打印本文 打印本文  关闭窗口 关闭窗口  
微量元素锌在土壤-植物-动物生态系统中的循环转移与利用
作者:张怀渝 王化新  文章来源:本站原创  点击数  更新时间:2008/3/13 10:47:31  文章录入:绿色  责任编辑:anny

 

微量元素锌在土壤-植物-动物生态系统中的循环转移与利用
Ⅰ.微量元素锌在土壤-植物系统中的转移与再利用

张怀渝 王化新 吴素琼 任光燥 杨正清 陈志渝

摘要:应用65Zn示踪技术,研究了微量元素锌在植物-土壤中的吸收转移及再利用。结果表明:无机态65Zn施入不同类型的土壤(正常土和缺锌土)后,植物(玉米)对65Zn的吸收利用率差异极显著,分别为2.04%和2.74%,有88.84%65Zn残留于土壤和8.77%65Zn淋失。残留于土壤中的65Zn只有0.14%被下茬作物(大麦)再利用,而大部分则不被根系吸收利用。本文对微量元素锌肥的安全使用问题进行了讨论。
关键词:微量元素; 65Zn; 植物; 土壤; 生态系统; 同位素示踪
中图分类号:S152
文献标识码:A
文章编号:1000-2650(1999)04-0374-04

Study on Transfer and Reutilization for
Microelement Zinc in Plant-soil Ecosystem

ZHANG Huai-yu, WANG Hua-xin, WU Su-quing, REN Guang-zao, YANG Zhen-qing, CHEN Zhi-yu
(Isotope Research Laboratory, Sichuan Agricultural University, Yaan 625014, Sichuan, China)

Abstract:Absorption, transference and re-utiligation of zinc in plant-soil ecosystem were studied by using radiotracer technique. The sesults from the experiments reveal that the utiligation rate of 65 Zn by maige plant in Zn-deficient soil (2.74%) is significorntly different from that in normal soil (2.04%). Among the total amount of 65 Zn applied, 8.77% is washed away and 88.84% is retained in the soil in which only 0.14% is re-utiligation by the barley in next yeas. Efficient and safe application of the zinc fertitiger in practice is concerned and discussed.
Key words:MICROELEMENT; 65 Zn-TRACER TECHNIQUE; PLANT-SOIL ECOSYSTEM; TRANSFER; UTILIZATION

  在土壤-植物-动物生态系统中,生物对微量元素的需求是平衡的关系,超过或亏欠都会使生命代谢紊乱,出现病变。我们不难发现,微肥、微量元素添加剂及补锌保健品的烂用和过量的使用,已造成许多不良的后果。锌是动、植物必需的微量元素,参与多种生命代谢活动,同时,它又是重金属有毒物质,过量的使用,不可避免地会发生毒害反应。每年我国使用的锌肥、补锌的饲料添加剂和保健品数不胜数,然而,人们对锌在植物-动物-土壤三者食物链中的关系仍然知之较少。因此,本研究应用65Zn示踪技术,以模式植物(玉米和大麦)和模式动物(鸡)模拟土壤-植物-动物三者65Zn食物链的关系,对65Zn的吸收、转移和利用情况进行全面细致的探讨,以期为微量元素锌的合理使用提供科学的数据和资料。本文对其中一部分研究内容进行报导。
1 材料与方法
1.1 供试土壤
  
根据土壤全锌和有效锌的含量,选择代表四川生产条件的两种土壤-正常土和缺锌土作供试土壤。土壤理化性质由四川农业大学农学院环境保护系分析,分析结果见表1。

表1 供试土壤的理化性质

土壤类型 有效锌

(mg/kg)

全 锌
(mg/kg)
全 氮
(%)
全 磷
(P2O5 %)
速效钾
(mg/kg)
有机质
(%)
pH值
正常土 2.6846 80.99 0.1360 0.1399 83.3848 0.7242 7.94
缺锌土 0.4856 75.98 0.0660 0.1059 58.1359 0.7187 7.80

2 盆栽试验
2.1 锌的吸收试验 以玉米为供试植物,采用直径为32.00cm,高33.5cm的塑料桶盆栽,每桶装风干土17.2kg,全生育期共施复合肥5.5g,钾肥0.83g,分基肥和追肥两次施用。每桶另施硫酸锌和硫酸锰113.1mg和211.5mg以满足玉米全生育期对微量元素的最低量需求。设正常土和缺锌土两种土壤处理,4个重复(含对照),每重复种3桶,每桶种1株玉米。在成熟期收获,分茎、叶、籽粒和土壤取样,烘干,称重。称取一定量的干粉,用FJ-367井型探测器测定放射性活度。
2.2 锌的再利用试验 以大麦为供试材料,按上一季盆栽试验的设计,在收获玉米后种上大麦。每桶种大麦12株,分蘖期和拔节期追施复合肥。在成熟期收获,分茎叶、籽粒取样烘干,称重。称取一定量的干粉,用FJ-367井型探测器测定放射性活度。
2.3 65Zn的施入 在玉米移栽后36d,施放射性核素65ZnCl2,每桶每株穴施65Zn 116μCi,即282153787.25次/min(DPM)。
2 结果与分析
2.1 不同土壤条件下玉米根系对65Zn的吸收利用
  
试验结果表明(见表2),在缺锌的土壤中,玉米对65Zn的吸收值(CPM数/单株或DPM数/单株)显著高于正常土,对微量元素锌肥的利用率也较高于正常土,这说明在缺锌的土壤中施锌肥是改善植物锌营养条件的有效措施。但两种土壤类型对锌的利用率都较低,只有2.39%(平均值)的被地上部份利用,大部份(97.61%)通过根系和土壤吸附残留于土中,或淋溶走了而不被植物利用,因此,残留锌的再利用是一个十分重要的问题。

表2 不同土壤条件下玉米根系对65Zn的吸收与利用率

处 理 地上部65Zn 吸收利用率
(%)*
CPM数/单株** DPM数/单株
正常土  259417.50   5755937.26 2.04
缺锌土 344223.75 7628129.93 2.74
F 10.16** 11.25**
F0.01 8.53 8.53

  *:吸收利用率0701.gif (1265 字节)
  **:数据为每9株在成熟期的平均值。

2.2 65Zn在玉米成熟期地上部器官中的分布
  
在成熟期,65Zn在正常土和缺锌土植株营养器官和生殖器官中的分配比率,均是籽粒大于茎叶,正常土平均分别为44.22%(茎叶)和55.79%(籽粒),缺锌土分别为44.38%(茎叶)和55.62%(籽粒)(见表3)。由于在不同类型土壤中,供试玉米对无机态65Zn的吸收利用率差异极显著,因此,虽然65Zn在地上部分各器官的分配比率在不同土壤类型间表现一致,但各器官显然对65Zn的绝对分配值是不同的,正常土的分配值小于缺锌土的分配值(见表3)。这一结果与阙连春用夏玉米的研究结果一致。

表3 65Zn在玉米成熟期地上部器官中的分配和积累

处 理 籽 粒
CPM/单株 分配比率*(%) CPM/单株 分配比率(%) CPM/单株 分配比率(%)
正常土 63933.75 24.65 50767.50 19.57 144716.25 55.79
缺Zn土 79472.50 23.09 73271.25 21.29 191480.15 55.63

  *:分配比率=器官单株CPM数/地上部总CPM数。

2.3 大麦对残留肥料锌的再利用
  
在玉米收获后,实际残留在土壤中的65Zn(含根系)较高(见表4),正常土和缺锌土分别为2518.43DPM数×105和2503.48DPM数×105。理论残留量为假定65Zn不被淋溶流失,全部残留在地下部的65Zn值,理论残留量与实际残留量的差值应为淋失值。因此,仍有8.77%(两土壤的平均值)65Zn的淋失。下茬作物大麦对65Zn的吸收和再利用率,在土壤处理间差异不显著,但残留65Zn仍有0.14%被再吸收利用。

表4 大麦对残留65Zn的吸收和再利用

处 理 土壤残留数量

(DPM×105)

理论残留数量
(DPM×105)
淋失率*
(%)
地上部65Zn 再利用率
(%)
CPM数 DPM数
正常土 2518.43 2761.84 8.81  50175.85 348728.28 0.138
缺Zn土 2503.48 2742.99 8.73 51405.60 357735.38 0.143
F   0.015
F0.05 4.25

  *:淋失率0702.gif (1273 字节)

3 讨论
  锌是动、植物所必需的微量元素,参与多种酶促反应,在植物的新陈代谢过程中起重要的作用。但锌同时又是重金属有毒元素。一方面,在缺锌的土壤中施锌肥可以促进作物的生长,增加产量;另一方面,过多的施用,又可能带来重金属污染,给植物生长造成毒害。因此,本研究为长期施用锌肥,可能带来锌毒污染的潜在危险提供了可靠的数据。本研究结果表明,施入土壤中的锌肥,在当季能够被植物地上部份利用的只有2.39%(平均值),大部分(88.84%)锌以各种形态残留于土壤,而残留这部分能够被下茬植物再利用的,就大麦而言,只有0.14%。65Zn示踪,我们发现,施入土壤中65Zn,在33.5cm的土层内,只有8.77%的淋失。这些结果说明锌在土壤中的富集能力很强,当季施入锌的转移率很低,长期施用锌肥,可能带来锌毒污染的潜在危险。以上的这些结果与阙连春(1985)的研究结果有所不同,这可能是因为所采用的土壤类型、施肥情况等方面不同所致。实验结果用循环转移模式来表示,更为明了,见图1。

0703.gif (2336 字节)

图1 65Zn在土壤-植物生态系统中的循环转移模式图

  在我国各省区都存在大面积的土壤缺锌,专家们指出,土壤中全锌含量很高,缺锌主要是由于土壤中释放的有效锌较少,造成植物锌营养不足[2,3]。本研究结果也证明这一点,表明本研究,锌被下季作物再利用的效率远远低于当季施入的利用率,但仍有0.14%的残留锌能被作物再利用。一些研究指出,锌肥施入土壤后,被土壤吸收转化为交换态,碳酸盐结合态,氧化物结合态,有机结合态和残留态锌五种形态,除残留态外,其余四种形态都能被转化成有效态锌被植物吸收利用[4~6]。土壤有效锌的释放与作物种类、肥料类型与搭配、根际微生物环境和栽培环境等等因素有关[1,7,9],因此,改变植物生长环境,促进残留锌向有效锌的转化,提高锌的再利用率,是当前锌肥的合理利用,改善植物锌营养状况的首要问题,而不是盲目大量地施用锌肥。

本文承蒙任正隆教授审阅,谨此致谢.

基金项目:本研究由四川省教委青年基金资助.

作者单位:张怀渝, 王化新, 吴素琼, 任光燥, 杨正清, 陈志渝 四川农业大学 原子能农业应用研究室, 四川 雅安 625014

参考文献

[1]韩晓日, 邹德乙, 郭鹏程. 长期施肥对土壤中锌的形态含量及其有效性影响[J]. 沈阳农业大学学报, 1992, 23(专辑):56~61
[2]刘 铮. 我国土壤中锌含量的分布规律[J]. 中国农业科学, 1994, 27(1):30~37
[3]马义兵, 黄友宝, 夏荣基, 等. 土壤微量元素研究[J]. 北京农业大学学报, 1989, 15(1):57~58
[4]林玉锁, 薛家骅. 外加锌在土壤中形态的研究[J]. 农村生态环境, 1993, 1:30~32
[5]沙维奇Β.И, 等. 锌及其它重金属元素在土壤中迁移性的调控[J]. 环境科学学报, 1993, 13(3):304~309
[6]蒋廷惠, 胡霭堂, 秦怀英. 土壤中锌的形态分布及其影响因素[J]. 土壤学报, 1993, 30(3):260~265
[7]崔德杰, 张继宏, 关连珠, 等. 长期施肥及覆膜栽培对土壤锌各形态及其有效性影响的研究[J]. 土壤通报, 1994, 25(5):207~209
[8]阙连春. 应用65Zn示踪法研究夏玉米对锌肥的吸收利用[J]. 原子能农业应用, 1985, 2:25
[9]李惠英, 陈素英, 王 豁. 铜、锌对土壤-植物系统的生态效应及临界含量[J]. 农村生态环境, 1994, 10(2):22~24

打印本文 打印本文  关闭窗口 关闭窗口