全 文 ：应 用 生 态 学 报
  年
! 月 第 ∀ 卷 第 # 期
∃ % &∋ ( ) ( ∗+ , − ∋ . / + 0 . 1 1/ &( 2 ( ∃ + / + 3 4 , + 5 6 7
  , ∀ 8# 9 : ;  <一 # ! !
、
外源痕量 = > 进人土壤迁移转化的过程 ‘
邹邦基 李书鼎 朱 玺
8中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态系统痕量物质生态过程开放实验室 , 沈阳

! !
9
【摘要】 采用放射性核素示踪法和分级提取相结合的技术 , 研究了外源痕量 =>8 ‘忆>9 进
入土壤迁移转化的过程 7 发现褐土中的 ‘佗> 在初始阶段其交换态和碳酸盐结合态最多 , 残
余态最少 ? ≅ 周后碳酸盐结合态也大量转化为结晶氧化铁结合态和残余态 ? # 个月后氧化
锰结合态和结晶氧化铁结合态明显向残余态转化 ? ∀ 个月后仍有大量存在于较易变动的
碳酸盐结合态和非结晶氧化铁结合态中 7
关键词 褐土 外源痕量 = >8 “= >9 迁移转化过程
Α Β Χ > Δ &! Ε Χ 6ΦΓ > Χ > Η 6Β Χ > ΔΙΓ Β ϑ Χ 6ΦΓ > Γ Ι Δ Κ Λ1Μ5 ϑ 5 > 65Η 6ΒΧ 5 5 = > Φ> !

7 = Γ Κ Ν Χ > Ο ΠΦ, / Φ ) Θ Κ Η Ρ
Φ> Ο Χ > Η = Θ Κ Σ Φ 8/ Χ 加 ,二 6Γ 勺, ΓΙ ( Ε Γ ΜΓ Ο ΦΕ Χ Μ 1 ΒΓ 5 5Δ Δ ΓΙ 了’ΒΧ Ε 5 ) Κ Τ Δ6Χ , : Ε 5 Φ, : < ’5 Υ , 6ΒΦ Χ Μ 艺Ε Γ ‘ςΔ Ρ
6 5 , > , &> Δ ΜΦ, Κ 6 5 ΓΙ .户1ΜΦ 5 Η 艺Ε Γ ΜΓ舒 , . Ε Χ Η5 , > ΦΧ
,: ΦΕ Χ , ) Θ 5 ,沙Χ , : 

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9一∃丙Φ> 7 & 7 彻户
7( Ε Γ Μ7 ,
  , ∀ 8# 9 : ;  < 一 # ! ! 7
Α Θ 5 6 Β Χ > Δ ΜΓ 5 Χ 6 ΦΓ > Χ > Η 6 Β Χ > Δ ΙΓ Β ϑ Χ 6ΦΓ > Γ Ι Δ Κ Λ Λ Μ5 ϑ 5 > 65 Η 6Β Χ 5 5 = > Φ> Η Β Χ Τ !


Δ 6 Κ Η Φ5 Η Ω Φ6Θ
Β Χ Η ΦΓ Χ 5 6ΦΞ 5 ΦΔ Γ 6 Γ Λ 5 6Β Χ 5 5 Β Χ > Η 5 Θ 5 ϑ Φ5 Χ Μ ΙΒ Χ 5 6ΦΓ > Χ Μ 5 Ψ 6 Β Χ 5 6 ΦΓ > Β> 5 6Θ Γ Η Δ 7 &6
ΙΓ Κ > Η 6Θ Χ 6 Χ 6
Φ> Φ6ΦΧ Μ Δ 6 Χ Ο 5 , ϑ Γ Δ 6 Γ Ι !

‘) = >
Φ> 5 Ψ 5Θ Χ > Ο 5 Χ Τ Μ5 Χ > Η 5 Χ Β ΤΓ > Χ 65 Τ Γ Κ > Η ΙΓ Β ϑ Δ , Χ > Η Μ5 Δ Δ Φ>
Β 5 Δ ΦΗ Κ Χ Μ ΙΓ Βϑ 7 &> 6Θ 5 ΙΓ ΜΜΓ Ω Φ> Ο ≅ Ω 55 ΖΔ , 5Χ ΒΤ Γ > Χ 65 Τ Γ Κ > Η ΙΓ Β ϑ
ΜΧ Β Ο 5 Μς 6 Β Χ > Δ ΙΓ Βϑ 5 Η Φ> 6 Γ
∃ 0 5 + Σ Χ > Η − ( ) ΙΓ Βϑ Δ 7 . Ι65 Β # ϑ Γ > 6Θ Δ , [ > + Σ Χ > Η ∃0 5 + Σ ΙΓ Βϑ Δ Χ Β 5 65 > Η 5Η 6 Γ 6 Β Χ > Δ Ρ
ΙΓ Β ϑ Φ> 6 Γ − ( ) ΙΓ Β ϑ 7 ∀ ϑ Γ > 6Θ Δ ΜΧ 6 5 Β , 6Θ 5 ΤΚ ΜΖ Γ Ι “)= >
Δ 6ΦΜΜ Φ> 6Θ 5 ΜΧ Τ ΦΜ5 Β ∃ . − Ν Χ > Η
. 0 5 + Σ ΙΓ Β ϑ Δ 7
∴ 5 ς Ω Γ Β Η Δ 2 Β Χ Τ !

, ) Κ Λ Λ Μ5 ϑ 5 > 6 5 Η 6 Β Χ5 5 = > , Α Β Χ > Δ ΜΓ 5Χ 6ΦΓ > Χ > Η 6 Β Χ > Δ ΙΓ Β ϑ Χ 6ΦΓ > 7

引 言
外源痕量元素通过 肥料 、 农药或 各种
污染等途 径进 入土壤 , 尤其 自发现许 多土
壤大 面积缺素以来 , 人们还经常有意识地
施入某些元素 7 对于认识这些 外源痕量元
素在土壤 中的积 累与后果 , 虽 已开展过一
系列的背景值与监测研究以及土壤植物营
养化学方面的研 究 , 但 动态的迁 移转化研
究尚属罕 见 , 技 术难度也较 大 7 为此 , 可采
用放射性核素示踪法和分级提取相结 合的
技术 , 探测外源痕量 元素进 入土 壤迁移转
化的过程 , 并推及在土壤生态 系统中运转
的可能后果 , 为调控这类过程建立优化的
土壤生态系统提供可靠的理论依据和技术
途径 7 本文针对 我国北方 旱农地 区面积最
大的土类一一 褐土普遍缺 = > 和广泛应用
= > 肥的实际情 况 , 用 ‘)= > 进行模拟试验 ,
探讨痕量 = > 进 入褐土后的迁移和水分状
况的关 系 , 以及向各种 化学形 态分 配及其
相互转化的过程 , 预测其形变固持 、进入生
物体和水体的可能动向 7
≅ 材料与方法
供试土壤为辽 西低 山丘陵区的褐土 , 其理化
性质列于表
7 采取 。一 # !Ε ϑ 层土壤 , 风干粉碎并
通过 Μϑ ϑ 尼 龙筛备用 7 所用核素源为放射性 = >
, 中国 科学院陆地生态系统 痕量物质生态过 程开
放实验室基金资助项 目二

  年 Μ 月 ≅ 日收到 , 月 ≅ ! 日改回 7
;  ] 应 用 生 态 学 报 ∀ 卷
表 7 供试褐土的理化性质
89[
7 Ζ Ο
∃ Χ ∃89; ∃ ( ∃ ⊥ ! 7 Γ Γ Μ> Φϑ
, 9 8Ο · Ζ Ο 一 , 9 85 > ΦΓ Μ · Ζ Ο , 9 粘粒
1 = 89Δ
8Ο · Ζ Ο 砚9
全 量 Α Γ 6 Χ Μ
8拜Ο · Ο 一Μ 9 有效态
. Ξ Χ ΦΜΧ ΤΜ5 82 Α 1. 9
8傀 7  一6 9∃ΜΧ Ξ < 。 几月 7 Λ 。 < 一 、 , _ 。 _
一 _ ‘ ∗二
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下 巨皿

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金属 8“)= >9 , 溶解于硫酸 , 用分步稀释法配成 ≅ 7 ]
娜Φ · ϑ 尸的溶液备用 7
不同水分条件下的扩散试验用
#Ε ϑ 直径大
培养皿 8有盖 9进行 , 侮皿加土 ; ! ! , 调节成持水
量的
! ! 、 加 ! 7 Δϑ Μ ≅ 7 产5 Φ · ϑ Μ ’的 ‘) = > 溶液 7 在 =Γ ∃ 左右
室温下令其 自然扩散 , 在一定时间和一定距离测
定放射强度 , 连续观测
!Η 7
淋洗条件下的迁 移转化试验 , 采用聚 乙烯管
装
火 ≅ !Ε ϑ 土柱进行 , 逆 流除气泡并顺流沉积 ,
保持水面在 土表面 , 然 后在土面加 入上述配制的
“)= > 液 8活度为 ≅ 7 拌5 Φ · ϑ 一, 的溶液 9Μϑ 一滴流淋
洗 , 至洗出液中发现放射性后停止淋洗 , 上柱分段
测定放射总强度和分级提取测定不同化学形态库
的放射强度 ‘
静态培养条件下的形态转 化试验用烧 杯进
行 , 梅杯装土 !  , 施入一 定剂量的 ‘龙> 并保持土
壤持水量的湿 度状 况 , 加盖 , 在 ≅ ∃ 左右连续培
养 ∀ 个月 , 定期取样 , 睡次取 ; 次重复 , Ο 土样用
于 测土壤中 “Δα > 总 放射活度 , ≅Ο 土样用于分级提
取方法分离各种形态并测其放射活度7
化学分级提取技术参照 ) Θ Κ ϑ Χ > β , 」与 Α 5 Δ Δ Φ5 Β
等 β’χ , 共分 < 种形态 :交换态 8( Σ 9 、碳酸 盐结合态
8∃ . − Ν 9 、 有 机 结 合 态 8+ [ 9 、 氧 化 锰结 合 态
8[ > + Σ 9 、非结品氧化铁结合态 8. 0 5 + Σ 9 、结品氧
化铁结合态 8∃0 5 + Σ 9 和残余态 8− ( ) 9 7 放射性强
度测定技术参照文献「≅ χ 7
· Ο 一 , , 距离 ! ϑ ϑ 处 有 7 Δ5 Λ ϑ · Ο 一 , ? 在
] ∀ Θ 才出现 7 ]印ϑ · Ο 一 , 的流量 , 而在 ;! ⎯
土壤持水量下则更为突出 7 经过约 ≅
Θ 迁
移的量还很小 7 距离 ≅ ! ϑ ϑ 处流量不过 # 7

Ε1 ϑ · 岁 7 由此 可见 , 土壤水分不 同造成了
迁移过程的巨大差异 7 从图
可见 , 外源痕
量 ∀ = > 进入土壤后 向四周扩散 , 形成 一定
的空间分布 , 距离原点越近分布越多 8流量
越 大 9 , 距离原 点越远 分 布越 少 8流 量越
小 9 , 最后趋于平稳状态 7 这种迁移的空间
进程主要受土壤水分条件的制约 , 土壤水
分含量高则进入的空间领域广而分布的浓
差梯度小 , 土壤水分 含量低则进入的空间
领域小而浓差梯度大 , 在 ;! ⎯持 水量下经
≅
Θ , 绝大部分 ∀ = > 还集中在原点 7
功 Β
功≅!
!
飞。考‘ 月贫己喇妞
! 结果与讨论
! ∀ # 在非淋洗 条件下外源痕量 ‘泛 ∃ 的迁
移过程
! ∀ # ∀ # 扩散迁移的空间进程 及土壤水分的
影响 在 ! 种水分 条件下进行扩散试验的
结果表明 , 土壤水分 含量越高 , ‘佗 ∃ 的移运
速 度越快 ∀ 在 # % & 土壤 持水量下经过 约
#% #、 , 距离原点 ∋ % ∃ 、( 处的流量达 ! % ∀ )∗ + (
“, 一十一性一一十一廿一一十距 离口以∀ 口 仅∀ −
图 , 不同水分条件 卜外源痕 量 “龙∃ 迁 移的空间进程
. /0 ∀ # 1 +  ∗ ∗ + 2 3 ∗ 3 4 4 3 5 6 2  ∃ 4 73 ∗  6 /3 ∃ 3 5 4 8 + + 7∗ ∃ / ∗ ∃ 6 七9
6 2  ∗ ∗ : ; < ∃ 8 ∃ 9 ∗ 2 9 /55∗ 2 ∗ ∃ 6 4 3 /7 ∃ , % #, 6 8 2 ∗ ∀
# ∀ #% % 绒 , 73 = ∀ # ∀ > % & , ? : = , 一 ! % & , ∋ #; = ∀
! ∀ # ∀ ∋ 不同水分条件下外源痕量 : ;< ∃ 扩散
迁 移的速度 显 然 , : ;< ∃ 扩散迁移在空间
进程上的这种差异是不同水分条件下扩散
速度不同所造成的 ∀ 若以最大表观线速度
作 为考察指标 , 则不同水分条件下 ‘4< ∃ 扩
# 期 邹邦基等 : 外源痕量 = > 进入土壤迁移转化的过程
散速度的差异如表 ≅ 所示、水分从最大持
水量 8
! ! ⎯ 9减少到 速度将近要 降低
个 数量级 , 再减 少到
;! ⎯时 , 几乎又要降低
‘个数量级 7
衰 ≅ 土族水分对外派右6 ‘Δα > 迁移速度的形响
Α Χ ΤΜ 5 ≅ ( ΙΙ5Ε 6 ΓΒ ΔΓ ΦΜ ϑΓ 诬Δ6Κ 比 Γ > 6ΒΧ > ΔΜ伙 Χ6五Γ > Ξ 5 ΜΓΕ Φ6ςΓ Ι Δ 7 Λ Λ一5ϑ 5 > 6“ “ α >
土壤水分) 〕


>
+ &) 6 , Β 5
8⎯ 9
时 间Α Φϑ 5
8Δ 9
距 离2 ΦΔ 6 Χ > 5 5
8ϑ 9
线速度& Φ> 5 Χ Β
Ξ 5 ΜΓΕ Φ6ς8ϑ · Δ 一 Μ

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7 ∀  Σ
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; Σ
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; ! < < # ∀ ∀ ! ! 7 ! ≅ ! 7 ! ; ≅ ; Σ
! 一 ∀
土壤和均匀介质 8如水溶液 9不同 , 由
固 、液 、气 ; 相组成 , 离子在土壤 中扩散 只
能沿着土粒表面和土粒之间的空隙曲折前
进 , 所经过 的实际扩散途径要较 7直线距离
长得多 , 而对离子扩散有效的截面积却较
表观上的土壤截面积小得多〔’〕7 因此 , 上述
表观线速度仅作为一个相对数来比较不同
水分 条件下的差异 7 这种差异正 反映 了土
壤 ; 相体 系组成对离子扩散 的影响 7 本试
验 各处理在土粒大小 、形状 以及土粒排 列
等方面基本上相似 , 而固 、液 、气相 的比例
却因控制在不同含水量下而差异很大 , 必
然成 为制约扩散速 度的主导 因素7 前 人许
多研 究也证明 , 在一定范围内许多离子 在
土壤中的扩散系数与土壤的含水量呈直线
相关川 7
; 7
7 ; 扩散迁移的时间进程 把土壤 含水
量控制在持水量的 < ! ⎯ 的情况下 , 于不同
时 间观察原点和距 原点不同距离的流量 ,
表 ; 淋洗条件下 ‘忱 > 在褐土中的迁移与形态转化
取 原点 以外各点的流量对 时 间作图 8图
≅ 9 , 可清楚地看 出外源痕量 ∀Δ= > 进入褐土
后扩散迁移的时间进程为 ) 形 曲线 , 即在
扩散范围内任何一点的流量随时间而变化
的规律是开始流量很低 , 随后急增 ,到一定
时间后趋 向于平稳 , 但距离原 点越远流量
越小 , 达到最大值的时间也较晚 , 且随着扩
散经 历时间的增长 , 各点流量值的差异逐
渐缩小 7
距 离、Υ 位竺一咬尘与、鸳86 ≅∗片−路身创绍翻艇
ΑΒ Χ 矛‘治眨匕奋才 沪 ∀ ⋯;% ?% #! % #?%时 间 Δ加” ∀ Ε的图 ∋ 外源痕量 “龙∃ 进入褐土扩散迁移的时问进程. /公∀ ∋ Δ /∃ / ∗ + 2 3Φ ∗ 4 4 3 5 6 2  ∃ 4 73 ∗  6 /3 ∃ 3 5 4 8 + + 7∗ ( ∗ ∃ 6∗ 9
6 2  ∗ ∗ : ;< ∃ /∃ 9 2  Γ ; % ## ∀
! ∀ ∋ 淋洗条件下外源痕量 ‘1< ∃ 迁移与转
化
土柱淋洗试验和形态分组测定结果见
表 ! , 从表 ! 可见 , 在 ∋ % ∗ ( 深土柱中经 ∋ ) =
的 水淋洗 , 进 入表面的 : ;< ∃ 约 有 ∀! ∀ ? &的
量随水移出土柱 Η 经过 ∋ )= 水淋洗 , 进入
表面的 : ;< ∃ 已迁 移至全 ∋ %Φ ( 土 层 , 各层
分布量大约相似 , 即分布较均匀 , 说明在淋
Δ  一,一∗ ! Δ 2  ∃ 4 ∀3Φ  6 /3 ∃  ∃ 9 62  ∃ 4 23 2 (  6 /3 ∃ 3 2 ∀ , Ι ∃ /∃ 9 2 Γ ; % #一8 ∃ 9 ∗ 2 一∗  Φ =泣∃ 0 ∗ 3 ∃ 9 /63 ∃
层 次
ϑ Κ ∗ 2
Ε ∗ ∃ 飞−
< ∃ 活性 Λ ∗ 6/ Μ / 6Κ 3 5 ” 。< ∃ Ε 9 + ∃ 、 · 0 一 ’ −
水溶态 Ν 1 Ο Π ΘΛ Ρ Σ
%一 )
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Ε 9 + ( · ) # ∀ :Τ # −
流出 Υ 2 /+ + ∗ 9 Ε 9 +∃ 、 −
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∋ ! ? ? ! Τ , 7
#! 。 应 用 生 态 学 报 ∀ 卷
洗条件下物理性迁移运动比化学转化进行
得快 ?淋洗 ≅ #Θ 后各层形态分级提取测定
的结果表 明 , ( Σ 态和 ∃. − Ν 态保持量 最
多 , 二者各占总量的 #; ⎯以上 , − ( ) 态最
少 , 仅占总量的 ! 7 ⎯ 以下 , 可见在淋洗条
件下外源 ‘)= > 转化 为固定形 态的速度是
缓慢的 , 其可移动的趋势较大 7 由此可以认
为 , 外源痕量 ‘Δ= > 进入褐土时如正逢雨季
淋洗条件 , 将可能有相当部分移出土壤进
入水体 , 但由于褐 土有较大 的代换 吸附和
碳酸盐结 合能 力 7 加上其它形 态库的部分
结合和缓慢转化 , 大部分仍可能保持在土
层内 , ‘Δ= > 量越少 , 其保持的比例将愈大 7
; 7 ; 静态培养条件下 ‘Δ= > 形态转化进程
从图 ; 可见 、‘Δ= > 进 入褐土后立即 向
各种形态分配和转化 , 初始时以 ( Σ 态和
∃. − Ν 态占优势比例 ?在 ≅ 周内 − ( ) 态很
少 有 增 加 , 至
个 月 − ( ) 态 占总 量 的
∀ 7
⎯ , ∀ 个月亦 只占
; 7 ; ⎯ ?在 ΜΗ ·至 ≅ 周
期内 ( Σ 态 8含水溶态 9迅速转化为 [ > + Σ
态和 . 05 + Σ 态 , 以及少量转化为 + [ 态
和 ∃ 05+ Σ 态 ? ≅ 周后 ∃ . − Ν 态大量输出 ?
∃. − Ν 态和 ( Σ 态向 ∃ 05 + Σ 态和 − ( ) 态
8可能通过 . 05 + Σ 态和 [ > + Σ , 态中间过
程 9转化 , # 个 月后 [ > + Σ 态和 ∃05 + Σ 也
明显转化为 − ( ) 态 ? 经过长时间的转化 ,
总体上有各形态最终向 − ( ) 态转化的趋
势 7 已往研究表明 , 土壤中 − ( ) 态 = > 占总
量 的 < 一 ] ! ⎯ , ∃05 + Σ 态 = > 占
一
≅ ! ⎯ , 二者合计占  ⎯左右 , 说明土壤中
= > 的固定趋势很强 7 但外源 ‘Δ= > 进入土壤
后相当长时间内在 ∃. − Ν 态和 . 0 5+ Σ 态
保持较高贮量 , 说明 ∀吃> 在固定前还有相
当多的机会参与其它运移 8如被植物吸收
等 97
# 结 论
∃人− Ν
冉万 侧+ Σ
# 7
∀ = > 进入褐土后在水分充 足的条件
下物理性迁移运动比化学转化固定迅速 ,
若是在雨季有部分移出土壤进入水体的可
能性 ? 但在水分不足的情况下物理性迁移
很慢 , 干旱条件下不可能移出土壤 7
# 7 ≅ ∀ = > 进入褐土后形态转化的初始阶
段属分配性质 , 进入 ( Σ 态和 ∃ . − Ν 态中
最多 , 进入 − ( ) 态最 少 ? 随后各形态间相
互转化 7
# 7 ; 各形态有最终向 − ( ) 态转化 趋势 ,
− ( ) 态很难输出 , 造成 ∀Δ= > 的固定 ,
# 7 # 新进入褐土的 “Δ= > 在 ∀ 个 月后仍有
大 量存 在 于 较 易变 动 的 ∃. − Ν 态 和
. 05 Γ Ψ 态中 , 为其进一步 的迁移转化提
供了可能性 7
竹∗撤件
承
参考文献
加巧
Ξ次Ψ‘护节力,≅≅∀≅军Ζ≅舀侧舰盆车
∋!
ΡΟ1 Φ.∗3[∀Ο[
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周数 ∴ ∀ 旧Γ ∗2 35 俄滩] ∀
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培养时间 ϑ 3 Φ曲 ∀ 6∗9 6加∗
“Ι ∃ 在褐土中琅态转化的进 程
! ⊥2 3Φ ∗ 、 ; 3 5 62  ∃ 4 53 2 (  2 /3 ∃ 3 5 ‘1< ∃ 53 2 ∃ 飞、
于 天仁主编 ∀ # Τ ? > ∀ 土壤化学原理 ∀ 科学 出版社 , 北
京 , ! #: ·
李书鼎等∀ #Τ ? : ∀ 棕壤稻 田系统中重金属某些特性 ∀
见 _ 土壤 一植物系统污染主态研 究 Ε 高拯民主编 − ∀ 中
国科学技术出版社 , 北京 , ) ?∋ 一 ) ? ; ∀
1= 8 ∃ # ∃ ∀ 7 ∀ Ω ∀ # Τ? ; ∀ .2  ∗ 6 /3 ∃  2 /3 ∃ ∃ #∗ 6 = 3 9 53 2 ∃ #/≅
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