喀斯特区不同果园土壤有效态微量元素特征变化

张丽敏，蔡国俊，彭 熙，李安定

(1.贵州省山地资源研究所，贵阳 550001； 2.贵州大学生命科学学院，贵阳 550025)

喀斯特土壤是以石灰岩、白云岩及含有其它杂质的碳酸岩为主要着生基岩，并受基岩深刻影响而发育的富含钙、镁离子的中性到微碱性石灰土的特定土壤，不同土地利用类型是影响土壤质量最普遍、最深刻的因素[1-2]。土壤中的微量元素如Fe、Mn、Zn、Cu、B 等是植物生长发育过程必需的微量元素，直接参与植物生长过程中有机体的代谢。尽管植物对微量元素的需求量很少，但其在植物的生长发育过程中必不可少。土壤中微量元素过多或过少都会影响植物的正常生长，缺少时则会成为限制植物生长，产量减少，品质下降；过多时会使植物中毒[3]。因此，研究土壤中微量元素的含量对植物生长发育具有重要意义。研究发现，土壤有效态微量元素具有“聚表现象”，其含量与土壤本身的矿物类型、母质成因、气候条件等因素有关[4-6]。马群等[7]研究山东省不同土地利用方式下土壤养分发现：有效B为果园>菜地>盐碱地>旱地；有效Fe 为菜地>果园>旱地>盐碱地；有效Mn、Cu 为果园>草地>盐碱地>旱地。孙卫国等[8]发现，鄂尔多斯高原皇甫川流域农田土壤有效态Mn、Cu、Zn 含量显著低于人工草地和林地；有效态Fe 表现为农田土壤>人工草地和林地。池红杏等[9]对洛川不同土地利用方式下的土壤微量元素含量研究发现，果园土壤的微量元素含量显著高于农田土壤。目前对土壤微量元素的研究较多，但真正对喀斯特山区不同果园土壤有效态微量元素的研究较少。因此本研究以FAST(大射电)核心区西番莲(Passion)、猕猴桃(Kiwi)、八月瓜(Holboellia)、冷饭团(Kadsura)4种果园为研究对象，通过野外调查和室内试验，测定各果园土壤中Fe、Mn、Cu、Zn微量元素含量，研究微量元素的变化特征、有效性及丰缺状况，有助于正确判断土壤中微量元素的供给情况，为正确评价当地的土壤肥力状况和合理施用微量元素肥料提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于贵州省平塘县克度镇光明村 “喀斯特千亩高效特色藤本植物产学研基地”，东经106°48'19″，北纬25°43'37″，以喀斯特地貌为主。该区域海拔853 m，气候属中亚热带湿润季风气候，年平均气温17 ℃，年降雨量1 350 mm左右，无霜期312 d。年平均日照时间1 065.7 h。

1.2 土壤样品采集

2018年5月，在西番莲、猕猴桃、八月瓜、冷饭团等4种特色藤本植物园中，按S形取样法，采集0～20 cm、20～40 cm土层土壤，重复3次，去除枯枝落叶、动植物残体和石砾，装入自封袋，带回实验室自然风干，通过2 mm和0.15 mm筛，保存备用。

1.3 土壤有效态微量元素的提取

土壤有效态微量元素含量采用AB-DTPA浸提液提取[10]。

1) AB-DTPA浸提液的制备

在约800 mL水中加入2 mL NH4OH，然后加入1.97 g DTPA(C14H23N3O10-二乙基三胺五乙酸)，当大部分DTPA 溶解后，用NH4OH调节pH至近中性，加入79.09 g NH4HCO3，轻轻搅拌直到溶解，用NH4OH调节pH至7.6，然后加水稀释到1 000 mL。该溶液在14 d内保持稳定。

2) AB-DTPA浸提液的提取

称取10.00 g碱性土壤样品置于150 mL塑料瓶中，加入50 mL DTPA浸提液，在震荡机上浸提15 min后到入100 mL离心管中，在2 500 r·min-1离心5 min，干过滤，滤液中各元素待测。

1.4 数据分析

用Excel 2010软件进行数据统计，采用SPSS 20.0软件进行数据分析和制图。采用单因素方差分析法和最小差异显著法分析4种果园土壤中的有效态微量元素特征变化，p<0.05表示差异性显著，p<0.01表示差异性极显著。

2 结果与分析

2.1 不同果园土壤有效态微量元素含量变化

从图1可知，西番莲、猕猴桃、八月瓜、冷饭团4 种果园土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn含量变化分别为33.02～88.15 mg·kg-1、5.40～15.42 mg·kg-1、0.15～0.69 mg·kg-1、0.28～0.84 mg·kg-1，且0～20 cm土层土壤有效态微量元素显著高于20～40 cm土层。在0～20 cm土层，西番莲地、猕猴桃地土壤有效Fe、Mn、Cu含量显著高于八月瓜地，而4 种果园土壤有效Zn含量没有显著变化；在20～40 cm土层，西番莲地土壤有效Fe、Mn含量显著高于其他3种土地利用类型，八月瓜地土壤有效Cu含量最低，为0.15 mg·kg-1，西番莲地土壤有效Zn含量最低，为0.28 mg·kg-1。

根据土壤有效态微量元素含量及评价标准(图1，表1)，4 种果园中，土壤有效Fe在含量0～40 cm土层均表现出极高水平；土壤有效Mn在0～20 cm土层为中等水平，在20～40 cm土层为低等水平；土壤有效Cu含量在0～40 cm土层表现出中等水平(除八月瓜地20～40 cm土层外)；土壤有效Zn含量在0～40 cm土层均低于临界值，在0～20 cm土层为低等水平，在20～40 cm土层为极低等水平。

注：竖棒表示标准偏差；不同大写字母代表不同土层差异性显著；不同小写字母代表不同果园差异性显著，p=0.05。图1 不同果园土壤有效态微量元素含量变化

表1 土壤有效态微量元素评价标准[15] 单位：mg·kg-1

2.2 不同果园土壤有效态微量元素有效性指数差异

土壤微量元素有效性评价参考土壤重金属污染评价标准与方法[11-12]，即有效性指数为土壤微量元素含量实测值与土壤微量元素含量临界值的比值。在4 种果园中，土壤微量元素有效性指数大小顺序表现为：Fe(7.98)> Cu(2.24)> Mn(1.05)> Zn(0.55)，且 0～20 cm土层土壤有效态微量元素有效性指数均高于20～40 cm土层。在0～20 cm土层，4种果园土壤Fe、Cu、Mn的有效性指数均大于1；在20～40 cm土层，猕猴桃地、八月瓜地和冷饭团地的Mn、八月瓜地的Cu有效性指数小于1；Zn的有效性指数在0～40 cm土层均小于1。

表2 不同果园土壤微量元素有效性指数差异

2.3 不同果园土壤有效态微量元素之间的相关性分析

对土壤有效态微量元素进行相关性分析发现(表3)，土壤有效Fe 与Mn、有效Fe 与Cu、有效Mn 与Cu之间均表现出极显著的相关关系，R2分别为0.68、0.62、0.69；土壤有效Fe 与Zn、有效Mn 与Zn、有效Cu 与Zn之间均表现出显著性相关关系，R2分别为0.42、0.50、0.43。

表3 土壤有效态微量元素之间的相关性分析

3 讨 论

土壤微量元素含量直接反映了土壤对植物养分的供应水平，关系着植株的生长发育状况，任何一种微量元素的缺乏或过量都会影响植物的生长[13-14]，在植物体内有着无法代替的作用，如Fe 是许多氧化还原酶的重要组成部分和合成叶绿素所必须的元素，Zn 与生长素的合成、光合作用以及干物质的积累有关[15]。4 种果园土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn含量变化分别为：33.02～88.15 mg·kg-1、5.40～15.42 mg·kg-1、0.15～0.69 mg·kg-1、0.28～0.84 mg·kg-1，土壤有效Fe 含量最高，达到极高水平，土壤有效Zn 含量最低，处于极低水平；土壤微量元素有效性指数大小顺序表现为：Fe(7.98)> Cu(2.24)> Mn(1.05)> Zn(0.55)，说明土壤有效Fe、Mn、Cu含量大于临界值，能维持植物的正常生长，土壤有效Zn含量低于临界值，表现出亏缺状态，在植物生长过程中应及时补充。

郭东强等[16]对南亚热带地区桉树、马尾松人工林土壤微量元素特征进行研究，同样发现Fe 的含量极为丰富；赵串串等[17]对青海省黄土丘陵区主要林分土壤微量元素丰缺状况进行研究，也得出相同的结论。土壤有效微量元素含量表现出不一致的原因可能是研究区土壤为酸性黄壤，一般酸性土壤中Fe 含量较高，土壤酸化可以使铁活化，故Fe 的有效含量相对较高[18]；同时土壤微量元素有效量由于受到成土母质、地形、地貌、土壤理化性质的影响，以及气候条件不同所引起的土壤、生物和植物中矿物的分解速率不同，导致土壤中微量元素有效量存在差异[9,19]。

本研究中，土壤有效态微量元素含量整体上随土层深度的增加逐渐降低，呈现出比较明显的“聚表现象”。这与王军广等[20]、陈桂芬等[21]的研究结果相一致。首先，土壤微量元素在土壤剖面上的变化与土壤养分含量、植被根系以及土壤中元素的迁移强度有密切关系[22-23]。土壤养分含量和植物根系的分布量均随土层深度的增加逐渐降低，同时施肥促进了微量元素的表层富集，如锰在土壤养分含量高的土壤中能形成稳定的抗沉降的复合物[24-25]。其次，贵州是典型的亚热带季风气候，雨热同季现象明显，其较快的物质循环速度易引起土壤中元素向地表迁移[26]。再次，地表枯落物的分解、养分的释放与归还补充土壤有效态微量元素[27-29]，而且这种释放与归还作用明显作用于土壤表层。在土壤剖面上，微量元素的迁移积累是生物富集上迁和淋溶下移淀积的共同作用，同时也可以反映下层土壤淋溶淀积作用较弱[30]。

4 结 论

4 种土地利用方式下的土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn含量变化分别为：33.02～88.15 mg·kg-1、5.40～15.42 mg·kg-1、0.15～0.69 mg·kg-1、0.28～0.84 mg·kg-1，且0～20 cm土层土壤有效态微量元素显著高于20～40 cm土层；根据土壤有效态微量元素含量及评价标准，土壤有效Fe 含量最高，达到极高水平，土壤有效Zn 含量最低，处于极低水平；土壤微量元素有效性指数大小顺序表现为：Fe(7.98)> Cu(2.24)> Mn(1.05)> Zn(0.55)，说明土壤有效Fe、Mn、Cu含量大于临界值，能维持植物的正常生长，土壤有效Zn含量严重低于临界值，表现出亏缺状态，在植物生长过程中应及时补充。