全 文 ：第lg卷第l期
1999年 1月
l／1)
生 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．19，No．1
Jan．，1g99
／2
五台山草地 自然保护区土壤中
钻的含量分布及影Ⅱ向因素
樊文华 池宝亮 张毓庄 王 镔
( 面面 #±化 030801)
摘要 研究五台山6种主要土壤类型中垒钴的古量分布，并 对影响其古量分布 的一些主要因素进行了分析
结果表明：① 五台山土壤 中全钴古量范围为12．77～23 39mg／kg，平均古量为17．38mg／kg，高于垒国及世界
土壤中钴的平均古量 影响土壤全牯古量的主要因素是土壤母质 ②相关分析表明，五 台山土壤中垒钴古量
与 垒铁、垒铜 古量 呈掇显著 正相关 ，且全钴 古量与垒 铜含量关 系更 为密切 l而与 土壤有机 质、pH 1～
0 01mm、0．01～0 005mm、0．005～O 001mm、
关■词 土壤，钴古量，五台山．草地保护区
C0BALT DISTRIBUTION IN S0ILS 0F W UTAI
M OUNTAIN AND ITS INFLUENTIAL FACTORS
FAN Wen—-Hua CHI Bao—-Liang ZHANG Yu—-Zhuang WANG Bin
(Departm~t ofSml Sci~ce，Shanxq Agricultural ㈣ ，Taigu，030801·Chtna)
Abstract Cobalt contents in the main soi1 types of W utai Mountain were investigated，
The results are summarised as follows：① The tota1 cobalt contents of the main soils in
Wutai Mountain range from 12．77 to 23．：39mg／kg，with an average of 1 7．38mg／kg，W hich
is higher than the average level of China as well as the world．Parent material is the major
factor to influence the total cobalt contents in the soils．②Correlation analysis shows that
the cobalt content is significantly and positively correlated with the amount of total iron
and copper in the soil．However．cobalt contents in soils had no obvious correlations with
organic matter content，pH ，particle fraction and total manganese content in the soil．
Key words soil，cobalt content，W utai Mountain．affecting factors．
钴是人和动物必需的营 养元素。已发现的几种动物疾病 (丛林病 滨海病、地方性消瘦症)都是 由于牧
草中缺钴所致 ，从而 引起 了人们的注意 。尤其是反刍动物对钴 有特殊 的需要。动物机体通过植物性食物
摄取钴 ，而植物体中的钴 主要来源于土壤。钴作为维生素 B 的重要组成部分 ，参与 人和动物的造血过程 ，
钴 是多种酶的活化剂 ，参与多种生化反应 。另外，钴还是豆科植物固氨作用所必需的元素。
* 现在山西省农业科学院工作
收穑 日期 ：1996 07 09，修改稿收到 日期 t1997—01—09
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1期 樊文华等 ：五台山草地 自然保护区土壤 中钴 的含量分布厦影响因素 109
五台山作为我国四大佛教名山之首 ，不仅是我国著名的旅辩胜地 ，而且是 山西省著名的夏季优质天然
牧场和我国最早建立的两个草地 自然保护区之 一，因此对五 台山土壤 中钴含量分布及影响因素的研 究
，对
发展当地畜牧业生产和维护^类健康都具有一定的意 义。
1 材料与方法
1 1 土壤样品的采集与处理
根据五台山土壤垂直分布特点 t在阳坡厦阴坡不 同海拔高度的6个土壤带中，选择典型地段 ，挖土壤剖
面，接发生层用竹剖面刀采集土样，共采集24个剖面 。 ·
土样经 自然风干 ，去除土壤侵入物 ，全部过 20日尼龙筛后混匀 ，取少部分再过1o0目尼龙筛装瓶备 用
。
土壤基本性质 见表1。
表 1 土样 的基本理化性质
Table 1 Some properites of the soil sam ples
④Metamorphic conglomerateI②Granitized gneiss；~ uartzy g0．ttd~torleI④Loess like sedimeat
1．2 分析方法
土壤有机质用重铬 酸钾法 ，FeSO。溶液滴定；pH测定用29型酸度计分析 ，水 ：土 一1：1；机械组成分析 用
吸管法 ；土壤 中 Fe、Cu、Mn生量分析用王水一高氯酸消化 ，AA一650型原子吸收分光光度计测定 ；土壤全 c0
含量分析经消化后 ，用亚硝基 R盐 比色法测 定-
2 结果与讨论
2．1 土壤中钴的含量 与分布
根据现有报道 资料 t土壤中生钴含量范围变动很大 ，从0．05mg／kg(~,苏联的灰壤 )到3O0mg／kg(中非
共 和 国的变性 土)，平均 含量约1o～15mg／kgⅢ 但世界上 绝大部分土壤的钴含 量在 2～40mg／kg或1～
40mg／kg。 。从 我 国最 近发表 的一些 资料来 看 ，土壤 生钴含量 从0．Olmg／kg到93．9mg／kg，平 均含 量 为
12t 7mg／kg 。五 台山土壤中生钴含量从 l2．77mg／kg到23 39mg／kg，平均 含量 为l7．38mg／kg(见表2)，高
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110 生 态 学 报 1 9卷
于中国和世界土壤 全钴的平均含量，但低于地壳丰度 与天 山粥、秦岭①山地土壤中全钴的平均含量相
比，五台山的低于天山的而与秦由争的相近 从所分析的6种土壤类型的24个剖面全钴含量来看 ，变幅不是很
大，变异系数为16． 。而母质类型为黄土的 (山地 )褐土和发育在混有黄土 的干枚岩风化物上的棕壤 ，全
钴含量的变异系数<10 。各土类全钴平均含量 以淋溶褐土为最高．依次为亚高山草甸土>(山地)棕壤>
石灰性褐土>山地草甸土>(山地 )褐土 。
表2 五台山区主要土娄中钻元素的含量 (mg／kg)
Tahie 2 Total cobalt contents In different soils in W atai M ountatn
}WAP：剖面加权平均值 weighted average of pr le
各土类 与全国同类 土壤中钴 的平均含量 -相
比+亚高山草甸土中钴 的平均含量高于全国同类土
壤中的平均含 量，棕壤中的钴的平均含量与全国同
类 土壤的相近。与秦岭山地同类土壤 (表层 )平均含
量 相 比，五 台 山 (山地 )棕 壤 的 全 钴 高 于 秦 岭
(15．42mg／kg)的全钴 ，五台山石灰性褐土表层钴平
均 含量低于秦由争(18．92rag／kg)的全钴 +五台山淋溶
褐土表 层的钴平均含量与秦岭 (16．32mr／kg)的 全
钴相近
世界粮农组织提 出，在下列土壤 中植物有效钴
一 般低 ，并可能 出现缺钴 ：pH接近 中性或微碱性或
表3 五台山不同土壤植被中钻的含量
(平均值 +干重 ，mr／kg)
Table 3 Cobalt contents in dif erent vegetation
covers in W uta i M ountain
(average，D ．W ．)
高度石灰质土壤 ；过度淋溶的土壤 ；由酸性火 山岩形 ,~suba ne删 dow、圆M。u呲ain five-flowered— dow、
成的土壤；全钴含量低于 5mr／kg的土壤 ] 五台山 @Evergreen erous fore⋯t adow、④Broad]eaf forest
区域土壤全钴含量高于5mr／ ，亚高 山草甸土、山 grass—shrub、@Xerophytie grass shrub
地草訇土、(山地 )棕壤为酸性 、微酸性土壤 ，淋溶褐土、(山地)褐土、石灰性褐土为近于中性或微碱性土壤，
是否会 出现植物有效钴缺乏现象呢?研究证明 ，牧草中钴的含量是土壤 中钴含量的 良好指示剂 在贫钴土
壤上生长的牧草含钴0．o2～0．07mg／kg，正常土壤牧草中古钴0．o3～0．43mr／kgD 根据本文对五台山植
物中含钻量分析 ]，古钴范 围从O．09～O．90mg／kg．平均 为0．566rag／kg 五 台山不同土壤植被 中钻的含量
(【) 中国科学院地理研究所 ，等．土壤背景值地域分异课题组．我国山地土壤背景值垂直分异规律的研究 1990 55
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l期 樊文华等 ：五台山草地 自然保护区土壤中钴的含虽分布及影响因素 l11
见表3。从表3可知·就是生性在 中性及微碱性土壤上的夏绿嗣叶林革灌植被和旱生草灌植被中钴 的含量分
别为0．438mg／kg和O．424mg／kg．高于反刍动物饲 料于物质需要的钴含量 n r，故五台山土壤中不缺乏植物
有效钴，或者说五台山土壤中钴含量高于土壤中钴的临界水平 这 里土壤中钴临界水平的意义与植物必需
元素的土壤临界水平的意义有所不同 土壤中钴的临界水平是指土壤钴含量低于此承平时．生长于该土壤
上的植物 中钴含量不能满 足反刍动物的需要 ‘。
钴在五 台山土壤剖面中的分布无一固定模式 。从钴在五 台山土壤剖面中含量分布(见表4)可看出，钴
在亚高山草甸土和山地草甸土剖面中的分布相似 ．在土壤 B层有轻微的累积 ，棕壤和淋溶褐土的 C层 中有
钴的累积 ，而(山地)褐土和石灰性褐土的 下层中钴的分布比较均一。
表4 土壤不同发育层次钴元素的含量(mg／kg)
Tahie 4 Total cobaIt contents in different soil horizons in W t|tal M ountain
2．2 影响五 台山土壤中钴含量的因素
2-2．1 成土母质的影响 土壤中的全钴含量虽受诸多因素的影响．但成土母质仍是最主要 的因素 表5反
映 了不同成土母质对土壤垒钴含量 的影响。从表5可见，发育于不同母质上的亚高山草甸土 中全钴含量有
比较大的差异 ，一般是变质砾岩>石英>砂岩>花岗片麻岩 。而发育于相同母质类型上的棕壤和淋溶褐土
的全钴含量差异不大 ．说咀母质类型对全钴量具有决定性 的影响。
2-2-2 成土过程的影响 五台 山主体 由古老的前 表s 五台山不同成土母质土壤中
寒武纪变质岩系组成 ，在寒武纪之前是一个地槽 ，活 全钻的含量(平均值 ．mg／kg)
动性很强，经历了多次地壳运动变迁．形成了一系列
褶皱与断裂。特别是新生代掏遣运动．使五台山大面
积抬 升．形成 了今 日高耸的地势：其特点是：切割 强
烈，高差悬殊 +岩性复杂．变质程度深 随着海拔高度
和 生物气候条件的变 化，土壤经历了不同的成 土过
程 。这 些成土过程影啊着微量元索在土壤 中的累张
和再分配 。处于海拔2200m以上的山地草甸土 、亚高
山草甸土系在高中山和亚高山冰冻、玲媪气候下 ．在
成土母质多为混合花岗片寐岩、石英砂岩、变质砾岩
的寒冻风化物上 ．经垫状嵩草 、苔草草甸和五花草 幻
植被受滞水冻融作用下+使土体上部进行草毡泥嵌
状的庸殖 质累积过程．下 部进行滞水 冻融 的氧化还
原过程 ，底部流水下渗冻融风化过程的共 同作用而
形成 的，本 区降承量较高 ，但由于气候较冷．淋洗作
用不深，使钴元素在剖面B层有轻微的累积 分布于
海拔1700~2400m 的(【【I地)棕壤、淋溶褐土，经温裱
湿润的针叶林、针阔林灌草植被 ．弱酸性 中性淋溶怍
用下，进行粘化脱钙过程所形成 ，仝钴 禽埘出现底层
Table 5 Total cobalt contents in soils derived
from different parenl m aterials
土壤类型 母质类型
Soil type Paint raateria]
样品数 c。古量
No．0f sample Co c0ntenc
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ll2 生 态 学 报 19卷
富集特征 ；分布在海拔6O0～1600m 的(山地)褐土和石灰性 褐土．受暖温半干润草灌和森林草原 中性 、徽碱
性淋溶作用下进行牯 化钙积过程形成，全钴含量在土壤剖面中变化不太。
2．2．3 土 壤理化性 质 的影 响 将土 壤 有机质 、PH、机械 组 成 (1～O．01ram，0．01～0．005mm，0．005～
0．001mm 及
表6 五台山土壤中 c0含量与土壤理化性质相关系数
Table 6 Correlation coefficlents between Co contents and some properties of soils
项
Ite
目
m
o．M 幽 牡级 Partic Le size 垒 h 全Ivln 全 Cu
—
I~0．—01ram口．0l～D．o rlm 0．905~9．001mr_
⋯ o 515· r—O．404’ = 24
2．2．4 土壤中铁、锰 、铜全量含量的影响 钴属于铁系元素．钴不仅离子半径与铁、锰很相近 ，而且其它地
球化学性质都很相似 早期的研 究资料表 明．土壤 中钴含量常与铁、锰含量 呈正相关 不同研究者对土壤中
钴主要是与铁的氧化物结合在一起还是与锰的氧化物结合在一起．看法不一 经相关分析(见表6)，五台山
土 壤 中全 钴含量与全铁 、全锰 含量呈正 相关．其中 与铁 的相关 系数 为0．5428，达到 了极 显著水 平 (尸<
0．01)，而与锰的相关系数未达到 显著水平 (尸>0．05)．这说明五 台山土壤 中钴主要与铁氧化物结合在一
起 。这与它们在周期表中的位置相近 +性质相似 ，是 一致的。
五 台山土壤中全钴含量与全铜含量 之同相关分 析结果表明，五台 山土壤 中全钴含量与全铜 含量呈正
相关 ，其相关系数为0．5990，太于钴与铁的相关系数 ，达到 了极显著水平 (尸<0．0D。这说 明五台山土壤中
钴与铜的关系也极为密切。钴具有亲铁亲硫的双重性，但以亲硫性为最强}铜具有强的亲硫性，是亲硫元素
的典型代表．且 co抖与 cu两者的地球化学特征都很相似 。经 电价 、半径 、配位数和 电子构型的综合计算得
到 co抖的 离子交换指数”与 cu十分近似 ，钴与铜元素能够类质同象 。加上五台山岩性变质程度深·所以
五台山土壤中全钴含量与全铜含量的关系也极为密切。
3 结论
1)五 台山土壤中全钴含量范围为l2．77～23．39mg／kg，平均含量17．38mg／kg，高于我国及世界土壤 中
的平均含量。影响土壤全钴含量的主要 因素是土壤母质
2)相关分析表 明．五台山土壤中全钴含量与全铁 、全铜 含量呈极显著正相关，且全钴含量与全铜含量
关系更为密切；而土壤有机质、pH、牯粒、全锰含量对土壤全钴含量无显著相关性 。
3)五台山土壤中钴含量高于土壤中钴的临界含量
参 考 文 献
l 德罗布柯夫 AA著．荆钟钰译．动植物生活中的微量元素和天然放射性元素．北京 ；科学出版社 ，]959．32~37
2 中国科学院南京土壤研究所赦量元素组编著．土壤和植橱 中微量元素分析方法．北京：科学 出版社，1976
3 臭贝尔 H 潘塔 M 著．刘 铮，朱其清，唐丽华等译．土壤 中的微量元素．北京 ，科学出版社，1982．65~73
4 刘 铮等编著．微量元素的农业化学．北京：农业出版社 ，199i．273～299
5 中国环境监测总站主编．中国土壤元素背景值．北京：中国环境科学出版社，1990
6 中国科学院土壤背景值协作组．北京、南京地区土壤中若干元素的 自然背景值．土壤学报 ，1979．16(4)：319~327
7 荆英俊等编著．元素地璋化学．北京：科学出板社，1986．101～i92
8 孙继坤等．天山山地土壤中散量元素的含量与分布．土壤学报 ，1987，24(4)t335～341
9 联合国粮农组织．粮农组织——肥料及营养丛书7：微量养分．北京 ：中国农业科技出版社 ，1988．49~50
l0 蜒文华等．五台山草地 自然保护区不同植物化学元 素古量的研究．草地学报，1996，4(1)，55～62
l1 胡 坚主编．动物饲养学．长春：吉啉 科学技术出版社 ，i990,90～91
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