发布时间：2022-09-07

人口激增导致了粮食的短缺以及毁林开垦的加剧。为了保护和改善生态环境，我国近二十年来积极实施退耕还林政策。农业土地利用的变化一方面会加剧土壤中微量营养元素的流失，另一方面也可以影响元素的生物有效性，最终对动物、植物和人类等有机生命体的正常发育构成威胁。因此，了解土地利用变化对微量营养元素迁移转化的影响，对土壤生态环境的科学管理至关重要。  

基于以上研究背景，中国地质大学（北京）科学研究院表生环境与水文地球化学实验室韩贵琳教授课题组在贵州普定喀斯特生态系统观测研究站，对5种不同土地利用类型（包括荒弃果园、次生林、弃耕地、耕地、灌木草地）的土壤剖面进行系统采样（图1），并利用非传统稳定同位素技术，从时间和空间上分析了农业土地利用变化前后Zn的迁移转化特征。研究成果以“Environmental implications of land use change on the fate of Zn in agricultural soils: A case study of Puding karst soils, southwest China”为题，发表在国际知名刊物《Environmental Research》，课题组梁斌博士为第一作者，导师韩贵琳教授为通讯作者。

取得的主要进展如下：

荒弃果园、次生林、弃耕地和耕地土壤样品的δ⁶⁶Zn比值变化范围相似，在0.15～0.29‰之间；灌木草地土壤受到人为因素的干扰，δ⁶⁶Zn比值变化范围为0～0.20‰（图2）。从垂直分布上来看，δ⁶⁶Zn比值在种植长根类植物（荒弃果园和次生林）的土壤中的分布差异并不明显；而在农田中，弃耕行为会造成δ⁶⁶Zn比值垂直分布与耕地相反的特征，其中耕地土壤的δ⁶⁶Zn比值与Fe₂O₃和MnO呈明显的正相关关系（图3），这可能是耕地灌溉过程中土壤环境的干湿交替变化造成的。耕地土壤Fe、Mn氧化物对Zn具有较高的亲和力，可能会降低耕地土壤的Zn生物有效性，并导致土壤微量营养元素不足。本研究旨在为农业土地资源管理和土壤生态环境治理提供科学依据。

图1 贵州普定喀斯特农业土壤采样分布图：(a) 普定喀斯特生态系统观测研究站地理位置；

(b) 岩性分布图；(c) 土壤分布图

图2 贵州普定喀斯特农业土壤Zn浓度与δ⁶⁶Zn比值垂直分布图：

(a) 荒弃果园；(b) 次生林；(c) 弃耕地；(d) 耕地；(e) 灌木草地 

图3 贵州普定喀斯特农业土壤δ⁶⁶Zn比值与 (a) Al₂O₃；(b) Fe₂O₃；(c) MnO；(d) TOC 线性关系图 

该研究受国家杰出青年科学基金项目和国家自然科学基金中泰重大国际合作项目联合资助。韩贵琳教授课题组主要从事稳定同位素（传统与非传统稳定同位素）在大气、水、土壤环境中的应用研究及人类活动干扰下地表生态系统的环境地球化学响应研究。近两年来在以上项目的资助下，相关成果发表在《Water Research》，《Geochimica et Cosmochimica Acta》，《CATENA》，《Agriculture Ecosystems & Environment》，《Journal of Hydrology》，《Science of The Total Environment》等国际高影响力期刊上。

论文信息：Bin Liang, Guilin Han^*, Jie Zeng, Man Liu, Qian Zhang. 2022. Environmental implications of land use change on the fate of Zn in agricultural soils: A case study of Puding karst soils, southwest China. Environmental Research 215(part 1): 114221.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.114221