锌是土壤中重要的营养元素之一，同时也是动植物和人类所必需的微量元素，生长发育中关键的生理生化过程都离不开锌的参与^[1]。在土壤-植物-人体系统中，土壤缺锌会造成作物产量和营养质量下降，导致人体缺锌，如生长发育迟缓、免疫系统损伤等一系列健康问题的发生^[2]。土壤中锌的有效性不仅与其总量有关，还取决于在土壤中存在的形态，其形态转化受外源锌数量及种类、土壤性质和土壤组成成分等多种因素的影响^[3-4]。华北地区的潮土属于典型的石灰性土壤，高 pH、高碳酸盐含量、低有机质含量和低水分含量严重影响了土壤锌的有效性^[5-6]。因此，探究土壤各形态锌的转化过程，研究增强土壤锌的活性和提高其有效性的途径对于维持土壤养分平衡和发挥锌的作用具有重要意义。

大量研究表明，有机物料还田会改变土壤理化特性和微量元素的形态，通过土壤中有机质成分与锌元素形成络合物来影响土壤锌的迁移，从而对土壤锌形态转化及有效性产生不同影响^[7]。杨子仪等^[8]通过试验发现，添加有机物料可显著增加黑土中全量和不同形态锌含量，使得黑土中锌发生了活性转化。Tabassum 等^[9]研究发现，施用有机肥显著增加了土壤有效锌和各形态锌含量。陆欣春等^[10]研究表明，有机无机肥配施显著增加了除残渣态锌以外的其他各形态锌的含量。绿肥作为一种最清洁的高效有机肥源之一，将其翻压还田后，不仅可以改善土壤结构，增加土壤养分含量，而且种植绿肥作物可以增强土壤锌的活化能力，有利于提高作物锌含量^[11]。Singh 等^[12]指出，种植绿肥作物可提高土壤和水稻锌含量，且二者之间呈显著正相关。Grüter 等^[13]发现，豆科绿肥通过生物固氮作用提高了土壤有效锌和小麦籽粒锌含量。杨海滨等^[14]通过田间试验表明，间作绿肥不仅增加了土壤有效锌含量，同时也有利于土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的提高。研究发现，小麦籽粒锌与土壤酸碱度和土壤有机碳密切相关，且种植绿肥作物是提高土壤和小麦籽粒锌含量的一种有效的生物强化策略^[15]。

油菜是十字花科芸薹属植物，植株生物量较大，适应性广、抗逆性强，作为绿肥作物有较好的土壤培肥优势，其含有大量的养分，可改善土壤理化性质和活化土壤难溶性磷，有利于后茬作物的吸收利用^[16]。目前，绿肥还田对土壤大量养分的研究较多，但关于春油菜作绿肥对土壤锌形态转化及有效性影响的系统研究较少。鉴于此，本研究通过连续两年种植并翻压春油菜绿肥，探究不同春油菜品种翻压还田后对土壤性质、各形态锌转化过程及有效性的影响，并对春油菜自身锌含量、土壤性质和土壤锌形态之间的关系进行分析，旨在为华北地区优选种植适宜的春油菜品种和农业生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在天津市宁河区林场（117.82°E，39.33°N） 进行，该试验地年平均气温为 11.2℃，平均湿度为 66%，年平均降水量为 642 mm，全年无霜期为 240 d，属于大陆性季风气候，暖温带半干旱半湿润带。该试验地土壤类型为潮土，pH 为 8.01，EC 值为 222.00 μS/cm，土壤有机质和养分含量见表1。 9 个春油菜品种分别为中油肥 1 号、中油肥 2 号、中油肥 1802、中油肥 1804、中油肥 1901、中油肥 1903、中油肥 1904、中油肥 1906、中油肥 1907，代号分别为 Y1～Y9。2019 年春油菜地上部干重及锌含量见表2。

1.2 试验设计

试验于 2019 年 3 月～2020 年 10 月连续两年进行，共设置休闲对照（CK）和春油菜品种 （Y1～Y9）10 个处理，每个处理面积 133.34 m²，春油菜播种量为 9 kg/hm²，行距 25～30 cm，采用完全随机排列，重复 3 次。于每年 3 月播种春油菜，同年 6 月原地翻压还田，翻压后种植玉米，每年 9～10 月收获玉米。玉米种植前每个处理施底肥尿素 194.25 kg/hm²、氯化钾 127.65 kg/hm² 和磷酸二铵 194.25 kg/hm²。春油菜翻压前每个品种取 3 个样方，每个样方 1 m²，测定植株鲜重，置于 90℃烘箱中杀青，然后在 65℃条件下烘干，称干重。

1.3 样品采集及测定方法

采集 2020 年 10 月玉米收获时的土壤样品，测定相关指标。土壤 pH 采用水浸提，pH 计测定；土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤水分采用烘干法测定；土壤还原性物质总量采用硫酸铝提取-重铬酸钾氧化法测定；土壤有效锌采用 pH 为 7.3 的 DTPA 浸提，原子吸收分光光度计测定，将粉碎的春油菜植株样品采用硝酸-硫酸-高氯酸消煮，原子吸收分光光度计测定其锌含量。以上分析均采用鲍士旦^[17]的方法。土壤各形态锌采用改进了的 Tessier 等^[18]和 Shuman^[19]方法，具体操作见表3，浸提液用原子吸收分光光度计测定。

1.4 数据分析与计算方法

采用 Excel 2019 进行数据整理与计算，通过 Origin 2021 和 SPSS 26.0 进行作图处理和统计分析，利用 Canoco 5 进行冗余分析。

通过土壤锌转化因子（TF）来评价土壤不同形态锌之间的相互转化^[20-21]。当 TF 增大时，说明土壤锌向有效态组分发生了活性转化，反之，则向无效态组分惰性转化。计算公式为 TF（%）=（交换态锌 + 有机结合态锌）/ 全锌 ×100。

2 结果与分析

2.1 春油菜翻压对土壤性质和有效锌含量的影响

从表4 可以看出，春油菜翻压后较 CK 处理均显著降低了土壤 pH，其中以 Y4、Y5 处理降幅最为明显。与 CK 处理相比，Y2、Y4、Y5、Y6、Y9 处理翻压后均显著增加了土壤有机质含量、水分含量、还原性物质总量，其中 Y4 和 Y5 处理翻压后增幅最大，较 CK 处理分别显著提高了 61.60% 和 45.02%、11.65% 和 11.04%、264.36% 和 252.87%。与 CK 处理相比，Y3、Y4、Y5、Y8、Y9 处理翻压后显著提高了土壤有效锌含量，其中以 Y4 处理增幅最为明显，较 CK 处理显著提高了 73.99%。

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著（P <0.05）。下同。

2.2 春油菜翻压对土壤各形态锌含量变化的影响

由表5 可知，春油菜翻压均不同程度影响了土壤各形态锌含量。与 CK 处理相比，不同春油菜品种翻压后均显著提高了土壤交换态锌含量，其中以 Y4 处理增幅最大，其次是 Y5 和 Y9 处理，较 CK 处理分别显著提高了168.86%、156.60%、 144.33%，且各春油菜之间也存在显著差异。春油菜翻压后增加了土壤碳酸盐结合态锌、有机结合态锌含量，但降低了土壤氧化物结合态锌含量，其中 Y4、Y5、Y8 处理翻压后土壤碳酸盐结合态锌含量较高，较 CK 处理分别显著提高了47.72%、 65.90%、67.04%，Y4 处理翻压后土壤有机结合态锌含量增幅最大，较 CK 处理显著提高了 48.47%，与 CK 处理相比，各春油菜翻压后均显著降低了氧化物结合态锌含量，其中以 Y4、Y9 处理降幅最为明显。土壤残渣态锌含量在 91.49～98.88 mg/kg 之间，其变化量不大，且不同处理之间差异不显著。

2.3 春油菜翻压对土壤锌转化因子的影响

图1 表明，不同春油菜品种翻压对土壤锌转化因子影响显著。各处理下土壤 TF 值表现为 Y4>Y5>Y9>Y2>Y3>Y6>Y1=Y7>Y8>CK，与 CK 处理相比，春油菜翻压后均显著提高了土壤 TF 值，其中 Y4 处理增加的幅度最大，其次为 Y5、Y9、Y2 处理，TF值分别为7.53%、7.52%、7.32%、7.24%，较CK 处理 （4.72%）分别提高 1.59、1.59、1.55、1.53 倍，且 Y4、 Y5、Y9、Y2 处理之间差异不显著。可见，春油菜翻压可加快土壤锌向有效态组分活性转化的速度，有利于活化土壤难溶性锌，提高其有效性。

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P <0.05）。

2.4 土壤各形态锌含量的冗余分析

根据冗余分析结果（图2）可以看出，不同春油菜品种在冗余分析图中分布在不同的方位，这说明春油菜翻压对土壤各形态锌含量具有重要影响，且春油菜翻压通过多方面影响各形态锌含量。土壤各形态锌含量与环境因子之间的关系通过其夹角来确定，当夹角小于 90°时，两变量之间呈正相关关系，大于 90°时，两变量呈负相关关系，夹角越小相关性越强。由图2 可知，除土壤氧化物结合态锌外，土壤水分、有机质、还原性物质总量、有效锌含量和油菜含锌量与土壤其它各形态锌含量和转化因子均呈正相关关系；土壤 pH 与土壤氧化物结合态锌含量呈正相关关系，而与其它各形态锌含量和转化因子呈负相关关系。

冗余分析显示，环境因子解释了土壤各形态锌含量变化的 74.16%，第 1 轴和第 2 轴分别解释变量的 59.48% 和 14.68%。通过表6 环境因子对土壤各形态锌含量的解释度发现，土壤 pH 和油菜含锌量分别能够解释 26.6% 和 13.2% 的土壤各形态锌含量变化，其单独贡献率分别为 41.7% 和 20.6%。土壤 pH、还原性物质总量、水分和油菜含锌量对土壤各形态锌的转化解释度均达到了显著水平 （P <0.05），说明土壤 pH、还原性物质总量、水分和油菜含锌量的变化对土壤各形态锌的含量及转化因子具有重要影响。

注：SOM—有机质；SM—土壤水分；RSTA—还原性物质总量；Y-Zn— 春油菜含锌量；A-Zn—有效锌；Ex-Zn—交换态锌；Ca-Zn—碳酸盐结合态锌；Ox-Zn—氧化物结合态锌；Om-Zn—有机结合态锌；Re-Zn—残渣态锌；TF—转化因子。

3 讨论

3.1 春油菜翻压对土壤有效锌含量的影响

土壤锌是植物吸收利用的基本来源，其有效性高低受多种因素的影响。研究发现，有机物料还田后自身腐解释放内源锌，通过自身组分或降解产物与锌发生络合反应，有利于锌的活化，从而影响土壤锌的有效性^[22]。杨敏等^[23]通过长期定位试验发现，施用猪粪和鸡粪有机肥显著提高了土壤全锌和有效锌含量，同时有机肥中较高的锌含量是造成稻田土壤锌累积和有效性显著提高的主要原因。何红霞等^[24]种植绿肥发现，绿肥翻压后腐解释放养分，提高了土壤有机质含量，降低了土壤 pH，增加了土壤有效锌含量，从而提高了有效性。Habiby 等^[25]研究表明，将绿肥翻压到土壤中增加了土壤有效锌含量，通过绿肥作物残体分解产生的可溶性有机碳促进了小麦根系对锌的吸收，特别是锌向籽粒的转移。本研究结果表明，春油菜翻压也显著提高了土壤有效锌含量，与 CK 处理相比，Y4 品种翻压后土壤有效锌含量显著提高了 73.99%。这与何红霞^[24]、Habiby 等^[25]研究结果一致。在本研究中，中油肥 1804 对提高土壤全锌和有效锌含量的效果较好，可能归因于中油肥 1804 本身生物量（6577.02± 539.16）kg/hm² 和含锌量（48.43±2.47）mg/kg 较高，将其翻压到土壤后，可以较快地向土壤中释放自身体内的锌，同时通过腐解释放小分子可溶性有机酸，降低土壤 pH，增加土壤可溶性有机碳含量，进而这些有机物质通过络合和螯合作用解离土壤颗粒或胶体吸附的锌，增强了锌的活化作用，从而提高了土壤中锌的含量^[20，26]。相比于其它春油菜品种，中油肥 1804 生物量和含锌量不是最高的，而土壤中锌的含量并没有因春油菜绿肥自身生物量和含锌量的增大而增加，可见土壤锌的有效性不仅与春油菜绿肥生物量和锌的投入量有关，还可能与春油菜品种及其翻压到土壤后发生的转化有关。

3.2 春油菜翻压对土壤不同形态锌含量的影响

土壤中的锌以不同化学形态存在，通过溶解-沉淀、吸附-解吸和络合-活化等各种反应影响其形态转化，这决定了锌在土壤中的移动规律及生物有效性^[27]。采用连续浸提法将土壤锌依次分为交换态、碳酸盐结合态、氧化物结合态、有机结合态和残渣态。其中，交换态锌和有机结合态锌活性较高，极易被植物吸收，碳酸盐结合态锌是潜在有效锌，在一定条件下可通过转化被植物吸收，氧化物结合态和残渣态极难被植物吸收^[28]。外源锌的投入均会影响土壤各形态锌的含量和转化。Lakshmi 等^[29]表明，土壤中的锌大部分以残渣态存在，随着施锌量的逐渐增加土壤中各形态锌含量也有所增加。国春慧等^[30]发现，施用螯合态锌肥可以增加土壤中活性较高的锌形态含量，从而提高了锌的有效性，有利于锌肥的有效利用。研究表明，添加新鲜的有机物料可通过改变土壤理化性质和金属螯合能力影响土壤锌的形态转化^[31]，施入有机物料后产生可溶性有机质，这些活性组分富含官能团具有螯合能力，可络合难溶性态锌，形成可溶性有机锌复合物，改善土壤锌的有效性及移动性。魏孝荣等^[32]通过种植作物发现，植物残体和作物根系的分解可促使土壤有机质的积累，加快土壤有机质与锌的结合速度，从而增加了土壤有机结合态锌含量，同时土壤中的锌从残渣态向其它形态转化，使残渣态锌含量有所降低。也有研究发现，秸秆腐解增加了土壤交换态锌和松结有机态锌含量，提高土壤有效锌含量，有利于增强土壤供锌能力。本研究结果表明，各处理下土壤锌大多以残渣态存在，不同春油菜品种翻压有利于土壤残渣态锌向有效性高的组分发生活性转化，增加了土壤交换态锌、碳酸盐结合态锌和有机结合态锌含量，提高了土壤锌的转化因子。相比于其它春油菜品种，以中油肥 1804 和中油肥 1901 增幅效果较好，其原因可能是这两个春油菜品种在生长和腐解过程中产生的小分子有机酸或活性有机物更能抑制土壤对锌的吸附固定，加快促进植物较难吸收利用的氧化物结合态向较易吸收利用的交换态、有机结合态转化，增强了土壤锌的有效性^[33-34]。

3.3 土壤不同形态锌含量的影响因素

通过进一步分析土壤各形态锌含量的影响因素发现，土壤性质方面包括土壤 pH、有机质、水分、还原性物质总量均与土壤交换态锌、碳酸盐结合态锌和有机结合态锌存在相关关系，其中土壤 pH 和春油菜含锌量是影响各形态锌含量的重要因素。本研究中不同春油菜品种翻压还田降低了土壤 pH，提高了土壤有机质含量、水分含量和还原性物质总量，其中以中油肥 1804 和中油肥 1901 翻压效果较明显。刘慧等^[35]研究发现，油菜绿肥翻压能降低土壤 pH，增加土壤有机质含量和养分含量。研究表明，一般情况下，土壤 pH 越低，锌的有效性越高，在弱酸条件下，有利于难溶锌化物的溶解^[20，36-37]。土壤中有机质通过参与氧化还原与络合等反应，从而影响土壤还原性物质总量，当土壤有机质含量较高时，施用有机物料还田后土壤锌向交换态和有机结合态转化的较多。此外，土壤水分含量的增加刺激了有机物料的分解，加快了内源锌的释放速率，有利于土壤难溶性锌的活化，进而增加了土壤锌的有效性和转化因子。可见，土壤各形态锌的含量和转化过程受多种因素影响，春油菜翻压通过自身腐解特点和土壤性质等方面促使土壤锌向活性较强的形态转化，提高锌素的利用率。

4 结论

春油菜绿肥连续翻压两年后提高了土壤有效锌含量，促进了无效态组分向活性较高的有效态组分的转化过程，且通过多方面影响土壤锌的有效性。中油肥 1804 和中油肥 1901 由于具有较高的生物量和锌含量，能够加快腐解释放锌，从而促进土壤锌的高效利用。因此，在华北地区推荐种植中油肥 1804 和中油肥 1901 是提高土壤锌有效性的最佳选择。

参考文献