全 文 ：有机物料对白浆土金属氧化物形态转化和
迁移的影响及其肥力效应*
吴龙华* *
高子勤
(中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110015)
摘要
通过土柱淋溶试验研究了牧草粉腐解物对白浆土 Fe、Mn、Al氧化物形态转化及剖面迁移的影响及其
对土壤 P 素形态转化和有效性的影响. 结果表明,加有机物料淋溶使土壤 DTPA 提取态或有机络合 Fe、Mn、Al
氧化物含量显著上升; 有效磷含量也极显著上升, 主要在于铝磷和铁磷含量的增加; 白浆层土壤中有效态磷及
无机磷各形态均随着腐熟牧草粉用量的加大而极显著地升高, 表层土壤中有效态磷、铝磷、铁磷的变化也与加
入的腐熟牧草粉极显著正相关. 土壤有效态磷、铝磷、铁磷与 DTPA 提取态和有机络合态 Fe、Mn 显著或极显著
相关, 但在表层土壤磷素各形态与 DTPA 及焦磷酸钠提取的 Al呈极显著负相关,而白浆层却是极显著正相关.
关键词
有机物料
氧化物
P
白浆土
Effect of organic material on transformation and translocaf ion of metal oxide in albic soil and their impacts on soil
fertility. Wu Longhua and Gao Ziqin ( I nstitute of Applied Ecology , A cademia Sinica, S henyang 110015) .
Chin .
J . A pp l. Ecol . , 1999, 10(4) : 423~ 426.
Soil column experiment show ed that in albic soil, DTPA
or org anochelated Fe, Mn and Al w ere significantly increased
when decayed alfalfa powder w as added. Soil available P w as also enhanced, mainly due to the increase of soil alu

minum and iron combined P ( P
Al and P
Fe) . In albic lay er , soil available P and four forms of inorg anic P w ere all sig

nificantly positively correlated to t he amount of added alfalfa powder, while in surface layer, only available P , P
Al and
P
Fe were significantly positively corr elated to t he dose of or ganic material. Soil available P, P
Al and P
Fe were signif

icantly correlated to DTPA
or organo
chelated
Fe, Mn. T he differ ence was in surface layer, their relationships were
negative, while in albic layer, they w ere positiv e.
Key words
Organic material, Oxide, Phosphorus, A lbic soil.


* 国家! 八五∀科技攻关项目( 85
005
01
04) .


* * 通讯联系人.


1998- 11- 02收稿, 1999- 04- 29接受.
1
引

言


我国白浆土的分布较为广泛, 在黄河以南地区主
要与棕壤或黄棕壤成复区存在. 在东北地区主要与黑
土、草甸土或暗棕壤成复区存在.经过近半个世纪的研
究,我们已在白浆土的成土过程、剖面分化特征、肥力
状况[ 4, 6~ 8]、微形态特征、酸度状况[ 7]、氧化物特性和
有机
无机复合体、磷素特征[ 7]等方面做了大量系统的
工作, 但尚未见有有机物质对土壤 Fe、Mn, Al氧化物
形态变化、迁移的影响以及因此而引起的土壤养分尤
其土壤 P 素效应方面的研究. 腐殖酸含有多种功能
团,能与环境中的金属离子发生吸附、交换和络合作
用.这些有机
金属络合物可分为水溶性和水不溶性两
种,它们在植物的微量元素营养及 P 素营养等方面起
着重要的作用. Schnitzer[ 9, 11]等则全面地研究了腐殖
酸与金属离子的相互作用及其环境效应; Steven

son
[ 12, 13]也对金属离子与土壤中有机质的相互作用作
了研究; Huang[ 10]研究了土壤有机
Al复合体的化学
行为及其影响因子; 保学明[ 5]认为金属
有机络合物的
稳定性与有机物质的类型及聚合程度有关; 刘志光[ 2]
认为土壤中的铁、锰氧化物颗粒或包膜可以被植物残
体分解的某些有机物质所还原、络合和溶解, 从而增加
了Fe和 Mn 的活动性和生物有效性. 本文旨在通过
土柱淋溶试验研究生物措施对白浆土中金属氧化物特
征形态转化和剖面迁移的影响及其所导致的土壤 P
素形态和有效性的变化, 以阐明白浆土有机
金属络合
作用机制及其肥力效应, 为白浆土的生物改良、持续高
效稳产提供理论依据.
2
材料与方法
2. 1
供试土壤


供试土壤样品采自黑龙江省宝清县八五二农场种畜站林
地.其基本性状如表 1.供试有机物紫花苜蓿采自八五二农场,
将其洗净, 烘干, 磨细. Fe、Mn、Al 和 P 含量分别为 1. 54、
0. 0660、0. 619和 2. 73g#kg- 1 .
2. 2
试验设计与实施
试验分为 3 个处理,即 1)对照( CK ) ; 2)加 1%腐熟牧草粉
(风干土为基数) ; 3)加 4%的腐熟牧草粉. 3 次重复, 随机排列.
应 用 生 态 学 报
1999 年 8 月
第 10 卷
第 4 期
































CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug . 1999, 10( 4)∃423~ 426
表 1
土柱淋溶试验土壤基本性状
Table 1 Basic properties of tested soi l for soi l column leaching experiment
发生层
Genet ic horizon
pH
有效态Available element( mg#kg- 1)
P Fe Mn Al
全量 T otal element ( g#kg- 1)
C Fe Mn Al P
质地
T exture
表层 A 6. 40 36. 2 30. 9 74. 9 1. 60 40. 5 28. 5 1. 14 8. 37 1. 20 壤土 Loam
白浆层 Aw 6. 16 22. 7 22. 7 25. 9 2. 35 8. 70 36. 2 1. 17 8. 34 0. 520 壤土 Loam
土柱内径 15cm, 表层 ( A 层) 25cm, 装土 5kg, 白浆层 ( Aw 层)
20cm,装土 5. 7kg, 白浆层和表层均按试验方案拌入腐解物.


试验共淋溶 180d, 经常保持土壤湿润并有积水层, 每一个
月收集渗滤液一次, 测定 Fe、Mn、Al、P 量. 试验结束时分别采
集 A、Aw 层样品, 风干,过筛, 备用.
2. 3
样品测试
土壤全碳采用 K2Cr 2O7- 外加热法[ 1] ; 有效态 P 用 Olsen
法( 0. 5 mol#L- 1 NaHCO3) [ 1] ; 无机磷形态分组也参照文献[ 1] ,
同时测定铝磷、铁磷提取液中 Fe、Mn、Al含量; 有效态 Fe、Mn、
Al用 DTPA 浸提,电感耦合等离子体发射光谱仪测定[ 1] ; 有机
络合态 Fe、Mn、Al采用 pH9. 8 的 0. 1mol#L- 1 Na4P2O7 提取, 电
感耦合等离子体发射光谱仪测定[ 1] ; 土壤 pH 为 1
2. 5 土水
比, pHs
3 型酸度计测定[ 1] ; 土壤矿质全量为 3 酸 ( HNO 3、
HClO4、HF)消煮, Fe、Mn 用原子吸收法, Al、P 采用比色法测
定[ 1] .
3
结果与讨论
3. 1
土壤有机碳总量的变化特征
土柱淋溶试验因有机物料的加入量较大,因而无
论表层或白浆层土壤,随着腐解物用量增大, 土壤全碳
均极显著上升(表 2) .
表 2
土柱淋溶试验土壤全碳变化*
Table 2 Total carbon content of soi l column leaching experiment ( g#kg- 1)
层次 Genet ic horizon CK + 1% + 4%
表层 A 39. 3cC 42. 2bB 47. 3aA
白浆层 Aw 8. 24cC 10. 9bB 17. 1aA

* 表中小写字母为 P< 0. 05,大写字母为P< 0. 01水平显著性检验结
果 Small letters in the table mean P< 0. 05, and capital let ters mean P< 0.
01;下同. The sam e below .
3. 2
土壤有效态氧化物的变化特性
土柱试验无论表层或白浆层,土壤 DTPA提取的
Fe、Mn均因腐熟牧草粉的加入而上升,但与加入牧草
粉量关系不大(表 3) . 加入有机物料以及淹水淋溶,导
致土壤 Eh的下降, Fe、Mn因还原作用而活性增大,白
浆层土壤 Mn
DT PA 大大高于对照,一是活化作用所
致,再者表层土壤Mn的向下淋移也会增加白浆层 Mn
含量, Mn活性与 Eh的关系比 Fe更明显,土壤在干湿
交替状况下 Eh变化对 Al的影响不大.
表 3
土壤 DTPA提取态 Fe、Mn、Al含量
Table 3 Soil DTPA
Fe, Mn and Al concentration (mg#kg- 1)
处理
T reatment
A
Fe Mn Al
Aw
Fe Mn Al
CK 163 27. 0 2. 40 43. 2 22. 0 3. 28
+ 1% 195 47. 2 1. 40 63. 0 202 1. 20
+ 4% 212 38. 2 4. 42 67. 0 187 0. 978
3. 3
土壤有机络合态氧化物的变化特性
无论表层或白浆层土壤均是有机络合态 Fe、Mn
因腐熟牧草粉的施用而上升,有机络合态 Al则无明显
变化(表 4) ,牧草粉分解时产生的低分子有机酸对 Al
的络合, 加之水的淋溶作用, Al
有机络合物在土壤中
向下迁移使土壤有机络合态 Al有所下降.
增施有机物使土壤有机络合态 Fe、Mn 上升, 而
Al下降或无明显变化的现象更可以解释前述这两试
验DT PA可提取态 Fe、Mn、Al为何也呈现这种规律,
DTPA作为一种弱有机提取剂,它浸提出的是土壤中
水溶态氧化物及部分与有机质结合的 Fe、Mn、Al, 因
此土壤有机络合态 Fe、Mn、Al含量与 DTPA 提取的
Fe、Mn、Al密切相关, 再者, Fe、Mn的增加反过来将影
响Al的变化.Al
DT PA 与有机络合态 Al极显著正相
关,而与有机络合态 Fe、Mn 则极显著负相关; Fe
DT

PA、Mn
DT PA 则因有机络合态铁的增加而极显著上
升,随有机络合态 Al的增加而下降. 微区试验也是这
种趋势,只是未达到显著性水平.
表 4
土壤有机络合态 Fe, Mn, Al 含量
Table 4 Soil organic matter chelated- Fe, Mn and Al concentration (mg#
kg- 1)
处理
T reatment
A
Fe Mn Al
Aw
Fe Mn Al
CK 982 224 310 268 210 255
+ 1% 1068 280 300 453 548 221
+ 4% 1330 260 383 493 500 191
3. 4
有机物对土壤氧化物剖面迁移的影响
表5为土柱渗滤液中 Fe、Mn、Al的动态变化, 施
用腐熟牧草粉初期, 渗滤液中 Fe、Mn、Al浓度明显高
于对照,且牧草粉用量越大,渗滤液中氧化物浓度也越
高.随着淋洗时间延长,渗滤液中 Fe、Mn、Al浓度很快
下降但仍以对照为最低.土壤固相及表面包被的 Fe、
Mn、Al氧化物, 在土壤溶液的作用下, 水及腐殖质的
解离所产生的羟基或羧基与多价金属离子形成难溶性
或可溶性络合物,当络合与解离达到平衡状态,所形成
的稳定性络合物将随土壤溶液迁移, 通常是沿土壤剖
面而淋溶下移. 从每次渗滤液中氧化物含量均略高于
对照可知, 施用腐熟牧草粉后土壤腐殖酸- 金属络合
物含量的增加, 即氧化物的活性上升,使其被淋失的机
会也随之增大. 但短时间内土壤中 Fe、Mn、Al的淋失
量小.
424 应
用
生
态
学
报


















10卷
表 5
土柱淋溶试验渗滤中 Fe、Mn、Al的动态变化
Table 5 Fe, Mn and Al dynamics in leaching water of soil column experiment ( mg#kg- 1)
处理
T reatment
Fe
30d 60d 90d 120d 150d
Mn
30d 60d 90d 120d 150d
Al
30d 60d 90d 120d 150d
CK 0. 320 0. 368 0. 101 0. 000 0. 000 0. 135 0. 101 0. 032 0. 729 0. 069 1. 033 0. 000 0. 000 0. 001 0. 001
+ 1% 8. 180 13. 93 0. 015 0. 000 0. 000 10. 61 14. 01 0. 017 0. 734 0. 131 3. 340 0. 035 0. 000 0. 015 0. 029
+ 4% 102. 6 52. 84 0. 037 0. 000 0. 000 26. 51 38. 78 6. 765 0. 996 0. 841 11. 18 0. 069 0. 000 0. 097 0. 101
3. 5
土壤 P 素形态变化特征
3. 5. 1土壤有效态磷及无机磷形态变化
不论表层或
白浆层,土壤有效态磷均是对照最低,随腐熟牧草粉用
量增加,土壤有效态磷显著上升, 4%用量达极显著水
平,以白浆层的增率更大(表 6) .这是由于: 1) 白浆层
中有效态磷大大低于表层,因而即使加入的牧草腐解
物量相同, 也会因其基数小而表现得更显著; 2) 淋溶
作用将使表层土壤中随可溶性腐殖酸及水带走的那部
分 P 在下层累积,或者说表层只有淋失而白浆层虽存
在淋失,但它有表层土壤的补充作用.土壤铝磷也是随
着牧草粉的施用而增加, 在高量处理时达到极显著水
平,是加入的牧草粉及其分解产物对土壤氧化物的活
化起了主要作用,以白浆层的增率高于表层. 铁磷的变
化与铝磷相似, 只是增率稍小,这与铁磷活性小于铝磷
的规律一致.有机物料对土壤钙磷的影响不大,只白浆
层在 4%用量时与对照有显著差异. 牧草腐解物只有
在作用于包被在闭蓄态磷外面的氧化物胶膜后才能间
接地引起 P 素含量的变化,所以闭蓄态磷随牧草粉的
施用而略有增加, 但处理间差异也均未达到 5%显著
性水平.统计分析表明,土壤有效态磷的变化与无机磷
各形态含量的变化极显著正相关, 从表 6 有效磷及无
机磷各形态含量的变化趋势也可以发现这一点,各处
理无论表层或白浆层, 土壤有效磷或无机磷各形态均
是对照最低, 1%次之, 4%处理最高. 浇水淋溶对土壤
渗滤液中 P 素含量影响不大(表 7) ,各处理渗滤液中
P素含量均较低, 在 0. 07~ 0. 13mg#L- 1之间,变幅不
大,开始时对照略高, 60d时加牧草粉者略高, 90d时牧
草分解产物的溶 P 作用渐弱,高量处理时 P 的吸附作
用大于溶解作用,渗滤液中 P又下降, 120和 150d时3
个处理几乎没差别. 与 Fe、Mn、Al氧化物相比, 渗滤液
中 P 浓度非常低.
表 6
土柱淋溶试验土壤有效磷及无机磷各组分含量
Table 6 Soil available P and P fractions of soi l column leaching experiment
( mg#kg- 1)
发生层
Genet ic horizon
处理
Treatment
有效P
Available P
铝磷
P
Al 铁磷P
Fe 钙磷P
Ca 闭蓄态磷P
O
A CK 20. 7cB 31. 0bB 227. 3cC 121. 9 217. 6
+ 1% 24. 4bB 34. 8bB 259. 7bB 125. 1 241. 7
+ 4% 34. 6aA 53. 3aA 316. 3aA 126. 0 235. 8
Aw CK 5. 39cB 2. 06bB 71. 8cC 30. 2b 30. 0
+ 1% 8. 28bB 3. 25bB 95. 6bB 31. 9b 44. 7
+ 4% 15. 2aA 8. 66aA 122. 9aA 35. 2a 54. 7
表 7
土柱淋溶试验渗滤中 P的动态变化
Table 7 Phosphorus dynamics in leaching water of soil column experiment
( mg#kg- 1)
处理 T reatment 30d 60d 90d 120d 150d
CK 0. 0964 0. 0587 0. 102 0. 0698 0. 0650
+ 1% 0. 0783 0. 0666 0. 122 0. 0650 0. 0618
+ 4% 0. 0916 0. 0724 0. 0890 0. 0602 0. 0587
3. 5. 2 土壤有机碳、氧化物变化特征与 P 素形态变化
的关系
土壤有机质含量高或施用有机物可减少 P
的吸附和固定, 活化土壤 P 库尤其无机 P 中的铝磷、
铁磷,从而提高土壤中 P 的有效性.其原因: 1) 不溶性
的铝磷、铁磷由于有机质的作用和有机质分解过程中
产生的有机螯合物的作用,释放出可溶性 P,其螯合效
应一般是三羧酸> 二羧酸> 一羧酸, 即与羧基含量呈
正相关; 2) 腐殖酸盐在三二氧化物胶体表面形成一层
保护膜,阻止磷酸盐的被吸附; 3) 有机质在分解过程
中产生的 CO2 并进一步形成 H2CO3,对土壤 P 素也有
一定的溶解性; 4) 有机质分解产生的有机阴离子的代
换作用,可减少 P 的吸附; 5) 新鲜有机质对土壤原生
腐殖质有起爆效应, 从而供给可矿化的有机磷; 6) 形
成磷
腐殖酸盐复合体[ 3] .
施用腐熟牧草粉,铁磷含量均明显高于对照, 这与
有关结果一致[ 7] . 统计分析 P 素状况与加入腐熟牧草
粉量的关系发现,白浆层土壤中有效态磷及无机磷各
形态均随着腐熟牧草粉用量的加大而极显著地升高
(R 分别为: 有效 P 0. 9724* * , P
Al 0. 9620* * , P
Fe
0. 9656
* *
, P
Ca 0. 8596* * , P
O 0. 9593* * ) ; 表层土
壤中有效态磷、铝磷、铁磷的变化也与加入腐熟牧草粉
极显著正相关 ( R 分别为: 有效 P 0. 9779* * , P
Al
0. 9810* * , P
Fe 0. 9773* * ) .可见加入腐熟牧草粉使
土壤腐殖质及其各组分含量上升, 土壤中原有腐殖质
矿化作用增大, 从而起到了活化土壤 P 素营养、提高
白浆土中 P 素有效性的作用.
施用有机物料分解产生的有机酸及其它中间产
物,增加了土壤中腐殖质含量, 也降低土壤对 P 的吸
附量.腐殖酸增加可降低土壤对 P 的吸附量, 腐殖酸
影响吸附的机理可以归结为: 一是溶解机制, 二是竞争
机制,三是有机酸吸附后的静电排斥效应.统计分析表
明,土壤有效态磷、铝磷、铁磷与 DTPA 提取态和有机
络合态 Fe、Mn显著或极显著相关,但在表层土壤 P素
4254 期







吴龙华等:有机物料对白浆土金属氧化物形态转化和迁移的影响及其肥力效应






图 1
土柱淋溶试验土壤 pH 变化特性
Fig. 1 Soil pH changes of soil column leaching experim ent.
各形态与 DTPA及焦 P 酸钠提取的 Al呈极显著负相
关,而白浆层却是极显著正相关, 这可能与其土壤 pH
值变化有关.施用腐熟牧草粉后, 表层土壤 pH 明显下
降,而白浆层土壤 pH 则大幅度上升(图 1) . 浇水淋溶
使表层中大量盐基淋至白浆层并在此有所积聚,即表
层土壤盐基饱和度下降而白浆层则上升, 使土壤 pH
值呈现不同的变化趋势. pH 中性时土壤 Al的活性最
大, pH 升高或降低, Al活性均下降.因此,本试验表现
为表层土壤有机络合态铝随腐熟牧草粉的增施而下
降.
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Society of America.
作者简介
吴龙华,男, 30 岁, 1997 年获理学博士学位, 现为中
国科学院南京土壤研究所博士后,主要从事土壤与环境化学研
究,已发表论文多篇. E
mail: lhwu@ issas. ac. cn
426 应
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学
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