全 文 ：长期喷施稀土对土壤-植物(小麦)系统中
稀土元素分布、累积及运移的影响*
刘书娟　王立军　章　申　高效江　(中国科学院地理研究所, 北京 100101)
王玉琦　孙景信　陈红民　(中国科学院高能物理研究所,北京 100080)
曲洪君　(黑龙江省花园农场实验站,花园 164151)
【摘要】　在我国施用稀土时间最长的黑龙江省花园农场,研究比较了施用稀土 12 a和不
施稀土的对照处理上小麦和土壤中的稀土元素的分布、累积及运移.结果表明, 长期叶面
喷施稀土并未造成耕层土壤和下部土层的稀土元素的累积. 成熟期小麦植株各部位的稀
土元素含量顺序为根> 叶> 茎、壳; 稀土元素主要累积在根部,其次是叶, 茎和壳累积较
少. 喷施处理小麦根部的稀土元素累积量高于对照, 叶部也有此趋势, 而茎、壳等部位差异
不大. 根、茎、叶、壳稀土元素分布模式与土壤中相似,与施用的常乐稀土差别较大; 长期喷
施稀土未曾造成籽粒中稀土元素的明显累积.
关键词　稀土元素　小麦　分布　累积和运移
Ef fect of long-term foliage-dressing rare earth elements (REEs) on their distribution, ac-
cumulation and translocation in soil- spring wheat system. Liu Shujuan, Wang Lijun,
Zhang Shen ( I ns titute of Geog raphy , A cademia Sinica, Beij ing 100101) . -Chin. J . App l.
Ecol. , 1997, 8( 1) : 55～58.
In this paper, t he distr ibut ion, accumulation and translocation o f r ar e ear th elements
( REEs ) in so il and spr ing w hea t ar e studied after foliag e-dressing w ith REEs for 12
yea rs. T he long-term foliag e-dressing w ith REEs did not r esult in the accum ulation of
REEs in upper and low er so il la yer s. A t ma turing stag e of spr ing wheat , the REEs con-
tent is in t he o rder of r oo t> lea f> st em and crust . Comparing w ith contro l, foliag e-dress-
ing leads a higher accum ulation of REEs in ro ot , but no significant differ ence is found in
stem and crust betw een these t wo treat ment s. The distr ibution patterns o f REEs in r oot ,
stem, leaf and crust are similar to that in so il. L ong-term foliag e-dressing with REEs did
not have an obvious effect on the REEs content of spr ing w heat g rain.
Key words　Rare eart h elements, Spring w heat, Distr ibution, Accumula tion and tr ansloca-
tion.
　　* 国家自然科学基金重大资助项目.
1995年 12月 14日收稿, 1996年 5月 6日接受.
1　引　　言
我国农业实践和大量研究结果表明,
施用适量稀土能够提高作物产量和品
质[ 6] .但迄今为止,关于外源加稀土对土壤
-植物系统中稀土元素的分布、累积及运移
的影响研究较少. 由于植物体内尤其是籽
粒中稀土元素的累积会直接影响人和家畜
的健康与安全, 而土壤中稀土元素的累积
和运移会影响土壤环境的质量,从而通过
食物链影响到人,所以将植物生物量考虑
在内,定量地研究土壤-植物系统中稀土元
素的分布、累积及运移是稀土农用和农业
环保研究工作中必不可少的.本文选用我
应 用 生 态 学 报　1997年 2月　第 8卷　第 1期　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Feb. 1997, 8( 1)∶55～58
国连续施用稀土时间最长的黑龙江花园农
场为试验区,比较了喷施稀土 12 a 的处理
和不施稀土的对照处理上小麦和土壤中稀
土元素的分布、累积及运移的特征.
2　材料与方法
2. 1　试验设计
试验地为黑龙江省花园农场叶面喷施稀土
长期定位试验区, 供试土壤为淋溶黑钙土, 供试
作物为春小麦克丰 2号.
试验处理: 1)不施稀土的对照处理: 选择在
从未施用过稀土的地块上进行. 播种时采用上一
年本地块收获的小麦籽粒. 2) 叶面喷施稀土处
理:选择在已连续 11 a 进行叶面喷施稀土的地块
上进行. 播种方式及稀土施用均与前 11 a相同,
即播种时采用本地块上一年收获的小麦籽粒, 3
叶期左右叶面喷施“常乐”稀土, 喷施量为 600 g
·hm - 2,其中净稀土含量为 204 g·hm- 2. 2 种处
理的其他管理措施均一致. “常乐”稀土的主要成
分见表 1.
表 1　“常乐”稀土的主要成分(mg·kg- 1)
Table 1 Major composition of "Changle" REEs
La Ce Nd Sm Eu Tb Yb Lu ∑REE *
含量 Content 167125 99127 50679 5288 211. 1 202. 9 29. 1 2. 4 340180
*
REE为 14种稀土元素( 除 Pm 外)的含量总和.
REE is total contents of 14 rare earth elemen ts .
2. 2　样品采集及预处理
在小麦成熟期对两种处理的小麦植株按单位
面积(单位面积内小麦株数一定)收获,分别按根、
茎、叶、籽粒、壳等部位取样,将每一处理中各重复
样品混合, 然后将各植物样分别用清水洗涤数次,
再用去离子水冲洗 3 次, 经烘箱 110°C 杀青 40
min 和 75°C 烘干 8 h 后, 磨碎待用.分别采集 2 种
处理的耕层土壤( 0～20 cm ) , 并在地块上挖 2 个
土壤剖面, 分别取 0～20、20～50 和 50～100 cm
土层土样, 经自然风干并去除草根、细石粒后, 压
碎混匀并过 100 目筛.
2. 3　分析及测定
植物样品稀土元素含量利用中子活化分析方
法 ( INAA )测定. 称取一定量植物样品于瓷坩锅
中, 200°C 下碳化 2 h,并在 550°C 下高温灰化 .准
确称取灰化后的样品 100 mg 用高纯铝箔包好,与
人工配制的稀土元素混合标准一同送入重水反应
堆中照射. 照射一定时间后以 Ge 探测器对各稀
土的
射线强度进行定量分析 ,土壤中稀土元素
含量也利用中子活化分析方法 ( INAA )测定[ 2] .
“常乐”稀土中 REE 含量利用电感耦合等离子发
射光谱( ICP )方法测定.
3　结果与讨论
3. 1　土壤中稀土元素的分布和运移
表 2比较了对照和喷施稀土 2种处理
的各层土壤中各稀土元素及其总量
(
REEs)的差别.结果表明,无论是对照
还是喷施稀土处理, 0～20 cm 土层的各种
稀土元素的含量,除个别外,均接近或低于
20～50和 50～100 cm 土层, 说明土壤母
质本身各种稀土元素或
REE 稍高于土
壤耕层, 其原因是由于植物在生长过程中
不断从耕层土壤中吸收稀土元素或在过去
的成土过程中有一些淋溶作用. 进一步比
较两种处理的各层土壤,可以发现, 喷施稀
土未造成稀土元素在耕层和下层土壤中的
累积. 喷施稀土处理的底层土壤
REEs
略高于对照, 但目前还不可能由此认为喷
施稀土会造成稀土在土壤底层的累积. 虽
然淋溶黑钙土 pH 值为 6左右, 稀土元素
从总体上看是不易移动元素, 而且有结果
表明,淋溶黑钙土耕层土壤中稀土元素主
要是以残渣态形式存在,水溶态和可交换
态 2种易于移动的形态含量很低, 只占总
量的 0. 2%左右 [ 8] . 加之东北气候条件比较
寒冷, 淋溶黑钙土质地又比较粘重, 透水性
差,与南方酸性红壤相比,稀土元素不易往
下迁移,向下淋溶作用较弱.从施用稀土量
上看, 施入的204g·hm - 2净稀土相对于
56 应　用　生　态　学　报　　　　　　　　　　　　　　8卷
表 2　不同处理各层土壤稀土元素的含量(mg·kg- 1)
Table 2 Contents of REEs in all soil layers of two treatments
土 层( cm ) 处　理 La Ce Nd Sm Eu T b Yb Lu
REE *
Soil layer Treatment
0～20( A) CK 39. 2 75. 4 32. 3 6. 0 1. 2 0. 91 3. 0 0. 42 185. 6
20～50( B) 41 78. 7 37. 9 6. 3 1. 4 0. 76 2. 9 0. 47 195. 4
50～100( C) 40 76. 6 35. 6 6. 6 1. 4 0. 88 3. 3 0. 37 193
0～20( A) 稀土REEs 38. 1 75. 4 34. 2 5. 9 1. 3 0. 91 2. 5 0. 42 185. 2
20～50( B) 39. 1 80. 7 36. 7 6. 1 1. 4 1. 0 3. 2 0. 47 196. 8
50～100( C) 42. 3 80. 4 36. 3 7. 6 1. 6 0. 8 3. 6 0. 41 203. 9
*
REE为 14种稀土元素(除 Pm 外)的含量总和.由样品的稀土元素分布模式图计算求得[ 1] .
REE is total con-
tent of 14 REEs f rom La to L u( except Pm) . T he u ndetected elem emts w ere d eterm ined by linear inter polat ion in th e
ch on drite- normaliz ed curves.
土壤本身的稀土元素含量较低, 只有通过
长期观察研究, 才能判断稀土元素是否会
迁移到底层土壤而造成累积. 目前土壤中
的稀土元素含量处于土壤背景值范围
内[ 7] .
3. 2　小麦植株中稀土元素的分布和累积
　　样品中稀土元素分布模式由样品中各
稀土元素含量与标准球粒陨石中各稀土元
素含量之比表示. 图 1表明, 在对照处理
中,小麦成熟期植株根、茎、叶、壳等部位稀
土元素分布模式与土壤中稀土元素分布模
式一致,证明其对土壤中各稀土元素没有
选择性吸收或选择性吸收不明显. 在叶施
“常乐”稀土处理中,植株根、茎、叶、壳等部
图 1　成熟期小麦植株、常乐稀土及土壤中 REE分布模
式
Fig. 1 Dist ribut ion pat terns of REEs in wh eat plant at
maturing stage, soil and C han gle rare earth.
Ⅰ.根 Root ,Ⅱ.茎 Stem ,Ⅲ.叶 Leaf ,Ⅳ.壳 C rust ,Ⅴ.土
壤 S oil,Ⅵ.常乐稀土 C han gle rate earth,⋯⋯对照 Con-
t rol,——喷施 Applicat ion.
位稀土元素分布模式也与耕层土壤中大体
一致,而与“常乐”稀土肥料的稀土元素分
布模式差异较大. 植株根、茎、叶、壳等部位
轻稀土(
LREE:从 La 到 Eu 6 种元素的
总和)与重稀土(
HREE: 从 Tb 到 Lu 8
种 元素的 总和 ) 的比 值 (
LREE /

HREE )差别不大,与土壤中( 7. 0)近似,
而与“常乐”稀土中
LREE/
HREE( 62.
4)差异显著.
从表 3可见, 无论是对照还是叶施稀
土处理,植株各部位稀土元素的总量皆表
现为:根> 叶> 茎、壳> 籽粒(见表 4) .将两
种处理的植株干生物量(除籽粒外)作以比
较, 可以看出, 施稀土处理的干生物量为
604. 5 g·m - 2, 高于对照 ( 553. 3 g·m
- 2) ,这是由于施用适量的稀土微肥能够
促进根的吸收、同化能力[ 5] , 提高植物光合
效率[ 3] ,从而增加了干生物量. 施稀土处理
的植株稀土元素总累积量 ( 3. 78 mg·
m
- 2 )也高于对照( 2. 57 mg·m- 2 ) , 而且主
要是施稀土处理植株根部稀土元素累积量
( 2. 70 mg·m- 2 ) 高于对照 ( 1. 89 mg·
m
- 2 )造成的,叶部也有此趋势. 从累积比例
上看, 两处理有一共同趋势,即稀土元素主
要累积在根部,其次是叶部,而茎和壳累积
的较少.
571 期　 刘书娟等:长期喷施稀土对土壤-植物(小麦)系统中稀土元素分布、累积及运移的影响　
表 3　小麦植株中各部位稀土元素累积量及累积比例
Table 3 Accumulation amount and accumulation ratio of REEs in different positions of spring wheat plant
稀土元素
REEs
对照CK
根
Root
茎
Stem
叶
Leaf
壳
Crust
整株*
Whole plant
处理T reatment
根
Root
茎
Stem
叶
Leaf
壳
Crus t
整株
Whole p lan t
La 8. 3 0. 079 0. 79 0. 18 12. 0 0. 1 1. 31 0. 11
Ce 13. 7 0. 14 1. 3 0. 35 19. 6 0. 18 2. 1 0. 32
Nd 8. 7 0. 098 0. 73 0. 22 8. 8 0. 11 1. 4 0. 24
Sm 1. 2 0. 011 0. 11 0. 024 1. 6 0. 013 0. 15 0. 02
Eu 0. 24 0. 002 0. 021 0. 005 0. 24 0. 002 0. 021 0. 003
Tb 0. 16 0. 002 0. 015 0. 004 0. 24 0. 002 0. 021 0. 003
Yb 0. 45 0. 005 0. 038 0. 019 0. 62 0. 006 0. 047 0. 019
Lu 0. 08 0. 001 0. 007 0. 002 0. 11 0. 001 0. 009 0. 002

REE( mg·kg- 1) 37. 9 0. 42 3. 44 0. 93 50. 1 0. 55 5. 73 0. 85
生物量 Biom as s 50. 1 235. 4 132. 4 135. 4 553. 3 54. 3 262 147. 4 140. 8 604. 5
( g·m- 2)
REE累积量 1. 89 0. 099 0. 45 0. 13 2. 57 2. 70 0. 12 0. 84 0. 12 3. 78
REE accumulat ion
( mg·m- 2)
累积比例 73. 5 3. 9 17. 5 5. 1 100 71. 4 3. 2 22. 2 3. 2 100
Accumulat ion rat io( % )
* 籽粒除外. 1)
REE为 14种稀土元素(除 Pm 外) 的含量总和.未测定元素由样品的稀土元素分布模式图计算求
得.
REE is total content of 14 rare earth elements f rom La to Lu( except Pm) . Undetected elements w er e deter-
mined b y linear interpolat ion in chondrite-normalized cu rves. 2) REE累积量( mg·m - 2) =
REE ( mg·kg- 1)×生物
量 ( g·m- 2) REE accumu lat ion (m g·m- 2) =
REE ( mg· kg- 1)×b iomas s( g·m- 2) . 3)籽粒的稀土元素含量见表
4,由于几个稀土元素含量小于分析方法的检测限,未予统计. C on tents of REE of grain w ere lis ted in table 4.
表 4　小麦籽粒中稀土元素含量(mg·kg- 1)
Table 4 Contents of REEs in wheat grain
La Ce Nd Sm Eu T b Yb Lu
对照 CK 0. 005 < 0. 0075 < 0. 04 0. 0007 0. 0006 < 0. 0002 < 0. 0008 < 0. 0002
施稀土 0. 004 < 0. 0075 < 0. 04 0. 0007 0. 0004 < 0. 0002 < 0. 0008 < 0. 0002
Applicat ion t reatmen t
　　表 4表明, 叶施稀土未致使 8 种稀土
元素含量在小麦籽粒中的增加, 而且由于
每年播种的种子是同一处理同一地块上一
年产出的籽粒, 故也未观测到长期叶施稀
土造成小麦籽实中稀土元素的明显累积,
这与有关文献的报导类似[ 4] .
参考文献
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版社, 88～93.
2　王玉琦、孙景信. 1991.土壤中稀土元素的含量和分
布.环境科学, 12( 5) : 51～54.
3　宁加贲. 1994.稀土对作物增效因子的研究.稀土,
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中的应用(“现代核分析技术及其在环境科学中的
应用”项目组编著) . 北京: 原子能出版社, 199～
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58 应　用　生　态　学　报　　　　　　　　　　　　　　8卷