秸稈還田對石灰性土壤Zn擴散遷移及形態轉化的影響*

陳艷龍 賈 舟 師江瀾 劉 珂 王少霞 田霄鴻

（西北農林科技大學資源環境學院，農業部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西楊凌 712100）

鋅（Zn）是人體必需微量營養元素，在人體生長發育過程中起著重要作用［1］。然而，調查發現，全球有近20億人口受到缺Zn困擾，5歲以下兒童因缺Zn導致死亡的人數每年高達11.6萬，而且主要集中在以Zn含量低下的谷類作物為主食的發展中和欠發達國家［2］。這些地區土壤Zn缺乏或潛在缺乏（二乙三胺五乙酸浸提態鋅（DTPA-Zn）小于1.0 mg kg-1）是谷類作物Zn含量低下并最終導致人體缺Zn的重要原因［3］。因此，提高缺Zn土壤Zn有效性對于增加谷類作物對Zn的吸收和富集，進而改善人體Zn營養具有重要意義。

研究發現，缺Zn的石灰性土壤上外源施Zn是一種有效提高土壤DTPA-Zn含量的重要措施，但是其對于作物Zn吸收及籽粒Zn富集影響較小［4-5］。土壤中，植物根系對Zn吸收不僅受土壤有效Zn含量的控制，而且還與有效Zn向植物根表的擴散遷移有關［6-7］。外源施Zn可提高石灰性土壤DTPA-Zn含量達數倍，但是培養30 d的土壤DTPA-Zn擴散距離卻不足15 mm，且擴散系數僅在10-11～10-12cm2s-1之間［5］。土壤Zn的擴散遷移不僅與有效Zn含量有關，而且還受土壤pH、碳酸鈣和有機質含量等因素的影響［8-10］。在高pH、高碳酸鈣及低有機質的石灰性土壤上，盡管外源施Zn顯著提高了土壤有效Zn含量，但仍有大量的外源Zn被土壤吸附固定，從而使有效態Zn轉化為無效態Zn，最終限制Zn擴散遷移。因此，在外源施Zn條件下，查明石灰性土壤Zn形態轉化及擴散遷移特性對于改善作物Zn吸收及籽粒Zn富集至關重要。

在我國，農作物秸稈年產量高達7.9億t，已經代替傳統有機肥，成為糧田土壤最主要的有機肥源［11］。大量研究已經證明，秸稈還田在提高土壤有機質和礦物質養分含量及質量、改善土壤物理性質、優化農田生態環境等方面起著重要作用［12］。對于土壤Zn而言，秸稈腐解既能夠釋放出內源Zn進入土壤溶液，又能通過改善土壤有機質（特別是活性組分）調節土壤Zn的形態轉化，進而對Zn有效性及移動性產生影響［13-15］。土壤活性有機碳組分如水溶性有機碳（DOC）、富里酸（FA）等富含大量活性官能團，對Zn有較強的親和力，其可以通過絡合、螯合、吸附和解吸等作用，對Zn的遷移轉化、生物活性和生態環境效應起著決定性作用［13,16］。采用NICA—Donnan、Model VI和MINTEQA2等重金屬形態模型研究發現，水溶性有機質（DOM）和FA可以有效抑制土壤對Zn的吸附固定，同時促進有效態Zn組分（DOM-Zn和FAZn）的形成，最終改善Zn生物活性和移動性［17］。然而，上述對于土壤Zn遷移轉化的研究僅停留在采用模型進行預測階段，很難準確揭示Zn在土壤中遷移轉化規律，而且在秸稈還田技術普遍推廣的背景下，土壤Zn遷移轉化對于秸稈腐解產生的活性碳組分的響應尚不明確。因此，本研究采用半擴散池裝置，進行室內模擬試驗，研究了秸稈還田對于石灰性土壤Zn擴散遷移及形態轉化的影響，以期為提高石灰性土壤Zn有效性及移動性，進而改善作物對Zn的吸收利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自陜西楊凌西北農林科技大學試驗農場。該區地處關中平原中部，年平均氣溫13℃左右，年平均降水量632 mm，屬半濕潤易旱區。主要種植制度有兩種，即冬小麥/夏玉米一年兩熟和冬小麥/夏休閑一年一熟，是我國重要的糧食產區。土壤類型為土墊旱耕人為土（Earth-cumulic orthic anthrosol），由黃土母質發育而來，屬于石灰性土壤，其基本理化性質見表1。土樣自然風干后除去雜質，研磨，過2 mm篩，備用。供試秸稈選取前茬夏玉米秸稈，風干，粉碎（約2 mm），備用。秸稈含Zn量為9.56 mg kg-1，含碳量為417 g kg-1，含氮量為6.82 g kg-1。

表1 供試土壤（土墊旱耕人為土）基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properties of the tested soil （Earth-cumulic orthic anthrosol）

1.2 試驗設計

試驗采用Modaihsh［8］提出的半擴散池裝置，規格為160 mm × 140 mm × 80 mm，由中心施肥區和兩側非施肥區三部分構成。施肥區寬10 mm，由兩個厚度約1 mm的可抽離硬板間隔而成，施肥區兩側即非施肥區，寬75 mm（圖1A）。試驗共設置4個處理：對照（CK）、單施Zn肥（Zn）、單施秸稈（St）、秸稈配施Zn肥（Zn+St）。Zn肥采用ZnSO4·7H2O，用量為20 mg kg-1干土（以Zn計），秸稈用量為15 g kg-1干土。

按處理將供試秸稈和Zn肥與2.0 kg土壤（以烘干樣計）混合均勻。同時，所有處理加入等量尿素調節C∶N≤25∶1。然后，將各處理混合物平均分成15份，分別加入半擴散池的施肥區，壓實（容重1.26 g cm-3，下同），再在兩側非施肥區各加入1.0 kg未處理土壤，壓實，保證整個裝置緊實度一致。將裝置中的隔板快速移除，加蒸餾水調節土壤含水量至最大田間持水量的60%，頂部加蓋并用凡士林將其封死，以防止培養期間水分蒸發損失。將半擴散池移入溫室，25℃下培養至第3、7、15、30和45天時，每個處理隨機選取3個擴散池，迅速置于冷藏柜中，－4℃冷凍10 h。取出后用不銹鋼刀將非施肥區土體分別切割成11份（見圖1B），并將對稱的兩側土壤混勻，風干后，稱重，磨細過1 mm篩。施肥區土壤一半作為鮮樣，4℃保存；另一半風干，稱重，磨細分別過1 mm和0.25 mm篩，保存。

圖1 試驗裝置正視圖（A）及俯視圖（B）Fig. 1 Front view （A） and plan view （B） of the half-cell device used in the experiment

1.3 樣品分析方法

施肥區和非施肥區土壤有效Zn（DTPA-Zn）采用DTPA溶液浸提，用原子吸收分光光度計（Z-2000，Hitachi，日本）測定。施肥區土壤全Zn采用HCl-HNO3-HClO4-HF消解［4］。土壤Zn分組參考魏孝榮等［18］連續浸提法將土壤全Zn分為交換態Zn（Ex-Zn）、松結有機態Zn（Lom-Zn）、碳酸鹽結合態Zn（Carb-Zn）、氧化錳結合態（MnO-Zn）、緊結有機態Zn（Tom-Zn）和殘渣態Zn（Res-Zn），用原子吸收分光光度計測定。施肥區土壤有機碳（SOC）采用重鉻酸鉀氧化法測定［19］。土壤腐殖質采用1 mol L-1的焦磷酸鈉（pH = 13）浸提，采用重鉻酸鉀氧化法測定腐殖質（HS）及其組分富里酸（FA）和胡敏酸（HA）含量［20］。施肥區土壤水溶性有機碳（DOC）用超純水浸提（土水比1∶5），總有機碳分析儀（TOC-3000，Hitachi，日本）測定［21］。研究發現，DOC芳香化程度與DOC溶液在254 nm波長下紫外吸光度值（SUVA254）呈正相關［22］，因此，本研究采用SUVA254來評價土壤DOC的芳香化程度。

1.4 數據處理

非施肥區土壤各層次DTPA-Zn擴散量（Q，μ g），累積擴散量（Qc，μ g）及擴散比率（Qr，%）計算公式如下：

式中，Ci和Mi分別為非施肥區各層次（i = 5、10、15和20 mm）土壤DTPA-Zn含量（μg g-1）和土壤干重（g）；Q0為Zn和Zn+St處理的施Zn量，均為2.667 mg。方差分析表明，所有處理非施肥區25～75 mm土壤DTPA-Zn含量各層次間無顯著差異，但均顯著小于0～25 mm各層次DTPA-Zn含量。因此，以非施肥區25～75 mm土壤DTPA-Zn平均含量Cb作為基準來計算非施肥區各層次DTPA-Zn擴散量（Q）及累積擴散量（Qc）。土壤中，顆粒內擴散是導致外源Zn無效化的一個重要機制，本研究采用內擴散模型評價土壤DTPA-Zn擴散與培養時間的關系［23］：

式中，y為DTPA-Zn累積擴散量（μg）或者擴散比率（%）；t為培養時間（d）；a是由DTPAZn內擴散導致Zn無效化的速率常數，μg d-1/2或者% d-1/2；常數b是各處理土壤DTPA-Zn的最大擴散量（μg）或最大擴散比率（%）。

采用Microsoft Excel 2016對原始數據進行整理，計算并作圖。方差分析和多重比較（最小顯著差異（LSD）法）利用SAS Win （V8） 數據處理軟件進行，置信區間為95%。

2 結 果

2.1 秸稈還田和施用鋅肥對施肥區土壤DTPA-Zn含量的影響

圖2 秸稈還田和施用鋅肥處理下施肥區和非施肥區土壤DTPA-Zn含量Fig. 2 Effects of straw return and Zn fertilizer on soil DTPA-Zn concentration in fertilized and unfertilized soil

在整個培養期內，Zn和Zn+St處理均顯著地提高了施肥區土壤DTPA-Zn含量，而且提高幅度均超過8倍；St處理DTPA-Zn含量雖有提高，但提高幅度不足30%（圖2）。對于非施肥區土壤而言，Zn+St處理在培養3～30 d顯著提高了非施肥區5、10和15 mm土壤DTPA-Zn含量，在培養第45 天時，20 mm處DTPA-Zn提高了26%，也達到顯著水平；而Zn處理在培養第3、7和45 天時非施肥區土壤DTPA-Zn含量與Zn+St處理變化趨勢一致，而在15和30 d時，對非施肥區DTPA-Zn含量無顯著提升；St處理在整個培養期內均未對非施肥區DTPA-Zn含量產生影響。此外，在Zn和Zn+St處理中，隨著土壤層次遠離施肥區，DTPA-Zn含量逐漸降低，存在明顯的DTPA-Zn濃度梯度，而當到達非施肥區25 mm處時，土壤DTPA-Zn濃度梯度消失。對于CK和St處理，在整個土體中未發現DTPA-Zn濃度梯度。

2.2 秸稈還田和施用鋅肥對土壤DTPA-Zn擴散遷移的影響

在整個培養期內，CK和St處理未檢測到施肥區土壤DTPA-Zn向非施肥區的擴散遷移。Zn處理DTPA-Zn在3～15 d時最遠擴散距離為10 mm，30～45 d時最遠為15 mm；然而，Zn+St處理DTPA-Zn在3～15 d時最遠擴散距離為15 mm，30～45 d時最遠為20 mm（圖3）。此外，所有處理土壤DTPA-Zn擴散量均隨著擴散距離的增加顯著降低。

圖3 單施鋅肥和鋅肥與秸稈配施對石灰性土壤DTPA-Zn擴散量的影響Fig. 3 Effects of Zn addition alone and addition of Zn plus straw return on diffusion of DTPA-Zn in calcareous soil

在整個培養期內，CK和St處理土壤DTPA-Zn累積擴散量不足2 μg（數據未列出）。然而，Zn處理DTPA-Zn累積擴散量在30.6～96.3 μg之間，St+Zn處理在42.3～98.1 μg之間。Zn處理DTPA-Zn擴散比率在1.12%～3.61%之間，平均為2.33%。St+Zn處理DTPA-Zn擴散比率在1.68%～3.78%之間，平均為2.64%。與Zn處理相比，St+Zn在培養第15、30和45 天時均顯著提高了DTPA-Zn累積擴散量和擴散比率（圖4）。此外，內擴散模型很好地模擬土壤DTPA-Zn累積擴散量和擴散比率隨著時間變化；兩處理相比，Zn處理無效化速率高于St+Zn處理，而最大擴散量和擴散比率差異較小（表2）。

表2 石灰性土壤DTPA-Zn擴散與培養時間的關系（顆粒內擴散模型y = at1/2 + b）Table 2 Relationship between DTPA-Zn diffusion and duration of incubation in calcareous soil （intraparticle diffusion model）

圖4 單施鋅肥和鋅肥與秸稈配施對石灰性土壤DTPA-Zn累積擴散量和擴散率的影響Fig. 4 Effects of Zn addition alone and Zn addition plus straw return on cumulative diffusion and diffusion rate of DTPA-Zn in calcareous soil

2.3 秸稈還田和施用鋅肥對施肥區土壤Zn形態的影響

土壤全Zn含量在64.0～90.5 mg kg-1之間變化（圖5）。與對照相比，在整個培養期St處理并未對施肥區土壤全Zn含量產生影響，而Zn和Zn+St卻顯著提高了施肥區土壤全Zn含量。與對照相比，Zn和Zn+St處理整個培養期土壤全Zn含量分別提高了32.2%和27.5%，而St處理僅提高了7.52%。

圖5 秸稈還田和施用鋅肥對施肥區土壤全鋅含量的影響Fig. 5 Effects of straw return and Zn fertilization on soil total Zn concentration in the fertilized cell

所有處理施肥區土壤Ex-Zn、Carb-Zn、MnOZn和Tom-Zn占全Zn的比例均不足1%（圖6）。在整個培養期內（30 d除外），土壤Ex-Zn占全Zn的比例各處理間無顯著差異。盡管在整個培養期（3 d除外）內，St處理Lom-Zn占全Zn的比例與CK無顯著差異，然而，Zn處理和Zn+St處理在整個培養期內均顯著提高了Lom-Zn占全Zn的比例，而且相較于CK分別提高了9.07倍～17.1倍和9.83倍～19.5倍。對Carb-Zn占全Zn的比例而言，Zn和Zn+St處理均高于CK和St處理。與Zn處理相比，Zn+St處理Carb-Zn占全Zn的比例降低了12.1%～33.8%；與CK相比，St處理降低了20.4%～36.8%。總體而言，Carb-Zn占全Zn的比例表現為Zn ＞ Zn+St ＞ CK ＞ St。Zn和Zn+St處理均顯著降低了土壤MnO-Zn占全Zn的比例，而且隨著時間的推移，各處理土壤MnO-Zn占全Zn的比例呈波動變化。Tom-Zn占全Zn的比例各處理間無顯著差異。在Zn處理和Zn+St處理中，Res-Zn占全Zn的比例在79.7%～83.6%之間，而CK和St處理所占比例均大于95%。與CK相比，Zn和Zn+St處理Res-Zn占全Zn的比例分別降低了13.5%～22.0%和14.0%～18.3%。

圖6 秸稈還田和施用鋅肥對施肥區土壤各形態鋅占全鋅比例的影響Fig. 6 Effects of straw return and Zn fertilization on proportions of Zn fractions in total Zn in the fertilized cell

2.4 秸稈還田和施用鋅肥對施肥區土壤有機碳組分的影響

St和Zn+St處理顯著提高施肥區土壤SOC、DOC和FA的含量，而顯著降低了DOC的SUVA254值。在培養第3 天時，與CK相比，St處理SOC、D O C和FA含量分別提高了1.6 3%、3 9 0%和47.5%；而Zn+St處理分別提高了0.87%、467%和45.9%。在培養第45 天時，與CK相比，St處理SOC、DOC和FA含量分別提高了4.59%、165%和55.7%；而Zn+St處理分別提高了3.39%、199%和45.3%。此外，St和Zn+St處理在培養第3 天時也顯著提高施肥區土壤腐殖質（HS）含量，提高幅度分別為30.6%和32.9%。與CK相比，Zn處理未對土壤SOC、DOC、HS、HA和FA含量產生影響。

3 討 論

3.1 單獨秸稈還田對石灰性土壤Zn擴散遷移及形態轉化的影響

秸稈還田作為我國近年來提升糧田土壤肥力的一項重要措施，可以有效提高土壤有機碳、全氮等大量元素含量［12-13］，但其對于全Zn、有效Zn含量及各形態Zn之間的轉化影響甚微（圖1、圖5和圖6）。本研究中，玉米秸稈自身含Zn量僅為9.56 mg kg-1，導致其降解釋放的Zn尚不足以對土壤全Zn和有效Zn含量產生顯著影響。崔娟等［14］研究發現，在相同的還田量下，即使玉米秸稈含Zn量高達88.9 mg kg-1，也不會對土壤全Zn產生影響，但卻提高土壤DTPA-Zn含量。可見，秸稈還田對土壤有效Zn含量的影響與秸稈自身的含Zn量有關。在土壤中Zn形態決定著Zn的移動性和有效性。本研究中，CK處理土壤Zn超過97%分布在Carb-Zn、MnO-Zn和Res-Zn組分中，而且，盡管單獨秸稈還田顯著提高了土壤SOC、DOC和FA含量，但是并未對DTPA-Zn及各形態Zn含量產生影響（圖6和表3）。這可能是由于秸稈腐解產生的活性碳組分對Zn的親和力尚不足將被土壤吸附固定的Zn活化。Baldwin和Shelton［24］在石灰性土壤上也得到了類似的結果，他們認為在吸附Zn能力較強（如高pH、碳酸鈣和黏粒）的土壤上，添加含Zn量較低的有機物料很難達到提高土壤Zn有效性和移動性的效果。土壤Zn的濃度梯度差是導致Zn在水平方向上擴散遷移的動力［7,9］。因此，單獨秸稈還田土壤DTPA-Zn含量的微弱提升，是導致施肥區和非施肥區DTPA-Zn濃度梯度較小進而對土壤Zn擴散遷移影響不明顯的主要原因。

表3 秸稈還田和施用鋅肥對施肥區土壤有機碳及其組分含量的影響Table 3 Effects of straw return and Zn fertilization on soil organic carbon and its fractions in the fertilized cell

3.2 單獨施Zn對石灰性土壤Zn擴散遷移及形態轉化的影響

單施Zn肥顯著降低了施肥區土壤Res-Zn在全Zn中的分布，同時提高了Lom-Zn占全Zn的比例，進而顯著提高土壤DTPA-Zn含量及擴散遷移能力。研究發現，施入土壤的Zn在短時間內主要分布在移動性相對較高的組分，如交換態和有機結合態，或者吸附在土壤礦物（如碳酸鈣、鐵錳氧化物和黏土礦物等）表面，之后，隨著時間推移這些組分逐漸進入礦物晶層間或者被碳酸鹽沉淀，最終無效化［23,25］。盡管單施Zn肥未對土壤HS、HA和FA含量產生影響，卻提高了堿性焦磷酸鈉浸提的土壤Lom-Zn含量（圖6和表3），可見土壤腐殖質對于外源Zn具有較強的親和力，而且在外源Zn向有效態Zn轉化過程中起著重要作用。大量研究證明，與腐殖質結合的Zn是石灰性土壤DTPA-Zn的最直接和最主要來源，其主要組成包括FA-Zn和HA-Zn，而且前者的溶解性和移動性要顯著高于后者［4,18,26］。本研究中，單施Zn肥土壤DTPA-Zn含量和擴散遷移的增加很大程度上歸因于FA-Zn的形成，但尚需進一步的驗證。此外，石灰性土壤上吸附在黏土礦物和碳酸鹽表面的Zn2+易被游離的Ca2+置換，而進入土壤溶液［27］。因此，吸附在土壤礦物如碳酸鈣、鐵錳氧化物和黏土礦物等表面的Zn也可能對土壤DTPA-Zn提供了補充，進而改善了土壤DTPA-Zn的擴散遷移。

雖然單施Zn肥增強土壤DTPA-Zn的擴散遷移能力，但是在整個培養期內，擴散的DTPA-Zn卻主要被限制在非施肥區0～15 mm處，而且累積擴散量不足100 μg。大量的研究表明，在石灰性土壤上，隨著pH、碳酸鈣及黏粒含量的升高，土壤對Zn的吸附固定能力急劇上升，進而促進了土壤對Zn的吸附固定，最終顯著降低Zn的擴散遷移能力［8-10］。因此，Zn擴散遷移能力的提升反過來也會增加Zn與土壤礦物的接觸，進而增大土壤對Zn的吸附固定。本研究中，土壤pH高達8.25，碳酸鈣和黏粒含量分別為65.1 g kg-1和321 g kg-1（表1），這些障礙因子可能使得擴散至非施肥區的有效Zn被土壤吸附固定，進而轉化為無效態Zn，最終限制了土壤DTPA-Zn向更遠的區域擴散遷移。

3.3 秸稈還田和Zn肥配施對石灰性土壤Zn擴散遷移及形態轉化的影響

Zn分組結果表明，在整個培養期內，秸稈還田配施Zn肥較單施Zn顯著降低Carb-Zn和Res-Zn組分占全Zn的比例（圖6），這可能是較高的活性碳組分如DOC和FA含量降低了碳酸鈣和其他礦物對外源Zn的吸附固定所致。外源剛施入土壤的Zn在短時間內主要以離子態和交換態存在，同時，秸稈還田后土壤活性碳組分如DOC和FA含量提高，兩者共同作用從而增加了土壤可溶性有機Zn復合物的形成，最終改善了土壤Zn有效性及其移動性。前人［17,28］采用重金屬形態模型如NICA-Donnan、Model VI和MINTEQA2等研究發現，活性碳組分如DOC和FA可以降低土壤對Zn的吸附固定，增加DOM-Zn和FA-Zn的含量，從而提高污染土壤Zn有效性和移動性。本研究中，與單施Zn相比，雖然秸稈還田和Zn肥配施并未對施肥區土壤Lom-Zn占全Zn的比例產生影響（圖6），但可能影響了FA-Zn和DOM-Zn在Lom-Zn組分中分布，最終對土壤Zn擴散遷移產生影響。此外，施肥區土壤DTPA-Zn向非施肥區的擴散遷移也可能是導致兩個施Zn處理間施肥區土壤Lom-Zn和DTPA-Zn無差異的重要原因。

在整個培養期內，秸稈還田配合施用Zn肥土壤DTPA-Zn累積擴散量、擴散距離和擴散比例均高于單施Zn處理（圖3和圖4）。這與本研究前期的研究結果一致，前期利用內擴散模型發現添加秸稈后，土壤對外源Zn的吸附固定可降低2倍～3倍，擴散系數可提高1.5倍［29］。本研究中，秸稈還田配施Zn肥處理土壤DTPA-Zn累積擴散量和擴散比例均隨著土壤FA和DOC升高而增加。因此，與單施Zn相比，可溶性有機Zn復合物的形成可能是導致秸稈還田和Zn肥配施土壤DTPA-Zn擴散遷移顯著提升的主要原因。Sinha和Prasad［9］研究發現，添加人工合成的小分子有機酸如DTPA和乙二胺四乙酸（EDTA）等可以促進Zn有機復合物的形成，進而顯著地提高石灰性土壤外源Zn的擴散遷移能力。在土壤—植物系統中，植物根系分泌的有機酸（檸檬酸、蘋果酸等）是作物提高土壤Zn有效性和移動性的重要機制［30］。與施用硫酸鋅相比，直接將EDTA-Zn均勻撒施或者局部施用均可顯著提高Zn在石灰性土壤上的遷移［5,8］。可見，無論是根系分泌、人工合成還是有機物料降解產生的活性或者小分子有機物均在抑制土壤對Zn的吸附固定、進而改善外源Zn有效性和移動性方面起著重要作用。

3.4 培養時間對石灰性土壤Zn擴散遷移的影響

單施Z n處理和秸稈與Z n肥配施處理土壤DTPA-Zn累積擴散量和擴散比率均隨著時間逐漸降低，符合顆粒內擴散模型。據此推測，土壤有效Zn組分隨著時間推移逐漸擴散進入土壤顆粒內部，被礦物通過吸附、沉淀和閉蓄等作用固定，進而轉化為無效態Zn。在Zn肥與秸稈配施處理中，土壤DTPA-Zn累積擴散量和擴散比率、無效化速率常數均小于單施Zn處理（表2），這可能與兩個施Zn處理非施肥區土壤Zn的存在形態有關。魏孝榮等［18］研究發現，即使在pH、碳酸鈣及黏粒含量較高的石灰性土壤上，有機結合態Zn也可有效地抑制土壤對Zn的吸附固定，從而維持其活性。此外，在秸稈與Zn肥配施處理中，土壤DOC和FA含量隨時間的下降也可能是導致土壤DTPA-Zn累積擴散量和擴散比率隨時間降低的重要原因（圖4）。DOC和FA分子量較小，溶解性較好，不僅可以與土壤Zn形成可溶有機Zn復合物，也是土壤微生物更容易利用的碳源［13,16］。研究發現，在秸稈還田條件下，微生物迅速生長和繁殖，導致大量的活性碳組分隨時間逐漸被微生物作為碳源消耗［31］。伴隨著活性碳組分被消耗，一方面，減少了活性有機Zn復合物的形成；另一方面，也導致與土壤活性碳組分結合的Zn重新被釋放進入土壤溶液而被固定。因此，秸稈還田配合土施Zn肥對于石灰性土壤Zn擴散遷移的促進作用可能時效性較差。

4 結 論

缺鋅石灰性土壤上，單獨添加秸稈并未對土壤有效Zn含量及其擴散遷移產生影響。單施Zn肥是一種有效提高石灰性土壤DTPA-Zn含量的措施，但是土壤DTPA-Zn的最遠擴散距離卻不足15 mm（45 d）。與單施Zn相比，秸稈還田配合土施Zn肥提高土壤DTPA-Zn含量、累積擴散量及擴散比率，而且最遠擴散距離可達20 mm（45 d）。由此可見，秸稈還田同時施加Zn肥是提升石灰性土壤有效鋅含量，同時兼顧有效Zn擴散遷移能力的重要措施。然而，考慮到室內模擬試驗的局限性，秸稈還田配合土施Zn肥對于作物Zn吸收、籽粒Zn含量及其生物有效性的影響，尚需進一步研究。

［ 1 ］ Cakmak I. Enrichment of cereal grains with zinc：Agronomic or genetic biofortification? Plant and Soil，2008，302（1）：1—17

［ 2 ］ 郝元峰，張勇，何中虎. 作物鋅生物強化研究進展. 生命科學，2015，27（8）：1047—1054 Hao Y F，Zhang Y，He Z H. Progress in zinc biofortification of crops （In Chinese）. Chinese Bulletin of Life Sciences，2015，27（8）：1047—1054

［ 3 ］ Alloway B J. Soil factors associated with zinc deficiency in crops and humans. Environmental Geochemistry and Health，2009，31（5）：537—548

［ 4 ］ 陸欣春，田霄鴻，楊習文，等. 氮鋅配施對石灰性土壤鋅形態及肥效的影響. 土壤學報，2010，47（6）：1202—1213 Lu X C，Tian X H，Yang X W，et al. Effects of combined application of nitrogen and zinc on zinc fractions and fertilizer efficiency in calcareous soil （In Chinese）. Acta Pedologica Sinica，2010，47（6）：1202—1213

［ 5 ］ Zhao A Q，Tian X H，Chen Y L，et al. Application of ZnSO4or ZnEDTA fertilizer to a calcareous soil：Zn diffusion in soil and its uptake by wheat plants. Journal of the Science of Food and Agriculture，2015，96（5）：1484—1491

［ 6 ］ Palmgren M G，Clemens S，Williams L E，et al. Zinc biofortification of cereals：Problems and solutions.Trends in Plant Science，2008，13（9）：464—473

［ 7 ］ Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. 3rd ed.London：Elsevier，2012

［ 8 ］ Modaihsh A S. Zinc diffusion and extractability as affected by zinc carrier and soil chemical properties.Fertilizer Research，1990，25（2）：85—91

［ 9 ］ Sinha M K，Prasad B. Effect of chelating agents on the kinetics of diffusion of zinc to a simulated root system and its uptake by wheat. Plant and Soil，1977，48（3）：599—612

［10］ Rattan R K，Deb D L. Self-diffusion of Zn and Fe in soils as affected by pH，CaCO3，moisture，carrier and phosphorus levels. Plant and Soil，1981，63（3）：377—393

［11］ 李昌明，王曉玥，孫波. 不同氣候和土壤條件下秸稈腐解過程中養分的釋放特征及其影響因素. 土壤學報，2017，54（5）：1206—1217 Li C M，Wang X Y，Sun B. Characteristics of nutrient release and its affecting factors during plant residue decomposition under different climate and soil conditions （In Chinese）. Acta Pedologica Sinica，2017，54（5）：1206—1217

［12］ 韓魯佳，閆巧娟，劉向陽，等. 中國農作物秸稈資源及其利用現狀. 農業工程學報，2002，18（3）：87—91 Han L J，Yan Q J，Liu X Y，et al. Straw resources and their utilization in China （In Chinese）.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2002，18（3）：87—91

［13］ 楊佳波，曾希柏. 水溶性有機物在土壤中的化學行為及其對環境的影響. 中國生態農業學報，2007，15（5）：206—211 Yang J B，Zeng X B. Behavior and environmental impact of soil dissolved organic matter （In Chinese）.Chinese Journal of Eco-Agriculture，2007，15（5）：206—211

［14］ 崔娟，田霄鴻，陸欣春，等. 玉米秸稈還田對石灰性土壤Zn形態及其有效性的影響. 應用生態學報，2011，22（12）：3221—3226 Cui J，Tian X H，Lu X C，et al. Effects of returning maize straw into field on the Zn forms and their availability in a calcareous soil （In Chinese）.Chinese Journal of Applied Ecology，2011，22（12）：3221—3226

［15］ 汪金舫，劉月娟，李本銀. 秸稈還田對砂姜黑土理化性質與錳、鋅、銅有效性的影響. 中國生態農業學報，2006，14（3）：49—51 Wang J F，Liu Y J，Li B Y. Effects of returning crop straw into Vertisol on the physical and chemical properties and availability of manganese，zinc，copper （In Chinese）. Chinese Journal of Eco-Agriculture，2006，14（3）：49—51

［16］ 趙勁松，張旭東，袁星，等. 土壤溶解性有機質的特性與環境意義. 應用生態學報，2003，14（1）：126—130 Zhao J S，Zhang X D，Yuan X，et al. Characteristics and environmental significance of soil dissolved organic matter （In Chinese）. Chinese Journal of Applied Ecology，2003，14（1）：126—130

［17］ Christensen J B，Christensen T H. Complexation of Cd，Ni，and Zn by DOC in polluted groundwater：a comparison of approaches using resin exchange，aquifer material sorption，and computer speciation models（WHAM and MIN-TEQA2）. Environmental Science and Technology，1999，33（21）：3857—3863

［18］ 魏孝榮，郝明德，張春霞. 黃土高原地區連續施鋅條件下土壤鋅的形態及有效性. 中國農業科學，2005，38（7）：1386—1393 Wei X R，Hao M D，Zhang C X. Zinc fractions and availability in the soil of the Loess Plateau after longterm continuous application of zinc fertilizer （In Chinese）. Scientia Agricultura Sinica，2005，38（7）：1386—1393

［19］ 鮑士旦. 土壤農化分析. 北京：中國農業出版社，1999 Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis （In Chinese）. Beijing：China Agriculture Press，1999

［20］ 龔偉，顏曉元，王景燕，等. 長期施肥對小麥-玉米作物系統土壤腐殖質組分碳和氮的影響. 植物營養與肥料學報，2009，15（6）：1245—1252 Gong W，Yan X Y，Wang J Y，et al. Effects of longterm fertilization on soil particulate organic carbon and nitrogen in a wheat-maize cropping system （In Chinese）. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2009，15（6）：1245—1252

［21］ Li T，Di Z，Yang X，et al. Effects of dissolved organic matter from the rhizosphere of the hyperaccumulator Sedum alfredii on sorption of zinc and cadmium by different soils. Journal of Hazardous Materials，2011，192（3）：1616—1622

［22］ De Troyer I，Amery F，Moorleghem C V，et al.Tracing the source and fate of dissolved organic matter in soil after incorporation of a13C labeled residue：A batch incubation study. Soil Biology & Biochemistry，2011，43（3）：513—519

［23］ Ma Y B，Uren N C. Effect of aging on the availability of zinc added to a calcareous clay soil. Nutrient Cycling in Agroecosystems，2006，76（1）：11—18

［24］ Baldwin K R，Shelton J E. Availability of heavy metals in compost-amended soil. Bioresource Technology，1999，69（1）：1—14

［25］ Gusiatin Z M，Kulikowska D. Influence of compost maturation time on Cu and Zn mobility （MF） and redistribution （IR） in highly contaminated soil.Environmental Earth Sciences，2015，74（7）：6233—6246

［26］ Pérez-esteban J，Escolástico C，Masaguer A，et al. Effects of sheep and horse manure and pine bark amendments on metal distribution and chemical properties of contaminated mine soils. European Journal of Soil Science，2012，63（5）：733—742

［27］ Shaheen S M，Tsadilas C D，Rinklebe J. A review of the distribution coefficients of trace elements in soils：Influence of sorption system，element characteristics，and soil colloidal properties. Advances in Colloid and Interface Science，2013，202（3）：43—56

［28］ Montalvo D，Degryse F，Silva R C D，et al.Agronomic effectiveness of zinc sources as micronutrient fertilizer. Advance in Agronomy，2016，139：215—267

［29］ Chen Y L，Cui J，Tian X H，et al. Effect of straw amendment on soil Zn availability and ageing of exogenous water-soluble Zn applied to calcareous soil.PLoS One，2017，12（1）：e0169776

［30］ Rengel Z. Availability of Mn，Zn，and Fe in the rhizosphere. Journal of Soil Science and Plant Nutrition，2015，15（2）：397—409

［31］ Liebich J，Vereecken H，Burauel P. Microbial community changes during humification of14C-labelled maize straw in heat-treated and native Orthic Luvisol.European Journal of Soil Science，2006，57（4）：446—455