农田黑土锌形态转化及其生物有效性

The black soil region in Northeast China is crucial to the national food supply as one of the most important state commercial grain bases. Large amount of chemical fertilizers including Zinc (Zn) fertilizer has been applied in the region with the aim of maximizing crop yield. However, application of Zn fertilizer has inconsistent effect on yield of the two main crops (soybean and corn) with the phenomenon of blind application of Zn fertilizers in the region. Nine field experiments and two plots experiments will be conducted to partition the effective region of Zn fertilizer application in the typical areas of black soil region including Gongzhuling, Hailun, Nenjiang considering the difference of soil fertility in order to determine the threshold of soil available Zn for the growth of soybean and corn. Zn-supplying potential of black soil and the effect of different tillage practices on Zn-supplying potential will be indicated by investigating the soil Zn fractions and bioavailability in the agricultural ecosystem based on a 28-year long-term field experiment with the bare land and grassland as the contract. The effect of long-term application of Zn fertilizers on soil environment will also be considerate. Moreover, physical chemistry method will be used to illustrate the mechanism of Zn absorption-desorption in the black soil. Above research will provide theoretical and practical guidance to the Zn fertilization in the black soil region.

东北黑土区是我国重要商品粮基地，在保障国家粮食安全中起着举足轻重的作用。为追求粮食高产该区大量施用化肥，其中锌肥也普遍受到关注，在该区施锌肥对主要粮食作物大豆和玉米产量影响不一致，存在盲目施锌肥现象。本研究针对这一问题，拟在南北狭长的黑土分布区内，分别在南中北三地（公主岭、海伦、嫩江）的高中低肥力区布设田间试验，同时采集各点土壤样品进行盆栽试验及室内试验，划分出黑土施锌肥有效区域，并总结各试验点结果制定出指导黑土区大豆和玉米生产的土壤有效锌阈值；通过监测28年长期定位试验，以裸地和草地为对照，探讨农田生态系统中不同施肥处理下土壤Zn形态转化及其生物有效性，明确高肥力黑土供锌潜力及不同施肥措施对土壤供锌潜力的影响，阐明连续施用锌肥对土壤环境的影响；并采用物理化学研究法，进一步研究不同肥力黑土对Zn吸附-解吸机制。为黑土区施用锌肥提供理论和实践依据，对保障东北黑土区粮食高产具有重要意义。

锌是动植物必需微量元素同时亦是污染土壤的重金属元素，研究黑土中锌形态及其生物有效度对保护黑土农业生态环境具有重要意义。黑土耕层有效锌含量为0.77-2.16 mg kg-1，相对较高，且随土壤pH增加，有效锌含量降低，20 cm以下土层有效锌含量为0.25-0.64 mg kg-1。当有效锌含量低于1.0 mg kg-1时，土壤表现为缺锌，此时增施锌肥可显著提高大豆产量。连续13年施用磷肥，土壤中的磷每年平均累积16 kg hm-2，其主要以铝磷（Al-P）和铁磷（Fe-P）的形态储存在土壤中，其中约20%仍为有效磷；而磷肥加有机肥连续施用13年后，有机磷含量增加了47.2-67.9 mg kg-1，无机磷含量增加253.4-410.6 mg kg-1，其中15-21%仍为有效磷，主要以有效性较高的二钙磷（Ca2-P）、八钙磷（Ca8-P）、Al-P、Fe-P存在于土壤中，只有10-21%的磷以有机磷的形态累积在土壤中，并且这个比例随着有机肥施用量的增加而降低。黑土长期不施肥处理其有效锌含量可达1.96 mg kg-1，长期施化肥可显著增加黑土交换态Zn和无定型氧化铁结合态Zn含量，矿物态Zn含量有所降低，从而显著提高黑土有效Zn含量，可增至3.3 mg kg-1，对土壤全Zn含量未有明显增加；长期施化肥配施有机肥可显著增加矿物态Zn以外其他各形态Zn含量，投入锌量的37.5%-55.5%以无定型氧化铁结合态锌储存在土壤中，土壤有效锌含量随有机肥施用量增加而逐渐增加，最高可达14.5 mg kg-1。长期施肥后黑土对Zn2+吸附容量及强度均为：NPK+OM2＞CK＞NPK+OM3＞NPK＞NPK+OM1，黑土对Zn2+的吸附率为25.9%-72.1%，解吸率为4%-25.3%。总体黑土有效锌含量相对较高，对Zn2+吸附强度和容量均较高，长期施化肥引起土壤酸化，黑土矿物态Zn向交换态和无定型氧化铁结合态Zn转化，有机肥中的锌投入土壤后主要以无定型氧化铁结合态Zn储存在土壤中，长期施化肥降低黑土对Zn2+吸附强度和容量，配施一定量有机肥后可减缓吸附强度及容量的降低。. 本项目取得的研究成果：明确了黑土不同形态锌含量及其有效性，揭示了长期施用化肥及有机肥对土壤磷、锌形态转化影响；解析了长期施化肥及有机肥对黑土Zn2+吸附解吸的影响。共发表文章7篇。.