全 文 ：有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响
.土壤内源铁形态分布*
徐星凯* * 张素君 (中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110015)
王子健 (中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085)
摘要! 研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源铁形态分布. 结果表明, 单淹水利于
土中无定形氧化铁、络合态铁、有效态铁以及氧化铁活化度升高,并且络合态铁与有效态铁升高程度,低盐土壤
显著; 晶形氧化铁变化不明显,土中可能存在其它形态铁向晶形氧化铁转化. 种稻不施有机物料, 根际络合态铁
和有效态铁富集; 无定形氧化铁和晶形氧化铁亏缺. 根际氧化铁活化度稍低于非根际. 增施有机物料利于两种
盐渍土根际内外铁形态向络合态铁和无定形氧化铁转化; 有效态铁和氧化铁活化度提高, 低盐土壤根际较明
显.
关键词 铁形态分布 有机物料 根际 盐渍土
Rhizospheric eff ect of organic material on heavy metals in coastal saline soil . Distribution of soil native ferric
forms. Xu Xingkai, Zhang Sujun ( Institute of App lied Ecology , A cademia Sinica, Shenyang 110015) and Wang
Zijian ( Research Center f or Eco - env ironmental Sciences, A cademia Sinica, Beij ing 110085) . Chin . J . A pp l .
Ecol . , 1999, 10(4) : 430~ 432.
This paper studied the distribution of nativ e ferric forms in coastal saline paddy soils w ith different salt contents under
dr ainage condition and after apply ing decomposed organic material. The results showed t hat waterlogg ing was benefi
cial to t he increase o f amorphous iron ox ide ( AFeO) , complexed Fe ( ComFe) , DTPAex tracted Fe and activ ity co
efficient of iron ox ide ( ACIO ) in saline soils tested w hileas crystalline iron ox ide ( CFeO) almost had no change, sug
gesting the tr ansformation of so il other unknown ferr ic forms to CFeO, and t hat ComFe and DTPAex tracted Fe in
low saline soil increased more significantly than those in high saline soil. Planting rice w ithout the application of organ
ic material was beneficial to t he enrichment of ComFe and DTPAex tracted Fe and the depletion o f AFeO and CFeO
in rhizospher ic soil, and the lightly low er ACIO than t hat in nonrhizospheric soil. Organic mater ial improved the
transfo rmat ion of native ferric forms to ComFe and AFeO in rice rhizospheric and nonr hizospheric soils, particular ly
in rhizospheric soil wit h low salt content , and significantly increased DTPAex tracted Fe and ACIO in these so ils.
Key words Fer ric forms distribution, Organic mater ial, Rhizospher e, Saline soil.
* 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.
* * 通讯联系人.现在中国科学院生态环境研究中心水化学国家重
点实验室做博士后.
1998- 03- 31收稿, 1998- 06- 30接受.
1 引 言
元素在根际中的分布状况和化学行为与土壤本身
的性质有密切关系. 一些研究结果表明,石灰性土壤中
结晶态铁可明显地向无定形态转化, 从而可改善这类
土壤中铁素的生物有效性;水稻土植稻后根际中无定
形铁、络合铁及铁的活化度均低于非根际,然而红壤中
除络合态铁的根际内外分布趋势与水稻土相同外, 其
余均与水稻土相反[ 1] . 至今,对盐渍土根土界面铁有
效性及其形态转化涉及甚少, 大多只局限于非根
际[ 6] .有机物料不但能改善盐渍土不良盐渍环境, 而
且还能促进土中氧化铁的活化[ 2, 6] , 利于作物根系对
铁元素的吸收.
基于上述, 本文主要通过有机物料培肥黄河三角
洲滨海盐渍土根际试验, 探明该地区石灰性盐渍土内
源铁形态在其培肥条件下根际效应, 为合理利用该地
区石灰性盐渍土内源铁资源, 人工优化根际微环境提
供理论基础.
2 材料与方法
参见文献[ 4] .
3 结果与讨论
3. 1 单淹水土壤各形态铁分布及转化
由表 1可见,土中络合态铁、无定性氧化铁和有效
态铁以及氧化铁活化度增加,并且晶形氧化铁变化不
明显.因此, 在试验期内, 盐渍土可存在其它未知铁形
态向晶形氧化铁转化.土壤盐分量不同,对无定性氧化
铁、晶形氧化铁和氧化铁活化度变化无明显效应; 不
过, 低盐土壤仅淹水时, 络合态铁和有效态铁显著增
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)∀430~ 432
表 1 供试盐渍土各形态铁含量及其仅淹水条件下变化*
Table 1 Content of di fferent Fe forms in saline soil s tested and their variations in waterlogged condi tion alone ( mg# kg- 1)
供试土壤
S oil tested
无定形氧化铁
Amorphous
iron oxide
晶形氧化铁
Crystalline
iron oxide
络合态铁
Complexed Fe
有效态铁
DTPAFe 氧化铁活化度Activity coeff icient
of iron oxide( % )
高盐 High saline 背景值 Backgroun d 1013a 3683 47. 83 24. 78 21. 57
淹水 Waterlogging 1360b 3660 50. 2 28. 5 27. 1
低盐 Low saline 背景值 Backgroun d 896a 3653 26. 43a 14. 08a 19. 70
淹水 Waterlogging 1121b 3610 65. 8b 29. 9b 23. 7
* 栏中平均值带不同小写字母的差异显著. In a column, means followed by dif ferent small let ters are significantly diff erent at p< 0. 05. 下同. T he same
below .
加,而高盐土壤变化不明显. 因此, 淹水洗盐利于低盐
土壤铁向生物有效性较高的形态转化. 高盐环境下,土
中存在较多的 Na+ , 致使土体极度分散, 排水洗盐的
效果明显弱于低盐土壤. 这可导致低盐土中微生物活
性较高,从而引起络合态铁和有效态铁显著增加.
3. 2 水稻根际内外土壤各形态铁分布
3. 2. 1络合态铁 与单淹水土壤和背景值相比, 两种
盐渍土对照根际内外络合态铁显著升高(表 2) ; 根际
含量显著高于非根际,这与王建林等报道相反[ 1] . 盐
渍条件下, 水稻根系分泌的低分子有机化合物较
强[ 8] ,从而增强对铁的络合作用. 增施有机物料,两种
盐渍土根际内外土中络合态铁显著增加, 当用量从
1. 0%增至 2. 0%时,根际该形态铁没有明显变化; 而
非根际却出现显著提高. 这与有机物料增强水稻根系
对根际络合态铁利用有关.两种盐渍土对照根际络合
态铁显著高于非根际.增施有机物料,可削弱根际络合
态铁富集现象, 2. 0%有机物料可使根际络合态铁明显
低于非根际,低盐土壤达显著水平.这充分显示络合态
铁生物有效性较高, 有机物料可促进水稻根系对其吸
收利用[ 5] .
表 2 水稻根际内外土中络合态铁含量*
Table 2 Complexed Fe content in rice rhizospheric and non- rhizospheric
soil s( mg#kg- 1)
处理
T reatments
低盐土壤
Low saline soil
RS NRS
高盐土壤
High saline soil
RS NRS
CK 86. 6aA 72. 0aB 80. 8aA 67. 0aB
0. 5% 132. 0b 137. 6b 150. 5b 144. 4b
1. 0% 154. 6c 157. 1b 173. 4cA 154. 9bB
2. 0% 161. 8cA 184. 8cB 165. 3bc 175. 2c
* RS和 NRS分别代表根际土和非根际土.表中平均值带不同大写字
母的表示同一处理根际内外差异达显著水平.下同. RS and NRS repre
sent rhizospheric and nonrhizospheric soils, respect ively. M eans in the
table followed by dif ferent capital let ters are signif icantly diff erent w ithin
each t reatment at p< 0. 05. T he same below .
3. 2. 2无定形氧化铁 根际无定形氧化铁形成状况如
何,直接关系到土中铁素的生物有效性,也影响着重金
属污染物或农药等有毒物质在根际微域土中的吸附与
解吸, 一定程度上制约着根际微生态系统中物质
流[ 1] .因此,有必要研究有机物料植稻改良盐渍土根
际内外氧化铁各形态分布及转化.
两种盐渍土对照水稻根际内外无定形氧化铁含量
均显著高于各自背景值, 根际出现该形态铁亏缺现象,
不过差异未达显著水平(表 3) .这与王建林等报道的
熟化水稻土根际无定形氧化铁低于非根际相一致[ 1] .
增施有机物料, 两种盐渍土根际内外无定形氧化铁含
量显著增加. Sah等[ 8]发现,淹水条件下, 0. 5%有机物
料可产生较高的无定形氧化铁量, 随用量增至1. 0%
时,无定形氧化铁没有显著增加.本项试验结果与此有
所差异.有机物料厌气分解,可增强土中晶形氧化铁向
无定形氧化铁转化; 同时也抑制已形成的无定形氧化
铁向结晶态转化,尤其是根际微生物作用更加强此厌
气分解过程.因此,有机物料可促使根际无定形氧化铁
由亏缺转为富集, 其中 1. 0% 有机物料低盐土壤和
2. 0%高盐土壤均达显著水平.
表 3 水稻根际内外土中无定形氧化铁含量
Table 3 Amorphous iron oxide content in rice rhizospheric and non- rhi
zospheric soi ls( mg#kg- 1)
处 理
T reatments
低盐土壤
Low saline soil
RS NRS
高盐土壤
High saline soil
RS NRS
CK 1020a 1072a 1254a 1304a
0. 5% 1225b 1178ab 1299ab 1298a
1. 0% 1318bA 1189abB 1417b 1364ab
2. 0% 1309b 1276b 1556bcA 1423bB
3. 2. 3晶形氧化铁 两种盐渍土对照根际晶形氧化铁
含量均低于非根际(表 4) , 不过未达显著水平. 因而只
能一定程度上反映未施有机物料时, 盐渍土水稻根际
存在氧化铁∃活化%现象. 根际和根表微生物活动及水
耕栽培的还原环境, 明显促进水稻根际晶形氧化铁还
原溶解和络合作用. 增施有机物料可显著促进盐渍土
根际内外晶形氧化铁∃活化%,尤其是低盐土壤根际微
域.配施有机物料各处理低盐土壤根际晶形氧化铁含
量显著低于非根际; 而高盐土壤, 只有 2. 0%有机物料
根际该形态铁出现亏缺, 不过未达显著水平. 土壤盐分
量不同,可影响土壤微生物对铁的氧化及土中铁细菌
氧化还原的强度[ 7] ;有机物料对不同含盐量土壤根系
活力也有差异. 这些将制约着氧化铁的活化和老化.因
此,有机物料对低盐土壤水稻根际晶形氧化铁∃活化%
存在显著效应.
3. 2. 4土壤有效态铁 两种盐渍土对照水稻根际内外
有效态铁含量均高于单淹水土壤和各自背景值,尤其
4314 期 徐星凯等:有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响 . 土壤内源铁形态分布
表 4 水稻根际内外土中晶形氧化铁含量
Table 4 Crystalline iron oxide content in rice rhizospheric and non- rhizo
spheric soi ls( mg#kg- 1)
处 理
T reatments
低盐土壤
Low saline soil
RS NRS
高盐土壤
High saline soil
RS NRS
CK 3471a 3554a 3659a 3747a
0. 5% 3204abA 3365abB 3568ab 3448ab
1. 0% 3082bA 3367abB 3396b 3240b
2. 0% 2858bcA 3001bB 3135bc 3259b
是低盐土壤. 根际该形态铁出现富集, 低盐土壤显著
(表 5) . 根系分泌的还原性物质、低分子有机酸以及根
际微生物合成的高铁载体将利于土中铁还原溶解与有
效性提高. 0. 5%有机物料可显著提高两种盐渍土根际
内外有效态铁含量; 随用量增加,两种盐渍土非根际有
效态铁均显著提高, 而根际升高未达显著水平.这与水
稻根系对铁的吸收量显著增加有关[ 5] .
表 5 水稻根际内外土中有效态铁含量
Table 5 DTPAextracted Fe content in rice rhizospheric and nonrhizo
spheric soi ls( mg#kg- 1)
处 理
T reatments
低盐土壤
Low saline soil
RS NRS
高盐土壤
High saline soil
RS NRS
CK 47. 9aA 33. 9aB 35. 2a 31. 7a
0. 5% 81. 4b 78. 9b 86. 3c 76. 4b
1. 0% 88. 5b 87. 5bc 88. 8c 89. 4bc
2. 0% 91. 7b 97. 0c 93. 4c 97. 3c
3. 3 水稻根际内外土壤内源铁各形态转化
一般以无定形氧化铁和(无定形氧化铁+ 晶形氧
化铁)比值表示土中氧化铁的活化度[ 3] . 根际土壤的
氧化铁活化度不仅与植物对铁的吸收有关; 而且也描
述此微域土中晶形氧化铁向无定形态转化强度.两种
盐渍土对照根际内外氧化铁活化度均低于单淹水土
壤,同时根际氧化铁活化度低于非根际(表 6) , 但均未
达到显著水平. 由于根际土中无定形氧化铁生物有效
性较高,因而这并不能表明植稻土中活化的铁量少于
表 6 水稻根际内外土中氧化铁活化度
Table 6 Activi ty coefficient of iron oxide in rice rhizospheric and non-
rhizospheric soil s(%)
处 理
T reatments
低盐土壤
Low saline soil
RS NRS
高盐土壤
High saline soil
RS NRS
CK 22. 7a 23. 2a 25. 5a 25. 8a
0. 5% 27. 7b 25. 9b 26. 7a 28. 9ab
1. 0% 30. 0bcA 26. 1bB 29. 4b 29. 6b
2. 0% 31. 4c 29. 8bc 33. 2bcA 30. 4bB
仅淹水土壤.增施有机物料可显著提高两种盐渍土根
际内外氧化铁活化度,并且 1. 0%有机物料低盐土壤
和2. 0%高盐土壤根际氧化铁活化度显著高于非根
际.因此,高量有机物料更利于盐渍土根际氧化铁活
化.氧化铁活化度在富含有机碳的土中较高, 增施有机
物料可提高土中有机碳水平, 因而氧化铁活化度提
高[ 6] ,加速土中晶形氧化铁转化. 由于土中未知铁形
态向晶形氧化铁转化速度较慢[ 3] , 从而导致外施有机
物料时,根际内外土中晶形氧化铁明显降低(表 4) ,这
一点与单淹水土壤有所区别.
图 1 盐渍土水稻根际内外内源铁形态转化
Fig. 1 T ransformat ions of saline soil native Fe forms in rice rhizosphere and
non rhizosphere.
&转化速度快 Fast velocity, ∋&转化速度慢 Slow velocity, + OM 增施
有机物料With organic material, - OM 无有机物料Without organic mate
rial.
由图 1可见,增施有机物料可明显促进盐渍土晶
形氧化铁向无定形氧化铁和络合态铁转化, 从而提高
土壤有效态铁含量. 此转化程度均随有机物料施用量
增加而增大.考虑到有机物料种稻改良盐渍土时, 水稻
地上部分铁含量显著超过植株缺铁临界值[ 5] ,而且根
际内外各形态铁均向生物有效性较高的形态(络合态
铁和无定形氧化铁)转化. 因此, 该地区虽属石灰性土
壤,但仍不必外施铁肥,完全可以利用有机物料、种稻
改良措施改善土壤内源铁生物有效性.
致谢 本项研究承蒙中国科学院陆地生态系统痕量物质生态
过程开放实验室主任陈冠雄研究员支持,特此感谢!
参考文献
1 王建林、刘芷宇. 1992.根际土壤铁形态转化.土壤学报, 29( 4) : 358
~ 364.
2 刘志光. 1991.土壤中的铁、锰氧化物的有机还原和溶解. 土壤通
报, 22( 3) : 119~ 121.
3 陈家坊等. 1983. 土壤中氧化铁的活化过程的探讨. 土壤学报, 20
( 4) : 387~ 393.
4 徐星凯等. 1998. 有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响
( . 土壤内源 Zn形态分布.应用生态学报, 9(3) : 247~ 253.
5 徐星凯等. 1998.稻草粉淹水条件下滨海盐渍土内源锌铁流失及植
株利用.资源生态环境网络研究动态, 9( 1) : 14~ 20.
6 Anand, S. 1988. Ef fect of gypsum, farmyard manure and rice husk on
the availabilit y of iron and manganese to rice in submerged sodic soil.
Oryza , 25: 38~ 42.
7 Cameron, F. J. e t al . 1984. Effect s of salinity on bacterial iron oxi
dat ion . Current M icr obiology , 10: 353~ 356.
8 S ah, R. N. et al . 1986. Effect s of anaerobic decomposit ion of organ
ic mat ter on sorpt ion and transformations of phosphate in drained soils.
2. E ffect s on amorphous iron content and phosphate t ransformat ion .
Plant a nd S oi l , 142( 6) : 346~ 351.
作者简介 徐星凯,男, 30 岁,博士后, 主要从事土壤生物化学
与环境水化学研究,发表文章多篇.
432 应 用 生 态 学 报 10卷