湖南农业大学学报(自然科学版)2019, 45(4):391–397. DOI:10.13331/jki.jhau.2019.04.010
Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences)
投稿网址：xb.ijournal
长株潭地区5种母质发育水稻土锌和铜
及镍元素剖面分布特征
卜思怡，王翠红*，周伟军，杨蕾静，石敏，盛浩，施强
(湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙 410128)
摘要：以长株潭地区5种母质发育的水稻土，即河沙泥、红黄泥、黄泥田、麻沙泥和紫泥田为研究对象，按土壤系统分类原则挖掘典型剖面24个及剖面土样137个，分析测定了土壤全量和有效态铜、锌、镍含量以及土壤pH值、颗粒分级组成、有机质、游离氧化铁含量，研究水稻土铜、锌、镍元素的剖面分布特征以及与土壤理化性质之间的关系。结果表明：剖面各层土壤全铜、全锌含量平均值随剖面加深逐渐降低，耕作层、犁底层、底土层全铜含量分别为26.82、21.54、18.54 mg/kg，全锌含量分别为75.84、66.00、63.19 mg/kg，全镍含量分别为18.40、
ambitious
sharon osbourne17.50、18.23 mg/kg；土壤铜、锌、镍有效态含量平均值随剖面加深均逐渐降低，耕作层、犁底层、底土层有效铜
含量分别为4.04、2.99、1.29 mg/kg，有效锌含量分别为4.77、2.76、1.14 mg/kg，有效镍含量分别为0.54、0.44、
0.23 mg/kg；黄泥田的全量和有效态铜、锌、镍含量均较高，麻沙泥的较低；土壤有机质含量是决定土壤有效态
铜、锌、镍含量的主要因子，土壤游离氧化铁含量是决定土壤全铜、全镍含量的主要因子，全锌含量与土壤pH 值、颗粒分级组成、有机质、游离氧化铁含量均无显著相关性。总体上，长株潭地区水稻土0~25 cm土体以及部分剖面土壤全层有效态铜和锌含量高于临界值(铜1.5 mg/kg、锌0.5 mg/kg)，呈盈余状态，可满足浅根或中根作物对铜、锌的需求。
关 键词：水稻土；河沙泥；红黄泥；黄泥田；麻沙泥；紫泥田；铜；锌；镍；剖面分布；长株潭地区狗屎的英文
中图分类号：S153.6+1文献标志码：A文章编号：1007−1032(2019)04−0391−07
Profile distribution characteristics of zinc, copper and nickel in paddy soils from five parent materials in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan area
BU Siyi，WANG Cuihong*，ZHOU Weijun，YANG Leijing，SHI Min，SHENG Hao，SHI Qiang (College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China)
Abstract: Bad on the soil classification, 24 typical ctions and 137 soil samples were excavated from the paddy soils in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan area of Hunan typical parent material distribution area, namely, alluvial sandy soil, reddish yellow clayey soil, yellow clayey soil, granitic sandy soil and purple clayey soil. The physical and chemical properties of soil Cu, Zn, Ni, pH, particle classification composition, organic matter and free iron oxide were detected and analyzed, with a focus on the contents and distribution characteristics of Cu, Zn and Ni in paddy soil and their relationship. The results showed the average contents of total copper and zinc in each layer of the ction decread with the depth of the ction. The total copper contents of the soil were 26.82, 21.54, 18.54 mg/kg, the total zinc contents were
75.84, 66.00, 63.19 mg/kg, and the total nickel contents were 18.40, 17.50, 18.23 mg/kg, respectively.The average
contents of effective elements in soil decread quentially over the depth of the profile. The avera
ge contents of cultivated layer, the bottom layer and bottom soil layer were 4.04, 2.99, 1.29 mg/kg of effective copper, 4.77, 2.76, 1.14 mg/kg of effective nickel, 0.54, 0.44, 0.23 mg/kg of effective nickel. The content of soil elements was higher in yellow clayey soil and lower in granitic sandy soil.The content of soil organic matter was the main soil factor to determine the available contents of Cu, Zn, Ni in soil. The content of free iron oxide in soil was the main soil factor that determined the
收稿日期：2019–01–05修回日期：2019–03–22
基金项目：农业部与财政部科研专项(NBCH2016–6)
作者简介：卜思怡(1995—)，女，新疆乌鲁木齐人，硕士研究生，主要从事土壤环境化学研究，；*通信作者，王翠红，硕士，教授，主要从事土壤环境化学与土壤污染治理研究，
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contents of total Cu and total Ni in soil. There was no significant correlation between total Zn content and soil pH value, particle composition, organic matter and free iron oxide content.In overview, the Cu and Zn contents of paddy soil at 0-25 cm and the ctions of paddy soil in Changsha-Zhuzhou-Xi
angtan area were higher than the critical values(Cu 1.5 mg/kg, Zn 0.5 mg/kg), which could meet the demand of shallow or middle root crops for copper and zinc.
Keywords: paddy soil; alluvial sandy soil; reddish yellow clayey soil; yellow clayey soil; granitic sandy soil; purple clayey soil; copper; zinc; nickel; profile distribution; Changsha-Zhuzhou-Xiangtan area
作物吸收的锌、铜主要来自土壤，而土壤中的锌、铜含量及其有效性与施肥、土壤母质、质地、pH值、有机质及游离氧化铁等因素有关[1–5]。长株潭地区地理位置和资源优势突出，历来是湖南省工业以及水稻生产的重要基地，但耕地和大米镉等重金属污染问题突出[6–7]，2014—2016年成为国家开展重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试验区[8]，一些改良修复效果不佳的镉污染农田已不宜种植水稻，需作种植结构调整。长株潭境内土壤母质丰富，类型复杂[9]，水稻土面积较大，几乎涵盖了湖南省多数成土母质和土壤类型；因此，本研究中，以“湖南省土系调查与土系志编制”项目组所取得的长株潭地区5种类型母质(共计24个水稻土剖面)土样为依托，通过分析测定土壤全量和有效态锌、铜、镍含量以及土壤pH值、颗粒分级组成、有机质、游离氧化铁含量等，研究土壤锌、铜、镍元素的剖面分布特征及其与土壤理化性质之间的关系，旨在为完善南方不同母质剖面土壤微量元素基础数据库及开展作物结构调整和合理布局等提供依据。
1材料与方法
1.1剖面土样采集
以长株潭地区5种母质发育的潴育型水稻土(花岗岩风化物发育的麻沙泥、板页岩风化物发育的黄泥田、第四纪红色黏土发育的红黄泥、紫色砂页岩风化物发育的紫(沙)泥田以及河流冲积物发育的河沙泥)为研究对象。于2015年11月至2016年3月双季稻田冬闲期采集剖面土样。剖面挖掘点选择灌排水条件好、地下水埋藏深度大于1 m、植稻60年以上的典型水稻土。挖掘深度至母质层(0~140 cm)，按照土壤系统分类方法划分剖面土层，剖面各层次土样自下而上先用环刀采集测容重土样，再均匀采集1.5~2.0 kg装于布袋。各类型水稻土剖面采集3~6个，总计剖面数为24个，剖面土层划分4~7层，耕作层、犁底层、水耕氧化还原层和母质层共计137个。土样采集时记录剖面点的GPS数据及相关土壤性状指标。土样采回后于室内自然风干，除去砂砾及动植物残体，充分混匀后采用四分法留取1 kg，磨碎过孔径2 mm和0.149 mm筛，用于分析测定土壤全量和有效态锌、铜、镍、有机质、游离氧化铁含量以及土壤pH值和各级颗粒(2~0.05 mm、<0.05~0.002 mm、<0.002 mm)组成。
1.2测定项目与方法
采用HNO3–HCl–HClO4–HF消化，ICP法(GB/T 17141—1997)测定土壤全量锌、铜、镍；采用DTPA 提取，ICP法(GB/T 23739—2009)测定土壤有效态锌、铜、镍含量。
参照文献[10]，采用水(V，mL)土(W，g)比2.5∶1浸提电位法测定土壤pH值；硫酸重铬酸钾外加热–容
量法测定土壤有机质含量；柠檬酸钠–连二亚硫酸钠–重碳酸钠(DCB)浸提–邻啡罗啉比色法测定土壤游离氧化铁含量；吸管法测定土壤颗粒组成；环刀法测定土壤容重。
1.3数据处理与统计方法
为方便比较及探讨不同农作物根系吸收养分的需求，综合考虑各发生层土壤理化性质的差异性，将系统分类方法划分的多个土壤层次归结为0~15 cm(均值)耕作层、>15~25 cm犁底层及>25 cm底土层3层，其中耕作层和犁底层保持不变，即分别对应原剖面土层的Ap1和Ap2，将Ap2之下的所有土层(包括水耕氧化还原层和母质层)归结为底土层，将底土层包含的各层土壤的容重、厚度以及锌、铜、镍质量百分比相乘，再加权统计，求得底土层的各项数据。
第45卷第4期 卜思怡等 长株潭地区5种母质发育水稻土锌和铜及镍元素剖面分布特征 393
采用Excel 2007、DPS进行数据处理和统计分析。2结果与分析guarded
2.1供试水稻土铜和锌及镍的剖面分布
2.1.1 铜的剖面分布英语四六级成绩查询
从表1可知，5种母质水稻土全铜含量变幅为9.87~40.68 mg/kg，耕作层、犁底层、底土层的土壤全铜ubc
含量平均值依次降低，分别为26.82、21.54、18.54 mg/kg；有效铜含量变幅为0.78~5.71 mg/kg，耕作层、犁底层、底土层土壤有效铜含量平均值依次降低，分别为4.04、2.99、1.29 mg/kg。紫泥田、麻沙泥和红黄泥全铜含量随剖面深度增加总体上递减；黄泥田和河沙泥全铜含量在剖面各层分布较为均匀，黄泥田、河沙泥的全铜含量平均值分别为26.47、19.16 mg/kg。随剖面加深，水稻有效铜含量递减；除红黄泥、紫泥田、黄泥田的底土层有效铜含量稍偏低外，其他层次有效铜含量为 1.56~5.71 mg/kg，黄泥田、河沙泥、紫泥田、红黄泥、麻沙泥犁底层之上的有效铜含量平均值依次降低，分别为4.82、4.38、3.11、2.90、2.36 mg/kg。
表15种母质水稻土剖面的土壤铜含量
Table 1Soil copper contents of five parent materials paddy soil profiles mg/kg
全铜含量有效铜含量
水稻土剖面层次
变幅均值±标准差变幅均值±标准差
沪江音乐红黄泥耕作层14.33~131.42 40.68±41.34 1.54~4.50 3.02±1.11 犁底层15.52~23.68 19.33±2.99 1.74~3.97 2.78±0.86
底土层16.77~28.53 21.55±4.30 0.25~1.28 0.78±0.38 紫泥田耕作层17.06~40.35 30.34±9.20 2.61~5.10 3.57±0.96 犁底层14.06~32.34 24.93±7.16 1.52~5.04 2.64±1.43
底土层12.65~23.22 15.92±4.25 0.36~2.23 1.03±0.75 黄泥田耕作层20.00~32.21 25.16±4.72 3.41~8.53 5.71±1.73 犁底层14.86~42.96 28.68±10.00 2.39~7.13 3.92±1.89
底土层20.04~39.08 25.58±6.68 0.28~1.66 1.04±0.48 麻沙泥耕作层15.02~31.65 19.07±6.34 1.82~4.41 2.88±1.19 犁底层 6.51~26.79 15.95±7.21 1.42~2.55 1.84±0.45
底土层 3.36~15.98 9.87±4.01 1.08~2.03 1.56±0.37 河沙泥耕作层16.08~22.07 18.85±2.47 3.51~7.12 5.00±1.54 犁底层15.48~22.17 18.83±3.35 3.17~4.32 3.75±0.58
底土层17.10~24.63 19.80±3.42 1.49~2.92 2.02±0.64
2.1.2 锌的剖面分布
从表2可知，5种母质水稻土全锌含量变幅为40.46~95.88 mg/kg，耕作层、犁底层、底土层的土壤全锌含量平均值依次降低，分别为75.84、66.00、63.19 mg/kg；有效锌含量变幅为0.79~6.98 mg/kg，耕作层、犁底层、底土层土壤有效锌含量平均值依次降低，分别为4.77、2.76、1.14 mg/kg。随剖面加深，紫泥田和麻沙泥的全锌含量逐渐减少，以底土层的全锌含量最低；红黄泥和河沙泥以犁底层的
高三英语课文全锌含量最低；黄泥田全锌含量呈“∩”型变化，即犁底层全锌含量异常高，达到95.88 mg/kg，耕作层和底土层全锌含量差异不大，全锌含量平均为75.30 mg/kg。除黄泥田犁底层有效锌含量略高于耕作层的和河沙泥底土层的略高于犁底层的外，其他水稻土有效锌含量均随剖面加深呈减少趋势。紫泥田底土层有效锌含量稍低，为0.79 mg/kg，其他层次有效锌含量为0.85~6.98 mg/kg。
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表25种母质水稻土剖面的土壤锌含量
Table 2Soil zinc contents of five parent materials paddy soil profiles mg/kg
全锌含量有效锌含量水稻土剖面层次
变幅均值±标准差变幅均值±标准差红黄泥耕作层35.33~102.75 65.65±24.31 1.60~23.03 6.33±7.61 犁底层40.69~77.60 55.31±13.70 1.09~3.13 1.85±0.79
底土层40.48~80.05 65.26±12.84 0.62~1.10 0.85±0.16 紫泥田耕作层57.60~79.99 69.93±8.64 1.46~8.39 4.34±2.52 犁底层34.19~85.89 59.78±18.53 0.62~2.77 1.77±0.80
底土层36.97~47.89 40.46±4.22 0.51~1.02 0.79±0.23 黄泥田耕作层48.69~107.60 76.77±23.84 2.45~19.47 6.26±5.96 犁底层34.06~137.25 95.88±50.01 0.85~22.42 6.98±8.95
底土层58.11~101.45 73.82±14.22 0.55~1.35 0.92±0.30 麻沙泥耕作层23.77~100.27 73.52±26.61 2.83~6.01 4.14±1.12 犁底层40.71~80.14 63.81±14.51 0.72~3.60 1.94±1.06
底土层13.76~109.96 57.66±31.05 0.82~2.32 1.53±0.63 河沙泥耕作层60.67~157.69 93.33±45.51 1.79~3.38 2.77±0.70 犁底层48.68~61.78 55.23±6.55 1.01~1.54 1.28±0.27
底土层51.48~112.23 78.75±25.19 0.83~2.57 1.63±0.72
2.1.3 镍的剖面分布
从表3可知，5种母质水稻土全镍含量变幅为8.37~24.97 mg/kg，剖面各层土壤全镍含量平均值变化较小，耕作层、犁底层、底土层的土壤全镍含量值平均分别为18.40、17.50、18.23 mg/kg；有效镍含量变幅为0.10~0.67 mg/kg，耕作层、犁底层、底土层土壤有效镍含量平均值依次降低，分别为0.54、0.44、0.23 mg/kg。随剖面加深，紫泥田和麻沙泥的全镍含量递减；红黄泥和河沙泥的全镍含量先减后增；黄泥田的全镍含量递增，底土层的含量最高，达24.37 mg/kg。随剖面加深，有效镍含量递减；耕作层和犁底层的有效镍含量较高，黄泥田、河沙泥、紫泥田、红黄泥、麻沙泥犁底层之上的有效镍含量平均值依次降低，分别为0.67、0.57、0.49、0.42、0.31 mg/kg；除黄泥田外，其余母质底土层有效镍含量均偏低。
表35种母质水稻土剖面的土壤镍含量
Table 3Soil nickel contents of five parent materials paddy soil profiles mg/kg
全镍含量有效镍含量
水稻土剖面层次
变幅均值±标准差变幅均值±标准差
红黄泥耕作层13.35~32.67 21.56±6.96 0.18~0.72 0.45±0.17 犁底层17.03~25.70 19.51±3.61 0.31~0.53 0.39±0.08
底土层17.66~30.51 24.97±4.54 0.03~0.24 0.16±0.07 紫泥田耕作层14.23~22.62 19.58±3.19 0.39~0.70 0.59±0.20 犁底层12.41~23.81 18.59±4.07 0.26~0.66 0.38±0.16
底土层13.50~14.40 13.94±0.39 0.02~0.15 0.10±0.05 黄泥田耕作层14.77~26.82 19.33±3.10 0.31~1.12 0.67±0.27 犁底层13.00~27.84 22.76±5.85 0.42~0.97 0.66±0.20
底土层19.41~33.13 24.37±4.71 0.33~0.69 0.45±0.12 麻沙泥耕作层 5.85~16.3 10.31±3.50 0.18~0.56 0.37±0.16 犁底层 4.17~16.93 9.96±4.59 0.13~0.36 0.24±0.10
底土层 6.49~10.67 8.37±1.41 0.05~0.25 0.16±0.08 河沙泥耕作层14.72~29.51 21.2±6.18 0.39~0.91 0.62±0.22 犁底层12.68~20.63 16.66±3.98 0.31~0.72 0.52±0.21
底土层15.85~24.40 19.48±3.61 0.21~0.33 0.26±0.05
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2.2供试土壤铜和锌及镍含量与土壤理化性质间
的相关关系
土壤铜、锌、镍含量与对应土壤理化性质间的多元回归分析结果(表4)显示，除全锌外，其余全量和有效态各元素含量与土壤理化指标间呈现不同程度相关。除土壤有效锌与pH值呈极显著负相关外，其他均呈极显著正相关。对比分析土壤各因子的影响发现，有机质含量是决定土壤铜、锌、镍有效态含量的主要因子，游离氧化铁含量是决定土壤铜、镍含量的主要因子。
表4供试土壤铜和锌及镍含量与土壤理化指标间的回归关系
Table 4Regression relationship between soil copper, zinc and nickel contents and physical and chemical indicators
元素含量回归方程相关系数F值
全铜Y=4.650 2+0.361 1X2+0.366 2X3 0.373
1
10.84** 全镍Y=4.025 4+0.210 8X3+0.079 9X5+0.240 6X6 0.455
11.58**服诺留学
有效铜Y= –0.198 0+0.092 5X2+0.018 0X50.817 4 134.88**
有效锌Y=2.872 0–0.444 5X1+0.110 5X2 0.503
4
22.74** 有效镍Y= –0.080 1+0.011 4X2+0.002 7X3+0.002 8X50.732 0 51.17**
X1、X2、X3、X5、X6分别为土壤pH、有机质、游离氧化铁、粉粒、黏粒含量；“**”示差异达极显著水平(P<0.01)。
由各母质水稻土剖面土层理化性质(表5)可知，土壤有机质含量随着剖面的加深而逐渐减少，这与土壤有效态铜、锌、镍含量变化趋势相符。不同母质水稻土铜、锌、镍含量与理化性质相关性分析(表6)表明，各母质土壤有效态铜、锌、镍含量与有机质含量呈显著或极显著正相关，其中以黄泥田的相关系数较大，麻沙泥的较小；除红黄泥外，其余4种母质土壤全铜、全镍含量均与游离氧化铁含量呈显著或极显著正相关，其中以黄泥田的相关系数较大，麻沙泥的较小。可见，土壤有机质、游离氧化铁含量是决定土壤铜、锌、镍含量的主要土壤因子。
表55种母质水稻土剖面土壤的理化性质
Table 5Physical and chemical properties of five parent materials paddy soil profiles g/kg 水稻土剖面层次 pH值有机质含量游离氧化铁含量砂粒含量粉粒含量黏粒含量红黄泥耕作层 5.31 39.01 23.98 328.5 384.7 288.5 犁底层 5.51 25.93 27.20 308.3 411.8 280.0
底土层 6.28
7.26 34.39 401.0 310.8 289.9
紫泥田耕作层 5.51 35.60 21.58 426.7 337.4 233.4 犁底层 5.82 22.77 25.54 360.5 406.2 235.8
底土层 6.71
7.70 27.60 523.9 269.2 205.7
黄泥田耕作层 5.26 39.02 20.00 271.7 495.0 231.7 犁底层 4.46 23.28 27.96 307.5 487.5 207.5
skape底土层 5.38
6.80 36.29 351.2 333.7 190.9
麻沙泥耕作层 5.12 36.87
9.10 502.0 332.0 166.0
犁底层 5.43 22.18 10.00 615.0 262.5 122.5
底土层 5.62 12.39 12.27 623.0 228.6 137.4 河沙泥耕作层 5.95 40.64 23.23 202.3 531.9 269.1 犁底层 6.27 32.43 26.60 176.2 541.2 282.7
底土层 6.85 13.30 29.66 318.7 386.1 296.5 表65种母质水稻土铜和锌及镍含量与土壤理化性质的相关系数
Table 6Correlation coefficient between Cu, Zn, Ni content and physical and chemical properties of fiv
e parent materials paddy soils
相关系数
水稻土元素含量
pH 有机质含量游离氧化铁含量砂粒含量粉粒含量黏粒含量红黄泥全铜–0.043 0.279 0.024 –0.225
0.275
–0.270 有效铜–0.516** 0.826** –0.624** –0.203 0.243 –0.195
全锌–0.029 –0.003 –0.060 –0.233 0.338* –0.502**
有效锌–0.198 0.480** –0.205 –0.215
0.237
–0.138 全镍0.307 –0.310 0.140 –0.035 0.066 –0.154
有效镍–0.324* 0.785** –0.332* –0.307 0.312
–0.080
