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，2，袁知洋，2*

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1，戴光忠1，吴冬妹1，杨 军1，孙志国2，3，杨良哲1，2，袁知洋1，2*

(1.湖北省地质科学院研究院，湖北武汉 430000;2.湖北省硒生态环境效应检测中心，湖北武汉 430000;3.湖北科技学院资源环境科学与工程学院，湖北咸宁 437000)

【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。

宣恩县;土壤;微量元素;有机碳;pH

【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。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

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 试验方法

图1 湖北省宣恩县晓关侗族乡1∶50000土壤采样点示意图Fig.1 1∶50 000 soil sampling points on Xiaoguan dong-minority township at Xuanen county in Hubei province

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。

表1 土壤全量微量元素以及土壤有机碳和酸碱度的统计描述Table 1 The descriptive statistics of total soilmicroelement and soil organic carbon&pH

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。

2 结果与分析

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。

2.2 土壤全量微量元素与有机碳的一元线性相关分析

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)。

图2 土壤全量微量元素与有机碳的关系Fig.2 The relationship between available soilmicroelementwith organicmatter

图3 土壤全量微量元素与pH的关系Fig.3 The relationship between soil totalmicroelementwith pH

2.3 土壤全量微量元素与pH的一元线性相关分析

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;

2.4 土壤全量微量元素间的相关性分析

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。

3 讨 论

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。

表2 土壤全量微量元素间和土壤有机碳以及pH相关性分析Table 2 Correlation analysis of total soilmicroelement and soil organic carbon&pH

4 结 论

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。

[1]努尔模达·达拉拜.黄土高原北部风沙区土壤中微量元素的含量变化研究[D].西北农林科技大学，2007.

[2]吴殿龙.辽宁地区古红土微量和稀土元素地球化学特征研究[D].沈阳农业大学，2009.

[3]Zhang X P，DengW，Yang X M.The background concentrations of 13 soil trace elements and their relationships to parentmaterials and vegetation in Xizang(Tibet)，China[J].Journal of Asian Earth Sciences，2002，21(2):167-174.

[4]Kabata-Pendias H A，Mukherjee A B.Trace Elements from Soil to Human[J].Springer Berlin，2007:1-550.

[5]安玉亭.喀斯特山地不同人工林微量元素特征及影响因素研究[D].南京林业大学，2013.

[6]漆良华，张旭东，孙启祥，等.土壤-植被系统及其对土壤健康的影响[J].世界林业研究，2007(3).

[7]董国政，刘德辉，姜月华，等.湖州市土壤微量元素含量与有效性评价[J].土壤通报，2004(4):474-478.

[8]邓邦良，袁知洋，李真真，等.武功山草甸土壤有效态微量元素与有机质和pH的关系[J].西南农业学报，2016，29(3):647-650.

[9]郭明全，胡建新，张宗锦.攀枝花烟区土壤pH分布特点及其与土壤有效养分的关系[J].西南农业学报，2012，25(4):1338-1342.

[10]杨俐苹，金继运，梁鸣早，等.ASI法测定土壤有效P、K、Zn、Cu、Mn与我国常规化学方法的相关性研究[J].土壤通报，2000 (6):277-279.

[11]赵 洁，王 莉，王永刚，等.ASI法速测土壤指标与植物N吸收的相关性研究[J].土壤通报，2012(4):903-909.

[12]李德军，莫江明，方运霆，等.鼎湖山自然保护区不同演替阶段森林土壤中有效微量元素状况研究[J].广西植物，2004(6).

[13]陆继龙，周永昶，周云轩.吉林省黑土某些微量元素环境地球化学特征[J].土壤通报，2002(5).

[14]漆良华，张旭东，彭镇华，等.不同植被恢复模式下中亚热带黄壤坡地土壤微量元素效应[J].应用生态学报，2008(4).

[15]章 程，谢运球，吕 勇，等.广西弄拉峰丛山区土壤有机碳与微量营养元素全量[J].中国岩溶，2006(1).

[16]朱 静，黄 标，孙维侠，等.农田土壤全量微量元素的时空变化及其影响因素研究[J].南京大学学报:自然科学版，2007，43(1):1-12.

[17]周 萍，宋国菡，潘根兴，等.三种南方典型水稻土长期试验下有机碳积累机制研究Ⅱ.团聚体内有机碳的化学结合机制[J].土壤学报，2009(2):263-273.

[18]郭家文，张跃彬，刘少春.滇西南6县蔗区的土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn的分布特征研究[J].土壤通报，2009(1):179-183.

[19]柏方敏，田大伦，方 晰，等.洞庭湖西岸区防护林土壤与植物微量元素含量特征[J].中南林业科技大学学报，2010(9).

[20]董国涛，张爱娟，罗格平，等.三工河流域绿洲土壤微量元素有效含量特征分析[J].土壤，2009(5).

[21]袁知洋，邓邦良，郭晓敏，等.武功山山地草甸土壤全量氮磷钾分布格局及对不同退化程度的响应[J].西北林学院学报，2015，30(3):14-20.

[22]袁知洋，邓邦良，李 志，等.武功山草甸土壤碱解氮含量分布影响因素研究[J].江苏农业科学，2015，43(5):318-320.

[23]袁知洋，邓邦良，陈 煦，等.武功山草甸区植被小群落下土壤活性有机碳和总有机碳的分布及关系[J].西南农业学报，2015，28(5):2166-2171.

[24]袁知洋，邓邦良，张学玲，等.武功山草甸植被小群落土壤活性有机碳与土壤养分的典型相关分析[J].中南林业科技大学学报，2016，36(2):84-90.

[25]陆继龙，周永昶，周云轩.吉林省黑土某些微量元素环境地球化学特征[J].土壤通报，2002(5):365-368.

(责任编辑 李 洁)

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

湖北省国土资源厅湖北省宣恩县土地质量地球化学评价(一期)(JTD20150104);湖北地质局2016科技支撑项目(KJ2016-8)

项剑桥(1968-)，男，湖北麻城人，教授级高级工程师，主要从事地球化学、农业地质及富硒产业研究，Tel: 15827273719，E-mail:974559934@qq.com，*为通讯作者。