浙江省滨海平原土壤中微量元素随利用时间的演变研究

张 剑，章明奎，谢国雄

（1温州市植物保护与土壤肥料管理站，浙江 温州 325600；2浙江大学环境与资源学院，杭州 310058；3杭州市农业技术推广中心，杭州 310020）

0 引言

植物生长必需的微量元素主要包括铜、锌、铁、锰、钼和硼等元素。虽然植物对其的吸收量很少，但它在植物生长发育和品质构成中起着重要的作用[1-4]。一般来说，土壤中的微量元素主要来源于成土母质，但其他成土因素（包括人为对土壤的利用方式和管理方式）都可对其产生影响[5-9]。因此，在土壤形成过程和土地利用过程中，土壤中的微量元素可随时间发生变化。土壤中的大部分微量元素并不能被植物吸收利用，只有小部分活性较高的微量元素（常称为有效态微量元素）才能被植物利用。影响土壤中的微量元素含量除其全量外，还包括土壤酸碱度（影响元素的溶解性）、氧化还原条件（改变元素存在的化学形态）、质地和有机质（影响元素的吸附固定）等[10-12]，这些因素既与土壤形成过程有关，也受农业活动的影响[13-15]。中国自20世纪60年代以来，对不同类型土壤微量元素含量及有效态微量元素的影响因素作了较为广泛的研究[16-20]，初步明确了土壤微量元素的区域分异规律[18,21-23]，研究成果在指导微量元素肥料的推广应用中起着重要的作用[24-26]。许多研究表明，长期施用有机肥可提高土壤微量元素水平，避免作物产生微量元素缺乏症[27-29]；相反，若长期施用化肥可导致某些微量元素的缺乏[29-31]，例如土壤缺硼导致油菜、桔子“花而不实”。

中国东部分布着由浅海沉积物形成的土壤，这些土壤是不同时代围垦形成的，由于成土时间相对较短，这些土壤随围垦时间的变化较为明显[32-34]，其中脱钙、脱盐和有机质积累是这一地区土壤的主要形成过程，其结果是土壤酸度增加、有机质积累和肥力提高[35-37]。为了了解这些变化对土壤微量元素的影响，本研究以浙东滨海平原为例，采样探讨了滨海平原土壤中微量元素随利用时间的演变规律。

1 材料与方法

根据浙江省滨海平原沉积物北砂南粘的分布特点[38]，研究于2018年分别在浙北杭州湾（包括萧山、绍兴、上虞、慈溪）和浙南（平阳、瑞安、温岭）采集了不同时间围垦的滨海平原土壤。采集的土壤样品分2类，一类为耕作层样品，浙北和浙南的围垦时间段数分别为8和6个，采样深度为0～15 cm，每一围垦时间段采样数分别为4～5个；另一类为剖面分层土样，浙北和浙南的剖面数分别各为3个，分层深度分别为0～15、15～30、30～45、45～60、60～90 cm。根据海涂围垦时间，浙北样区采集样品的土壤形成时间分别为0、15、35、40、55、80、100、200年，浙南样区采集样品的土壤形成时间分别为0、10、30、50、120、550年。研究区围垦时间30年之内的土地利用方式主要为旱作，时间较长的主要种植水稻。土壤经室温风干后，过2 mm土筛，部分样品进一步研磨过0.125 mm土筛，用于分析。

土壤基本性状和微量元素全量按常规分析方法测定[39]。土壤有效铜、锌、铁、锰用DTPA提取-原子吸收法测定[40]；有效钼用草酸-草酸铵提取-极谱法测定；土壤有效硼采用沸水提取，姜黄素比色法测定[40]。

2 结果与分析

2.1 表土pH和有机质随围垦时间的变化

表1结果表明，随着围垦时间的增加，浙北和浙南二地的土壤pH均呈现下降趋势，土壤的pH由初期的微碱性逐渐转变为中性；与此同时，土壤有机质呈现明显的积累，在浙北区至围垦200年时土壤有机质含量约为初期的3.4倍；在浙南区至围垦时间为550年时土壤有机质含量约为初期的3.2倍。

表1 土壤中微量元素全量的变化

2.2 围垦时间对表层土壤微量元素全量的影响

表1可知，随着围垦时间的增加土壤中微量元素全量发生了明显的变化，但变化方式因微量元素种类不同有所差别。对于土壤中Cu和Zn而言，在围垦时间55年内，其含量变化不大；但当围垦时间超过100年后，它们呈现增加的趋势；在浙北区至围垦时间200年时，土壤Cu和Zn含量分别比初期增加了27%和7%；在浙南区至围垦时间550年时，土壤Cu和Zn含量分别比初期增加了10%和23%。土壤中Fe和Mn随围垦时间呈现下降的趋势，但在围垦的前80年内下降不明显，至围垦时间100年后，Fe和Mn呈现明显的下降。土壤中B和Mo总体上也呈现下降趋势，它们的变化主要出现在围垦时间30～40年后。在浙北区至围垦时间200年时，土壤Fe、Mn、B和Mo含量分别比初期下降了20%、16%、27%和6%；在浙南区至围垦时间550年时，土壤Fe、Mn、B和Mo含量分别比初期下降了17%、14%、19%和7%。

2.3 围垦时间对有效态微量元素含量的影响

土壤有效态微量元素含量随时间的变化与其全量有所差别（表2）。其中，Cu、Zn、Fe和Mn有效态含量在围垦时间10～15年后就呈现出明显的增加，增幅随时间增加。在浙北区至围垦时间200年时，土壤Cu、Zn、Fe和Mn有效态含量分别约为初期的8.09、4.21、5.87、16.84倍；在浙南区至围垦时间550年时，土壤Cu、Zn、Fe和Mn有效态含量分别约为初期的5.80、7.59、6.09、10.29倍。以有效态Mn的增幅最为明显。土壤有效态B和Mo含量的变化与有效态Cu、Zn、Fe和Mn含量的变化相反，呈现出下降的趋势，其变化在19～15年后已显现，在浙北区至围垦时间200年时，土壤有效态B和Mo含量仅约为初期的20%和74%；在浙南区至围垦时间550年时，土壤有效态B和Mo含量仅约为初期的27%和87%；有效态B的下降明显大于Mo。

表2 土壤中有效态微量元素含量的变化

2.4 围垦时间对微量元素的剖面垂直分布的影响

随着围垦利用时间的增加，土壤基本性状和微量元素含量在剖面中的分布也发生了明显的变化（表3）。其中，土壤pH呈现明显的下降，由于深层土壤的pH变化较小，因此随着围垦时间的增加剖面上下层间土壤pH差异逐渐增大。随着围垦利用时间的增加，表层土壤有机质呈现明显的积累，上下层土壤间有机质含量差异逐渐增大，同时有机质积累逐渐向深层土壤发展。在围垦初期，多数微量元素含量一般是随剖面深度增加而下降，但上下土层间的差异不大；但随着围垦利用时间的增加，表层土壤Cu和Zn含量趋向增加，因此剖面上下之间Cu和Zn含量之间的差距逐渐增大，则Fe、Mn和B含量随围垦利用时间的增加呈现相反的趋势，呈现出向中下部集中、上层下降的变化。剖面中Mo含量垂直分布随围垦利用时间的变化影响相对较小，但总体上，随着时间的增加，逐渐显现出上高下低的剖面分布规律。

表3 土壤剖面中微量元素含量的分布的变化

3 结论

研究结果表明，滨海平原围垦后由于土壤性状的变化及利用方式的改变，土壤中的微量元素可随利用时间发生明显的变化，主要表现为随着围垦利用时间的增加，土壤中铜、锌含量呈现增加，而铁、锰、硼、钼含量呈现下降；有效态铜、锌、铁、锰都呈现明显的增加，而有效态硼、钼含量呈现明显的下降；由于表层土壤微量元素的变化及部分微量元素发生垂直迁移，围垦时间的增长也增加了上下层土壤之间微量元素含量的差异，表现为剖面由上至下铜、锌和钼含量呈现下降，而铁、锰和硼呈现出向中下层增加的变化。研究认为，在围垦初期，滨海平原土壤微量元素较为充足，一般不用施用微肥；但随着围垦时间的增加，有效硼和钼逐渐下降，应在施用其他肥料的同时，配合施用硼肥和钼肥，以满足作物生长的需要。

4 讨论

土壤中的微量元素主要来源于成土母质，但人为活动和土壤性状的变化可改变微量元素的平衡，从而影响土壤中微量元素的含量。上文结果可知，随着围垦利用时间的增加，土壤中铜、锌含量呈现增加，而铁、锰、硼含量呈现下降，土壤剖面由上至下铜和锌含量呈现下降，而铁、锰和硼呈现出向中下层增加。一般来说，海水中含有较高含量的硼[41]，相应地受海水浸泡的海相沉积物（即土壤形成的初期）中也含有较高含量的硼[42]，但由于硼较溶于水[43]，海涂围垦后土壤脱离了海水的影响后，其中的硼因受淋溶作用逐渐下降，因此，随着围垦时间的增加，土壤中硼将逐渐下降，在土壤剖面中呈现上低下高的特征。而土壤中铁和锰的下降可能与利用方式改变有关，浙江沿海土壤的利用方式常常随围垦时间发生变化，在围垦初期主要用于旱作，随后逐渐改变利用方式种植水稻。种植水稻后，由于长期淹水种植，使耕层土壤产生还原条件，大大促进了变价元素铁和锰的还原，导致耕层中铁和锰活性急剧增加，促进铁和锰向下迁移，从而导致耕层铁和锰含量的下降，而剖面中下层铁和锰因淀积呈现增加的趋势。随着耕作时间的增加，表层土壤中铜、锌含量呈现增加可能与长期农用的施肥有关，特别是施用有机肥，这是因为有机肥料中含有较高含量的铜和锌[44-45]，有机肥料的施用可增加表层土壤中铜和锌的积累，而因铜和锌在土壤剖面中垂直迁移有限，向下淋失不明显，因此，铜和锌呈现表聚特征，土壤剖面由上至下铜和锌含量呈现下降。

影响土壤微量元素有效性的因素有土壤酸碱度、土壤的氧化还原条件和固定作用等[10-11]。滨海平原成土时间相对较短，矿物质改变不明显，因此土壤矿物质对重金属的固定作用随时间的变化较小。土壤的酸碱条件可直接影响微量元素的溶解性及有效性，铁、锰、锌、铜等溶解度随土壤pH下降而增加，因此，随着围垦时间的增加，土壤pH下降，它们的有效性随之提高。硼的有效性与土壤pH也是密切相关，在酸性条件下主要以H3BO3形态存在于土壤溶液中，容易随土壤溶液发生迁移，因此随着围垦时间的增加，因硼流失增强，其有效性逐渐下降。而钼因在酸性条件下容易产生沉淀，土壤中钼的有效性也会随围垦时间的增加逐年降低。可见，围垦利用时间对微量元素的影响主要与土壤基本性状发生变化、长期种植水稻发生淋溶作用等综合作用的结果。

从以上滨海平原微量元素的变化特征可知，在围垦初期，滨海平原土壤微量元素较为充足，一般不用施用微肥；但随着围垦时间的增加，有效硼和钼逐渐下降，应在施用其他肥料的同时，配合施用硼肥和钼肥，以满足作物生长的需要。微肥的施用可采用土施法作基肥、种肥或追肥施入土壤，通常采用条施或穴施。也可采用植物体施肥法，包括拌种、浸种、蘸根、根外喷施等。