吉林省西部氟病區(qū)蘇打鹽堿土氟的賦存形態(tài)及分布特征①

劉金華，王玉軍，楊靖民，趙蘭坡，張忠慶

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吉林省西部氟病區(qū)蘇打鹽堿土氟的賦存形態(tài)及分布特征①

劉金華1,2，王玉軍1，楊靖民1，趙蘭坡1,2，張忠慶1

(1吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長春 130118；2吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130118)

為了研究吉林省西部氟病流行區(qū)農(nóng)田土壤的氟形態(tài)及其分布特征，采用連續(xù)浸提法，對該區(qū)域內(nèi)45個表層土壤和6個剖面土壤的氟含量進(jìn)行了測定，并與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明，表層土壤全氟含量變化范圍為200 ~ 450 mg/kg，平均值為266.17 mg/kg，低于全國土壤氟背景值和對照黑土，但是其生物有效性強(qiáng)，水溶態(tài)氟和交換態(tài)氟平均含量分別為13.73、8.49 mg/kg，均高于對照黑土。土壤剖面中，殘余態(tài)氟和全氟含量呈40 ~ 60 cm＞0 ~ 20 cm＞20 ~ 40 cm；鐵錳結(jié)合態(tài)氟分布較均勻；其他形態(tài)氟則隨著土層加深呈降低趨勢。交換態(tài)氟與其他形態(tài)氟間呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，為各形態(tài)氟相互轉(zhuǎn)換的過渡形式。pH與水溶態(tài)氟、有機(jī)束縛態(tài)氟、鐵錳結(jié)合態(tài)氟呈極顯著或顯著正相關(guān)，與交換態(tài)氟呈極顯著負(fù)相關(guān)；碳酸鈣、CEC分別與水溶態(tài)氟和交換態(tài)氟呈極顯著正相關(guān)；另外，有效磷與交換態(tài)氟呈顯著正相關(guān)；有機(jī)質(zhì)與水溶態(tài)氟、鐵錳結(jié)合態(tài)氟和有機(jī)束縛態(tài)氟呈顯著或極顯著正相關(guān)；游離氧化鐵和游離氧化鋁分別與交換態(tài)氟和鐵錳結(jié)合態(tài)氟呈顯著或極顯著正相關(guān)。降低蘇打鹽堿土pH是降低氟生物有效性的首選方法。通過對以上土壤參數(shù)進(jìn)行分析，為今后降低該區(qū)域土壤中氟的生物有效性提供技術(shù)支持。

氟；賦存形態(tài)；分布特征；土壤剖面

吉林省西部早在1964年被確定為北方典型干旱、半干旱飲水型潛水高氟地氟病區(qū)，該地區(qū)的地方性氟中毒較為嚴(yán)重，人患氟斑牙、氟骨病的比例較其他地方高，嚴(yán)重?fù)p害了當(dāng)?shù)鼐用竦纳硇慕】?，其中較為嚴(yán)重的病區(qū)有乾安、通榆、大安、前郭等，均分布在蘇打鹽堿土區(qū)[1]。該區(qū)域中氟主要來源于巖石的風(fēng)化，再加上周圍的地質(zhì)地貌特征及氣候條件，使氟進(jìn)一步濃縮、向下遷移后影響到地下水的水質(zhì)[2-4]。在以往的該地區(qū)相關(guān)氟研究中，大多數(shù)均從飲用水入手，來研究不同深度水源對人體攝氟量的影響，或是研究如何經(jīng)過物理、化學(xué)等方法將高氟飲用水中的氟含量降低到國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的濃度(＜1mg/L)[5-6]。既然該地區(qū)的氟來自于巖石的風(fēng)化，而土壤也是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，那么該地區(qū)土壤中氟的含量及其分布特征就應(yīng)該與其他土壤有所差別。而目前對該區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)中氟的分布及其遷移轉(zhuǎn)化特征研究還較少[7]。因此，本文通過對吉林省西部氟病流行區(qū)的農(nóng)田耕作土壤進(jìn)行取樣、分析，闡述了該區(qū)域土壤中氟的賦存形態(tài)、剖面分布特征，及其與土壤理化性質(zhì)間的關(guān)系。以期為研究該區(qū)土壤中氟的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、評價(jià)其對生物和環(huán)境的影響、降低氟的生物有效性，以及地氟病防治等方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

于2013年春季在農(nóng)安、前郭、長嶺、乾安、大安、通榆和鎮(zhèn)賚幾個地氟病比較嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行大田采樣，前茬作物為玉米或水稻。每個采樣點(diǎn)均分為表層土壤樣品和剖面土壤樣品。采集表層土壤樣品時(shí)，采用對角線布點(diǎn)法，每個典型田塊選擇3 ~ 5個取樣點(diǎn)，采集0 ~ 20 cm深土樣，混合均勻后用四分法取1 kg左右?guī)Щ貙?shí)驗(yàn)室供分析測試用；采集剖面土壤樣品時(shí)，每個剖面分3層，分別為0 ~ 20、20 ~ 40、40 ~60 cm，每一個土層取土約1 kg。土壤采完后放入塑料自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干，用木棒壓碎，剔除植物根系及石塊，研磨后過1 mm和0.15 mm篩子，裝入塑料袋中供化學(xué)測定使用。共采集表層土壤樣品45個，土壤剖面6個。為了與非病區(qū)的土壤進(jìn)行比較，本試驗(yàn)在長春和公主嶺地區(qū)共采集了2個表層黑土樣品和1個黑土剖面樣品。樣品的采樣地點(diǎn)分布見圖1。

1.2 土壤樣品測定

1.2.1 土壤基本理化性質(zhì)測定 土壤pH采用1︰5土水比電極法測定，有機(jī)質(zhì)采用硫酸重鉻酸鉀外加熱法測定，速效氮采用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷采用碳酸氫鈉提取鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用醋酸銨浸提火焰光度法測定，CEC采用乙酸銨交換法測定，碳酸鈣采用快速(中和)滴定法[8]測定。游離氧化鐵和游離氧化鋁采用DCB(連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-重碳酸鈉)浸提比色法[9]測定。供試土壤的基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2.2 土壤總氟及各形態(tài)氟含量的測定 土壤總氟含量采用氫氧化鈉堿融法進(jìn)行消解[10]，氟離子選擇電極-標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行測定[11-12]。

土壤中各形態(tài)氟含量的測定采用連續(xù)分級浸提法[13-14]，將土壤中的氟分成水溶態(tài)氟、可交換態(tài)氟、鐵錳結(jié)合態(tài)氟、有機(jī)態(tài)氟和殘余態(tài)氟，進(jìn)行逐級提取，然后采用電極法進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤表層各形態(tài)氟含量變化

吉林省西部氟病流行區(qū)耕作土壤中的全氟含量變化范圍為157.91 ~ 454.42 mg/kg，平均含量為266.17 mg/kg(表2)。其中全氟含量處于100 ~ 200 mg/kg區(qū)間的土壤樣品數(shù)為13個，占調(diào)查總數(shù)的28.89%；200 ~ 300 mg/kg的為15個，占總數(shù)的33.33%；300 ~ 400 mg/kg的為13個，占總數(shù)的28.89%；＞400 mg/kg的為4個，占總數(shù)的8.89%。而非氟病區(qū)對照黑土的平均全氟含量為450.55 mg/kg。通過查閱文獻(xiàn)可知，我國土壤氟的背景值為453 mg/kg，世界土壤的氟背景值為200 mg/kg[15]，所以該區(qū)土壤的平均全氟含量略高于世界土壤氟背景值，但是遠(yuǎn)低于全國土壤氟的背景值和對照黑土。

表2 表層土壤各形態(tài)氟含量(mg/kg)

供試土壤的水溶態(tài)氟平均含量為13.73 mg/kg(表2)。其中＜5 mg/kg的土壤樣品數(shù)為3個，占調(diào)查總數(shù)的6.67%；5 ~ 10 mg/kg的為7個，占總數(shù)的15.56%；10 ~ 20 mg/kg的為32個，占總數(shù)的71.11%；20 ~ 30 mg/kg的為2個，占總數(shù)的4.44%；還有1個土壤水溶態(tài)氟含量高達(dá)50.12 mg/kg。交換態(tài)氟含量的變化范圍為1.21 ~ 24.55 mg/kg，平均值為8.49 mg/kg。而我國的《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(三次征求意見稿)》中規(guī)定，農(nóng)用地土壤的水溶態(tài)氟含量上限為5.0 mg/kg，以此為標(biāo)準(zhǔn)可以看出，供試樣品中有93.33%土壤的水溶態(tài)氟含量已經(jīng)超過了農(nóng)用地土壤氟污染物標(biāo)準(zhǔn)。對照黑土的水溶態(tài)氟和交換態(tài)氟含量較蘇打鹽堿土低，其平均含量分別為4.16、3.05 mg/kg。這說明雖然氟病區(qū)表層土壤的全氟含量較低，但是其水溶態(tài)氟含量高于農(nóng)田氟污染物標(biāo)準(zhǔn)。而此部分氟的生物活性較高，易被植物的根吸收，也易隨著降水或灌溉水下滲到地下水中，所以極易進(jìn)入食物鏈，增加人畜攝氟量升高的風(fēng)險(xiǎn)。

對于鐵錳結(jié)合態(tài)氟，采樣地域不同，其波動性較大，變化范圍為0.39 ~ 24.16 mg/kg，平均含量為7.57 mg/kg。對照黑土的鐵錳結(jié)合態(tài)氟含量變化也較大，在公主嶺采集的黑土樣本中該形態(tài)氟明顯高于其他兩個黑土樣本，致使黑土的平均值高于蘇打鹽堿土，為10.75 mg/kg。由于黑土樣品數(shù)量較少，該結(jié)果需要今后增加樣品數(shù)進(jìn)一步研究。有機(jī)束縛態(tài)氟的變化范圍為0.04 ~ 8.73 mg/kg，平均含量為0.70 mg/kg。而黑土的該形態(tài)氟含量略高，平均值為0.96 mg/kg，可能與黑土的有機(jī)質(zhì)含量較高有關(guān)。殘余態(tài)氟變化范圍為80.19 ~ 435.15 mg/kg，平均值為231.97 mg/kg。而對照黑土的殘余態(tài)氟含量明顯高于氟病區(qū)土壤，平均值為430.96 mg/kg。

各形態(tài)氟在氟病區(qū)表層土壤中的分布規(guī)律為：殘余態(tài)氟含量最高，占全氟含量的87.15%，其余依次是水溶態(tài)氟、交換態(tài)氟、鐵錳結(jié)合態(tài)氟和有機(jī)束縛態(tài)氟，分別占全氟的5.16%、3.19%、2.84% 和0.26%。

氟病區(qū)土壤的全氟含量低，水溶態(tài)氟含量高，與其所處的地理位置和土壤性質(zhì)有關(guān)。一般來說，氟病區(qū)的地理位置更靠近元素遷移的末端和累積區(qū)，土壤易溶鹽含量增多，含氟量也隨之增多，其中鈉離子含量高是一個顯著特點(diǎn)，而鈉離子與氟離子都有很強(qiáng)的活性，氟化鈉也容易溶于水而隨其遷移，所以致使該地區(qū)土壤溶液和地下水中的氟含量比較高，但是土壤的全氟含量并不高。另外，氟病區(qū)土壤的pH均較高，堿性較強(qiáng)，通過靜電引力吸附于黏粒、有機(jī)質(zhì)顆粒和水合氧化物的可交換正電荷上的氟陰離子較易被OH–置換下來而進(jìn)入土壤溶液中，所以使水溶態(tài)氟含量增加[16]。

2.2 土壤剖面各形態(tài)氟含量變化

圖2為6個供試蘇打鹽堿土壤剖面(1~ 6)及對照黑土剖面(H)的各形態(tài)氟含量變化特征。從圖中可以看出，全氟含量在剖面中的變化趨勢為：40 ~ 60 cm＞0 ~ 20 cm＞20 ~ 40 cm，底層的全氟最高，表層次之，中間層最低，平均值依次為289.20、259.98、250.08 mg/kg。而對照黑土隨著取樣層次的加深，其全氟含量略有所增加，但是變化不明顯，從上到下依次為450.55、455.17、457.24 mg/kg。

無論是氟病流行區(qū)土壤，還是對照黑土，水溶態(tài)氟和交換態(tài)氟含量均隨著土層的加深而呈降低趨勢。氟病區(qū)0 ~ 20 cm土層的水溶態(tài)氟平均含量為18.42 mg/kg，交換態(tài)氟平均含量為7.49 mg/kg；20 ~ 40cm土層分別為10.44 mg/kg 和6.41 mg/kg，分別比上一層下降了43.32%和14.42%；40 ~ 60cm土層為10.35 mg/kg 和5.99 mg/kg，分別比上一層下降了0.86%和5.61%。對照黑土各層的水溶態(tài)氟含量依次為4.16、3.95、3.87 mg/kg，交換態(tài)氟含量依次為3.05、2.18、1.95 mg/kg，同樣呈逐層降低趨勢。

在0 ~ 20 cm土層，鐵錳結(jié)合態(tài)氟的平均含量為9.66 mg/kg，20 ~ 40 cm為9.59 mg/kg，40 ~ 60 cm為9.60 mg/kg。對照黑土的各層含量依次為10.75、10.58、10.64 mg/kg。因此，可以看出，鐵錳結(jié)合態(tài)氟受氣候、人為等因素的影響較小，在土壤剖面中的分布較均勻。有機(jī)束縛態(tài)氟在病區(qū)土壤和黑土中均隨土層的加深而呈降低趨勢，這與有機(jī)質(zhì)在土壤剖面中的分布特征是相同的。自上而下各層有機(jī)束縛態(tài)氟的平均含量分別為0.35、0.33、0.22 mg/kg，分別比相鄰上一層降低了5.71% 和33.01%。對照黑土各層的含量分別為0.96、0.88、0.52 mg/kg，分別比相鄰上一層降低了8.33% 和40.91%。

在土壤各形態(tài)氟中，殘余態(tài)氟所占的比例最大，所以其變化趨勢與全氟相同，即40 ~ 60 cm土層含量最高，為263.04 mg/kg；表層和中間層相差得不多，分別為224.07、223.31 mg/kg。黑土剖面中的殘余態(tài)氟含量呈增加趨勢，其含量依次為430.96、437.58、440.26 mg/kg。

供試土壤剖面中，40 ~ 60 cm土層的全氟含量最高，0 ~ 20 cm次之，20 ~ 40 cm最低，這一分布規(guī)律可能與氟的來源及土壤水分運(yùn)移有關(guān)。該區(qū)氟的主要來源就是巖石的風(fēng)化，底層土壤(40 ~ 60 cm)在農(nóng)事耕作時(shí)翻動的次數(shù)較少，受外部氣候影響也較小(未受該地區(qū)強(qiáng)風(fēng)和日光的侵蝕)，所以殘余態(tài)氟所占比例較大，不容易遷移，生物有效性差。上部土層受到人為因素和自然因素的共同影響，殘余態(tài)氟得到一定程度的釋放，釋放的氟或是進(jìn)入土壤溶液中，或是被土壤膠體或有機(jī)質(zhì)、鐵鋁氧化物/氫氧化物所吸附，在一定的條件下而又可以解吸，最終隨水進(jìn)行遷移。在降水過程中，上層土壤中的溶解性氟就會向下遷移至地下水，長期作用的結(jié)果是上層土壤的全氟含量低于底層。但是土壤水分的運(yùn)移是雙向的，由于取樣時(shí)間為春季，多風(fēng)少雨的氣候使土壤水分沿毛細(xì)管向地表遷移，一部分可溶性氟就會隨水遷移至土壤表面，而且氟病區(qū)土壤中的水溶態(tài)氟所占的比例較大，所以表層土壤全氟含量大于中間層。另外，水溶態(tài)氟隨水向上遷移也導(dǎo)致了其含量隨土層加深而下降，由于交換態(tài)氟在一定條件下較易轉(zhuǎn)化成水溶態(tài)氟，所以兩者的變化趨勢相同。

2.3 氟病區(qū)土壤中各形態(tài)氟分布的影響因素研究

2.3.1 各形態(tài)氟間的相關(guān)分析 對45個表層土壤的各形態(tài)氟含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。水溶態(tài)氟含量與交換態(tài)氟含量兩者間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，其原因是兩者在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換，所以相關(guān)性較好。由于其他形態(tài)氟的生物有效性較低，不易在土壤中遷移、轉(zhuǎn)換，所以與水溶態(tài)氟含量間相關(guān)性不顯著。而交換態(tài)氟除了與水溶態(tài)氟呈顯著正相關(guān)外，與有機(jī)束縛態(tài)氟、全氟含量也呈顯著正相關(guān)；另外，與鐵錳結(jié)合態(tài)氟和殘余態(tài)氟呈極顯著的正相關(guān)。這說明交換態(tài)氟在土壤各形態(tài)氟相互轉(zhuǎn)換過程中處于中間橋梁作用，都是先轉(zhuǎn)換成交換態(tài)氟，然后再向其他形態(tài)氟轉(zhuǎn)換。鐵錳結(jié)合態(tài)氟屬于非有效態(tài)氟，所以其與殘余態(tài)氟和全氟間存在著極顯著的正相關(guān)關(guān)系。由于全氟中殘余態(tài)氟所占的比例較大，所以兩者間存在著極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

2.3.2 土壤基本理化性質(zhì)對各形態(tài)氟分布的影響 本研究結(jié)果表明pH與水溶態(tài)氟、有機(jī)束縛態(tài)氟呈極顯著的正相關(guān)，與交換態(tài)氟呈極顯著的負(fù)相關(guān)，與鐵錳結(jié)合態(tài)氟呈顯著正相關(guān)(表4)。碳酸鈣只與水溶態(tài)氟間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，CEC與交換態(tài)氟間的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，這與王凌霞等[17]的研究結(jié)果是一致的。目前，關(guān)于有效養(yǎng)分對氟賦存形態(tài)的影響研究較少，而本研究的結(jié)果表明，只是有效磷與交換態(tài)氟間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。本研究中有機(jī)質(zhì)與水溶態(tài)氟間呈顯著正相關(guān)，與鐵錳結(jié)合態(tài)氟和有機(jī)束縛態(tài)氟間呈極顯著正相關(guān)。有機(jī)束縛態(tài)氟是指土壤中的有機(jī)質(zhì)(如腐殖質(zhì)和有機(jī)酸)與氟絡(luò)合而使其生物有效性降低，因此，該形態(tài)的氟與土壤中有機(jī)質(zhì)數(shù)量關(guān)系密切，但是有機(jī)質(zhì)與鐵錳結(jié)合態(tài)氟間呈極顯著的正相關(guān)還有待進(jìn)一步研究。對于游離氧化鐵和游離氧化鋁，其分別與交換態(tài)氟和鐵錳結(jié)合態(tài)氟呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，這主要是因?yàn)殍F錳結(jié)合態(tài)氟是通過鐵、錳及鋁的氧化物、氫氧化物和水合氧化物與氟吸附并發(fā)生共沉淀的，所以土壤中的游離氧化鐵和游離氧化鋁含量會直接影響到該形態(tài)氟的數(shù)量。

表3 氟病區(qū)土壤各形態(tài)氟間的相關(guān)性

注：* 表示相關(guān)性達(dá)到<0.05顯著水平，** 表示相關(guān)性達(dá)到<0.01顯著水平，下表同。

表4 氟病區(qū)各形態(tài)氟與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

綜上所述，土壤中氟的形態(tài)受多種因素影響，目前的研究結(jié)果一致認(rèn)為土壤pH對氟賦存形態(tài)的影響尤為重要，對水溶態(tài)氟和交換態(tài)氟的影響最大[13]。雖然關(guān)于pH對水溶態(tài)氟含量的影響研究較多，但是結(jié)果卻不一致。于群英等[18]、李張偉[19]研究表明，水溶態(tài)氟含量與pH呈顯著或極顯著正相關(guān)；謝忠雷等[20]、Loganatan等[21]認(rèn)為兩者呈負(fù)相關(guān)。張永利等[22]研究表明，土壤水溶態(tài)氟在 pH 5.0 左右取得最低點(diǎn)，然后隨土壤pH的上升或下降，水溶態(tài)氟含量均增加。經(jīng)過分析可以看出，導(dǎo)致結(jié)果不同的原因在于供試土壤pH的不同，在判斷pH與水溶態(tài)氟間的關(guān)系時(shí)，筆者認(rèn)為應(yīng)以土壤所處的pH范圍為前提，本研究供試土壤的pH＞7.6，均在堿性范圍，表現(xiàn)出pH與水溶態(tài)氟變化呈正相關(guān)關(guān)系。而交換態(tài)氟與水溶態(tài)氟都是活性較高的氟，兩者在土壤中可以相互轉(zhuǎn)化，處于動態(tài)平衡，所以pH與交換態(tài)氟呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。另外，pH也影響到鐵錳結(jié)合態(tài)氟的含量，易春瑤等[23]的研究結(jié)果也表明土壤pH和鐵錳結(jié)合態(tài)氟含量間呈正相關(guān)。因此，可以看出，影響蘇打鹽堿土中氟形態(tài)和生物有效性的主要因素是土壤pH，在該土全氟含量不高的情況下，因?yàn)橥寥雷陨韕H高而使其水溶態(tài)氟含量較高，生物活性增強(qiáng)。所以，降低該土壤氟生物有效性的首選措施是降低該土壤的pH，這樣即可以降低土壤氟化物的溶解度，又可以改變土壤膠體表面電荷的電性，增加吸附態(tài)氟的含量，降低水溶態(tài)氟含量。

3 結(jié)論

1) 吉林省西部氟病流行區(qū)土壤的全氟含量變化范圍為200 ~ 450 mg/kg，平均值為266.17 mg/kg，低于全國土壤氟的背景值和對照黑土，但是水溶態(tài)氟、交換態(tài)氟的平均含量分別為13.73、8.49 mg/kg，均高于對照黑土，氟的生物有效性強(qiáng)，為地氟病發(fā)生的一個原因。各形態(tài)氟的分布規(guī)律為殘余態(tài)＞水溶態(tài)＞鐵錳結(jié)合態(tài)、交換態(tài)＞有機(jī)束縛態(tài)。

2) 氟病區(qū)土壤剖面中，殘余態(tài)氟和全氟的變化特征為40 ~ 60 cm＞0 ~ 20 cm＞20 ~ 40 cm；水溶態(tài)氟、交換態(tài)氟、有機(jī)束縛態(tài)氟隨著土壤深度的加大呈降低趨勢；鐵錳結(jié)合態(tài)氟在土壤剖面中呈均勻分布。

3) 交換態(tài)氟與其他形態(tài)氟間呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，為各形態(tài)氟相互轉(zhuǎn)換的過渡形式。殘余態(tài)氟與全氟，鐵錳結(jié)合態(tài)氟與殘余態(tài)氟、全氟間存在著極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

4) pH對蘇打鹽堿土中各形態(tài)氟的影響較大，其與水溶態(tài)氟、有機(jī)束縛態(tài)氟呈極顯著正相關(guān)，與交換態(tài)氟呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鐵錳結(jié)合態(tài)氟呈顯著正相關(guān)。因此降低蘇打鹽堿土pH是降低氟生物有效性的首選方法。碳酸鈣、CEC分別與水溶態(tài)氟和交換態(tài)氟呈極顯著正相關(guān)。另外，交換態(tài)氟還受有效磷影響，兩者呈顯著正相關(guān)。有機(jī)質(zhì)與水溶態(tài)氟、鐵錳結(jié)合態(tài)氟和有機(jī)束縛態(tài)氟呈顯著或極顯著正相關(guān)。對于游離氧化鐵和游離氧化鋁，其分別與交換態(tài)氟和鐵錳結(jié)合態(tài)氟呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

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Fluorine Speciation and Distribution Characteristics in Sodic Soil of Fluorosis Area in Western Jilin Province

LIU Jinhua1,2, WANG Yujun1, YANG Jingmin1, ZHAO Lanpo1,2, ZHANG Zhongqing1

(1 College of Resources and Environment, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China; 2 Key Laboratory of Sustainable Utilization of Soil Resource in the Commodity Grain Bases in Jilin Province, Changchun 130118, China)

The objectives of this study were to research fluorine speciation and distribution characteristics in the cultivated soils in fluoride epidemic area in western Jilin Province. In total 45 surface soil samples and 6 soil profile samples were collected and fluorine contents in soils were measured by the method of consecutive extraction, and correlation analysis was conducted to determine the relationships between soil fluorine speciation and soil physic-chemical properties. The results showed that the average content of total fluorine in surface soils was 266.17 mg/kg with the range of 200 - 450 mg/kg, which was lower than the background value of China and control treatment of black soil. Fluorine in tested soils had a strong biological activity because higher contents of water soluble fluorine and exchangeable fluorine (13.73 mg/kg and 8.49 mg/kg respectively) compared with black soil. In soil profiles, the distribution of residual fluorine and total fluorine was 40 - 60 cm＞0 - 20 cm＞20 - 40 cm; Fe/Mn oxides fluorine changed little in each profile, other fluorine forms decreased with soil depth increasing. There was a significant or extremely significant positive correlation between exchangeable fluorine and other fluorine forms, which indicated that exchangeable fluorine was the transition form when fluorine mutually transformed. pH was significantly positively correlated with water soluble fluorine, organic fluorine and Fe/Mn oxides fluorine but significantly negatively correlated with exchangeable fluorine. Significant positive correlation were observed between CaCO3and water soluble fluorine, CEC and exchangeable fluorine. Moreover, available P was significantly positively correlated with exchangeable fluorine. Soil organic matter was significantly positively correlated with water soluble fluorine, Fe/Mn oxides fluorine and organic fluorine. Free iron oxidewas significantly positively correlated with exchangeable fluorine, free iron aluminum was significantly positively correlated with Fe/Mn oxides fluorine. Decrease soil pH is the best method to reduce fluorine biological effectiveness in Soda saline soil. The results provided technical support in reducing fluorine bioavailability in fluoride epidemic area.

Fluorine; Speciation; Distribution characteristics; Soil profile

10.13758/j.cnki.tr.2017.03.019

x144

A

吉林省科技計(jì)劃青年科研基金項(xiàng)目(20150520122JH)和吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2016-190)資助。

劉金華(1980—)，女，吉林東豐人，博士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事土壤肥力與生態(tài)研究。E-mail: liujinhua80@126.com