桂林毛村土壤钙_锌_铅有效性与pH关系初探

1、收稿日期:2008-10-30基金项目:广西自然科学基金项目(桂科自0640208;广西科技厅科技创新能力与条件建设项目(桂科能063006-5H;广西科技厅重点实验室建设项目(0842008桂林毛村土壤钙、锌、铅有效性与pH 关系初探张敏1,4,周莉2,曹建华1,2*,谢运球1,杨慧3(1中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004;2国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;3中国科学院研究生院资源与环境学院,北京100049;4中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051摘要:以桂林毛村为例,采集土壤样品93个,测定了土壤大量元素钙、必需微量元素锌和有害

2、微量元素铅全量、有效态含量和土壤pH,探讨pH 值对这些元素有效态的影响,为该地区改变pH 、提高有益元素有效态含量,抑制有害元素有效态含量提供依据。研究结果表明:该地区土壤全锌和全铅含量都很高,但有效锌含量不高;土壤pH 与土壤钙、锌的全量和有效态都呈极显著正相关,有效锌与有效铅呈极显著正相关关系。考虑空间因素,M A P GIS 6.5空间耦合分析发现pH 与有效锌在不同区间存在不同关系。SP SS 13.0分区间讨论,当pH <7.48,pH 与有效锌呈极显著正相关,相关系数0.328;当pH>7.48,pH 与有效锌呈显著负相关,相关系数-0.553。关键词:钙;锌;铅;有

3、效态;桂林毛村中图分类号:S 151.9+5文献标识码:A 文章编号:1002-8161(200806-0796-04The correlation between available elements Ca ,Zn ,Pb and soil pHvalue in Maocun ,GuilinZHANG M in1,4,ZHOU Li 2,CAO Jian -hua 1,2*,XIE Yun -qiu 1,YANG Hui 3(1Instit ut e o f K arst G eolog y ,CAG S,G uilin,G uang x i 541004,China ;2K arst Dy

4、 namics L abo ra tor y,M LR ,G uilin,Guang xi 541004,China;3Resour ce and Env ir onment College,Gr aduate U niver sity of Chinese Academy o f Sciences ,Beijing 100049,China ;4Center for Hydro geo lo gy and Enviro nment alGeo lo gy ,CG S,Ba oding,Hebei 071051,ChinaAbstract :Ninet y three soil samples

5、 wer e collected fr o m M aocun in Guilin for deter minating soil pH,t otal and availa ble contents of subst ant ial elements -Ca ,essential tr ace elem ent s -Zn and har mful tr ace elements -Pb .A imingto incr ease essent ial element s available contents and decrease ha rmful element s'av aila

6、ble co ntent,the r esearch mainly focused o n the cor relation betw een so il pH and av ailable elements .Based on M icr osoft Ex cel a nd SPSS 13.0,it is found that co ntents of to tal Zn and to tal Pb are ver y high,but av ailable contents o f them are not so hig h .T her e w as ver y significa nt

7、 po sitiv e cor r elation betw een so il pH and t otal Ca ,tot al Z n ,av ailable Ca ,av ail-able Zn,and significant cor r elat ion bet ween available Zn and availa ble P b.Consider ing space facto r ,t her e was dif-ferent co rr elat ion betw een so il pH and av ailable Zn in differ ent pH inter va

8、l by M apgis 6.5,and soil pH v alue 7.48w as t he t ur ning po int.T he cor relatio n by SPSS 13.0w er e analy zed and found that while pH<7.48,t he co rr ela-tio n betw een pH and available Zn was positive sig nificant with the co rr elat ion coefficient o f 0.328;pH >7.48,the cor relatio n b

9、et ween them w as neg atively sig nificant w ith the cor r elat ion coefficient wa s -0.553.Key words :Ca ;Zn ;Pb ;av ailable ;M aocun ,G uilin近年来,对于土壤元素的有效态含量的研究工作开展迅速。土壤pH 是影响土壤元素形态的一个重要因素。本研究选取桂林毛村土壤样品93个,对土壤的pH,土壤中的大量元素钙、必需微量元素锌和有害微量元素铅的全量、有效态含量进行测定,考察该地区土壤的pH 与土壤中元素有效态含量的关系,为该地区的农业生产提供基础数据和方法指导

10、。1研究区概况和研究方法1.1研究区概况广西桂林潮田乡毛村为典型的峰丛洼地和峰丛谷地代表,距桂林市30km 。桂林位于亚热带季风区,多年平均降雨量为1915.2m m ,多年平均水面蒸发量为1378.3mm,年平均气温为18,降雨季节分配不均是该区基本的气候特点。研究区地层主要由泥盆系融县组和东岗岭组碳酸岩盐及一套含铁砂岩组成,石灰土母岩有石灰岩和白云岩。1.2研究方法取毛村范围内山区土样93个,采样点尽量分布于各山峰的山脚、垭口及山顶。土壤pH测定采用电位法,水土比21,下层悬浊液中测定;全钙采用硝酸-氢氟酸-高氯酸消煮制备待测液,电感耦合高频等离子体光谱法,ICP-AES法测定;有效态钙采

11、用1mo lL-1NH4OAC浸提,原子吸收分光光度法测定;全锌采用HF-HNO3 -H ClO4消煮,AAS法测定;有效锌采用DT PA浸提,原子吸收分光光度法测定;全铅采用HF-HClO4-HNO3消煮,原子吸收分光光度法测定;有效铅采用1molL-1NH4OAC浸提,火焰原子吸收光谱法测定,Micr oso ft Excel汇总数据,SPSS13.0数理统计软件进行数据统计分析。2结果与分析2.1土壤不同形态钙、锌、铅含量图12为全态钙、锌、铅和有效态钙、锌、铅的频数分布图。从图上可以看出,土壤全锌、全铅、有效锌和全铅比土壤全钙和有效钙更接近于正态分布。由表1均值和中值比较可以看出,全锌

12、、全铅、有效锌、有效铅和pH的中值与均值之间差别不是很大,说明其均值受极值影响较少;全钙和有效钙的均值明显大于中值,说明全钙和有效钙的含量受到极大值影响很大,钙的均值不能表征该地区土壤钙含量状况。造成以上现象的主要原因是:研究区毛村处于岩溶区与非岩溶区交界,成土母质的不同造成了土壤全钙和有效态钙含量的非正态分布,岩溶区土壤的高含钙量造成了土壤全钙和有效钙均值大于中值。锌、铅全量的均值可以表征该地区的土壤状况。锌含量均值是224.4578m g/kg,中国土壤全锌含量平均值为74.2m g/kg,土壤全锌量表示潜在锌肥力,没有诊断价值,通用有效锌为指标,石灰性土壤用DTPA提取,临界值为1.0m

13、g/kg,<0.5mg/kg为严重缺乏,0.51.0m g/kg为潜在性缺乏,> 1.0mg/kg为正常。偏酸性土壤用0.1m ol/L HCI提取,< 1.0mg/kg是严重缺乏,1.01.5mg/kg为潜在缺乏,> 1.5mg/kg为正常,本实验有效锌采用DTPA提取,所得数据均值和中值均大于1.5mg/ kg,该地区没有明显的有效锌缺乏问题。铅含量均值是79.5985mg/kg,中国土壤全铅含量平均值为26.0mg/kg,中国土壤环境质量标准值一级标准为35mg/kg,二级标准与土壤pH有关,含量最低标准为250mg/kg,研究地区土壤全铅平均值符合二级标准,该地

14、区土壤铅含量适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等,土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染1,2。将得到有效态占全态的百分数称为元素的有效率,该实验分别测得的钙有效率在2.25479e-0050.256265262之间,平均值为0.0247899521967;锌有效率在0.000186338 0.043010244之间,平均值为0.009289956075269;铅有效率在0.0021668260.856784866之间,平均值为0.07479606951087。可以看出,三种元素的有效率变幅都很大,其中钙有效率变幅最大,必需微量元素锌有效率最低,有害微量元素铅有效率最高。2.2相关分

15、析表2结果表明,有效钙和土壤pH是与其他元素关系密切。有效钙与全锌、土壤pH之间存在极显著正相关关系,与全铅之间存在极显著负相关关系,与有效锌之间存在显著正相关关系;pH与钙、锌全量和有效锌之间都呈极显著正相关,这与以前对该地区的研究结果相符。关于pH、有效钙与有效锌的关系研究一直存在很多不同的结果311,一般认为土壤有效锌含量与土壤pH呈负相关关系,但根据本试验取样点的空间分布,利用M APGIS6.5绘制图3空间分布图,可以看出,低pH,当pH<7.48时,pH、有效锌、有效钙三者在空间上基本能够耦合,呈正相关关系;而高pH,当pH>7.48时,pH与有效钙表1数据统计分析T

16、o ble1Statistica l analysis o f data(m g.kg-1名称Name全钙T otal Ca全锌Total Zn全铅T otal Pb有效钙Available Ca有效锌Available Zn有效铅Available PbpH 仍是基本上能够耦合,呈正相关关系,但二者与土壤有效锌之间显示出负相关关系。SPSS13.0分区间讨论,pH<7.48时,pH与有效钙呈极显著正相关,相关系数为0.531,pH与有效锌呈极显著正相关,相关系数为0.328;pH>7.48时,pH与有效钙显著正相关,相关系数为0.541,pH与有效锌显著负相关,相关系数为-0.5

17、53。该地区土壤pH主要是由钙元素的存在引起的,有效钙含量与土壤pH成正比,CaCO3+H2OCa2+HCO3-+OH-。在低pH 范围内,碳酸钙含量较少,碳酸钙对锌的吸附作用较少,pH与有效锌的关系主要是由下面的水解方程式决定的,ZnCO3+H2OZn2+HCO3-+OH-, Zn(OH2Zn2+OH-,所以pH与有效锌含量之间存在正相关关系;在较高的pH范围内,碳酸钙含量很大,有效锌含量的多少主要取决于碳酸钙的含量,随着碳酸钙含量的增大,pH增大,同时,碳酸钙组分吸附的锌的含量增多,有效锌的含量减少,因此,pH与有效锌之间显示的是负相关关系,这与林玉锁的研究结果一致12,13:土壤有效锌(

18、水溶态和可交换态含量受pH影响很大,pH增大,有效锌(水溶态和可交换态含量减少,土壤pH值达到7.5时,碳酸钙组分对锌的吸附贡献约占70%。此外,pH 与全锌和全钙,全锌与有效钙都呈极显著正相关,主要是因为锌、钙全量主要以碳酸盐和氢氧化物的形式存在,因此,全锌和全钙含量增大,pH增大,全锌含量增大,碳酸根浓度增大,促进了水解生成Ca2+的反应的发生,有效钙含量增大11。另外,有效锌和有效铅之间也存在显著正相关关系,这是因为铅锌两种元素存在伴生关系,二者存在很大的相似性1416,因此,在改变土壤有效锌的含量的同时应充分考虑其对土壤有效铅的影响。其他因素之间存在相关关系的原因有待进一步研究。3小结

19、通过调查发现,该地区土壤钙元素分布不均匀;锌元素全量很高,有效率偏低,但是有效锌含量并不低;该地区土壤全铅含量符合中国土壤环境质量标准值二级标准。因此,从本文的数据分析总体来看, 表2土壤钙、锌、铅全量、有效态含量、pH 相关分析表T able 2Co rr elat ion analysis amo ng the contents of so il tota l and available Ca ,Zn,P b and pH(m g.kg -1名称Name 全钙Total Ca 有效钙Available Ca全锌T otal Zn有效锌Availab le Zn全铅T otal Pb有效铅A

20、vailable Pb有效钙0.110-0.205*有效铅0.268*0.435*0.463*0.319*-0.1430.187 该地区土壤不存在严重的有效锌缺乏和重金属铅危害问题,适合一般农业生产的需要。土壤pH 是影响土壤元素有效性的重要因素,研究区毛村属于岩溶区和非岩溶区的混合地带,总体并不存在有效锌的缺乏问题,但部分土壤有效锌的缺乏是存在的,通过改变pH 来改变土壤有效锌的含量是可行的,但是要考虑pH 范围以及有效锌的改变对土壤重金属元素铅的有效性的影响。针对该地区的较为详尽的土壤利用方案有待于进一步研究。参考文献:1何振立,周启星,谢正苗.污染及有益元素的土壤化学平衡M .北京:中国

21、环境科学出版社,1998:276,362.2鲁如坤.土壤农业化学分析方法M .北京:中国农业科技出版社,2000.3卢玫桂,曹建华,何寻阳.桂林毛村石灰土和红壤元素生物地球化学特征研究J.广西科学,2006,13(1:58-64.4姜勇,张玉革,梁文举,闻大中.耕地土壤中交换态钙镁铁锰铜锌相关关系研究J.生态环境,2003,12(2:160-163.5Sims J T .Soil pH effects on the distribution and plantav ailability o f mang anese ,copper and zinc J .Soil Sci So c Am J,1986,50:367-373.6谢志南,庄伊美,王仁玑,许文宝.福建亚热带果园土壤pH 值与有效态养分含量的相关性J .