貴州安龍縣耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素地球化學(xué)特征

莫光員 ，李丕鵬，袁盛博，黎富當(dāng)，吳啟美

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊(duì)，六盤(pán)水 553004；2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局核資源地質(zhì)調(diào)查院，貴陽(yáng) 550005；3.貴州師范大學(xué)，貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550001)

1 引言

受成土母巖、氣候、地形地貌、植被等條件及人類活動(dòng)的影響，安龍縣土壤類型復(fù)雜多樣。前人從土壤的形成條件、分類、分布規(guī)律、改良、侵蝕作用及農(nóng)業(yè)利用等方面，對(duì)貴州土壤開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，與安龍縣土壤相關(guān)的研究，主要有土壤的形成條件、土壤分布規(guī)律及土壤侵蝕作用等(貴州省農(nóng)業(yè)廳和中國(guó)科學(xué)研南京土壤研究所，1980)、土壤地球化學(xué)特征(陳武等，2010)、土壤微量營(yíng)養(yǎng)元素(何亞琳，1995；唐志堅(jiān)，1996)、農(nóng)業(yè)氣候(陳林，2012)以及水文地貌(譚明，1992)等。此外，廣大學(xué)者對(duì)該區(qū)地質(zhì)、礦產(chǎn)以及礦山地質(zhì)環(huán)境等方面開(kāi)展了大量研究(廖鑄敏等，2014；劉建中等，2014；劉遠(yuǎn)輝和廖莉萍，2015；康云杰等，2016；李志成等，2016；達(dá)偉和羅朝坤，2018)，而針對(duì)安龍縣耕地表層土壤研究相對(duì)薄弱。本文在安龍縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，分析研究不同成土母巖、不同土壤類型和不同耕地地類耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素地球化學(xué)特征，以期為區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃及耕地施肥方案提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況

安龍縣位于貴州省西南部，地處云貴高原向廣西丘陵過(guò)渡的地帶，地形總體呈西北高東南低，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)。主要出露三疊系地層，巖性以石灰?guī)r、白云巖、碎屑巖為主；二疊系僅出露于北西角的灑雨-海子一帶，巖性主要為石灰?guī)r和含煤碎屑巖。全縣土地總面積為1 975.08 km2，其中耕地面積447.69 km2(占22.67%)。耕地可分為旱地、水田和水澆地，其中旱地面積278.26 km2(占62.16%)；水田面積169.37 km2(占37.83%)；水澆地面積0.06 km2(占0.01%)。耕地土壤主要由石灰土、黃壤、水稻土以及少量紅壤和紫色土組成。旱地全縣均有分布，水田主要分布于山間盆地的壩區(qū)，水澆地僅分布于龍山鎮(zhèn)，全縣耕地總體分布較為零碎(見(jiàn)圖1)。

圖1 安龍縣耕地分布略圖(據(jù)李丕鵬等，2019，修改)

3 研究方法

4 結(jié)果

4.1 耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素總體特征

表1 安龍縣耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素

4.2 不同成土母巖耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素特征

安龍縣耕地表層土壤成土母巖有灰?guī)r(占6.2%)、白云巖(占11.0%)、灰?guī)r和白云巖混合巖(占46.7%)、灰?guī)r夾碎屑巖(占22.5%)、碎屑巖(占8.3%)和含煤碎屑巖(占5.3%)。前三類成土母巖屬碳酸鹽巖(占63.9%)，顯示成土母巖以碳酸鹽巖為主(見(jiàn)表2)。區(qū)內(nèi)大面積分布的碳酸鹽巖為土壤的形成提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源(王世杰等，1999；龍健，2005)。與碎屑巖相比，碳酸鹽巖形成的耕地表層土壤相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、N、P、Mn、Zn、B、Mo，相對(duì)低K和Cu；灰?guī)r夾碎屑巖形成的耕地表層土壤相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、N、P、B、Mo、Cu，相對(duì)低K、Mn和Zn；含煤碎屑巖形成的耕地表層土壤相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、N、P、B，相對(duì)低K、Mn、Mo、Cu和Zn。營(yíng)養(yǎng)元素在不同成土母巖耕地表層土壤的分布特征，顯示有機(jī)質(zhì)、N、P、B主要來(lái)自碳酸鹽巖和含煤碎屑巖， Mn和Zn主要來(lái)自碳酸鹽巖，Mo主要來(lái)自碳酸鹽巖和灰?guī)r夾碎屑巖，Cu主要來(lái)自碎屑巖和灰?guī)r夾碎屑巖，K主要來(lái)自碎屑巖。相關(guān)性分析表明有機(jī)質(zhì)與N、B，N與B，Mn與Zn在 0.01 水平上顯著正相關(guān)。P與K在 0.01 水平上顯著負(fù)相關(guān)；Cu與有機(jī)質(zhì)、N、B在 0.05 水平上顯著負(fù)相關(guān)(見(jiàn)表3)。

表2 不同成土母巖耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素平均含量

表3 不同成土母巖耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素相關(guān)性系數(shù)

4.3 不同土壤類型營(yíng)養(yǎng)元素特征

安龍縣耕地表層土壤類型有石灰土(占44.7%)、黃壤(占38.8%)、水稻土(占12.1%)、紅壤(3.2%)和紫色土(1.2%)，以石灰土和黃壤為主。不同土壤類型營(yíng)養(yǎng)元素平均含量差異較大(見(jiàn)表4)，有機(jī)質(zhì)和N平均含量依次為：水稻土>石灰土>紫色土>黃壤>紅壤；P平均含量依次為：紫色土>石灰土>黃壤>水稻土>紅壤；Cu平均含量依次為：紫色土>黃壤>石灰土>水稻土>紅壤；Mn和Zn平均含量依次為：石灰土>紫色土>黃壤>水稻土>紅壤；Mo平均含量依次為：石灰土>黃壤>水稻土>紫色土>紅壤；K平均含量依次為：紅壤>紫色土>黃壤>水稻土>石灰土；B平均含量依次為：紅壤>水稻土>石灰土>黃壤>紫色土?？傮w上水稻土相對(duì)高有機(jī)質(zhì)和N；紫色土相對(duì)高P和Cu，相對(duì)低B；石灰土相對(duì)高M(jìn)n 、Zn和Mo，相對(duì)低K；紅壤相對(duì)高K和B，相對(duì)低有機(jī)質(zhì)、N、P、Cu、Mn、Mo和Zn。

與全國(guó)同類土壤(A層)背景值(中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，1990)相比，石灰土中營(yíng)養(yǎng)元素相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、K、Mn、B、Cu、Zn，低Mo；黃壤中營(yíng)養(yǎng)元素相對(duì)高M(jìn)n、B、Mo、Cu、Zn，低有機(jī)質(zhì)和K；水稻土中營(yíng)養(yǎng)元素相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、Mn、B、Mo、Cu、Zn，低K；紅壤中營(yíng)養(yǎng)元素相對(duì)高K、Mn、B、Cu、Zn，低有機(jī)質(zhì)和Mo；紫色土中營(yíng)養(yǎng)元素相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、Mn、Mo、Cu、Zn，低K和B。

表4 耕地表層不同土壤類型營(yíng)養(yǎng)元素平均含量

表5 耕地表層不同土壤類型營(yíng)養(yǎng)元素富集系數(shù)

4.4 不同耕地地類營(yíng)養(yǎng)元素地球化學(xué)特征

表6 不同耕地地類表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素平均含量

5 討論

5.1 成土母巖對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素富集與貧化的影響

土壤元素的遷移富集受成土母巖(質(zhì))、成土過(guò)程、元素地球化學(xué)性質(zhì)、土壤質(zhì)地、地形地貌、土壤pH值、人類活動(dòng)等多種因素影響(劉希瑤，2019)，成土母巖(質(zhì))在很大程度上決定了土壤營(yíng)養(yǎng)元素的含量(陳旭暉和陳湘燕，2003；陳武等，2010；黃琪等，2013；黃子龍等，2018；張妍等，2019)。據(jù)安龍不同成土母巖耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素分布特征，顯示有機(jī)質(zhì)、N、P、B主要來(lái)自碳酸鹽巖和含煤碎屑巖， Mn和Zn主要來(lái)自碳酸鹽巖，Mo主要來(lái)自碳酸鹽巖和灰?guī)r夾碎屑巖，Cu主要來(lái)自碎屑巖和灰?guī)r夾碎屑巖，K主要來(lái)自碎屑巖，表明耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素富集明顯受成土母巖控制。不同成土母巖耕地表層土壤中，具有顯著正相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)元素主要來(lái)自同一成土母巖(如有機(jī)質(zhì)與N、B，Mn與Zn)，而具有顯著負(fù)相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)元素明顯來(lái)源于不同的成土母巖(如P與K，Cu與有機(jī)質(zhì)、N、B)，表明耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素明顯受成土母巖影響(劉秀明等，2004)。安龍土壤剖面顯示，同類成土母巖的土壤A層多數(shù)營(yíng)養(yǎng)元素含量隨D層呈正增長(zhǎng)關(guān)系，但仍有少數(shù)營(yíng)養(yǎng)元素(如P)表現(xiàn)為負(fù)增長(zhǎng)關(guān)系(見(jiàn)表7)，表明營(yíng)養(yǎng)元素富集除受成土母質(zhì)控制外，還受其他因素影響，如元素的遷移能力以及部分外源物質(zhì)補(bǔ)償(陳武等，2010)。因此耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素的富集主要受成土母巖影響，同時(shí)還受其他因素影響。

5.2 土壤類型對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素富集與貧化的影響

土壤類型是土壤元素分布的主要控制因素之一，不同土壤類型的元素含量差異十分顯著(唐將等，2005)。區(qū)內(nèi)水稻土相對(duì)高有機(jī)質(zhì)和N；紫色土相對(duì)高P和Cu，相對(duì)低B；紅壤相對(duì)高K和B，相對(duì)低有機(jī)質(zhì)、N、P、Cu、Mn、Mo和Zn；土石灰土相對(duì)高M(jìn)n 、Zn和Mo，相對(duì)低K；表明營(yíng)養(yǎng)元素的富集受不同土壤類型的影響。不同土壤類型營(yíng)養(yǎng)元素主要呈微-弱富集或微-弱貧化，僅Mn在石灰土中等富集， Cu在紅壤中等貧化，表明不同土壤類型對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的富集有影響，但不是主要影響因素。

表7 安龍縣土壤剖面營(yíng)養(yǎng)元素特征

5.3 耕地地類對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素富集與貧化的影響

6 結(jié)論

(2)與碎屑巖相比，碳酸鹽巖形成的耕地表層土壤相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、N、P、Mn、Zn、B、Mo，相對(duì)低K和Cu；灰?guī)r夾碎屑巖形成的耕地表層土壤相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、N、P、B、Mo、Cu，相對(duì)低K、Mn和Zn；含煤碎屑巖形成的耕地表層土壤相對(duì)高有機(jī)質(zhì)、N、P、B，相對(duì)低K、Mn、Mo、Cu和Zn。相關(guān)性分析表明有機(jī)質(zhì)與N、B，N與B，Mn與Zn在 0.01 水平上顯著正相關(guān)。P與K在 0.01 水平上顯著負(fù)相關(guān)；Cu與有機(jī)質(zhì)、N、B在 0.05 水平上顯著負(fù)相關(guān)。

(3)不同土壤類型中，水稻土相對(duì)高有機(jī)質(zhì)和N；紫色土相對(duì)高P和Cu，相對(duì)低B；石灰土相對(duì)高M(jìn)n 、Zn和Mo，相對(duì)低K；紅壤相對(duì)高K和B，相對(duì)低有機(jī)質(zhì)、N、P、Cu、Mn、Mo和Zn。與安龍背景值相比，不同土壤類型營(yíng)養(yǎng)元素主要呈微-弱富集或微-弱貧化，僅石灰土中Mn為中等富集、紅壤中Cu為中等貧化。

(4)旱地相對(duì)富含P、K、Mn、Mo、Cu和Zn，水田相對(duì)富含有機(jī)質(zhì)、N和B。與安龍背景值相比，不同耕地地類營(yíng)養(yǎng)元素主要呈微-弱富集或微貧化。

(5)耕地表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素富集與貧化受成土母巖、土壤類型和耕地地類的影響，成土母巖為主要影響因素。