石臺(tái)縣富鋅土壤分布特征及成因分析

湯明 董旭 姜明亮

摘 要：為了查明石臺(tái)縣富鋅土壤分布特征，采集并分析7736份土壤樣品，結(jié)果表明，石臺(tái)土壤鋅元素的平均含量為99.0mg/kg，變化范圍在21.3～2443.5mg/kg，其中>84mg/kg富鋅土壤面積達(dá)到983.30km2，占整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)的80.15%。除磯灘鄉(xiāng)和小河鎮(zhèn)部分地區(qū)以外，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)都分布有大面積的富鋅土壤，其空間分布特征主要受區(qū)內(nèi)地質(zhì)背景、土壤母質(zhì)以及土地利用方式的影響明顯。通過(guò)研究富鋅土壤的空間分布特征，討論其成因，為區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：富鋅土壤;分布特征;成因分析;石臺(tái)縣

1 引言

鋅是人體必需的微量元素之一，在人體的生長(zhǎng)發(fā)育、內(nèi)分泌、免疫等重要生理過(guò)程中都發(fā)揮著十分重要的作用[1]。鋅能在一定程度上增強(qiáng)植物的光合作用，它是作物體內(nèi)碳酸酐酶等一些酶的重要組成成分。含鋅的碳酸酐酶大部分賦存于葉綠體中，其催化二氧化碳的水合作用，有效地促進(jìn)了碳水化合物的轉(zhuǎn)化，從而提高了作物光合作用效率。另外，鋅還能促進(jìn)碳水化合物，特別是蔗糖類(lèi)物質(zhì)向繁殖器官運(yùn)輸，從而有效地促進(jìn)繁殖器官的發(fā)育，有利于提高作物產(chǎn)量[2]。

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)土地質(zhì)量狀況的重視，全國(guó)各地都大面積開(kāi)展了土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，通過(guò)調(diào)查，相繼在貴州省、福建省、江西省等地[3-4]發(fā)現(xiàn)了不同規(guī)模的富鋅土壤，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收致富起到了積極作用。開(kāi)展富鋅土壤調(diào)查評(píng)價(jià)，研究土壤中的鋅元素含量以及空間分布特征具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

植物對(duì)鋅的吸收主要來(lái)源于其生長(zhǎng)的土壤，而富鋅土壤的分布受到地質(zhì)背景、土壤母質(zhì)及土地利用方式等因素的影響。本研究分析了石臺(tái)縣富鋅土壤的空間分布特征，討論其成因，為區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究提供基礎(chǔ)資料。

2 研究區(qū)概況

石臺(tái)縣位于安徽省南部、長(zhǎng)江中下游南岸，屬池州市管轄。地跨北緯29°59′～30°24′，東經(jīng)117°12′～117°59′之間，東與黃山區(qū)交界，南部與黟縣、祁門(mén)縣相連，西部與東至縣接壤，北部與貴池區(qū)、青陽(yáng)縣為鄰。區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，地勢(shì)南、北高，東、西低，山脈逶迤，溝壑縱橫，海拔高度在50～1000m，地貌以低山、高丘分布最廣。屬中亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，春季溫涼雨水多，夏季炎熱濕度大，秋季空氣先干后濕，冬季寒冷雨水少。

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景 研究區(qū)內(nèi)以七都斷裂為界，東南是江南地層分區(qū)，西北是下?lián)P子地層分區(qū)。地層發(fā)育較齊全，除侏羅系、第三系缺失外，元古界-古生界-新生界都有出露。區(qū)內(nèi)主要地層有沿河谷地帶分布的第四系、三疊系、石炭系、二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系、震旦系、南華系、青白口系及薊縣-長(zhǎng)城系等，巖性復(fù)雜，以沉積巖為主，局部出露侵入巖。前第四紀(jì)地層分布區(qū)的土地利用類(lèi)型以林地和園地為主。區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層主要分布在小河鎮(zhèn)、丁香鎮(zhèn)等地。出露中，晚更新世和全新世地層，缺失早更新世地層，成因類(lèi)型以沖洪積為主。沿河谷分布的第四紀(jì)蕪湖組為石臺(tái)縣主要的糧食種植區(qū)。

2.2 土壤母質(zhì)與土壤類(lèi)型 區(qū)內(nèi)土壤母質(zhì)類(lèi)型主要有碳酸鹽巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、泥質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、炭質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、花崗巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、石灰?guī)r風(fēng)化再積物母質(zhì)、砂質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、硅質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、淺變質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、晚更新統(tǒng)紅土殘積物母質(zhì)、中更新統(tǒng)紅土殘積物母質(zhì)、火山巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)等12種類(lèi)型。其中，碳酸鹽巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)分布面積最廣，其次為泥質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)。區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型主要有地帶性土壤紅壤和黃棕壤，非地帶性土壤水稻土、石灰?guī)r土、潮土和石質(zhì)土以及受山地垂直生物、氣候帶的影響而形成的黃壤7個(gè)土類(lèi)。其中，黃壤分布面積最廣，其次為石灰?guī)r土，潮土面積最小[6]。

2.3 土地利用類(lèi)型 根據(jù)石臺(tái)縣2016年土地利用現(xiàn)狀及其變更調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，石臺(tái)縣一級(jí)土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)主要有耕地、林地、園地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、水域及水利設(shè)施用地、交通運(yùn)輸用地等地類(lèi)。其中，分布面積最廣的為林地，占比高達(dá)88.08%，其次為園地，占比為4.08%，耕地占比僅為3.89%。

3 研究方法

3.1 樣品采集與處理 采樣用二調(diào)圖圖斑作為工作底圖，樣品點(diǎn)在網(wǎng)格內(nèi)結(jié)合地形地貌、土壤類(lèi)型和土地利用方式等主要布置代表性地塊，針對(duì)研究區(qū)內(nèi)丘陵山地區(qū)域，按照1～4點(diǎn)/km2密度采集，而相對(duì)平坦的耕地及園地工作區(qū)按照10～16點(diǎn)/km2采樣密度，采用多種布點(diǎn)相結(jié)合的方式采集0～20cm表層土壤樣品。采集的土壤樣品及時(shí)晾干（不允許暴曬），用木錘加工后過(guò)10目篩，除去其他非土壤雜質(zhì)（植物根系、石塊等），副樣裝瓶裝箱保存，正樣送實(shí)驗(yàn)室分析。本研究共采集表層土壤樣品7736份。

3.2 土壤鋅測(cè)定 根據(jù)分析測(cè)試規(guī)范（DZ/T0279-2016）[5]，稱(chēng)取0.2g試料置于50mL聚四氟乙烯坩堝中，吹入少量去離子水潤(rùn)濕樣品，加入HCl4mL、HNO3 4mL蓋上坩堝蓋，將坩堝放在控溫電熱板上110℃加熱1h，拿下坩堝蓋，加入HF 2mL、HClO4 1mL，蓋上坩堝蓋，110℃加熱2h，溫度升高到130℃，加熱2h左右，再拿下坩堝蓋，用去離子水吹洗坩堝蓋和內(nèi)壁，升溫到200℃繼續(xù)加熱直至白煙冒完。用去離子水吹洗坩堝內(nèi)壁后滴加1滴HClO4，繼續(xù)加熱至HClO4白煙冒完。取下坩堝后用去離子水吹洗內(nèi)壁，加入HCl（1+1）2mL，加熱至微沸，溶解鹽類(lèi)，取下冷卻，轉(zhuǎn)移至帶刻度的塑料管中用去離子水定容至25mL，搖勻，澄清。電感耦合等離子體光譜法測(cè)定Zn元素的含量。

3.3 質(zhì)量分析 本次樣品測(cè)試委托安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所完成，樣品分析的準(zhǔn)確度和精密度控制采用國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。本次分析過(guò)程中分別插入184份、736份國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，一次合格率均為100%，測(cè)試得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。土壤垂向剖面樣品的處理及分析方法同表層土壤一樣，分析測(cè)試數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

4 結(jié)果與分析

4.1 土壤中Zn含量與空間分布特征 根據(jù)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范（DZ/T0295-2016），對(duì)研究區(qū)土壤鋅元素含量等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，土壤鋅元素含量主要集中在71～200mg/kg，其中土壤鋅豐富等級(jí)面積達(dá)到983.30km2，占整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)的80.15%;較豐富土壤面積為121.56km2，占9.91%;其余僅占9.94%。此外，若土壤鋅元素含量超過(guò)規(guī)定的上限值，則可能存在土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)，但全區(qū)超限比例僅為1.11%，表明對(duì)區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量的總體影響很小。

空間分布上，全區(qū)除磯灘鄉(xiāng)和小河鎮(zhèn)鎮(zhèn)部分地區(qū)外，其他區(qū)域富鋅土壤均有大面積分布;缺乏和較缺乏區(qū)主要分布在磯灘鄉(xiāng)中北部大部分地區(qū)和小河鎮(zhèn)中部部分地區(qū)（圖1）。

4.2 不同土壤母質(zhì)土壤Zn含量 土壤鋅元素含量差異較大，但在同一土壤母質(zhì)中，分布較均勻。由表2可知，碳酸鹽巖類(lèi)風(fēng)化物、炭質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物、硅質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物、淺變質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖類(lèi)風(fēng)化物及晚更新統(tǒng)紅土原積物母質(zhì)分布區(qū)的土壤鋅元素的平均含量均高于全區(qū)的平均含量，而花崗巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、砂質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)、中更新統(tǒng)紅土原積物母質(zhì)中的平均值明顯較低。與全國(guó)平均值相比碳酸鹽巖類(lèi)風(fēng)化物、炭質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物、硅質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物、淺變質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物、晚更新統(tǒng)紅土原積物母質(zhì)區(qū)中的鋅元素均較明顯富集，而在花崗巖類(lèi)風(fēng)化物、砂質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物及中更新統(tǒng)紅土原積物母質(zhì)中為含量相當(dāng)?？梢?jiàn)，在碳質(zhì)、硅質(zhì)巖類(lèi)、淺變質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物及晚更新統(tǒng)紅土原積物母質(zhì)區(qū)鋅呈高背景值分布，而在花崗巖類(lèi)風(fēng)化物及中更新統(tǒng)紅土原積物母質(zhì)區(qū)，鋅元素含量相對(duì)較低。

4.3 不同土地利用類(lèi)型土壤Zn含量 由表3可知，在不同的土地利用類(lèi)型中，鋅元素含量的變異系數(shù)除園地外，其他均小于0.5。其中，以林地和內(nèi)陸灘涂鋅元素的平均含量較高;而在園地、耕地及草地中，鋅元素平均含量略低于全區(qū)。與全國(guó)[7]相比，不同土地利用類(lèi)型中多呈相對(duì)富集，以?xún)?nèi)陸灘涂相對(duì)較為突出呈明顯富集。

結(jié)合地貌地形分析，內(nèi)陸灘涂主要分布于山間溝谷溪流兩側(cè)，林地則主要分布于山地和丘陵地帶，旱地多處在山區(qū)地勢(shì)相對(duì)較低區(qū)域，而水田大多位于淺丘和平原區(qū)。河流兩側(cè)灘涂土壤鋅高含量可能由兩側(cè)山體及上游基巖風(fēng)化元素遷移富集所致。富鋅土壤大面積分布于丘陵山地區(qū)域，且與炭質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物、硅質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物及淺變質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物出露區(qū)較為吻合，而在平原區(qū)及淺丘區(qū)土壤鋅含量相對(duì)偏低?？梢?jiàn)，富鋅土壤的分布受不同土地利用類(lèi)型和地貌類(lèi)型的影響。

4.4 不同土壤母質(zhì)區(qū)土壤垂向剖面Zn含量的變化特征 在富鋅土壤區(qū)仙寓鎮(zhèn)、大演鄉(xiāng)、丁香鎮(zhèn)以及缺乏區(qū)磯灘鄉(xiāng)及小河鎮(zhèn)中部，按照不同土壤母質(zhì)區(qū)布置13個(gè)土壤垂向剖面，采集剖面樣品，判斷鋅元素含量垂向的變化規(guī)律，從而推斷富鋅土壤的成因。本次研究土壤垂向剖面主要分布于泥質(zhì)巖類(lèi)母質(zhì)區(qū)（STPM01、STPM04）、碳酸巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)區(qū)（STPM02、STPM03、STPM07、STPM11）、花崗巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)區(qū)（STPM08、STPM05）、砂質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)區(qū)（STPM06）、石灰?guī)r風(fēng)化再積物母質(zhì)區(qū)（STPM09）、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖風(fēng)化物母質(zhì)區(qū)（STPM10）及淺變質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)區(qū)（STPM12）。全面分析各剖面鋅元素含量數(shù)據(jù)，繪制土壤鋅元素含量隨采樣深度變化的關(guān)系曲線(xiàn)，詳見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，在砂質(zhì)巖類(lèi)、花崗巖類(lèi)、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖類(lèi)及石灰?guī)r風(fēng)化再積物母質(zhì)區(qū)，隨取樣深度地增加，鋅元素含量呈上升的趨勢(shì);在泥質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)區(qū)，隨取樣深度的增加，鋅元素含量呈下降的趨勢(shì);而在碳酸巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)區(qū)，隨取樣深度的增加，其含量變化規(guī)律不明顯，上升與下降趨勢(shì)都有，且在土壤母質(zhì)層有高含量的特點(diǎn)?？梢?jiàn)，土壤母質(zhì)是影響富鋅土壤分布的主要因素，在碳酸巖類(lèi)、淺變質(zhì)巖類(lèi)及鈣質(zhì)泥頁(yè)巖母質(zhì)區(qū)背景值較高;石灰?guī)r風(fēng)化再積物母質(zhì)區(qū)，深層土壤鋅元含量水平較高，且隨著風(fēng)化過(guò)程在表層土壤中不斷富集;而在花崗巖類(lèi)區(qū)，其母質(zhì)中鋅元素含量則相對(duì)較低，對(duì)表層土壤鋅富集的影響也十分有限。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)本次土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，全區(qū)共圈定富鋅土壤面積達(dá)983.30km2，占整個(gè)研究區(qū)的80.15%。富鋅土壤分布于研究區(qū)除磯灘鄉(xiāng)和小河鎮(zhèn)鎮(zhèn)部分地區(qū)以外的大部地區(qū)。

（2）富鋅土壤的空間分布同區(qū)內(nèi)碳質(zhì)巖及淺變質(zhì)巖的關(guān)系密切。同時(shí)，受土壤母質(zhì)和土地利用類(lèi)型的影響，在碳酸鹽巖類(lèi)、炭質(zhì)巖類(lèi)、硅質(zhì)巖類(lèi)、淺變質(zhì)巖類(lèi)、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖類(lèi)風(fēng)化物及晚更新統(tǒng)紅土原積物母質(zhì)區(qū)均表現(xiàn)為高背景值，并且在碳質(zhì)巖類(lèi)及淺變質(zhì)巖類(lèi)風(fēng)化物母質(zhì)區(qū)隨著風(fēng)化過(guò)程的進(jìn)行在表層土壤中不斷富集。

（3）研究區(qū)富鋅土壤分布較為廣泛，且土壤環(huán)境總體良好，可劃分適宜的富硒富鋅農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)。今后應(yīng)開(kāi)發(fā)富硒富鋅農(nóng)副產(chǎn)品，提升經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為農(nóng)民脫貧致富提供有力支撐。

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（責(zé)編：張宏民）