廣西河池市金城江區(qū)土壤地球化學(xué)特征

林清梅，黃子龍，范汝海

(廣西壯族自治區(qū)二七一地質(zhì)隊(duì)，廣西 桂林 541199)

0 引言

土壤是人類賴以生存的資源，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本，同時(shí)土壤質(zhì)量是土地質(zhì)量的重要組成部分，直接關(guān)系農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，關(guān)乎人類的健康[1-4]。本次研究依托廣西土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)項(xiàng)目，以廣西河池市金城江區(qū)農(nóng)用地為主要對(duì)象，以生態(tài)地球化學(xué)理論為指導(dǎo)，開(kāi)展1∶5萬(wàn)土壤地球化學(xué)調(diào)查，旨在為地方土地利用規(guī)劃、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境治理等提供地球化學(xué)依據(jù)，有效助力鄉(xiāng)村振興工作。

影響土壤質(zhì)量的因素分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要指土壤中元素含量、理化指標(biāo)等；外部因素主要有灌溉水、大氣干濕沉降等[5]。本文主要從影響土壤質(zhì)量的內(nèi)部因素對(duì)金城江區(qū)表層土壤元素地球化學(xué)特征進(jìn)行分析研究，并總結(jié)成土母質(zhì)、土壤類型以及土地利用類型對(duì)土壤元素空間分布特征的影響。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)面積668 km2，位于廣西西北部，河池市金城江區(qū)境內(nèi)。地理位置位于東經(jīng)107°33′—108°13′，北緯24°22′—24°55′，系云貴高原余脈地帶，地勢(shì)自西北向東南傾斜，東北部和西南部以巖溶地貌為主，中部偏西以中低山丘陵地貌為主。分布地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系和第四系(圖1)，巖性以灰?guī)r、砂巖、泥巖、白云巖、頁(yè)巖、粉砂巖及硅質(zhì)巖為主。土壤類型有水稻土、紅壤、黃壤、石灰土、紅色石灰土和沖積土6個(gè)土類。土地利用類型以有林地、耕地、園地和其他草地為主，大宗農(nóng)作物有水稻、玉米、柑橘、甘蔗等。金城江區(qū)是 “南貴昆經(jīng)濟(jì)區(qū)”、“泛珠三角經(jīng)濟(jì)圈”和“東盟自由貿(mào)易區(qū)”人流、物流、資金流、信息流聚集交匯的樞紐，是廣西實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，在西部大開(kāi)發(fā)中處于承東啟西的重要位置[6]。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 材料與分析

2.1 樣品采集與處理

本次調(diào)查采用面積性土壤地球化學(xué)測(cè)量的方法，依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)，調(diào)查工作比例尺為1∶5萬(wàn)，以1∶1萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖疊合1∶5萬(wàn)地形圖作為野外基本用圖。利用手持式GPS定點(diǎn)，進(jìn)行表層土壤取樣，采樣深度為0～20 cm，耕地采樣密度為8～10個(gè)/km2，林地采樣密度為2～4個(gè)/km2。采樣位置能代表采樣單元格內(nèi)主要土壤類型及地質(zhì)環(huán)境特征，即采樣地塊為長(zhǎng)方形時(shí)，采用“S”形布設(shè)子樣點(diǎn)，采樣地塊近似正方形時(shí)，采用“X”形或“棋盤”形布設(shè)子樣點(diǎn)，每個(gè)地塊至少布設(shè)5個(gè)子樣點(diǎn)，各子樣按等份組合成1件混合樣，嚴(yán)禁在不同土地利用類型地塊內(nèi)采集子樣。樣品經(jīng)充分自然風(fēng)干后，全部過(guò)2 mm孔徑尼龍篩，以對(duì)角線縮分法稱取200 g作為正樣送實(shí)驗(yàn)室分析，其余作為副樣(重量不低于300 g)裝入干凈塑料瓶留存[7-8]。

2.2 樣品測(cè)試分析

樣品分析測(cè)試由廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)測(cè)試研究中心承擔(dān)，測(cè)試指標(biāo)包括N、P、K2O、Corg、B、Mo、Mn、Cu、Zn、As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni、pH值、F、Se、Ge、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、S等26項(xiàng)。分析測(cè)試質(zhì)量均符合相關(guān)規(guī)范的質(zhì)量要求，滿足土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)的要求[9]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理在第三次全國(guó)土地調(diào)查土地利用現(xiàn)狀圖的基礎(chǔ)上，采用中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院物化探研究所開(kāi)發(fā)的地球化學(xué)勘查數(shù)據(jù)一體化處理系統(tǒng)(Geochem Studio)編制評(píng)價(jià)圖件。評(píng)價(jià)最小單元為土地利用圖斑，以采樣數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分三種情況進(jìn)行圖斑賦值：

1)當(dāng)一個(gè)單元中有1個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)，用該點(diǎn)的指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)單元賦值；

2)當(dāng)一個(gè)單元中有2個(gè)或2個(gè)以上的采樣點(diǎn)時(shí)，用所有樣點(diǎn)的指標(biāo)平均值對(duì)評(píng)價(jià)單元賦值；

3)當(dāng)單元中沒(méi)有評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)時(shí)，用鄰近值法賦值(地球化學(xué)圖賦值)，獲得每個(gè)評(píng)價(jià)單元相應(yīng)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

3 土壤地球化學(xué)特征

3.1 研究區(qū)元素地球化學(xué)特征

本次調(diào)查共采集表層土壤樣品2931件，各元素的地球化學(xué)特征值見(jiàn)表1。

研究區(qū)背景值與廣西背景值[10]相比較：強(qiáng)烈富集的元素有Cd，顯著富集的元素有Pb、Zn、Mn，較富集的元素有Ni、Cr、As、Cu、F、Mo、Ca、Se、N，稍富集的元素及指標(biāo)有Corg、P、B、pH值，稍貧化的元素有K、Ge、S，較貧化的元素有Na、Fe、Mg、Si，顯著貧化的元素有Hg、Al。

與全國(guó)A層土壤背景值[10]相比較：強(qiáng)烈富集的元素有Cd、Hg，顯著富集的元素有As、Se、Pb，較富集的元素有Zn、Cr、B、Mn、N、Mo，稍富集的元素有Cu、Ni、F，稍貧化的元素及指標(biāo)有S、有機(jī)質(zhì)、Ge、P、pH值，較貧化的元素有Si、Fe，顯著貧化的元素有K、Al，強(qiáng)烈貧化的元素有Na、Mg、Ca。

相比全國(guó)和廣西土壤背景值，研究區(qū)相對(duì)富集的元素有N、Cd、Mn、Pb、Zn、Ni、Cr、As、F、Cu、Se、Mo，相對(duì)貧化的元素有Na、Mg、Si、S、Corg、Ge、Al、Fe。

各元素變異系數(shù)特征見(jiàn)表1和圖2。空間分布基本均勻的元素及指標(biāo)有Si、pH值、Ge、N、Org，空間分布不均勻的元素有Al、P、F、B、Fe、Cu、Se、Ni、Cr、K、Mg、Na，空間分布極不均勻的元素有Mo、S、Mn、Cd、As、Ca、Hg、Zn、Pb，其中最不均勻的元素為Pb。

表1 表層土壤元素地球化學(xué)特征值統(tǒng)計(jì)

圖2 研究區(qū)元素變異系數(shù)對(duì)比圖

3.2 不同成土母質(zhì)單元土壤元素地球化學(xué)特征

成土母質(zhì)是形成土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)[11-13]，因此為了更直觀地反映不同成土母質(zhì)單元土壤元素地球化學(xué)特征，將各成土母質(zhì)單元土壤元素平均值與研究區(qū)背景值進(jìn)行比較，得出富集系數(shù)K，即K=元素平均值÷研究區(qū)背景值(表2)。

表2 不同成土母質(zhì)單元土壤元素富集系數(shù)統(tǒng)計(jì)

三疊系單元表層土壤K2O富集系數(shù)最大(2.13)，表現(xiàn)為明顯富集；其次為MgO、Al2O3、S、Fe2O3、Cu、Ge、F相對(duì)全區(qū)背景值表現(xiàn)為富集；P、CaO、SiO2、Mn、Mo、Zn、Se表現(xiàn)為貧化，其余元素平均含量與全區(qū)背景值相當(dāng)。二疊系單元中N、K2O、CaO、Na2O、Al2O3、B、Mn、Cu、Zn、Ge、F、As、Hg、Ni、Pb表現(xiàn)為貧化，Mo、Cr表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。石炭系單元中K2O、F、Hg、As、Pb表現(xiàn)為貧化，Mn、Zn、Cd、Ni表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。泥盆系單元中Mn表現(xiàn)為貧化，N、K2O、CaO、Na2O、Al2O3、S、Corg、B、Fe2O3、Cu、Zn、Se、Ge、F、Hg、As、Pb表現(xiàn)為富集，Cd、Cr表現(xiàn)為貧化，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。

3.3 不同土壤類型單元土壤元素地球化學(xué)特征

研究表明土壤黏粒對(duì)元素的吸附作用存在差異[14-15]。研究區(qū)不同土壤類型單元(圖3)土壤元素富集系數(shù)見(jiàn)表3。水稻土單元中CaO、Zn、Cd、Cr、Ni的平均值相對(duì)全區(qū)背景值表現(xiàn)為貧化，Hg、Na2O表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。紅壤單元中K2O、SiO2、Zn、Cd、Pb表現(xiàn)為貧化，Hg表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。石灰?guī)r土單元中Hg表現(xiàn)為貧化，Cd、Mn表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。沖積土單元中N、K2O、CaO、Al2O3、Corg、B、Mn、Fe2O3、Cu、Zn、Se、F、As、Cr、Ni、Pb、Hg、Cd表現(xiàn)為貧化，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。

表3 不同土壤類型單元土壤元素富集系數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖3 研究區(qū)土壤類型分布圖

3.4 不同土地利用類型單元土壤元素地球化學(xué)特征

土地利用方式在一定程度上影響元素的分布[3-4，16]。研究區(qū)不同土地利用類型單元(圖4)土壤元素富集系數(shù)見(jiàn)表4。水田單元中Mn、Cd、As、Cr、Ni的平均值相對(duì)全區(qū)背景值表現(xiàn)為貧化，N、K2O、Na2O、B表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。旱地單元中N、K2O、CaO、Na2O、S、Corg、Zn、Pb、Se表現(xiàn)為貧化，P、Mn、Cr表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。園地中N、P、CaO、MgO、S、Corg、Mn、Zn、Cd、Hg、Cr、Ni、Pb表現(xiàn)為貧化，K2O、Na2O表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。林地單元中P表現(xiàn)為貧化，CaO、MgO、Al2O3、S、Corg、Mn、Mo、Fe2O3、Cu、Zn、Se、Cd、As、Cr、Ni表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。草地單元中P、Na2O、B表現(xiàn)為貧化，CaO、MgO、Mn、Cd、As、Cr、Ni、Pb表現(xiàn)為富集，其余元素平均值與全區(qū)背景值相當(dāng)。

圖4 研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖

表4 不同土地利用類型單元土壤元素富集系數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

1)研究區(qū)表層土壤元素平均含量分別與全國(guó)土壤A層背景值和廣西土壤背景值比較，相對(duì)富集的元素有N、Cd、Mn、Pb、Zn、Ni、Cr、As、F、Cu、Se、Mo，相對(duì)貧化的元素有Na、Mg、Si、S、Corg、Ge、Al、Fe。各元素在區(qū)內(nèi)分布整體表現(xiàn)為不均勻。

2)不同成土母質(zhì)單元土壤元素富集存在差異，元素富集程度與成土母質(zhì)關(guān)系密切，兩者存在繼承性。泥盆系成土母質(zhì)單元表層土壤富集元素最多，其次為三疊系單元，而二疊系和石炭系單元富集元素相對(duì)較少。

3)重金屬元素Cd和Hg在不同土壤類型單元中的平均含量存在分化，水稻土和紅壤中富集Hg，石灰?guī)r土中富集Cd。Hg富集主要與人為耕作施肥及土壤質(zhì)地有關(guān)，Cd富集主要與成土母巖(碳酸鹽巖)的高背景值有關(guān)。

4)林地表層土壤中富集元素最多，其次為水田，而旱地、園地和草地富集元素相對(duì)較少。林地多分布于山區(qū)，元素的母巖繼承性明顯，而水田多分布于低洼匯水處，元素遷移富集以及人為作用明顯。當(dāng)?shù)乜筛鶕?jù)這一特征，依據(jù)“缺什么補(bǔ)什么”的原則，進(jìn)行合理的科學(xué)配方施肥。

5)研究區(qū)土壤類型以石灰?guī)r土為主，普遍存在Cd背景值高和土壤質(zhì)地較差問(wèn)題，建議當(dāng)?shù)睾侠碚{(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，選擇種植對(duì)Cd吸收富集低的旱生農(nóng)作物，如玉米、柑橘等，有效降低Cd對(duì)人體的危害。