全 文 ：不同利用方式下石灰性紫色土的锌形态剖面
分布特征初探 3
高美荣 3 3 　朱　波　蒋明富　成延鏊
(中国科学院2水利部成都山地灾害与环境研究所 , 成都 610041)
【摘要】　分析对比了 4 个剖面 (稻田、旱地、城墙岩群组林地、蓬莱镇组林地) Zn 形态的分布特征 ,结果表
明 ,稻田各形态 Zn 的剖面分布比旱地复杂 ,农地土层深厚 ,Zn 各形态分配在层次间的变化较林地复杂.
DTPA2Zn (有效态锌)在表层分配的相对较高 ,说明作物根系层及林木根系层缺 Zn 突出. 对各种形态在不
同剖面中的分配进行了显著性分析 ,结果表明 ,农地的碳酸盐结合态锌 (3. 65 %) 、紧结有机结合态锌
(2. 81 %) 、晶形氧化铁结合态锌 (22. 04 %)显著大于林地 (1. 86 %、0. 84 %、11. 59 %) .
关键词 　石灰性紫色土 　土壤剖面 　锌形态
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 02 - 0201 - 04 　中图分类号 　S153. 6 　文献标识码 　A
Prof ile distribution of zinc forms under calcareous purple soil under different land use. GAO Meirong , ZHU
Bo , J IAN G Mingfu and CHEN G Yanao ( Institute of Mountain Haz ards and Envi ronment , Chinese Academy
of Science and Minist ry of W ater Resources , Chengdu 610041 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (2) :
201～204.
The distribution of DTPA2Zn was influenced by other zinc forms in soil profile. In order to approach the mecha2
nism of zinc deficiency in calcareous purple soil widely distributed in hilly regions of central Sichuan Province ,four
profiles(paddy field , dry land , K1c forest land and J3p forest land) under different land use were selected to
study the distribution of other zinc forms. The results indicated that the distribution complication of zinc forms
was in order of paddy field > dry land > forest land. The quantities of CAB2Zn (3. 65 %) , TOM2Zn (2. 81 %) and
COFe2Zn (22. 04 %) in farmland were evidently more than those (1. 86 % ,0. 84 % ,11. 59 %) in paddy field.
Key words 　Calcareous purple soil , Soil profile , Zinc form.
3 中国科学院知识创新工程资助项目 ( KZCX22413) .3 3 通讯联系人.
2000 - 12 - 18 收稿 ,2001 - 10 - 08 接受.
1 　引 　　言
早在 20 世纪 50 年代美国就发现微量元素 Zn
与作物产量存在一定关系 ,从而可确定土地利用后
种植何种作物或是否应该补充 Zn 养分. 石灰性土
壤上作物缺 Zn 普遍存在. 四川盆地中部丘陵区广
泛分布着石灰性紫色土 ,该区土壤上种植的水稻、玉
米、小麦等是缺 Zn 敏感植物 ,属“锌显效区”[7 ] ,据
报道有73. 6 %的面积表现为缺 Zn[7 ] . Zn 的可移动
性和在剖面分配状况对作物 Zn 营养的有效性有较
大影响. 本文对比石灰性紫色土不同土地利用方式
的 Zn 形态分配特点 ,初步分析其剖面分布特征及
其影响因素 ,为探明川中丘陵区分布广泛的石灰性
紫色土的缺锌机理及合理施用微肥提供科学依据.
2 　材料与方法
211 　供试土壤
调查与采样在中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站
小流域进行 ,土壤为典型石灰性紫色土 ,在稻田、旱地 (主要
作物为小麦玉米轮作) 、林地 (柏木纯林) 等 4 种利用方式的
以及不同母质发育的剖面 ,共采集 19 个样本. 土壤的理化性
质采用常规分析方法测定 ,剖面的基本情况见表 1、2.
212 　锌形态分级方法
　　依据 Tessler[5 ] 、蒋廷惠[4 ]及韩凤祥[3 ]等对 Zn 的分级区
分法 ,结合石灰性紫色土的特征 ,共测定 Zn 的 8 个形态 ,测
定方法见表 2. DTPA2Zn (有效态锌) 是加 DTPA + CaCl2 +
TEA 溶液 ,恒温振荡 2 h 提取 ,采用原子吸收法测定 [3 ] .
3 　结果与讨论
311 　CAB2Zn 剖面分布特征
　　该形态锌分配率在 0. 69 %～5. 10 % ,变异显著
(表 3) . 农林地间各形态锌的方差分析 F 值见表 4.
总体来讲 ,CAB2Zn 在林地剖面 (即 S3 、S4) 中的分配
率 ( 3. 65 %) 明显大于农地剖面 ( 即 S1 、S2 ) 、
(1. 86 %) ,特别是 S3 (4. 60 %) ;在剖面上层和底层
分配率高 ,中间层低 ,分配特征为高2低2高.
应 用 生 态 学 报 　2003 年 2 月 　第 14 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb. 2003 ,14 (2)∶201～204
表 1 　土壤的一般理化性状
Table 1 Physical and chemical properties of experimented soils
剖面号
No.
层次
Layer
采样
深度
Depth (cm)
利用方式
Land
use
p H CaCO3
(g·kg - 1)
有机质
O. M.
(g·kg - 1)
阳离子代换量
CEC(cmol
( + )·kg - 1)
物理性
粘粒 Phy2
sical clay ( %)
全 Fe
Total Fe
(mg·kg - 1)
全 Mn
Total Mn
(mg·kg - 1)
全 Zn
Total Zn
(mg·kg - 1)
S1 A 0～16 稻田 8. 05 73. 32 22. 19 18. 67 30. 91 26480 584. 6 74. 47
P 16～19 Paddy 8. 30 33. 73 7. 59 17. 16 26. 62 24800 661. 9 59. 81
B1 20～30 field 8. 10 74. 96 7. 59 18. 68 32. 25 29020 613. 6 70. 59
B2 40～50 8. 25 65. 14 8. 25 23. 55 42. 55 29020 645. 8 75. 25
60～70 8. 30 79. 93 9. 35 19. 70 37. 90 26480 484. 1 62. 88
C > 100 8. 21 50. 40 4. 91 16. 17 28. 42 25640 516. 6 73. 69
S2 A 0～14 旱地 8. 01 99. 00 13. 02 20. 41 35. 77 34940 549. 0 70. 59
AB 20～30 Dry land 8. 11 104. 83 7. 81 20. 65 37. 90 29020 581. 3 70. 59
BC 45～55 8. 20 87. 49 5. 61 22. 22 39. 10 32400 613. 6 70. 59
C 70～80 8. 29 82. 33 5. 39 23. 27 41. 02 31550 597. 5 80. 70
> 90 8. 22 200. 94 4. 95 19. 37 41. 86 30710 516. 6 74. 47
S3 A 0～6 林地 1 8. 05 271. 62 53. 08 19. 53 27. 79 21440 467. 8 59. 04
AB 6～18 Forest 8. 20 412. 09 11. 14 9. 72 19. 05 20600 448. 8 53. 69
BC 18～44 land 1 8. 25 347. 15 8. 25 8. 15 19. 06 16428 419. 0 46. 09
C > 44 8. 40 267. 56 3. 75 3. 61 11. 14 17261 419. 0 37. 05
S4 A0 0～4 林地 2 7. 98 114. 17 48. 4 22. 09 34. 30 31550 645. 8 75. 25
A 4～19 Forest 8. 22 148. 67 7. 98 13. 42 27. 95 30710 645. 8 74. 47
B 19～50 land 2 8. 28 96. 21 5. 72 21. 02 57. 11 43420 484. 1 97. 98
C 50～83 8. 30 60. 95 1. 97 9. 89 11. 23 18095 789. 5 59. 04
林地 1 为白垩系城墙岩群组 ,林地 2 为侏罗系蓬莱镇组 Forest land 1 is formed in purplish shale of K1c ,Forest land 2 in J 3p .
表 2 　土壤中各形态锌的连续提取法
Table 2 Sequential extraction procedure of soil zinc fractions
步骤
Steps
提取形态
Extract fraction
提取剂
Extract solution
土液比
Soil/ Solution
条件
Condition
Ⅰ 交换态锌 ( Ex2Zn) 1 mol MgCl2 (p H = 7. 0) 1∶4 恒温振荡 2 h
Exchange Constant temperature shaking for 2 h
Ⅱ 碳酸盐结合态锌 (CAB2Zn) 1 mol NaOAC 1∶15 恒温振荡 6 h
Bound to carbonates 2HOAC(p H = 5. 0) Constant temperature shaking for 6 h
Ⅲ 松结有机结合态锌 (LOM2Zn) 0. 1 mol Na4P2O7 + 1∶20 振荡 2 h
Loose bound to organic matter 1 mol Na2SO4 (p H = 9. 5) Shaking for 2 h
Ⅳ 氧化锰结合态锌 (OMn2Zn) 1 mol NH2OH·HCl (p H = 2. 0) 1∶20 恒温振荡 0. 5 h
Bound to Mn oxides Constant temperature shaking for 0. 5 h
Ⅴ 紧结有机结合态锌 ( TOM2Zn) 30 % H2O2 (p H = 2. 0) 1∶2. 5 85 ±5 ℃水浴加热近干 (两次)
Tight bound to organic matter 与 1 mol MgCl2 (p H = 7. 0) 与 1∶4 与恒温振荡 2 h1)
Ⅵ 无定形氧化铁结合态锌 (AOFe2Zn) (NH4) 2C2O2 1∶20 恒温振荡 4 h
Bound to amorphous Fe oxides H2C2O4 (p H = 3. 25) Constant temperature shaking for 4 h
Ⅶ 晶形氧化铁结合态锌 (COFe2Zn) 0. 04 mol NH2OH·HCl2 96～100 ℃水浴加热 ,操作两次 (总土液比不变) 2)
Bound to crystalline Fe oxides 25 %HOAC 1∶20
Ⅷ 残留矿物态锌 (RES2Zn) HF2HclO4 高温消煮
Bound to residual minerals Hot temperature melting and boiling
1) 85 ±5 ℃heating in water , near dry (twice) , constant temperature shaking for 2 h ;2) 96～100 ℃heating in water twice (total soil/ solution don’t
change) ; 测定仪器为 WFD2Y 型原子吸收分光光度计 Measuring instrument is WFD2Y atomic absorption spectrophotometer.
　　CAB2Zn 在 Zn 的强吸附态与弱吸附态间的转
化中起着重要的桥梁作用[6 ] ,剖面层次上的这种分
配特征 ,显示了根系层 Zn 各形态转化较为活跃. 另
外 ,碳酸钙在农地剖面和林地剖面的均值分别为
88. 92 和 171. 41 g·kg - 1 ,含量很高 ,它除维持较高
的 p H 值外 ,其本身的吸附作用对 Zn 形态在剖面中
的分配产生重要作用[6 ] . 有机质在表层含量较底层
高 ,其在吸附 Zn 的同时 ,改善了碳酸钙的粒度 ,增
强了对 Zn 的吸附[8 ] ,从而决定了 CAB2Zn 在剖面中
高2低2高的分配特征.
312 　LOM2Zn 的剖面分布特征
　　LOM2Zn 在农林地间的分配率差异不明显 (表
4) ,4 个剖面的层次间分配趋势不同. 在 S1 中 ,层次
间分配变异不大 ,分配率在 0. 67 %～0. 72 % ,这可
能是长期处于渍水状态下 ,有机质含量在剖面中变
化不大有关 ;在 S2 中 ,BC 层的分配率稍大于表层和
底层 ,这可能是水分的淋溶作用所致 ;而在 S3 、S4
(林地)中 ,层次间分配变异很大 ,特别是 S4 (0. 11 %
～1. 63 %) ,且均在表层有一定累积 ,中间层分配低 ,
这些均与有机质在不同利用方式剖面上的分布特征
相一致.
　　LOM2Zn 是有效态锌的重要补给源 ,有机质的
缺乏及施用未熟化的有机肥都会使 LOM2Zn 在该
土壤中的分配率很低 ,长期处于渍水状态可能会降
低 Zn 的有效性[6 ] ,从而使土壤缺 Zn.
202 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
表 3 　供试土壤中各形态锌的分配率
Table 3 Relative percentages of various fractions of zinc in experimented soils( %)
剖面
号
No.
利用
方式
Land use
层次
Layer
交换态锌
Ex2Zn 碳酸盐结合态锌
CAB2Zn 松结有机结合态锌LOM2Zn 氧化锰结合态锌OMn2Zn 紧结有机结合态锌TOM2Zn 无定形氧化铁结合态锌 AOFe2Zn 晶形氧化铁结合态锌COFe2Zn 残留矿物态锌 RES2Zn 有效态锌DTPA2Zn
S1 稻田 A - 3. 57 0. 68 1. 14 3. 29 2. 18 19. 94 74. 46 0. 45
Paddy P 0. 15 1. 87 0. 67 1. 20 4. 12 1. 72 24. 01 74. 87 0. 26
field B1 0. 20 1. 37 0. 71 0. 89 3. 39 2. 12 27. 94 64. 39 0. 28
B2 - 1. 29 0. 72 0. 60 4. 73 3. 18 26. 99 65. 04 0. 27
- 2. 77 0. 70 0. 80 2. 96 3. 05 26. 00 67. 64 0. 29
C 0. 16 0. 69 0. 60 0. 98 3. 19 1. 80 25. 38 72. 21 0. 50
S2 旱地 A 0. 24 2. 35 0. 34 1. 08 2. 72 2. 55 18. 19 72. 36 0. 50
Dry land AB 0. 14 1. 26 0. 34 0. 64 2. 11 1. 88 17. 64 77. 33 0. 35
BC 0. 06 0. 95 0. 57 0. 71 2. 11 2. 29 20. 53 71. 82 0. 32
C 0. 15 1. 10 0. 37 0. 62 1. 97 2. 08 19. 31 77. 01 0. 52
- 2. 74 0. 35 0. 43 1. 10 3. 13 16. 53 80. 85 0. 47
S3 林地 1 A 0. 10 4. 78 1. 20 0. 32 0. 32 3. 95 9. 37 86. 57 0. 96
Forest AB 0. 07 3. 67 0. 45 0. 35 0. 47 3. 46 10. 30 85. 67 0. 31
land 1 BC - 4. 93 0. 74 0. 41 0. 33 3. 76 9. 59 82. 06 0. 23
C - 5. 10 0. 81 1. 00 0. 03 3. 59 4. 63 86. 21 0. 22
S4 林地 2 A0 - 4. 05 1. 63 0. 66 1. 63 1. 61 14. 21 80. 00 1. 29
Forest A - 2. 03 0. 32 0. 55 1. 02 1. 14 16. 18 84. 46 0. 26
land 2 B - 1. 69 0. 11 0. 51 1. 49 0. 87 14. 53 79. 64 0. 22
C - 2. 95 0. 36 0. 69 1. 46 1. 15 13. 99 79. 81 0. 28
表 4 　农林地间各种形态锌的方差分析 F值
Table 4 Anova of various zinc fractions bet ween forest land and farm
项目
Item
碳酸盐结合态锌
CAB2Zn 松结有机态锌LOM2Zn 氧化锰结合态锌OMn2Zn 紧结有机态锌TOM2Zn 无定形氧化铁结合态锌 AOFe2Zn 晶形氧化铁结合态锌 COFe2Zn 残留矿物态锌RES2Zn
F 值 9. 27 0. 52 4. 36 15. 32 - 33. 09 29. 37
F (1 ,16) 0. 05 = 4. 49 F (1 ,16) 0. 10 = 3. 05
313 　OMn2Zn 的剖面分布特征
　　该形态锌在土壤中分配率很低 ,在 S1 、S2 中的
分配 (0. 82 %) 大于在 S3 、S4 中的分配 (0. 56 %) ,层
次间变异大 (0. 32 %～1. 20 %) ,但无明显规律. 这些
分配特征与氧化锰在土壤中含量不高 ,且存在形态
的变化较多 ,易受环境因素变化的影响有关.
314 　TOM2Zn 的剖面分布特征
　　在 4 个剖面中 ,该形态锌的分配差异显著 ,稻田
(3. 63 %) 高于旱地 (2. 00 %) ,农用地 (2. 82 %) 又明
显高于林地 (0. 84 %) . 相关分析表明 ,渍水状况、土
壤质地、土壤有机质和碳酸钙对该形态锌在剖面层
次间的分配有着重要影响[6 ] . 有机质在碱性环境
中 ,主要产物是胡敏酸类腐殖质 ,它们与 Zn 合成不
易被植物吸收利用的 Zn 有机络合物及 TOM2Zn ,而
成为土壤 Zn 的有机贮备. 在淹水时 ,可增强胡敏酸
类有机质对 Zn 的络合. 由于渍水状况 ,该形态锌在
稻田剖面中呈交替式分布 ,旱地剖面该形态锌则随
着水分的淋溶而再次分配 ,从表层到底层递减. 林地
剖面碳酸钙含量高 ,有机质含量低 ,该形态锌分配较
少 ,特别是 S3 由于质地较粗 (上粉下砂) 而分配最
少. 当改善耕地土壤酸碱性 , TOM2Zn 则向 Zn 的不
稳定形态转化 ,而变得易被作物吸收利用.
315 　AOFe2Zn 和 COFe2Zn 的剖面分布特征
　　在 4 个剖面中 AOFe2Zn ( 2. 41 %) 远小于
COFe2Zn (17. 08 %) ,AOFe2Zn 的分配为 S3 > S4 > S2
> S1 ,而 COFe2Zn 则相反 ,分配为 S1 > S2 > S4 > S3 .
土壤中的氧化铁大部分以晶形氧化铁形式存在 ,尤
其在石灰性土壤中 ,无定形氧化铁含量相对较少 ,并
有利于向晶形氧化铁转化. 在层次间 , 除稻田 ,
AOFe2Zn 基本上为高2低2高的分配趋势 ; COFe2Zn
则全为低2高2低的分配趋势 ,但差异不明显 ,表明这
种分配趋势与土壤的发育度和成熟度密切相关 ,因
为它们直接影响到 Fe 的结晶程度.
4 　结 　　论
411 　有效态锌是反映石灰性土壤对植物的供 Zn
能力的一种锌形态. 石灰性紫色土 D TPA2Zn 含量
平均为 0. 54 mg·kg - 1 ,相对于全 Zn 量不足 1 % ,表
现为严重缺 Zn. 在农用地剖面层次间 ,表层和底层
高于中间层 ;在林地剖面层次间 ,表层高于底层并递
减.这些分配特征是由土地利用方式的不同而决定
的 ,表明作物根系层及林木根系层缺 Zn 突出. D T2
PA2Zn 与土壤 p H、土壤有机质密切相关 ,渍水条件
下可降低 Zn 的有效性 ,而 CAB2Zn 、LOM2Zn 是其
3022 期 　　　　　　　　　高美荣等 :石灰性紫色土不同利用方式下的锌形态剖面分布特征初探 　　　　　　　　　　
重要的补给源[6 ] .
412 　不同土壤组份对 Zn 的吸附固定能力和容量
极为不同 ,形成的各形态锌对 D TPA2Zn 的贡献大
小不同 ,因而它们在剖面中的分布也就影响到 D T2
PA2Zn 在剖面中的分布 ,这与植物的锌营养有极重
要的关系.
413 　剖面中的土壤组成成分、水分移动以及土地
利用方式决定着 Zn 各形态在层次间的分布模式.
由于水分作用的不同 ,稻田各种形态锌的剖面分布
比旱地复杂 ;农地剖面土层深厚 , Zn 各形态分配在
层次间的变化较林地复杂. 农地与林地间的 CAB2
Zn 、OMn2Zn 、TOM2Zn 和 COFe2Zn 的分配存在显
著差异 ,其中除农用地的 CAB2Zn、TOM2Zn、COFe2
Zn 和 RES2Zn 显著小于林地外 ,其余形态锌均高于
林地.
414 　为了提高施入锌肥和土壤本身的供 Zn 能力 ,
改良土壤和施用锌肥两种途径应有效地结合起来 ,
使各形态锌在土壤溶液中处于动态平衡. 当土壤环
境得到改善 ,内源 Zn 可充分利用 ,施用锌肥亦可显
现出良好的肥效 ,又补充了土壤 Zn 的储备 ,从而使
该土壤对作物的供 Zn 状况进入一个良性循环.
参考文献
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Chinese)
作者简介 　高美荣 ,女 ,1969 年出生 ,助理研究员 ,主要从事
土壤肥力与农业生态研究 ,发表论文多篇. E2mail : gmr @
imde. ac. cn
402 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷