湖北宣恩县土壤全量微量元素与有机碳和pH的关系分析——以晓关侗族乡

2024年4月1日发(作者：数学经济)

湖北宣恩县土壤全量微量元素与有机碳和pH的关系分析—

—以晓关侗族乡为例

项剑桥;戴光忠;吴冬妹;杨军;孙志国;杨良哲;袁知洋

【摘 要】[目的]为了揭示湖北省宣恩县晓关侗族乡土壤4种主要微量元素铁、锰、

锌、铜与土壤有机碳和pH的关系,研究该地区土壤有机碳和pH对土壤这4种微

量元素的影响.[方法]以湖北省恩施州宣恩县晓关侗族乡土壤为研究对象,每平方公

里网格状对土壤进行采样,共采样2127份土样,实验分析了每份土壤的4种全量微

量元素铁、锰、锌、铜,以及有机碳量和pH,数据分析四种土壤微量元素分别和土

壤有机碳、pH的关系.[结果]土壤全量微量元素Fe、Mn、Cu的含量和有机碳显

著(P＜0.01)相关,且线性回归均呈负相关.土壤全量微量元素Fe、Mn、Zn、Cu的

含量均和pH显著(P＜0.01)相关,且线性回归均呈正相关.[结论]恩施宣恩县晓关侗

族乡土壤有机碳的积累导致土壤全量铁、锰、铜含量有所降低,但对锌元素无显著

影响;土壤酸碱度在分析结果范围内越大,导致土壤全量微量元素铁、锰、锌、铜增

加.%[Objective] In order to reveal the relationship between total amount of

four main soil trace elements,soil organic carbon and pH,in Xiao-guan

Dong minority township Xuanen county Enshi city,the effect of soil organic

carbon and pH on four trace elements in soil was studied.[Method] Using

the soil in this area as the rearch object and taking soil samples in per

square kilometer grid,2127 samples were lected to analyze four kinds of

soil trace elements in total quantity,includes

iron,mangane,zinc,copper,and organic carbon also pH,the relationship

between soil organic carbon and pH in four soil trace elements was

analyzed.[Result]The correlation between soil trace elements Fe,Mn,Cu and

organic carbon significantly (P ＜ 0.01) decread with the increa of

organic correlation between trace elements Fe,Mn,Zn,Cu and

the pH value of the soil were significant (P ＜ 0.01),and incread with the

increa of soil pH.[Conclusion] The accumulation of organic carbon in the

soil organic carbon in the county of enshi xuanen county has led to a

decrea in the amount of iron,mangane and copper in the soil,but has

no significant effect on zinc increa of soil acidity in the

results of the analysis results in an increa in the amount of trace

elements iron,mangane,zinc and copper in the soil.

【期刊名称】《西南农业学报》

【年(卷),期】2017(030)008

【总页数】5页(P1849-1853)

【关键词】宣恩县;土壤;微量元素;有机碳;pH

【作 者】项剑桥;戴光忠;吴冬妹;杨军;孙志国;杨良哲;袁知洋

【作者单位】湖北省地质科学院研究院,湖北武汉430000;湖北省地质科学院研究

院,湖北武汉430000;湖北省地质科学院研究院,湖北武汉430000;湖北省地质科学

院研究院,湖北武汉430000;湖北省硒生态环境效应检测中心,湖北武汉430000;湖

北科技学院资源环境科学与工程学院,湖北咸宁437000;湖北省地质科学院研究院,

湖北武汉430000;湖北省硒生态环境效应检测中心,湖北武汉430000;湖北省地质

科学院研究院,湖北武汉430000;湖北省硒生态环境效应检测中心,湖北武汉

430000

【正文语种】中 文

【中图分类】S153.6

【研究意义】微量元素是植物生长发育必需的营养元素[1-2]。微量元素一方面是

组成动植物体内某些酶和蛋白质的主要成分，另一方面参与动植物代谢和动植物体

内氧化还原过程，对动植物生长发育甚至人类健康都十分重要[3-4]。在我国南方

地区，由于淋溶作用较为剧烈，土壤部分微量元素短缺，是南方生态系统生产力的

重要养分限制因子[5]。因此研究土壤的微量元素与土壤的理化性质的关系对于提

高农产品种植质量以及促进农业发展显得十分重要。【前人研究进展】漆良华等[6]

通过收集大量资料，研究发现在土壤在某一区域范围内，相同母质上发育的土壤，

其全量微量元素含量与土壤有机碳含量、pH值等理化性质密切相关，而植被与土

壤互为环境因子，是土壤健康及其变化的重要驱动力。董国政等[7]通过对湖州地

区水稻土、红土和潮土的研究实验发现土壤微量元素含量与土壤pH、土壤有机碳

之间的关系密切。不仅仅在平原地区，邓邦良等[8]在对江西武功山山地草甸的土

壤微量元素研究时，发现土壤有机质对有效态微量元素具有吸附作用，土壤有效态

微量元素对土壤pH变化敏感，郭明全等[9]在对攀枝花烟区土壤调查研究发现，

750个土壤样本的pH和土壤微量元素的正或负相关关系十分显著，因此对土壤微

量元素和土壤pH及有机碳的关系研究已经深入到农业土壤改良、土壤生态环境调

查等领域。【本研究切入点】本研究地点在湖北恩施市宣恩县晓关侗族乡，宣恩县

属云贵高原延伸部分，地处武陵山和齐跃山的交接部位，县境东南部、中部和西北

边缘，横亘着来凤向斜、大溪沟向斜、龙滩溪断层、小溪沟断层等东北至西南走向

的大山岭，形成台地、岗地、小型盆地、平坝、横状坡地和山谷、峡等地貌。晓关

乡调查区内以中山为主，海拨1200 m以上的山占全乡总面积的27%，800～

1200 m的山占41%，800 m以下的山占27 %，作为典型的鄂西生态系统类型，

该地区近年来着力发展以茶叶种植、高山蔬菜、中草药种植等富硒农业为产业导向，

因此对该地区土壤微量元素研究是一个重要切入点，因此本文借助湖北省宣恩县土

地质量地球化学评价项目中对宣恩县晓关侗族乡土壤的全面调查取样，专门细化分

析恩施宣恩县晓关侗族乡乡土壤pH和有机碳对土壤微量元素的影响。【拟解决的

关键问题】本研究通过分析该地区土壤全量微量元素与有机碳和pH的关系，探索

有机碳对全量微量元素含量的影响以及全量微量元素对pH的响应，阐明在恩施宣

恩县晓关侗族乡该如何提高土壤微量元素的利用率，改善土壤微量元素的赋存状态，

为进一步指导当地茶叶种植、富硒农产品种植等恩施特色农业，以及指导恩施宣恩

县土地利用以及土壤保护等提供理论依据。

宣恩县位于湖北省恩施州中南部，地跨东经109。11′～109。55′，北纬29。

33′～30。12′，国土总面积为2740 km2，晓关乡位于宣恩县西南部，总面积627

km2。土壤多为二叠纪的石灰岩和泥灰岩等发育而来，由于枯枝落叶丰富以及温

度较低等因素，有机物腐烂分解缓慢，土层较浅，色泽多棕黄或者灰黄。

1.2.1 试验设计与样品采集 在宣恩县晓关侗族乡内，进行1∶5万土壤调查，进行

全镇627 km2的全覆盖区域调查，每平方公里设置3～4个样点，一共设置2127

个取样点(图1)，对每一样方土壤0～40 cm深度进行取样，共2127份土样，带

回实验室风干后，取出细根、石粒等杂质，碾磨后过0.1 mm孔径塞制成待测土

壤样品。

1.2.2 测定方法 全量微量元素铜、铁、锰、锌采用原子荧光光谱法[10]。pH采用

水土比1∶2.5的电位法测定。碱溶有机碳(ASI-OM)采用0.2 mol L NaOH-0.01

mol·L-1EDTA-2%甲醇浸提剂浸提，420 nm测定，用腐植酸做标准曲线[11]。数

据统计和相关分析采用SPSS17.0统计软件，图像均采用Origin8.1绘制。

土壤微量元素的全量含量分布是母质、地形、地貌、气候以及耕作施肥水平等各种

因素综合作用的结果，全量微量元素含量在一定条件下可以说明土壤微量养分的供

应水平。表1是117个样点的草甸土壤全量微量元素的含量总体统计特征。

如图2所示，土壤全量微量元素Fe、Mn与有机碳线性拟合关系极显著(P＜0.01)，

且均为负相关;土壤全量微量元素Cu与有机碳关系性拟合关系达到显著(P＜0.05)，

为正相关;土壤全量微量元素Zn与有机碳关系不显著(P＞0.05)。

如图3所示，土壤全量微量元素Fe、Mu、Zn、Cu与pH线性拟合关系均达到极

显著水平(P＜0.01)，并且都有随着pH增加而增加的趋势;

除土壤有机碳和土壤全量Zn元素相关性以及土壤有机碳和土壤pH的相关性较弱

(表2)，土壤全量微量元素Fe、Cu、Mn、Zn间存在一定的相关性，且每种全量

微量元素与其他3种有效微量元素和土壤有机碳及pH的相关性均较强。

土壤有机碳与土壤微量元素之间的相关性可以反映它们之间相互作用的情况，其相

关性反映了土壤的内部特征[12]。土壤有机碳来自动植物的枯落或死亡的生物组织，

其生物体内赋存的微量元素大部分来自土壤中的矿物，因此理论上有机碳和微量土

壤养分元素之间存在良好的关系[13-16]，且土壤有机碳含量高，可以促进土壤团

聚体的发育，土壤团聚体对土壤矿物中的微量元素具有较好的吸附性[17]。因此无

论是有机碳自身的化学组成还是其对土壤理化性质的改良，均会促进植物对土壤中

微量元素的积累，但是有机碳的增多一定程度降低了土壤微量元素的密度。

全量微量元素对pH变化敏感，其呈现的相关性，因不同地区、气候和成土母质不

同而呈现不同的规律[18-25]。研究表明，土壤酸碱度对土壤微量元素的有效性影

响很显著，土壤酸碱度是土壤溶液中的带电荷离子综合作用下形成的H+浓度而表

征出的一个化学指标[4]，土壤pH的变化会影响微量元素的化学形态，甚至使微

量元素从无效态经H+酸化后从而从而转化成离子态，导致微量元素可以直接被植

物根系吸收。因此对土壤微量元素与pH的相关性研究可以进一步指导恩施地区土

壤全量微量元素的养分调控。

宣恩晓关乡土壤有机碳对除了土壤锌元素以外的铁、锰、铜元素有显著影响，土壤

pH对土壤铁、锰、锌、铜均影响显著。土壤全量微量元素Fe、Mn、Cu的含量，

随有机碳的增加而有降低趋势。随着土壤pH的增大，土壤全量微量元素Fe、Mn、

Zn、Cu的含量有增加趋势。研究揭示了湖北省宣恩县晓关乡土壤4种全量微量元

素与土壤有机碳和pH的关系，通过改变土壤有机质含量和土壤pH值，可以有效

影响土壤微量元素的量，同时研究也为恩施宣恩县土壤保护、土地开发利用、农业

种植等提供了理论依据。

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