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第 1 9卷第 4期
1 999年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOI OGICA SINICA
Vof．19，No．4
July，1 999
稻草和紫云英对土壤外源铜的形态及生态效
应的影响
至——墨，堕壁熊 ’高 山，许光明，黄功标
(福建农业大学土地与环境学系，福州 350002)
5 1l、 一
摘蔓：研究稻草和紫云英对红壤和潮土中外源铜的形态厦其对水稻有教性的影响 结果表明稻草和紫云英均 显著降低了
交换铜的含量，提商了紧有机结台态和无定形氧化铁结台志铜的 警．变换志铜古量与土壤 pH值及有机态铜古量呈显
著偾相关 稻草和紫云英显著地抑制了承稻根对铜的吸收，但在一定程度上促进了根铜向茎叶及茎叶铜向答粒迁移 稻
草显著降低了糙米中铜的含量，紫云英降低翻土处理糙米中铜的含量但对红壤处理的糙米的铜 含量则没有显著影响
关t调：稻草；紫云英 I土壤 I铜 形态}生态教应
Influence of application of rice straw and Chinese mile vetch on the
species and ecological effect of added copper in two soils
．
W ANG Guo，CHEN Jian—Bin．GAO Shah，XU Guang—Ming，HUANG Gong—Riao (Dep1
． oj
日d＆ Envi~ raental ScienceI Fujlan Agricultural Uni~rsily Fuzhou，390009 Chlna)
Abstract：The effect of application of rice straw and Chinese milk vetch on the species and ecological effect
of added copper in a red soil and a ftuvo—aqu[c soft was stud[ed by pot expe riments．The two organic mate-
rials both significantly reduced the content of exchangeable Cu while increased stably organk~bound Cu
and amorphous Fe—bound Cu．The conten[s 0f exchangeable Cu were negatively COrrelated~zith pH and the
contents of stably organic bound Cu．Rice straw and Chinese milk vetch significantly inhibited the Cu ab
sorption of rice root whereas enhanced the migration of Cu from root to stem and leaves．and from stem
and leaves to grains to some extent．Cu contents in grains were decreased by applying rice straw．Applying
Chinese milk vetch did not affect Cu contents in grains by red soil treatments while lowered those by f】uv0一
aquic soil treatm ent．
Key words：application price straw ~Chinese milk vetch；rice；ecological effect；copper，soil
文章缠号 ：i000—0933(1999)04—0551—06 中圈分类号 ；X131．9 文献标识码 ；A
铜既是重金属污染元素又是必要的营养元素 过量的土壤铜不仅影响农作物的生长及其产量，更为严
重的是将通过食物链对 人畜的健康产生危害 有机物料是改 良污染土壤的常用物质 。由于铜与有机肥相互
作用较强 ，所以有机物料对土壤中的铜的化学行为及其在土壤一植物 系统、乃至整个生态系统中的迁移均
具有较显著的影响 。施用有机物料常被认为是抑制土壤铜活性、降低植物对铜吸收、控制过量铜在生态系
统中转移的措施之一。但 已有的一些研究表明，有机物料对土壤铜活性及其在土壤一植物系统 中迁移的影
响比较复杂 ．它们可能降低土壤铜 的有效性 ，也可能增加土壤铜的有效性或没有明显影响 。有机物料的
不同效应可能与有机物料及土壤的性质、铜的水平和植物种类等因素均有关系，但目前对不同条件下有机
物料对铜的生物有效性 的研究仍有限 。为了进一步了解有机物料对土壤铜 化学活性及生物有效性 的影响，
对我国水田常用的有机质一稻草和紫云英对铜在淹水条件下的形态及其对水稻的有效性进行了研究
基盘理 目 国家 自然科学基金资助项目(Nn 49671048)
收稿 日期 1997—10-02；修订 日期{1998—06 o6 -
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552 生 态 学 报 1 9卷
1 材料与方法
1．1 供试土壤与有机肥
1．1．1 供试土壤 供试土壤分别为红壤(南平市夏道镇 ，花岗闪长岩母质)和潮土(福州市 乌龙江边 ，2巾积
母质)，取样探度均 为 20cm 土壤风干后研碎备用。供试土壤的基本性状见表 1。
1．1．2 供试有机肥 供试有机肥包括稻草和紫云奠 ； 衰 l 供试土壤的基车性状
稻草，1995年取 自本校实验地晚稻稻草 经风干，7O～
80c供 干，粉碎，备用 。紫云英 ，1996年春取 自闻候县城
关 ，经风干，7O～80 C供干 ，粉碎 ，备用。
1．2 研究方法
1．2．1 盆栽试验 试验对红壤和 潮土分别设 3个处
理 ，各处理重复 6次。每盐加风干土 1．2kg，干有机质加
入量 为土重的 2 ，Cu的加入量为 100mg／kg土 将土
壤、有机质和 CuC1 溶漩搅拌均匀 ，加水至 田间持水量
的 6O ，搅拌均匀，装盆 ，室 内培养 1周后移至玻璃房 ，
加 入击离子水和 N P K营 养液 (三要 素加入量 ：N=
0．15g／kg；P=0．044g／kg~K一0．125g／l【g)，保 持 2～
Table 1 Basic properties ot the soils studied
表中数据为
< 0．002ram
3cm的水层，培养 1周后插秧(1996 08—06播秧 ，汕优 63，旱育秧 ，秧蠡争38d)，每盐 2株 整个生育期均用击
离子水浇糟 ，井始终保持 2~3cm的 水层 各处理分别在分蘖盛期 (9月上旬)和成熟期(11月上旬)各取两
盆进行土壤重金属形态和植株重金属含量分析 ，其余两盆备用
1．2．2 土壤和植 株分析 整盐 (植株带土)端
回室内，将土壤和稻株倒 入一干净瓷盘中，小 L：-
将土壤 与稻根分离．土壤的一半晾 干，研细备
用 I另一半置于一干净烧杯 中，供土壤铜形态测
定用 。将稻株分成根、茎叶和籽粒(成熟期)等部
分 根系先用自来水洗净，再用蒸馏 离子交换
水冲净 茎 叶先用聒盐酸擦洗，再用蒸馏+离子
交换水冲净。籽粒先用 自来水洗净，再用蒸馏+
离子交换水洗净 。所有植株样品均在 7Oc下供
干 ，备用。烘干籽粒用手剥去各壳，备用 。
衰 2 供试有机物辩元素含量
Table 2 Contenls of SO~fle eiements of the organic mltertais
草 n 29 g9．75 0_2
6 7 ¨ 7 90
^ ⋯ t
紫云英
Chinese nfilk船 381．53102 9 0．28 0 l7 5．86 435．3 40．9
vetch
土壤铜形态采用新鲜土壤进行 。将烧杯 中的新鲜土壤制成含水量约为 lOO 的土浆(最后须再烘干法
准确测定含水量)，然后用连续提取法测定下列形态铜含量 。交换态(含水溶眷)铜 ，用 lmol／L M c1 溶漩
(pH7．O)提取 ；松有机质结合态铜 。用 0．1moI／LNa．P2O +0．5mol／LNa 2SO．混合溶液 (pH9．5)提取 }氧化
锰结合态铜，用0．1mol／LNHzOH HC1(pH2．o)提取{紧有机质结合态铜，用浓 H O (pH2．o)提取{无定形
铁结合态铜 ，用 0．1 75mol／L(NH·)2CzO．+0．14mol／L H2C O．)(pH3．25)提取 I残余态 (含晶形铁结合态)
铜用残余土样烘干、称重、磨细后 ，HC1，HNO。一HC10．消化测定 。具体分析程序见文献E53。植株各部分用
HNOrHCIO·消化后测定。铜含量用原子吸收分光光度计测定。分析所用器皿均用硝酸溶液浸泡过夜。所
有分折均两次重复 。数理统计均在 SAS软件上进行 。
2 结果与讨论
2．1 土壤中铜形态分布
2．1．1 分蘖期土壤铜形态分布 从表 3可知，在不添加有机物的条件下(JKU处理)，分蘖期外源铜在潮
土中主要以松有机结合态存在 ，其次是交换态 、紧有机结合态、无定形铁结合态和氧化锰结合态 ，这表明外
源铜主要与结构较简单的有机物质结合形成易艘提取的有机一铜络合物。红壤在未添加有机物的条件下
(XKU处理 )，各形态铜分配顺序是：交换态>松有机结合态>无定形铁结 合态>紧有机结合态>氧化锰
l
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4期 王 果等 ：稻草和紫云英对土壤外源铜的形态及生态效应的影响 553
结合态。比较 XKU 和 JKU两个处理可知 ．两种土壤的交换态、松有机结合态、紧有机结合态和无定形铁结
合态铜含量均存在显著差异 XKU 处理中，铜在松有机结合态和紧有机结合态的分配 比例比潮土低 一但在
交换态和无定形铁 的分配 比例刚 比潮土高。从表 1可知 ．潮土无论是有机质全量或腐殖酸、胡敏酸的含量
都低于红壤，因此其较高的有机结合态铜很可能与潮土较高的 pH有关．即潮土较高的 pH值促进了有机
质与铜的结台。红壤的 CEC和游离铁含量均高于潮土(表 1)．故红壤的变换态和无定形铁结合态铜的分配
比例均高于潮土。潮土添加稻草后 (JDU处理)．松有机结合态铜含量显著下降．而紧有机结合态铜则显著
升高．这表明稻 草在潮土中有利于紧有机结合态铜 的形成。红壤添加稻草后(XDU处理)一松有机结合态铜
含量略有升高 ．紧有机结 合态则显著升高 。可 见稻草在两种土壤中均显 著地促进了紧有机结合态铜 的形
成。但对松有机结合态铜的影响在两种土壤中却不同 。这可能与稻草在不同土壤条件下的分解产物不同有
关 。稻草显著地提高了潮土中无定形铁结合态铜的分配比倒，但显著地降低了红壤中无定形铁结合态铜的
分配比例 。这进一步证 明同种有机物料在不同土壤条件下对铜形态分布的不同影响。添加稻 草对两种土壤
氧化锰结合态铜含量均未产生显著影响 。添加紫云英对铜的形态变化的影响与稻草有很大不同。潮土和红
壤添加紫云英后 。交换态铜均呈授显著下降，表 明紫云英比稻草更能有效地降低交换态铜 含量。添加紫云
英使潮土松有机结台态，紧有机结合态和无定形铁结合态铜含量均显著 升高一使红壤的松有机结合态和无
定形铁结合态铜显著降低 。从表 3可见．稻草和紫云英对交换态和松有机结合态铜含量影响有显著差异。
衰 3 分蘸期新鲜土壤备形志辋含量(mglkg)’
Table 3 Cu~onte~tts 0f诣 o∞ forms of fresh soil~ ples ia tJlleri~ stage
*多重比较采用Duncan法 小写字母为 0．05显著水平 ，大写字母为 0．01显著水平 处理之间有相同字母者差异不
著 Duncan s Multiple Rar~e test was used to determine diHerepces among treatments-All values in the same column
wnhthe same capital or smallletter Rre Not signJ{[~antly di{lerent atthe1 or 5 level of significance，respectively．
* JKU：潮土 +铜 l～o aquic soil+Cu}JDU；潮土+稻草+铜 {luvo—aquic soil+rice straw+Cu+JZU：潮土+紫云
英 +铜 fluvo一 i l+Chinese milk vetch+Cu，XKU-红壤 +锕 d soil+Cu；XDU+红壤 +稻草+铜 red soil+rice
straw+Cu}XZU}红壤+紫云英+铜 red soil+Chinese milk vetch+Cu．
表 4的结果表明，分蘖期交换态铜与紧有机结合态存在较显著的负相关 把松有机结合态和紧有机结
合态合为有机态进行统计，则交换态铜 与有机态和无定形铁结合态呈显著的负相关。这表明在掭加有机物
料的条件下 ，交换态铜的消长与有机态和无定形铁态铜的消长有着较密切的关系 有机分解产物有可能与
重金属形成难溶性的有机重金属络合物或形成硫化物而直接影响土壤重金属的形态分配 ，也可能通过
土壤酸度、氧化还原电位、CEC以及其它土壤化学性质(如土壤氧化铁、氧化锰和氧化硅的活性)而问接影
响土壤重金属 的形态分配 叫 表 4的结果还表 明，分蘖期交换态铜含量与 pH呈显著负相关 。从表 3和
表 5可知 ，添加有机物料提高了土壤的 pH值。pH的升高促进了铜的沉淀 ，故交换态铜含量下降 。
2．1 2 成熟期土壤铜的形态分布 从表 5可见，JKU处理中各形态铜含量顺序是 ：紧有机结合态>松有
机结合态>无定形铁结合态>交换态>氧化锰结合态 与分蘖期相 比，交换态和松有机结合态铜的分配 比
倒显著降低 ，紧有机态和无定形铁结合态的分配 比例显著升高。这表明随着时问的推移，潮土中结合态铜
逐渐向着紧有机结合态和无定形铁结合态转化；橙有机结合态铜的减步则可能是原来结构较简单的有机
铜化舍物逐渐向着结构较复杂、更难被提取的紧有机结合态铜的转化。JDU 处理与分蘖期相 比，交换态含
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量显著降低·无定形铁结合态含量显著升高，表明部分的交换态铜已向无定形铁结合态转化；松有机结合
态和紧有机结台态变化不大·这 可能反映了潮土中稻草分解产物性质在这一时期 相对稳定 ．从分蘖期到成
熟期 ，JZU处理的交换态铜 比例略有提高．紧 有机结合悉铜和无定形铁态铜比倒显著升高 ，桧有机结台态
铜比例显著降低，表明随着时间的推移，抡有机结合态铜逐渐向紧有机结合态和无定形铁结台态转化 与
分蘖期相比，XKU 处理的交换态、松有机结台志和无定形铁结合态铜的含量显著降低 ，紧有机结合志铜的
含量则大幅度升高(表 3．表 5)。随时间的推移．红壤中的铜逐渐向紧有机结合态转化。与XKU相比，XDU
处理 的交换态、松有机结合卷铜 比例下降，而紧有机结 台态和 无定形铁结合 态铜的比例刚升高。与分 蘖期
相 比，成熟期 XDU处理的交换态和松有机结合态铜的含量显著降低 ．紧有机结合态的含量基本不变．而无
定形铁结台态的含量则显著升高。与分蘖期相比，XZU处理的橙有机结合态和紧有机结合态铜的含量显
著降低，而无定形铁结合态铜的含量刚大大提 高。紫云英前期分散产物与铜结台而形成的松有机结 台态
铜·随时间的推移逐渐向无定形铁结台态转化。从袁 j可知．在成熟期稻草和紫云英对两种土壤铜形志影
响的差异均不显著。比较表 3和表 5可知，两种有机物料在分蘖期对铜形态的影响有较显著的差异 ．但这
种差异随时间的推 移而逐渐淡化 。从表 4可知，成熟期交换 态铜的含量仅与无定形铁结 台态呈显著负相
关 ，说明从分蘖期到成熟期．交换态铜的捎长与无定形铁结合态铜的消长密切相关。表 4还表明，成熟期交
换态铜含量与pH呈极显著负相关，与分蘖期一样，pH的变化依然是交换态铜消长的重要影响因素
衰 4 土壤变换古铜与其 它形态铜吉量爰 pH之闻的旬||丹析结果
Table 4 Regre铬I呲 8ntlysls bctwe*m Cu contents of cha 曲 Me form and o4ber forms aud plt
Y=变换态exch,~ueabte Cu p L；钕有机结台态loosely organic—bound Cu；X 紧有机结台志stab[y orgardc—
hound Cu F =无定形铁态 amorphous Fe—boundc ；X =氧化锰志 Mn oxide bound Cu pX ；橙有机结台志+紧有机结
台态L 一Cu+Sob-Cuf**甩直线回归法对交换锕与 pH之间的关系进行分析 F其余用逐步回I．~ (stepwise ragression)
进行分析 Stepw~se regression was used TD determinethe relationship between exct-Cu and眦berf0c瑚 0fCuwbile【mear
regression was used to determine that betwt．t!n exeh Cu and pH．
衰 5 成格期新鲜土壤备形态铜含量(mg／kg)
TaMe 5 cu ccmtents of various forms“ frc~b soil sm ‘n mature sta~e
2．： 稻草和紫云英对铜的吸收 及其运转的影响
稻草和紫云英均授显著地抑制分蘖期和成熟期水稻根对铜的吸收(表 6)．这些处理的水稻根系对土壤
铜的富集能力极显著地降低(表 7)。分蘖期根铜舍Jt-~~壤橙有机结台态和紧有机结台态铜舍 量呈显著负
臣
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4期 王 果等 ：稻草和紫云英对土壤外源铜的形态及生态效应的影响 555
相关(表 8)．表 4结果表明分蘖期交换志铜与有机态铜含量呈显著负相关 ，添加稻草和紫云英提高 分蘖
期有机态铜含量，降低了交换葱铜含量 ．从而减少了水稻根 系对铜的吸收。但不论是逐步回归或简单回归 ，
分蘖期报铜含量与交换态铜含量均未达到显著相关 ，这 可能与佯品数偏少有关。成熟期根铜含量与氧化锰
结合态和交换 态铜呈显著正相关(表 8)，表明交换态铜和氧化锰结合态铜对水稻吸收铜的贡献 。不同处理
条件下，进入水稻根系的铜往地上部转移的状况不同。从表 7可知 ．舔加稻草和紫云英促进 了潮土处理的
水稻根铜往茎叶以及茎叶铜往谷粒的迁移 ．由于稻草和紫云英大幅度地抑制了根 系对铜的吸收 ，这 两种处
理各粒的铜含量仍然显著地低于对照处理(表 6) 红壤的情况 比较复杂．稻草降低 了根系铜往茎叶的迁 移
但紫云英却促进了根系铜往茎叶的迁移；稻草和紫云英均促进了茎叶铜向谷粒的迁移。稻草 显著降低红壤
上糙米铜含量，而紫云英刚未显著影响谷粒 铜的水平(表 6) 逐步 回归分析表明．糙米铜含量与茎叶铜含量
呈扳显著正相关( =6．3174+0．1265X2，F-28．88，P一0．006。Y：糙米铜含量，噩 ：茎叶铜含量)。
寰 6 分羹和成熟期木稻各蕾位辋含量 (mg／kg)
Table 6 Cu contents of root．stem aad leaf-and grain of rice In tiliering stage and matu~ stage(rag／kg)
寰 7 分羹辩和成赫辩木稻根、茎叶和t米对铜的t集暴献殛浓度化
Table 7 Cu enrichment coem c ns(EC)and cemcentm tIon ratl~ (衄 )of df[erent parts of flee I丑beth filleting and
mature sta~s
*富集幕数一某器官铜音量／土壤总铜音量 Enrichment~c~．ficient=Cu concentration i力nnE part／Total Cu Concert
tration in soil．* 维度比=茎叶(或糙米)铜含量／报铜含量 Concentrattoa ratio=Cu concentrat~n in Dne part／Cu COl·
寰 8 木稻和部位铜含量与土毫各形态铜含量之间的蔓步目归分斩结果
Table 8 脚 se ％r Im mmlysis betw~el Cu eoments 0f different^ parts laid different soil forms
}y一报铜 音量cuin DoOr S X】=交换态 exchangeableCulX}一拾有机结合态loosely organic—boundCuIX 紧有机
结 合态 stably organic bound cu}X 无定形铁站台志 amorphous Fe·boum：1 Cu；‰ 一氧化锰结合态 Mn o：dde—
bound cu}①Tiler[ng stage ②Mature stage
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556 生 态 学 报 1 9卷
3 小结
3．1 施用稻草和紫云英对红壤和潮土中外源铜的形态 有显著影响 ．显著降低了交换态铜 。而显著提高了
紧有机结合态和无定形铁结合态铜 ；稻草和 紫云英对松有机结台态铜的影响在术稻分 蘖期表现较复杂 。而
在水稻成熟期剐显著地 降低了抡有机结合态铜 的比例。
3．2 稻草和紫云英对土壤外源铜形态的影响随时间而变 ．从水稻分蘖期到水稻成熟期．稻草处理的土壤
交换态铜含量逐渐减少，而紫云英处理的土壤交换态铜 则逐渐升高 ；两种有机物料处理的土壤松有机结合
态铜均减少 ，紧有 机结合态铜有所升高 ，无定形铁结台态则显著升高 。
3．3 交换态铜含量与 pH值及有机结合态铜含量呈显著负相关．表明土壤交换态铜含量的变化与土壤 pH
值以及有机态铜含量的变化有较密切的关 系
3．4 稻草和紫云英对土壤外源铜的生态效应有显著影响．二者均显著地抑制 了水稻根系对铜 的吸收 ．但
在一定程度上促进根铜向茎叶以及茎叶铜 向备粒转移。稻草显著降低了糙米中铜含量．紫云英对潮土处理
糙米中铜含量影响较显著 从抑制铜吸收 、减少土壤铜不良生态效应角度考虑．稻草比紫云英更为有效 。
上述结 果表明， 往的仅仅从有 机物料本身或仅从土壤条件出发来考虑某种有机物料对铜污染土壤
的改良效果是不全面的，应该将 有机物料 、土壤 条件、作物条件，栽培 条件以及产品性 质综合起来考虑．才
有可能确定合理的改良方案 ，获得较佳 的改土效果和生态效应。
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