項(xiàng)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(jī)碳和pH的關(guān)系分析
——以曉關(guān)侗族鄉(xiāng)為例

項(xiàng)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(zhì)科學(xué)院研究院，湖北武漢 430000;2.湖北省硒生態(tài)環(huán)境效應(yīng)檢測中心，湖北武漢 430000;3.湖北科技學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北咸寧 437000)

【目的】為了揭示湖北省宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)土壤4種主要微量元素鐵、錳、鋅、銅與土壤有機(jī)碳和pH的關(guān)系，研究該地區(qū)土壤有機(jī)碳和pH對(duì)土壤這4種微量元素的影響?！痉椒ā恳院笔《魇┲菪骺h曉關(guān)侗族鄉(xiāng)土壤為研究對(duì)象，每平方公里網(wǎng)格狀對(duì)土壤進(jìn)行采樣，共采樣2127份土樣，實(shí)驗(yàn)分析了每份土壤的4種全量微量元素鐵、錳、鋅、銅，以及有機(jī)碳量和pH，數(shù)據(jù)分析四種土壤微量元素分別和土壤有機(jī)碳、pH的關(guān)系?！窘Y(jié)果】土壤全量微量元素Fe、Mn、Cu的含量和有機(jī)碳顯著(P＜0.01)相關(guān)，且線性回歸均呈負(fù)相關(guān)。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(guān)，且線性回歸均呈正相關(guān)。【結(jié)論】恩施宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)土壤有機(jī)碳的積累導(dǎo)致土壤全量鐵、錳、銅含量有所降低，但對(duì)鋅元素?zé)o顯著影響;土壤酸堿度在分析結(jié)果范圍內(nèi)越大，導(dǎo)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(jī)碳;pH

【研究意義】微量元素是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素[1-2]。微量元素一方面是組成動(dòng)植物體內(nèi)某些酶和蛋白質(zhì)的主要成分，另一方面參與動(dòng)植物代謝和動(dòng)植物體內(nèi)氧化還原過程，對(duì)動(dòng)植物生長發(fā)育甚至人類健康都十分重要[3-4]。在我國南方地區(qū)，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(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要養(yǎng)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(zhì)的關(guān)系對(duì)于提高農(nóng)產(chǎn)品種植質(zhì)量以及促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展顯得十分重要。【前人研究進(jìn)展】漆良華等[6]通過收集大量資料，研究發(fā)現(xiàn)在土壤在某一區(qū)域范圍內(nèi)，相同母質(zhì)上發(fā)育的土壤，其全量微量元素含量與土壤有機(jī)碳含量、pH值等理化性質(zhì)密切相關(guān)，而植被與土壤互為環(huán)境因子，是土壤健康及其變化的重要驅(qū)動(dòng)力。董國政等[7]通過對(duì)湖州地區(qū)水稻土、紅土和潮土的研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)土壤微量元素含量與土壤pH、土壤有機(jī)碳之間的關(guān)系密切。不僅僅在平原地區(qū)，鄧邦良等[8]在對(duì)江西武功山山地草甸的土壤微量元素研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)有效態(tài)微量元素具有吸附作用，土壤有效態(tài)微量元素對(duì)土壤pH變化敏感，郭明全等[9]在對(duì)攀枝花煙區(qū)土壤調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，750個(gè)土壤樣本的pH和土壤微量元素的正或負(fù)相關(guān)關(guān)系十分顯著，因此對(duì)土壤微量元素和土壤pH及有機(jī)碳的關(guān)系研究已經(jīng)深入到農(nóng)業(yè)土壤改良、土壤生態(tài)環(huán)境調(diào)查等領(lǐng)域?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究地點(diǎn)在湖北恩施市宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)，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(tái)地、崗地、小型盆地、平壩、橫狀坡地和山谷、峽等地貌。曉關(guān)鄉(xiāng)調(diào)查區(qū)內(nèi)以中山為主，海撥1200 m以上的山占全鄉(xiāng)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(tài)系統(tǒng)類型，該地區(qū)近年來著力發(fā)展以茶葉種植、高山蔬菜、中草藥種植等富硒農(nóng)業(yè)為產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向，因此對(duì)該地區(qū)土壤微量元素研究是一個(gè)重要切入點(diǎn)，因此本文借助湖北省宣恩縣土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)項(xiàng)目中對(duì)宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)土壤的全面調(diào)查取樣，專門細(xì)化分析恩施宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)鄉(xiāng)土壤pH和有機(jī)碳對(duì)土壤微量元素的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究通過分析該地區(qū)土壤全量微量元素與有機(jī)碳和pH的關(guān)系，探索有機(jī)碳對(duì)全量微量元素含量的影響以及全量微量元素對(duì)pH的響應(yīng)，闡明在恩施宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)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(tài)，為進(jìn)一步指導(dǎo)當(dāng)?shù)夭枞~種植、富硒農(nóng)產(chǎn)品種植等恩施特色農(nóng)業(yè)，以及指導(dǎo)恩施宣恩縣土地利用以及土壤保護(hù)等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

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

1.2 試驗(yàn)方法

圖1 湖北省宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)1∶50000土壤采樣點(diǎn)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(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集 在宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)內(nèi)，進(jìn)行1∶5萬土壤調(diào)查，進(jìn)行全鎮(zhèn)627 km2的全覆蓋區(qū)域調(diào)查，每平方公里設(shè)置3～4個(gè)樣點(diǎn)，一共設(shè)置2127個(gè)取樣點(diǎn)(圖1)，對(duì)每一樣方土壤0～40 cm深度進(jìn)行取樣，共2127份土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后，取出細(xì)根、石粒等雜質(zhì)，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(jī)碳和酸堿度的統(tǒng)計(jì)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)曲線[11]。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)分析采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件，圖像均采用Origin8.1繪制。

2 結(jié)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(zhì)、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(jié)果，全量微量元素含量在一定條件下可以說明土壤微量養(yǎng)分的供應(yīng)水平。表1是117個(gè)樣點(diǎn)的草甸土壤全量微量元素的含量總體統(tǒng)計(jì)特征。

2.2 土壤全量微量元素與有機(jī)碳的一元線性相關(guān)分析

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

圖2 土壤全量微量元素與有機(jī)碳的關(guān)系Fig.2 The relationship between available soilmicroelementwith organicmatter

圖3 土壤全量微量元素與pH的關(guān)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(guān)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(guān)系均達(dá)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(guān)性分析

除土壤有機(jī)碳和土壤全量Zn元素相關(guān)性以及土壤有機(jī)碳和土壤pH的相關(guān)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(guān)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(jī)碳及pH的相關(guān)性均較強(qiáng)。

3 討 論

土壤有機(jī)碳與土壤微量元素之間的相關(guān)性可以反映它們之間相互作用的情況，其相關(guān)性反映了土壤的內(nèi)部特征[12]。土壤有機(jī)碳來自動(dòng)植物的枯落或死亡的生物組織，其生物體內(nèi)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(jī)碳和微量土壤養(yǎng)分元素之間存在良好的關(guān)系[13-16]，且土壤有機(jī)碳含量高，可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的發(fā)育，土壤團(tuán)聚體對(duì)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(jī)碳自身的化學(xué)組成還是其對(duì)土壤理化性質(zhì)的改良，均會(huì)促進(jìn)植物對(duì)土壤中微量元素的積累，但是有機(jī)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(duì)pH變化敏感，其呈現(xiàn)的相關(guān)性，因不同地區(qū)、氣候和成土母質(zhì)不同而呈現(xiàn)不同的規(guī)律[18-25]。研究表明，土壤酸堿度對(duì)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(gè)化學(xué)指標(biāo)[4]，土壤pH的變化會(huì)影響微量元素的化學(xué)形態(tài)，甚至使微量元素從無效態(tài)經(jīng)H+酸化后從而從而轉(zhuǎn)化成離子態(tài)，導(dǎo)致微量元素可以直接被植物根系吸收。因此對(duì)土壤微量元素與pH的相關(guān)性研究可以進(jìn)一步指導(dǎo)恩施地區(qū)土壤全量微量元素的養(yǎng)分調(diào)控。

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

4 結(jié) 論

宣恩曉關(guān)鄉(xiāng)土壤有機(jī)碳對(duì)除了土壤鋅元素以外的鐵、錳、銅元素有顯著影響，土壤pH對(duì)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(jī)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(guān)鄉(xiāng)土壤4種全量微量元素與土壤有機(jī)碳和pH的關(guān)系，通過改變土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤pH值，可以有效影響土壤微量元素的量，同時(shí)研究也為恩施宣恩縣土壤保護(hù)、土地開發(fā)利用、農(nóng)業(yè)種植等提供了理論依據(jù)。

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(責(zé)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(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)(一期)(JTD20150104);湖北地質(zhì)局2016科技支撐項(xiàng)目(KJ2016-8)

項(xiàng)劍橋(1968-)，男，湖北麻城人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事地球化學(xué)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)及富硒產(chǎn)業(yè)研究，Tel: 15827273719，E-mail:974559934@qq.com，*為通訊作者。