浙江省土壤有效鋅的時空變異特征及影響因素分析

陸若輝，朱偉鋒，陳紅金，孔海民

(浙江省耕地質量與肥料管理總站，浙江 杭州 310020)

鋅是作物生長必需的營養(yǎng)元素，鋅參與氨基酸的合成和葉綠素的生成，缺鋅會導致植物葉綠體合成受阻。土壤有效態(tài)鋅的含量可以反映土壤的供鋅能力[1]，受土壤環(huán)境、土壤性質等多方面因素的影響，土壤中有效鋅含量呈現(xiàn)出時空變異的特征，其含量狀況直接影響植物體對土壤中鋅元素的吸收，進而影響作物生長[2-3]、農產品產量或通過食物鏈影響人體健康[4-6]。浙江省地形地貌復雜，土壤類型多樣，影響土壤有效鋅含量因素較多。本文以浙江省第二次土壤普查成果和近年來土壤取樣調查數(shù)據(jù)為依托，探討近三十年浙江省土壤有效鋅含量的時空變異特征和不同土壤類型、種植制度等因素對有效鋅含量的影響，以及造成影響的因素分析。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

近年數(shù)據(jù)來源于2016—2017年全省測土配方施肥和耕地質量調查等工作開展的土壤采樣調查中有效鋅數(shù)據(jù)。1984年數(shù)據(jù)來源于全國第二次土壤普查浙江省土壤有效鋅數(shù)據(jù)資料。

1.2 樣品采集與分析

按照內業(yè)確定點位經緯度，外業(yè)定點采樣的方法進行土樣采集，大田作物采樣深度為0～20 cm，蔬菜、果樹采樣深度為0～30 cm。采用四分法采集混合土樣，記錄采樣點立地條件等基本信息。土樣有效鋅含量采用DTPA浸提、原子吸收分光光度法測定。

2 結果與分析

2.1 有效鋅含量

1984年全國第二次土壤普查時浙江省土壤有效鋅平均含量(n=5 041)為1.45 mg·kg-1，2017年全省土壤有效鋅平均含量(n=2 065)為5.63 mg·kg-1，遠高于1984年時的有效鋅含量水平。圖1可以看出，1984年土壤有效鋅含量主要集中在>0.5～3.0 mg·kg-1，而2017年土壤有效鋅含量絕大部分分布在>1.0～3.0和>3.0 mg·kg-1，其中，>3.0 mg·kg-1的土壤是第二次土壤普查時的6.6倍。總體上土壤有效鋅含量升高趨勢明顯。這與計小江等[7]研究，浙江水稻田有效鋅含量比1984年提高了2倍多、>3.0 mg·kg-1的稻田比第二次土壤普查時增加了5倍多的趨勢相同。

圖1 土壤有效鋅分布頻率的變化

2.2 有效鋅含量與海拔高度

圖2所示，土壤有效鋅在海拔>30～100 m的平原、盆地及低丘緩坡含量較高。除≤30 m的灘涂及平原外，海拔高于30 m時，有效鋅含量隨海拔高度升高而降低，海拔200 m以上的丘陵、山地地區(qū)土壤有效鋅含量下降明顯。這可能與該類區(qū)域適宜作物生長、種植活動較頻繁，人類的施肥活動對土壤有效鋅含量影響較大等因素有關。

圖2 不同海拔高度與土壤有效鋅含量的關系

2.3 有效鋅含量與種植制度

不同種植制度下，土壤有效鋅含量有明顯差異。從表1看出，種植果樹、蔬菜等經濟作物的園地、菜地土壤有效鋅平均含量較高，分別達7.91、7.81 mg·kg-1；其次為種植苗木和水稻的土壤；拋荒閑田和茶園土壤有效鋅含量最低。果樹、蔬菜等果園、菜地土壤有效鋅含量較高，可能與經濟作物有機肥施用量大有關。

表1 不同種植制度下土壤有效鋅含量的變化

2.4 有效鋅含量與土壤類型

不同土壤類型有效鋅含量有明顯差異。水稻土不同亞類有效鋅平均含量在5.42～6.63 mg·kg-1，普遍高于紅壤、紫色土、潮土、黃壤等其他土類。紫色土和紅壤介于中間水平，黃壤和潮土有效鋅平均含量較低。

3 討論

與1984年第二次全國土壤普查數(shù)據(jù)相比，三十年來浙江省土壤有效鋅含量上升趨勢明顯。這與計小江等[7]浙江省水稻田土壤有效鋅研究結果趨勢相同。王子騰等[8]研究表明，全國范圍內2005—2015年土壤有效鋅含量整體上是上升的。一方面原因可能是因為種植模式和管理理念的轉變，保持甚至提高了農田土壤的整體肥力；另一方面也不排除長期的施肥導致土壤酸化，因為2005—2015年土壤pH值是逐漸降低的，土壤pH值降低可以提高土壤鋅的有效性[9-11]。

土壤有效鋅含量與土壤pH值有關。Wang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值對土壤有效鋅含量的影響非常顯著，pH值升高會降低土壤鋅的有效性。Pardo等[13]分析了土壤pH值對于土壤有效鋅吸附解吸的影響，發(fā)現(xiàn)土壤鋅隨著pH值的上升，吸附量上升，解吸量下降；隨著pH值的下降，吸附量下降，解吸量上升。土壤有效鋅含量還與土壤有機質含量呈正相關關系。研究發(fā)現(xiàn)，元素氮與元素鋅在肥-土-作物系統(tǒng)中存在協(xié)同作用[14]，所以有效氮與有效鋅之間存在顯著正相關；也有可能是因為土壤中的氮 90%為有機氮[15]，因此，有機質與有效氮之間具有顯著的正相關性，從而間接與有效鋅之間存在顯著的正相關關系。

土壤有效鋅含量的升高還可能與以畜禽糞便為原料的有機肥的大量施用有密切關系。這與本文中果樹、蔬菜等經濟作物有機肥用量高，土壤有效鋅含量高，拋荒田等人為施肥少，土壤有效鋅含量低的趨勢相同。鋅是畜禽養(yǎng)殖業(yè)中重要的飼料添加劑之一，可以促進動物生長，降低腹瀉等腸胃疾病的發(fā)生率，在飼料中過量添加銅、鋅等微量元素的現(xiàn)象普遍存在[16-19]。由于畜禽對添加劑中的微量元素利用率通常較低，這些微量元素大部分隨糞便排出，畜禽糞便被廣泛處理后制成有機肥，最終隨施肥進入土壤環(huán)境。據(jù)朱恩等[20]研究結果，畜禽糞便中鋅含量在36～9 391 mg·kg-1，平均值達733 mg·kg-1。由于擔心在施用了豬糞的土壤中出現(xiàn)鋅的富集，歐盟將從2022年開始飼料添加劑中不再繼續(xù)使用藥理水平的氧化鋅[21]。

目前，我國有機肥料生產中對銅、鋅等元素的影響尚未引起足夠重視。我國NY 525—2012《有機肥料》未將鋅含量納入限量值控制的指標，若以臺灣省有機肥鋅含量最高限量值600 mg·kg-1為標準，畜禽糞便為原料的有機肥鋅含量超標率可達50.14%[20]。因此，在注重鋅對植物營養(yǎng)作用的同時，土壤中有效鋅的富集對環(huán)境、作物以及最終對人體健康的影響尚未引起足夠重視，需進一步關注和研究。