鳴早，等.ASI法測定土壤有效P、K、Zn、Cu、Mn與我國常規化學方法的相關性研究[J].土壤通報，2000 (6):277-279.

[11]趙 潔，王 莉，王永剛，等.ASI法速測土壤指標與植物N吸收的相關性研究[J].土壤通報，2012(4):903-909.

[12]李德軍，莫江明，方運霆，等.鼎湖山自然保護區不同演替階段森林土壤中有效微量元素狀況研究[J].廣西植物，2004(6).

[13]陸繼龍，周永昶，周云軒.吉林省黑土某些微量元素環境地球化學特征[J].土壤通報，2002(5).

[14]漆良華，張旭東，彭鎮華，等.不同植被恢復模式下中亞熱帶黃壤坡地土壤微量元素效應[J].應用生態學報，2008(4).

[15]章 程，謝運球，呂 勇，等.廣西弄拉峰叢山區土壤有機碳與微量營養元素全量[J].中國巖溶，2006(1).

[16]朱 靜，黃 標，孫維俠，等.農田土壤全量微量元素的時空變化及其影響因素研究[J].南京大學學報:自然科學版，2007，43(1):1-12.

[17]周 萍，宋國菡，潘根興，等.三種南方典型水稻土長期試驗下有機碳積累機制研究Ⅱ.團聚體內有機碳的化學結合機制[J].土壤學報，2009(2):263-273.

[18]郭家文，張躍彬，劉少春.滇西南6縣蔗區的土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn的分布特征研究[J].土壤通報，2009(1):179-183.

[19]柏方敏，田大倫，方 晰，等.洞庭湖西岸區防護林土壤與植物微量元素含量特征[J].中南林業科技大學學報，2010(9).

[20]董國濤，張愛娟，羅格平，等.三工河流域綠洲土壤微量元素有效含量特征分析[J].土壤，2009(5).

[21]袁知洋，鄧邦良，郭曉敏，等.武功山山地草甸土壤全量氮磷鉀分布格局及對不同退化程度的響應[J].西北林學院學報，2015，30(3):14-20.

[22]袁知洋，鄧邦良，李 志，等.武功山草甸土壤堿解氮含量分布影響因素研究[J].江蘇農業科學，2015，43(5):318-320.

[23]袁知洋，鄧邦良，陳 煦，等.武功山草甸區植被小群落下土壤活性有機碳和總有機碳的分布及關系[J].西南農業學報，2015，28(5):2166-2171.

[24]袁知洋，鄧邦良，張學玲，等.武功山草甸植被小群落土壤活性有機碳與土壤養分的典型相關分析[J].中南林業科技大學學報，2016，36(2):84-90.

[25]陸繼龍，周永昶，周云軒.吉林省黑土某些微量元素環境地球化學特征[J].土壤通報，2002(5):365-368.

(責任編輯 李 潔)

Relationship between Soil Total Soil M icroelement w ith Soil Organic Carbon and pH in Xuanen County of Hubei Province: Taking Exam ple of Xiaoguan Dong-m inority Township

XIANG Jian-qiao1，DAIGuang-zhong1，WU Dong-mei1，YANG Jun1，SUN Zhi-guo2，3，YANG Liang-zhe1，2，YUAN Zhi-yang1，2*
(1.Hubei Institute of Geo-science，HubeiWuhan 430000，China;2.Hubei Test Center of Selenium Ecological Environment Effect，Hubei Wuhan 430000，China;3.School of Resources Environmental Science and Engineering，Hubei University of Science and Technology，Hubei Xianning 437000，China)

【Objective】In order to reveal the relationship between total amount of fourmain soil trace elements，soil organic carbon and pH，in Xiao-guan Dongminority township Xuanen county Enshi city，the effect of soil organic carbon and pH on four trace elements in soilwas studied.【Method】Using the soil in this area as the research objectand taking soil samples in per square kilometer grid，2127 sampleswere selected to analyze four kinds of soil trace elements in total quantity，includes iron，manganese，zinc，copper，and organic carbon also pH，the relationship between soil organic carbon and pH in four soil trace elementswas analyzed.【Result】The correlation between soil trace elements Fe，Mn，Cu and organic carbon significantly(P＜0.01)decreased with the increase of organic carbon.The correlation between trace elements Fe，Mn，Zn，Cu and the pH value of the soilwere significant(P＜0.01)，and increased with the increase of soil pH.【Conclusion】The accumulation of organic carbon in the soil organic carbon in the county of enshixuanen county has led to a decrease in the amount of iron，manganese and copper in the soil，but has no significant effect on zinc elements.The increase of soil acidity in the results of the analysis results in an increase in the amount of trace elements iron，manganese，zinc and copper in the soil.

Xuan'en county;Soil;Microelement;Organic carbon;pH

S153.6

A

1001-4829(2017)8-1849-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.8.026

2016-08-04

湖北省國土資源廳湖北省宣恩縣土地質量地球化學評價(一期)(JTD20150104);湖北地質局2016科技支撐項目(KJ2016-8)

項劍橋(1968-)，男，湖北麻城人，教授級高級工程師，主要從事地球化學、農業地質及富硒產業研究，Tel: 15827273719，E-mail:974559934@qq.com，*為通訊作者。