全 文 ：松嫩平原羊草草地土壤2植物间铁的动态研究 3
周晓梅1 ,2 3 3 　郭继勋1 　赵　匠2
(1 东北师范大学草地研究所 ,植被生态科学教育部重点实验室 ,长春 130024 ;2 吉林师范大学生命科学学院 ,四平 136000)
【摘要】　羊草草地土壤2植物间营养元素 Fe 的动态研究结果表明 ,土壤中全铁和有效铁含量均较低 ,羊草
中 Fe 含量比较丰富. 在生长季各时期 ,全铁和有效铁含量在土壤剖面分布上从上向下呈下降趋势 ,有效铁
与有机质含量呈显著正相关 ,而与 p H 值呈显著负相关. 全铁各月平均含量变化在生长季呈“V”型曲线 ,7
月含量最低 ;有效铁平均含量从 5～8 月与全铁相似 ,8 月后则逐渐减少. 羊草各器官及枯落物 Fe 含量有
很大变化 ,总的趋势是根 > 根茎 > 叶 > 枯落物 > 茎 ;羊草叶、茎的 Fe 含量在生长季中为波动型下降曲线 ,
根茎、根及枯落物的 Fe 含量在生长季中为“V”型曲线. A 层土壤富集有效铁的能力稍强. 土壤中 Fe 活性
平均为 01640 % ,从 5 月至 8 月逐渐升高 ,8 月后逐渐下降 ,10 月份最低. 地下部的 Fe 向地上部的转移强度
为 5～7 月下降 ,8 月升高 ,随后又下降. 地上部 Fe 向枯落物的转移强度平均为 10510 % ,与地下部 Fe 向地
上部转移强度呈显著负相关.
关键词 　羊草草地 　土壤 　全铁 　有效铁
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 12 - 2250 - 05 　中图分类号 　Q94511 　文献标识码 　A
Dynamics of nutrient element iron in soil2plant ecosystem of the Songnen Plain Leymus chinensis grassland.
ZHOU Xiaomei1 ,2 , GUO Jixun1 ,ZHAO Jiang2 (1 Institute of Grassland Science , Key L aboratory f or V egetation
Ecology of Minst ry of Education , Northeast Norm al U niversity , Changchun 130024 , China ; 2 School of L if e
Science , Jilin Norm al U niversity , S iping 136000 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (12) :2250～2254.
The study showed that in the soil2plant ecosystem of the Songnen Plain Leymus chinensis grassland ,the contents of total
and available iron in soil were relatively low ,while Leymus chinensis was abundant in iron. The concentrations of soil to2
tal and available iron decreased with soil depth. Soil available iron positively correlated with soil organic matter ,while
negatively correlated with soil pH. The dynamics of soil total iron showed a“V”curve during the growth season ,with
the lowest in July ,and that of soil available iron was similar to soil total iron from May to August ,and gradually de2
creased after August . The iron concentration in Leymus chinensis changed dramatically with the trend of root > rhizome
> leaf > litter > stem. The iron concentrations in leaf and stem had a fluctuant decrease ,while those in root ,rhizome
and litter were fluctuated in“V”curve. Soil A layer enriched in a little more available iron. The iron activation with an
average of 0. 64 % increased from May to August ,and decreased after August ,with the lowest in October. The shift ratio
from underground to aboveground part of Leymus chinensis dropped during May2July ,went up in August ,and then
dropped again. The average shift ratio from aboveground part to litter was 105. 0 % ,which negatively correlated with
that from underground to aboveground part .
Key words 　Leym us chinensis grassland , Soil , Total iron , Available iron.3 国家自然科学基金资助项目 (30170668 和 30371020) .3 3 通讯联系人.
2004 - 06 - 16 收稿 ,2004 - 09 - 08 接受.
1 　引 　　言
Fe 在地壳中含量很丰富 ,仅次于 O2 、Si、Al 而
居第 4 位 ,但在植物中含量较少 ,是植物生长必需的
微量元素. Fe 在植物生命活动如光合作用、呼吸作
用、氮代谢中起着重要作用[11 ,16 ] . Fe 影响叶绿体构
造形成 ,从而影响叶绿素合成 , Fe 含量过高或过低
都将制约植物生长[24 ] . 据报道 ,全世界约有 40 %的
土壤上生长的植物容易表现缺 Fe 症状[21 ] ,缺 Fe 黄
化已成为世界性植物营养失调问题. Fe 也是人类必
需的元素. 世界上约有 30 %的人口缺 Fe ,以妇女、儿
童最严重[9 ,23 ] . Fe 的研究不仅对植物生产有重要意
义 ,而且影响其产品品质 ,进而影响人类健康. 各国
学者曾对 Fe 在土壤中分布规律[15 ,18 ,19 ] 、成土母质
及环境因子对 Fe 的影响[12 ,14 ] 、Fe 在动、植物体内
的含量与分布[8 ,22 ]等方面进行了大量的研究工作.
松嫩平原地域辽阔 ,是国内重要的牧业生产基地. 以
往的研究表明 ,该地区 Fe 含量及有效性较低[7 ,13 ] ,
植物可能产生缺乏症状 ,从而降低植物群落的生产
力. 本研究以羊草草地为研究对象 ,对羊草群落中土
壤的全铁和有效铁的时空动态、环境因子对有效铁
应 用 生 态 学 报 　2004 年 12 月 　第 15 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2004 ,15 (12)∶2250～2254
的影响、羊草及其枯落物中 Fe 的分布等进行了详细
研究 ,为进一步研究草地生态系统营养元素提供科
学依据.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
研究区位于吉林省西部 (123°31′～124°10′E ,44°30′～
44°45′N) ,属于半湿润大陆性温带季风气候 ,年均温 419 ℃,
年均降雨量 47016 mm ,主要集中在 6～9 月 ,春季干旱多风 ,
年蒸发量 1 60012 mm ,约为降水量的 315 倍. 该地区是由于
地址变迁形成的冲击平原 ,地带性土壤为淡黑钙土. 土壤大
部分出现盐渍化 ,地下水位高 ,由于微地形的变化 ,土壤盐分
及其它矿化成分频繁改变 ,形成碱化草甸和盐化草甸土. 地
带性植被为草甸草原 ,群落类型以羊草 ( Leym us chinensis) 群
落为主. 研究样地羊草占绝对优势 ,其密度可达 917 株·
m
- 2
. 种群生物量占群落生物量的 95 %以上 ,同时伴有佛子
茅 ( Calam agrostis epigeios) 、虎尾草 ( Chloris vi rgata) 、碱茅
( Puccinellia tenuif lora) 和碱蓬 ( S uaeda glauca) 等杂类草.
212 　研究方法
21211 取样方法 　于 2001 年 5～10 月的各月 10 日左右 ,选
择地形较为平坦、微地形和土壤条件较为一致、植被均匀和
有代表性的羊草群落地段取样. 随机设置 25 cm ×25 cm 样
方 ,6 个重复. 将样方内植物齐地面剪下 ,拣出羊草的枯死
体 ,并将羊草的茎、叶、穗等器官分开. 在剪过的样方中挖取
25 cm ×25 cm ×45 cm 的土柱 (45 cm 以下土层中 ,根重小于
群落总根重的 10 % ,忽略不计) ,用 40 目筛子冲洗 ,挑出白
色的羊草根和根茎 ,再次清洗. 将植物样品分置于 65 ℃箱中
烘干. 在采集植物的样方内沿土壤剖面 0～1 cm 取第一层 ,1
cm 以下每隔 10 cm 取一层 ,共采集 7 层土样. 同时 ,在采集
植物的样方内沿土壤剖面取 A 层 (0～30 cm) 、B 层 (30～60
cm)混合土样. 样品带回室内后在洁净环境中用白纸垫着风
干 ,用塑料滚桶磨碎 ,过 100 目网筛后备用.
21212 测定方法 　土壤 p H 采用 SPM210 数字式 p H 计测定 ;
土壤有机质含量采用重铬酸钾法 [6 ]测定 ;植物、土壤全量待
测液用湿消化法制备[6 ] ;有效铁用 DTPA 浸提 ; Fe 含量用
WFX2F2 型原子吸收分光光度计测定.
3 　结果与分析
311 　土壤中全铁含量的时空动态
由图 1a 可见 ,5～10 月的全铁含量在土壤剖面
的变化趋势相似 ,从上向下呈递减趋势 (图 1a) . 5～
7 月土壤全铁平均含量分别为 10 024、9 623 和
9 306 mg·kg - 1 . 此时正值羊草的生长旺季 ,羊草的
地上部绿色体生物量多呈指数式变化[4 ] ,地上部绿
色体对 Fe 的蓄积量也呈指数式变化. 这种增加促使
羊草的根从土壤吸收大量的 Fe ,虽然从 5 月到 7 月
温度逐渐升高 ,微生物的分解加强 ,但分解速度低于
吸收的速度 ,所以全铁含量降低. 7 月后 ,大量的雨
水和较高的温度加速了微生物的分解作用 ,而且 8
月以后羊草生长逐渐停止 ,加之有大量的枯落物生
成 ,所以 8～10 月全铁含量逐渐增加 ,分别为 9 458、
9 629和 11 653 mg·kg - 1 . 在 5～10 月中 ,虽然全铁
平均含量有所变化 ,但羊草的吸 Fe 量远低于土壤中
全铁的供应量 ,因此 ,各月份全铁平均含量差异并不
显著 ( P > 0105) .
0～1 cm 的土层全铁含量最高为 14 805105 mg
·kg - 1 . 1～10 cm 的土层中全铁含量为 13 48118 mg
·kg - 1 ;随着土层的加深 ,全铁含量递减 ,至 50～60
cm 降为 6 657105 mg·kg - 1 . 0～10 cm 层土壤全铁
含量与其它土层中全铁含量差异显著 ( P < 0105) .
这主要由于土壤表层矿物风化较强 ,释放出的 Fe 和
植物残体分解时所释放的 Fe 积累在富含腐殖质的
层次中 ,以螯合物的形态存在.
A 层土壤中全铁含量为 11 927164 mg·kg - 1 ,B
层的土壤中全铁含量为 7 665158 mg·kg - 1 . 两层土
壤中全铁含量差异极显著 ( P < 0101) ,均低于我国
土壤中丰度 2194 % ,土壤中 Fe 的含量变化很大 ,一
般为 1 %～ 4 %. 吉林省 Fe 含量平均为 2174 %
(0170 %～4178 %) . 我国土壤缺 Fe 问题出现在北方
的干旱、半干旱地区[14 ,17 ] . 松嫩平原羊草草地的土
壤全铁含量较低.
312 　土壤中有效铁含量的时空动态与环境因子的
关系
31211 土壤中有效铁含量的时空动态 　由图 1b 可
见 ,5～10 月有效铁在土壤剖面的变化趋势相似 ,各
土层的有效铁在土壤中的分布从上向下呈下降趋
势. 5 ～ 7 月有效铁平均含量逐渐下降 , 分别为
67143、60167 和 53168 mg·kg - 1 ,羊草的地上部绿
色体对 Fe 的蓄积量呈指数式变化. 这促使羊草的根
从土壤吸收大量的有效铁. 虽然从 5 月到 7 月温度
逐渐升高 ,微生物的分解加强 ,但分解速度低于吸收
的速度 ,所以有效铁含量降低. 7 月份与 5 月份有效
铁平均含量有显著差异 ( P < 0105) . 7 月后大量的雨
水和较高的温度加速了微生物的分解作用 ,加之有
大量的枯落物生成 ,8 月土壤有效铁平均含量上升
为 59127 mg·kg - 1 ;9 月、10 月全铁平均含量逐渐增
加 ,但有效铁平均含量减少 ,分别为 56116 和 53191
mg·kg - 1 . 这主要是由于气温的下降降低了有效铁
活性. 8～10 月有效铁平均含量差异不显著 ( P >
0105) ,但 10 月与 5 月有效铁平均含量有显著差异
( P < 0105) .
152212 期 　　　　　　　　　　　　周晓梅等 :松嫩平原羊草草地土壤2植物间铁的动态研究 　　　　　　　　　　　
图 1 　土壤全铁和有效铁含量的分布及季节动态
Fig. 1 Seasonal dynamics of total iron and available iron concentrations in different soil depths.
a) 5 月 May ;b) 6 月 J une ;c) 7 月 J uly ;d) 8 月 August ;e) 9 月 September ;f) 10 月 October.
　　0～1 cm 土层有效铁平均含量为 97103 mg·
kg - 1 ;1～10 cm 的土层中有效铁平均含量为 86127
mg·kg - 1 ; 10～ 20 cm 的土层含量为 67149 mg·
kg - 1 . 随着土层的加深 ,有效铁含量递减 ,至 50～60
cm 降为 23108 mg·kg - 1 . 0～10 cm 层土壤有效铁含
量与其它土层中有效铁含量差异显著 ( P < 0105) .
A 层土壤中平均有效铁含量为 76129 mg ·
kg - 1 ,B 层土壤中平均有效铁含量为 39122 mg·
kg - 1 . 两层土壤中有效铁含量差异极显著 ( P <
0101) ,均低于吉林省土壤有效铁的平均含量 (8614
mg·kg - 1) [18 ] .
31212 土壤中有效铁含量与环境因子相关分析 　由
图 2a 可见 ,各土层的有效铁含量与有机质含量呈显
著的线性正相关 ( P < 0101) . 土壤中有机质含量每
增加 1 g·kg - 1 ,有效铁含量增加约 216795 mg·
kg - 1 . 高 p H 值的碱性土壤有机质与 Fe 的络合有利
于保持有效铁. 因此 ,有机质的含量与有效铁呈显著
的正相关.
由图 2b 可见 ,各土层的有效铁含量与 p H 呈显
著的线性负相关 ( P < 0101) . p H 值每增加一个单
位 ,有效铁下降约 421656 mg·kg - 1 . 这是由于土壤
中 Fe 的化合物种类很多 ,其溶解度大都受酸度的影
图 2 　土壤有效铁含量与有机质和 p H 值的相关关系
Fig. 2 Correlative analysis of available iron concentrations to organic mat2
ter concentrations and p H value in soil.
响. p H 值增大 , Fe 的化合物的溶解度自然下降 ,所
以有效铁含量下降. 土壤对 Fe 的吸附也与 p H 值有
关 ,高的土壤 p H 值减弱 H + 的竞争作用 ,将吸附更
多的 Fe ,降低有效铁的含量. 另外 ,p H 值增大也增
加了可溶性 Fe 的络合程度 ,降低了有效铁的含量.
2522　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
313 　羊草根、根茎、茎、叶、枯落物中 Fe 的含量及季
节动态
研究结果表明 ,羊草各部位中 Fe 含量的顺序为
根 > 根茎 > 叶 > 枯落物 > 茎 (图 3) . 羊草叶、茎的 Fe
含量在生长季中为波动型下降曲线 ,根、根茎和枯落
物的 Fe 含量在生长季中为“V”型曲线. 植物的 Fe
含量一般为 100～800 mg·kg - 1 ,有时会超过 2 000
mg·kg - 1 ,而以 100～ 300 mg·kg - 1 之间的为最
多[14 ] ,表明羊草中含有丰富的 Fe.
图 3 　羊草根、根茎、茎、叶和枯落物中 Fe 的含量及季节动态
Fig. 4 Seasonal dynamics of iron concentrations in different parts and lit2
ter of Ley m us chinensis .
1)叶 Leaf ;2)茎 Stem ;3)根茎 Rhizome ;4)根 Root ;5)枯落物 Litter.
　　在羊草的生长初期 (5 月) ,根中积累的 Fe 较
多 ,能将 Fe 很好地输送到茎、叶 ,供其生长发育. 茎、
叶 Fe 含量较高 ,且叶中含量高于茎. 随羊草的快速
生长 ,根的吸收量相对减少 ,茎、叶的供应量也相应
减少 ,9 月后 ,茎、叶的 Fe 含量继续下降.
枯落物中 Fe 含量 7 月最低 ,10 月的含量高于 5
月.
314 　Fe 在土壤和植物中的转移规律
表 1 　Fe 在土壤和植物中转移率的季节动态 3
Table 1 Seasonal dynamics of iron shift ratio in soil and plant
月份
Month
A 层/ B 层
A layer/ B layer
有效铁
Available
iron
全铁
Total
iron
A 层 Fe 活性
A layer iron
activation
( %)
地下部向地
上转移率
Shift ratio
from under2
ground to
aboveground
( %)
地上部向枯
落物转移率
Shift ratio
from above
ground to
litter
( %)
5 11810 11627 01600 1911 8711
6 11779 11824 01631 2211 8912
7 21009 11499 01758 2616 9315
8 21135 11358 01642 2011 11214
9 21120 11530 01479 2013 11217
10 11740 11537 01479 1114 16110
平均 Mean 11945 11556 01640 1914 105103 Fe 活性 ( %) = (有效铁含量/ 全铁含量) ×100 ;地下部向地上部转移率 ( %) = (地上部含
量/ 地下部含量) ×100 ;地上部向枯落物转率 ( %) = (枯落物含量/ 地上部含量) ×100. Fe
activation ( %) = (available Fe concentration/ total Fe concentration) ×100 ; The shift ratio from the
underground to the aboveground ( %) = ( Fe concentration in aboveground organisms/ in under2
ground organisms) ×100 ; The shift ratio from the aboveground to the litter = ( Fe concentration in
litter/ in aboveground organisms) ×100.
　　有效铁含量 A 层与 B 层的比值平均为 11945 ;
全铁含量 A 层与 B 层的比值平均为 11556 ,说明 A
层土壤富集有效铁的能力比全铁更强一些 ,但两者
各月之间差异不显著 ( P > 0105) .
Fe 活性 5～8 月逐渐升高 ,8 月后逐渐下降 ,10
月显著低于其它月份 ,8、9 月份与其它月份存在显
著差异 ( P < 0105) . 这是由于较高的温度和湿度能
增加土壤微生物的活性 ,加速了对土壤中枯落物的
分解 ,增加了土壤中有效铁的浓度. 8 月后气温下
降 ,降低了有效铁的活性[17 ] . 土壤中 Fe 的活性平均
为 01640 % ,比其它微量元素的活性相差很大[1 ,10 ] .
地下部的 Fe 向地上部转移率平均为 1914 %.
随着气温的升高、湿度增大 ,羊草的蒸腾作用加强 ,
地下部储存的 Fe 向上运输的能力逐渐加强 ,表现为
地下部的 Fe 向地上部的转移率 5～7 月增大 ;7 月
土壤和羊草地下部的 Fe 含量降至最低 ;8 月后 ,土
壤有效铁含量下降 ,羊草逐渐老化 ,因此地下部的
Fe 向地上部转移强度下降.
地上部 Fe 向枯落物的转移强度与地下部的 Fe
向地上部的转移率呈显著正相关 ( R = 018325 , P <
0101) .
Fe 是韧皮部中移动性较差的营养元素 ,再利用
程度一般较低. 枯落物中 Fe 很少再转移到羊草的地
下部. 所以 Fe 在枯落物中的积累 ,平均地上部向枯
落物转移率高达 10510 %.
4 　讨 　　论
　　本研究结果表明 ,松嫩平原羊草草地土壤平均
全铁含量很低. 这主要取决于成土母质[18 ,19 ] . 但有
效态含量却接近于吉林省的平均值 ,说明羊草的 Fe
含量比较丰富.
土壤中 Fe 的形态很复杂. 有效态 Fe 指水溶态、
交换态和部分有机态及少部分的无机态[7 ,10 ,17 ] . 在
盐碱化较高的土壤上 ,水溶态 Fe 含量甚微 ,交换态
Fe 含量也较低[7 ,13 ,17 ] ,极易与 OH - 、CO32 - 等形成
难溶态 ,因此土壤中能提供补充的其它形态的 Fe 化
合物很重要. 本研究地点为松嫩平原天然羊草草地.
由于草地每年输入大量的枯落物 ,草地土壤的理化
指标发生了很大变化 ,很大程度上改变了土壤的酸
碱度 ,降低了土壤的 p H 值[5 ] ,从而增加了土壤可溶
态铁、交换态铁的浓度 ; 有机质能螯和大量的
Fe[7 ,17 ] ,而有机质的大量输入增加了土壤中的有机
态铁的含量. 即使所测定的有效铁含量较低 ,因有库
在源源补充 ,能满足植物的生长需要. 另外 ,羊草根
系的分泌活动也能增强植物的抗缺 Fe 性[2 ,4 ,20 ,25 ] ,
加之微生物通过对重金属元素的价态转化或刺激植
352212 期 　　　　　　　　　　　　周晓梅等 :松嫩平原羊草草地土壤2植物间铁的动态研究 　　　　　　　　　　　
物根系的生长发育 ,影响植物对重金属的吸收 ,微生
物也能产生有机酸 ,提供质子或与重金属络合的有
机阴离子、交换或络合金属离子 ,使土壤溶液中金属
浓度增加 ,有利于植物吸收[3 ] . 因而在盐碱化较高
的土壤上 ,羊草能够获得正常生长所必须的 Fe 营养
水平.
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作者简介 　周晓梅 ,女 ,1966 年生 ,在职博士 ,副教授 ,主要
从事草地营养元素方面研究 , 发表论文 10 余篇. Tel :
13843408220 ; E2mail :zhouxiaomei66 @sohu. com
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