貴州藍(lán)莓主產(chǎn)區(qū)典型風(fēng)化剖面元素分布特征分析

李朝峰　李啟航　王衡　魏曉　文雪峰

摘 要：為了解貴州藍(lán)莓核心產(chǎn)區(qū)土壤的地球化學(xué)特征。選取貴州藍(lán)莓核心產(chǎn)區(qū)三個(gè)藍(lán)莓園區(qū)土壤剖面為研究對(duì)象，通過實(shí)地調(diào)查結(jié)合地球化學(xué)手段，分析了三個(gè)剖面的常量、微量元素的含量與垂向分布特征。結(jié)果表明：藍(lán)莓園區(qū)土壤風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)烈，常量元素呈現(xiàn)出脫鹽基離子、富鐵鋁的特征，常量元素（除Ca外）的垂向分布受淋溶作用呈現(xiàn)出隨土壤深度增加含量增加的特征，Ca受施肥影響在土壤表層含量較高;微量元素的含量與成土母質(zhì)密切相關(guān)，其垂向分布受Fe、Al組分的控制，與Fe、Al分布特征有較好的耦合性。其中，貴州最早種植藍(lán)莓的龍奔基地，其剖面土壤垂向分布特征還受到土壤鐵錳結(jié)核的影響。因子分析與相對(duì)富集因子表明，藍(lán)莓植株對(duì)Mn的強(qiáng)烈吸收導(dǎo)致表層土壤Mn富集;受到園區(qū)長期施用有機(jī)肥的影響，Cd、As在表層土中富集明顯。該研究可為藍(lán)莓園區(qū)田間管理、土壤環(huán)境質(zhì)量控制提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：藍(lán)莓產(chǎn)區(qū);風(fēng)化剖面;元素地球化學(xué)

中圖分類號(hào)：P595文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0457（2020）06-0008-08國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2020.06.002

Abstract：To understand the geochemical characteristics of soil in the core blueberry production area in Guizhou. In this study， the three blueberry park in the core blueberry production area of Guizhou were selected as the research objects.The results show that the weathering and leaching effect of the soil in the blueberry garden strong， the macroelements exhibit the characteristics of desalinated ions and iron-rich aluminum， and the vertical distributions of the macroelements （except Ca） showed an increase with the increase of soil depth. Characteristics， Ca? relatively high in the soil surface layer under the influence of fertilization; the content of trace elements? closely related to the parent material of soil formation， and its vertical distribution s controlled by Fe and Al components， and ha a good coupling with the distribution characteristics of Fe and Al. Among them， the Longben Base， the earliest planting of blueberries in Guizhou， was also affected by the ferromanganese nodules of the soil in the vertical distribution of its profile.Factor analysis and relative enrichment factors showed that the strong absorption of Mn by blueberry plants lead to the enrichment of Mn in the surface soil;? the influence of long-term application of organic fertilizers in the park. This study can provide a basis for field management and soil environmental quality control in the Blueberry Park.

Keywords：blueberry producing area; weathering profile; element geochemistry

藍(lán)莓（Vaccinium Spp）富含酚酸、黃酮類（花青素、黃酮醇、單寧酸）、抗壞血酸等多種生物活性化學(xué)物質(zhì)[1]，具有抗氧化性和抗菌活性，能夠改善視力和防止神經(jīng)系統(tǒng)的退化，對(duì)多種人類慢性疾病有預(yù)防作用，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值與保健功效[2]。二十世紀(jì)90年代吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)與南京植物研究所分別在北方和南方對(duì)藍(lán)莓的引種、栽培等進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上于2000、2001年相繼在山東青島、貴州麻江建立兩個(gè)藍(lán)莓基地，成為中國藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的開端。目前，貴州省麻江縣是中國南方最大的藍(lán)莓種植基地，并且已成功申報(bào)為“國家有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證示范創(chuàng)建區(qū)”。農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)不僅與其品種、田間管理等有關(guān)，更與土壤元素地球化學(xué)特征息息相關(guān)[3-5]。目前，對(duì)于藍(lán)莓種植土壤的研究主要集中在土壤理化性質(zhì)、土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤微生物等方面[6-9]，關(guān)于藍(lán)莓種植土壤剖面中各元素的分布特征的研究鮮有報(bào)道。本文以貴州藍(lán)莓的核心產(chǎn)區(qū)麻江為研究區(qū)，選取其中種植面積較大的烏卡坪、烏羊麻和龍奔三個(gè)藍(lán)莓基地的土壤剖面，系統(tǒng)采集土壤樣品，通過土壤元素地球化學(xué)特征分析，旨在為麻江藍(lán)莓的科學(xué)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州省黔東南州麻江縣，屬亞熱帶溫和濕潤季風(fēng)氣候，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，雨量充沛，光水熱同季，年平均氣溫14.5℃，年平均降水量1500mm。研究區(qū)內(nèi)廣泛出露寒武系地層。研究區(qū)土壤類型主要以黃壤為主。

龍奔藍(lán)莓基地是麻江引種藍(lán)莓的試驗(yàn)基地，于1999年建立;烏羊麻藍(lán)莓園于2008年建園;烏卡坪藍(lán)莓基地于2013年建立。三個(gè)藍(lán)莓基地水肥管理均按照貴州省黔東南州《藍(lán)莓栽培與管理技術(shù)》實(shí)施。4月中旬左右及時(shí)追肥，幼樹株施速效有機(jī)肥0.25kg，結(jié)果樹株施油枯0.5kg或速效有機(jī)肥0.25kg;秋季施足基肥，幼樹株施有機(jī)肥3kg以上，結(jié)果樹在9-11月施腐熟農(nóng)家肥（腐熟牛、馬、羊糞）5kg以上。在三個(gè)藍(lán)莓基地中各選擇一典型的土壤剖面，剖面具有良好的分層特征，符合典型的白云巖風(fēng)化剖面，基巖上覆土壤顏色、pH等基本理化性質(zhì)符合地帶性黃壤的特征。采樣點(diǎn)的地理位置見圖1，采集的3個(gè)土壤剖面具體特征描述見表1。

1.2 樣品采集與分析

選定土壤剖面自下而上按等間距采集土壤樣品，三個(gè)剖面共采集土壤樣品25件。將采回的的土樣放在木盤或塑料布上，攤成薄薄的一層，置于室內(nèi)通風(fēng)陰干。在土樣半干時(shí)，須將大土塊捏碎，避免風(fēng)干后結(jié)成硬塊，難以研磨，風(fēng)干場所力求通風(fēng)干燥。在風(fēng)干過程中隨時(shí)揀去土樣中石塊、植物根系等雜質(zhì)。將風(fēng)干的土樣倒入鋼玻璃底的研缽中，用木棍研磨，使之全部過20目的尼龍篩。將過篩的樣品用四分法分成兩份，一份保存，另一份繼續(xù)用四分法縮分。二次縮分的樣品，一份留作備用，另一份繼續(xù)研磨后過100目尼龍篩。樣品過篩后混勻，用特制的牛皮紙保存待測。

土壤元素化學(xué)測試工作在澳實(shí)分析檢測（廣州）有限公司完成。應(yīng)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES，Agilent VISTA）和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS，Agilent 7700x）測定元素含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

主要采用Execl2010、Spass22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，采用Crorel Draw2018繪制圖件。

各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 常量元素的含量與分布特征

2.1.1 常量元素的含量特征

研究區(qū)3個(gè)土壤剖面25件土壤樣品常量元素含量見表2。研究區(qū)土壤Fe2O3、Al2O3含量分別為15.14%、34.06%，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全國土壤中Fe2O3與Al2O3的含量;Na2O、CaO、MgO等活動(dòng)性較強(qiáng)的元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國土壤平均值，均小于07%;K2O的含量略高，為2.48%。研究區(qū)常量元素的含量特征與張曉娟等[10]中國西南地區(qū)土壤的研究結(jié)果類似，土壤中活動(dòng)性較強(qiáng)的Na、Ca、Mg流失嚴(yán)重，移動(dòng)性差的Fe、Al元素在土壤中富集，符合地帶性黃壤的特征。

研究區(qū)土壤中的K元素含量較高與K表生地球化學(xué)行為有關(guān)。K在土壤干濕交替的條件下極易被土壤中的2：1型硅酸鹽黏土礦物固定，而研究區(qū)所處的亞熱帶氣候?yàn)橥寥赖母蓾窠惶鎰?chuàng)造了條件，土壤對(duì)鉀的固定導(dǎo)致K在巖石風(fēng)化成土過程中K的遷移能力較弱;張莉[11]等研究表明，在碳酸鹽巖風(fēng)化成土過程中，K元素的遷移能力較弱，在巖石風(fēng)化成土過程中K的流失較少。

化學(xué)蝕變指數(shù)（IICA）是判斷源區(qū)物質(zhì)化學(xué)風(fēng)化程度的地球化學(xué)指標(biāo)，越高指示該土壤經(jīng)歷的化學(xué)風(fēng)化程度越強(qiáng)烈，ICIW與ICIA相似，但I(xiàn)CIW反映Na、Ca的相對(duì)損失量[12]。研究區(qū)土壤ICIW均接近1，表明土壤中Na、Ca在巖石風(fēng)化成土過程中基本淋失;ICIA均大于0.9，表明土壤的化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈，龍奔剖面風(fēng)化程度高于烏卡坪、烏羊麻剖面。綜上所述，研究區(qū)地處亞熱帶氣候區(qū)，土壤發(fā)育過程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用，土壤中大量元素的組成特征呈現(xiàn)出脫鹽基、鐵鋁相對(duì)富集的特點(diǎn)。

2.1.2 常量元素分布特征

根據(jù)研究區(qū)土壤常量元素含量所作的研究區(qū)土壤剖面常量元素垂向分布圖見圖2。三個(gè)土壤剖面的K、Mg、Fe、Al元素含量隨土壤深度的變化趨勢(shì)基本一致，都呈現(xiàn)出隨土壤深度增加含量增加的特點(diǎn)，反映出降水淋溶對(duì)土壤元素分布的控制作用。龍奔剖面40～50cm土層Fe、Al、K、Mg含量較上層土壤急劇增加，推測與土壤鐵錳結(jié)核形成有關(guān)。在剖面采集過程中發(fā)現(xiàn)，此層土壤存在鐵錳結(jié)核，鐵錳結(jié)核主要形成于常處于干濕交替狀態(tài)的土壤，鐵錳結(jié)核元素組成以Si、Fe、Al、Mn或Si、Fe、Al為主，其他氧化物不同地區(qū)不同土壤類型含量與順序也有差異[14]，龍奔剖面主要包含K、Mg氧化物。

三個(gè)土壤剖面的Ca呈現(xiàn)出與Fe、Al、Mg相反的變化趨勢(shì)，Ca元素在土壤表層富集，這與園區(qū)有機(jī)肥的施用有密切的關(guān)系，在實(shí)地調(diào)查過程中了解到各藍(lán)莓基地每年冬季均施用有機(jī)肥，能將Ca元素帶入土壤中，提高表層土壤鈣素的含量[15]。Na元素在三個(gè)土壤剖面中含量不及0.2%，且在不同深度土壤中含量差異不大，由于土壤的風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)烈，化學(xué)性質(zhì)活潑的Na元素被水沖刷帶走，導(dǎo)致土壤中的Na含量極低，且在土壤剖面無明顯的變化特征。綜上所述，三個(gè)土壤剖面常量元素在土壤剖面垂向分布主要受淋溶作用的控制，呈現(xiàn)出隨

土壤深度增加元素含量增加的特征;園區(qū)的生產(chǎn)活動(dòng)（施肥）對(duì)土壤常量元素的垂向分布也有影響。

2.2 微量元素含量與分布特征

本研究選取與藍(lán)莓植株生長發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)關(guān)系密切的Zn、Mo、Mn、Cu四種微量元素[16]以及與果園土壤環(huán)境質(zhì)量有關(guān)的重金屬元素，探討它們?cè)谕寥乐泻颗c分布特征。

2.2.1 微量元素含量特征

研究區(qū)土壤樣品微量元素的含量見表3。與全國土壤元素平均值相比，三個(gè)土壤剖面Zn、Mo、As、Cr、Ni、Pb含量總體平均值大于全國土壤平均值，而Mn、Cu、Cd則低于全國土壤均值。

三個(gè)土壤剖面微量元素含量具有較大的差異性。對(duì)比三個(gè)剖面不同微量元素含量可見，龍奔剖面Zn、Mn、Mo、Cu元素含量均大于烏羊麻、烏卡坪剖面，推測是成土母質(zhì)差異造成的，龍奔剖面土壤由寒武系爐山組白云巖發(fā)育而來，而烏卡坪、烏羊麻剖面土壤由寒武系高臺(tái)組白云巖發(fā)育而來。烏羊麻剖面重金屬元素As、Cd、Cr、Ni、Pb的和含量均大于烏卡坪、龍奔剖面，這可能是同套地層不同段基巖空間異質(zhì)性的表現(xiàn)以及外源重金屬進(jìn)入土壤造成的。

元素之間的相關(guān)性分析、因子分析可以分析不同元素之間物源性并推測其可能的來源。采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)土壤微量元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行KMO、Bertlett球形檢驗(yàn)，結(jié)果顯示適宜進(jìn)行因子分析。標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)經(jīng)最大方差旋轉(zhuǎn)后選取特征值大于1的兩個(gè)因子，兩個(gè)因子的方差累計(jì)貢獻(xiàn)率為88.62%，分別可以解釋總方差64.39%、2423%。由表4可見，成分1包括Zn、Mo、Mn、Cu，推測四個(gè)元素主要來源于母質(zhì);成分2中包括As、Cd、Pb，推測其主要來自于外源輸入;Ni、Cr在兩個(gè)因子都具有較大的因子載荷，表明它們來源于母質(zhì)與外源輸入。相關(guān)性分析（表5）顯示，Zn、Mo、Mn、Cu在0.01水平相互之間均極顯著正相關(guān)，As、Cd、Pb在0.01水平相互之間均極顯著正相關(guān)，因子分析結(jié)果與相關(guān)性分析結(jié)果相契合。綜合上述，研究區(qū)土壤微量元素含量特征主要由母質(zhì)與外源輸入控制。

2.2.2 微量元素垂向分布特征

根據(jù)研究區(qū)土壤微量元素垂向分布特征見圖3，土壤中微量元素的地球化學(xué)行為常常受到常量元素的控制[17]，尤其是Fe、Al元素對(duì)微量元素在土壤中的分布有顯著的影響。土壤剖面中Zn、Cu、Mo、As、Cr、Ni、Pb均呈現(xiàn)出隨土壤深度增加含量增加的趨勢(shì);它們與Fe、Al都具有顯著的相關(guān)性，在土壤剖面垂向分布特征與Fe、Al也具有很好的耦合性，體現(xiàn)淋溶作用對(duì)元素在土壤剖面垂向分布特征的控制作用。龍奔剖面40～50cm土層除Cd外的微量元素含量較上層土壤急劇增加，與常量元素一致，受到土壤鐵錳結(jié)核的影響。土壤鐵錳結(jié)核對(duì)土壤微量元素尤其是土壤重金屬有較強(qiáng)的富集作用，這是龍奔剖面土壤微量元素在此層土壤富集的原因。

Mn在土壤表層富集同時(shí)在淋濾作用下在深層土壤富集，考慮藍(lán)莓植株根系對(duì)表層土壤Mn的聚積作用。Cd在烏卡坪、龍奔剖面表層土壤聚集，在烏羊麻剖面則是隨土壤深度增加含量增加，推測是由園區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)造成。

在巖石風(fēng)化成土過程中，強(qiáng)烈的風(fēng)化淋溶導(dǎo)致土壤脫鹽基而導(dǎo)致微量元素相對(duì)富集，容易掩蓋對(duì)成土過程中微量元素的遷移富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)以及對(duì)外來源疊加識(shí)別的影響。因此，采用表生環(huán)境中遷移能力弱的高場強(qiáng)穩(wěn)定元素為參比元素，計(jì)算相對(duì)富集系數(shù)（qr），據(jù)此表征土壤微量元素的貧化富

集并識(shí)別外來源對(duì)微量元素分布的影響，本文采用Sc為參比元素，最底層土壤為母質(zhì)層，各剖面土壤的相對(duì)富集系數(shù)分布見圖4。

各剖面大部分元素的相對(duì)富集系數(shù)均小于12，且均呈現(xiàn)出向心土層富集的特點(diǎn)。這是由于Ni、Cr、Cu、Zn 等元素在表生環(huán)境中大多以陽離子形態(tài)存在，其化合物和絡(luò)合物的水溶性高，在土壤中的遷移能力強(qiáng)[18]，經(jīng)淋溶作用后在心土層富集。

Mn在烏卡坪剖面、烏羊麻剖面表層土壤（0～20cm）與龍奔剖面上層土壤（0～40）明顯的富集趨勢(shì)。因子分析顯示Mn主要來源于母質(zhì)且Mn的含量低于全國土壤平均值，排除外源Mn進(jìn)入土壤的可能性。Mn在表層土壤積聚與藍(lán)莓植株對(duì)Mn有較強(qiáng)的吸收能力有關(guān)。Cd在烏卡坪剖面與龍奔剖面表層土壤有較強(qiáng)的富集作用，這與白云巖風(fēng)化成土過程中Cd的遷移富集特征以及園區(qū)人為活動(dòng)相關(guān)。Cd在碳酸鹽巖成土過程中，相較于母巖在土壤中的元素遷移特征一般表現(xiàn)為淋失，且容易在表層土壤中富集[19];有機(jī)肥的施用尤其是畜禽糞便堆制而來的有機(jī)肥Cd含量較高容易造成表層土壤Cd的富集。因子分析表明Cd主要來源于外源輸入，表明這兩個(gè)剖面Cd的富集主要是施用有機(jī)肥造成的。

As在烏卡坪剖面與龍奔剖面母質(zhì)層富集，這是由于園區(qū)生產(chǎn)過程外源As的持續(xù)輸入經(jīng)淋溶作用后As到達(dá)質(zhì)地黏重、鐵鋁氧化物含量較高的母質(zhì)層，富含鐵鋁氧物的黏土礦物對(duì)砷酸根離子具有較強(qiáng)的吸附作用[20];烏羊麻剖面As在表淺層土壤富集且與含量較同套地層發(fā)育土壤剖面高出許多，As的富集與微量元素的因子分析結(jié)果相一致。

已有研究表明，在亞熱帶氣候條件下白云巖風(fēng)化的土壤剖面，多數(shù)微量元素在土壤中表現(xiàn)出富集的特征，在巖-土界面達(dá)到最大程度的富集，體現(xiàn)了風(fēng)化淋溶的過程[21]。研究區(qū)剖面表層土壤部分微量元素出現(xiàn)了表層富集的特征，與自然的風(fēng)化剖面微量元素的分布特征出現(xiàn)了差異。說明藍(lán)莓園區(qū)的生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)土壤微量元素尤其是重金屬元素的含量及其分布造成了一定影響，造成了Mn、Cr、As在表淺層土壤的富集。

3 結(jié)論與討論

研究區(qū)風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)烈，三個(gè)剖面中K2O、Na2O、CaO、MgO含量低于全國土壤平均值，F(xiàn)e2O3、Al2O3含量高于全國平均值，ICIA、ICIW表明土壤風(fēng)化作用強(qiáng)烈，土壤呈現(xiàn)出脫鹽基離子、富鐵鋁的特征。常量元素的垂向分布主要受土壤淋溶作用控制，表現(xiàn)出隨土壤深度增加含量增加的特征，Ca元素受施用有機(jī)肥的影響在土壤表層含量較高。

三個(gè)土壤剖面Zn、Mo、As、Cr、Ni、Pb含量總體平均值大于全國土壤平均值，而Mn、Cu、Cd則低于全國土壤均值，土壤微量元素的因子分析與相關(guān)性分析表明土微量元素含量特征由母質(zhì)與外源輸入控制。微量元素的垂向分布主要受Fe、Al的控制，Zn、Cu、Mo、As、Cr、Ni、Pb垂向分布與Fe、Al分布有較好的耦合性。龍奔基地剖面土壤的常量、微量元素的分布特征還受到土壤鐵錳結(jié)核的控制。大部分元素相對(duì)富集因子小于1.2且在土壤深處富集，與其垂向分布特征一致。

烏卡坪剖面、龍奔剖面表層土壤Cd富集、烏羊麻剖面表層土壤As富集，推測與這些基地長期施用有機(jī)肥有關(guān)。研究表明，化肥施用是我國農(nóng)田土壤AS、Cd污染最重要的原因，有機(jī)肥是土壤As、Cd污染的重要來源[22]。黃紹文等[23]對(duì)我國18個(gè)省級(jí)行政區(qū)的商品有機(jī)肥重金屬含量的超標(biāo)情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)牛糞和羊糞制成的有機(jī)肥Cd超標(biāo)率分別為1.7%、12.5%。江南等[24]對(duì)北方菜地常用的268種常用肥料重金屬含量進(jìn)行檢測，其中生物有機(jī)肥Cd、As超標(biāo)率分別分別為10%、40%。長期施用畜禽糞便制成的有機(jī)肥，尤其重金屬含量超標(biāo)的有機(jī)肥，必然造成土壤中AS、Cd的積累[25]。施用畜禽糞便雖然能夠提高耕層土壤As、Cd的含量，但As、Cd短時(shí)間內(nèi)并不會(huì)向耕層以下的土壤遷移[26]。

Mn在表層土壤富集與藍(lán)莓植株對(duì)Mn的吸收特性有關(guān)。白勇超等[27]發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓植株內(nèi)Mn含量較高且對(duì)Mn耐受性較強(qiáng)，其認(rèn)為藍(lán)莓植株Mn含量較高的原因是由于土壤pH較低，促進(jìn)根系對(duì)Mn的吸收，也有可能藍(lán)莓存在著和同為喜酸植物茶樹一樣的Mn的吸收機(jī)制。MATSUOKA等[28]研究也發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓植株對(duì)Mn的吸收能力較強(qiáng)。目前關(guān)于藍(lán)莓植株對(duì)Mn元素吸收機(jī)制沒有明確的結(jié)論，但可以明確的是其對(duì)Mn有較強(qiáng)的吸收能力，這是Mn元素在表層土壤富集的原因。

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