區(qū)域土壤鋅空間分布的異質(zhì)性及制約因素分析

劉方 朱健 楊鑒 陳祖擁 劉元生

摘 要：了解區(qū)域土壤鋅（Zn）元素的地球化學(xué)特征及其空間分布的區(qū)域性特點(diǎn)對土壤生態(tài)環(huán)境管理具有重要的指導(dǎo)意義。通過查閱目前相關(guān)文獻(xiàn)的研究成果，對我國西南地區(qū)土壤Zn的含量水平、空間分布的異質(zhì)性及制約因素進(jìn)行了分析及歸納總結(jié)。結(jié)果表明：不同地質(zhì)年代的地層及巖性組合變化是制約區(qū)域土壤Zn含量水平及空間異質(zhì)性的自然因素，碳酸鹽巖發(fā)育的微堿性土壤Zn含量明顯高于碎屑巖發(fā)育的酸性土壤，不同地層中碳酸鹽巖與碎屑巖分布的占比大小是導(dǎo)致區(qū)域土壤Zn空間分布異質(zhì)性的主要原因。此外，礦產(chǎn)資源開發(fā)及加工利用是制約區(qū)域土壤Zn含量水平及空間異質(zhì)性的人為因素，鉛鋅礦區(qū)及冶煉區(qū)土壤Zn存在明顯的污染風(fēng)險。區(qū)域土壤Zn元素分布存在明顯的空間異質(zhì)性，根據(jù)土壤Zn含量水平可劃分為低鋅區(qū)（1～50 mg/kg）、中鋅區(qū)（50～80 mg/kg）、富鋅區(qū)（80～200 mg/kg）、高鋅區(qū)（＞200 mg/kg）；在高鋅土壤區(qū)應(yīng)加強(qiáng)土壤Zn污染的生態(tài)風(fēng)險評估，富鋅土壤區(qū)宜規(guī)劃及發(fā)展成為富鋅農(nóng)產(chǎn)品的重要產(chǎn)區(qū)，而中低鋅土壤區(qū)則要強(qiáng)化土壤Zn元素的養(yǎng)分管理及優(yōu)化施肥技術(shù)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域土壤；土壤Zn含量等級；空間異質(zhì)性；巖性；制約因素

中圖分類號：S157.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

鋅元素（Zn）是一種植物及人體必需的微量元素，是生物維持生命特征的重要組分之一，鋅是多種酶的組成成分與激活劑，鋅在植物生理代謝過程中具有重要的作用。鋅是自然界中豐度較大的元素之一，在世界范圍內(nèi)土壤中鋅含量一般在10 mg/kg～300 mg/kg之間，平均值為50 mg/kg；而中國土壤鋅含量在3～709 mg/kg之間，平均值為100 mg/kg，高出全球平均值的一倍［1］。植物體內(nèi)鋅的來源主要是通過根系從土壤中吸收與遷移而分布在不同的器官中，土壤鋅的含量水平及生物有效性是影響植物吸收鋅的主導(dǎo)因素［2-3］。然而，土壤鋅含量過低或過高都會對植物生長產(chǎn)生較大的影響，當(dāng)土壤中鋅含量低于50 mg/kg時，植物營養(yǎng)受到明顯的限制作用，我國缺鋅土壤面積占總耕地面積達(dá)51.5%［4］；而且大量施用氮肥、酸性土壤過量施用石灰等也加大了土壤缺鋅的狀況［5-6］。另一方面，土壤鋅高含量超過200 mg/kg時，也會抑制植物的正常生長；趙淑雯等選取全國16個典型地區(qū)的表層土壤，通過外源添加系列濃度梯度的Zn，利用不同測試終點(diǎn)進(jìn)行土壤中Zn毒性閾值測定與預(yù)測模型建立，推導(dǎo)出保護(hù)95%物種Zn的濃度值作為Zn的生態(tài)風(fēng)險閾值，4大類土壤鋅的生態(tài)風(fēng)險閾值分別為38 mg/kg（酸性土壤）、106 mg/kg（中性土壤）、217 mg/kg（堿性土壤）和155 mg/kg（堿性石灰性土壤）［7］。近年來對我國土壤中鋅元素的地球化學(xué)過程及影響因素方面的研究已開展較多的工作，主要是集中在土壤養(yǎng)分等級評價、土壤鋅的形態(tài)轉(zhuǎn)化以及土壤鋅污染的生態(tài)風(fēng)險評價方面，基本闡明了巖石-土壤-植物系統(tǒng)中鋅遷移與轉(zhuǎn)化的相互關(guān)系，以及土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、土壤礦物類型、土壤溫度和土壤溶液中的共存離子等對鋅元素吸附過程的影響與作用機(jī)理［2，8］，提出了典型區(qū)域富鋅土壤的含量水平及適宜發(fā)展的富鋅農(nóng)產(chǎn)品，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和開發(fā)特色名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品提供了科學(xué)依據(jù)［9-13］。目前富鋅農(nóng)產(chǎn)品已成為人們關(guān)注的健康食品之一，開發(fā)富鋅農(nóng)產(chǎn)品成為改善我國人體鋅攝入水平的重點(diǎn)；例如，貴州省“鳳岡富鋅硒茶”產(chǎn)區(qū)土壤中鋅含量在90.0～110.0 mg/kg，該區(qū)具有獨(dú)特的寒武系富Zn頁巖，茶葉中Zn含量達(dá)到55.4～103.2 mg/kg［9］。四川省萬源地區(qū)富鋅核桃、花生產(chǎn)地土壤中鋅含量為90.0～126.0 mg/kg，巖性為頁巖和泥巖，土壤呈微堿性［10］。劉元生等［11］對貴州省主要富鋅硒茶葉產(chǎn)地的土壤進(jìn)行調(diào)查及分析，富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)土壤中Mo、Cu、Mn、Zn、Fe、Ca含量均顯著大于非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)，土壤Zn含量與Al、Fe、Ca、Mg、Mn、Mo含量之間達(dá)到極顯著性的正相關(guān)?？梢姡瑓^(qū)域土壤鋅含量水平與成土母質(zhì)及土壤理化性質(zhì)有密切的關(guān)聯(lián)性。因而，本研究通過全面分析及總結(jié)西南地區(qū)土壤 Zn的含量水平及分布特征，探討巖石類型、土壤類型等因素對土壤 Zn空間分布的影響及其制約的主導(dǎo)因素，闡明不同類型巖石風(fēng)化成土過程中土壤Zn元素的地球化學(xué)特征及其空間分布的異質(zhì)性，為區(qū)域生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域土壤鋅的地球化學(xué)特征及空間分布的異質(zhì)性

天然土壤中鋅主要來源于母巖，巖石作為地殼的基本單元和形成土壤的重要物質(zhì)來源，盡管巖石風(fēng)化成土及人類活動對成土母巖化學(xué)組分具有一定的分異性，但土壤地球化學(xué)元素含量與區(qū)域地質(zhì)背景有緊密的關(guān)聯(lián)性，表現(xiàn)出明顯對成土母巖化學(xué)組分的繼承性［14-17］。土壤鋅主要以礦物態(tài)存在，鋅主要是以硫化物、氧化物及含氧鹽的礦物態(tài)形式存在，常見的鋅礦物除閃鋅礦（ZnS）外，還有纖鋅礦（ZnS）、菱鋅礦（ZnCO3）、水鋅礦（Zn［CO3］2［OH］6）、紅鋅礦（ZnO）、硅鋅礦（ZnSiO4）等，巖石中原來存在于硅酸鹽及氧化物中的鋅，當(dāng)?shù)V物受風(fēng)化時，可進(jìn)入溶液，當(dāng)溶液中的鋅在遷移途中遇到碳酸鹽巖時，形成溶解度很低的碳酸鋅，在碳酸鹽巖發(fā)育的地區(qū)鋅可以呈菱鋅礦的形式存在；沉積巖中鋅的含量與鐵的含量間有一定的依賴關(guān)系，沉積過程中鋅主要以硫化物-閃鋅礦形式存在，一般砂巖、礫巖中鋅的含量低，因粘土礦物對鋅元素有吸附性，頁巖中鋅的含量高。土壤中鋅的含量與母巖成分、有機(jī)物含量、土壤結(jié)構(gòu)及pH值有關(guān)，土壤中Zn的空間分布具有不均勻；碎屑巖發(fā)育的土壤多呈酸性至強(qiáng)酸性，土壤酸性條件下會加速Zn元素的淋溶遷移，基性及石灰?guī)r分布區(qū)域土壤中鋅的含量高于碎屑巖區(qū)域，碳酸鹽巖發(fā)育的土壤一般呈中性至微堿性，土壤中碳酸鹽態(tài)Zn含量受碳酸鹽含量制約，碳酸鹽通過吸附和共同沉淀使土壤中Zn不容易遷移，碳酸鹽巖成土過程中碳酸鹽含量的高低會對土壤中Zn含量造成明顯的影響，形成的石灰土偏中性到微堿性，土壤鋅存在明顯的累積［15-16］。因而，在我國土壤中鋅含量分布具有明顯的區(qū)域性變化，從全國范圍來看，不同類型土壤中鋅的含量出現(xiàn)較大的差異性，以石灰土最高，其次是磚紅壤、褐紅壤、紅壤和黃壤，最后是水稻土、黃棕壤［1，17-18］。黃奕倫等［19］對廣西省代表性的218個土壤樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，土壤鋅含量范圍在3.3～392.1 mg/kg，平均值為84.4 mg/kg；不同母質(zhì)發(fā)育的土壤全鋅含量差異顯著，其高低趨勢是石灰?guī)r＞沖積物＞紅土母質(zhì)＞花崗巖＞砂頁巖＞紫色巖＞洪積物。楊鑒等［20］采用地統(tǒng)計(jì)分析方法對貴州省境內(nèi)262個采樣點(diǎn)土壤Zn含量范圍進(jìn)行分析，結(jié)果表明：研究區(qū)內(nèi)主要土壤類型中Zn含量范圍在2.6～926.4 mg/kg，平均值為99.1 mg/kg；不同類型土壤Zn含量出現(xiàn)明顯的差異性，其平均含量的大小順序表現(xiàn)為石灰土＞黃壤＞紫色土＞紅壤。

根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）中土地質(zhì)量評價的鋅等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，土壤鋅含量低于50 mg/kg為缺鋅土壤，而高于84 mg/kg為豐鋅土壤，土壤鋅含量上限值是200 mg/kg；結(jié)合《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618—2018）中最低篩選值為200 mg/kg［21］；此外，參考我國富Zn茶、富Zn核桃等產(chǎn)地土壤Zn含量水平的要求一般土壤Zn含量大于80 mg/kg［10，22-26］ 以及可能出現(xiàn)土壤鋅污染風(fēng)險的含量水平［27］，本文將西南區(qū)域土壤鋅含量等級劃分為低鋅區(qū)（50 mg/kg以下）、中鋅區(qū)（50～80 mg/kg）、富鋅區(qū)（80～200 mg/kg）、高鋅區(qū)（＞200 mg/kg）。從土壤生態(tài)環(huán)境管理的角度，在高鋅土壤區(qū)應(yīng)加強(qiáng)土壤鋅污染的生態(tài)風(fēng)險評估，富鋅土壤區(qū)宜規(guī)劃及發(fā)展為富鋅農(nóng)產(chǎn)品的重要產(chǎn)區(qū)，而中低鋅土壤區(qū)則要強(qiáng)化土壤鋅元素的養(yǎng)分管理及優(yōu)化施肥技術(shù)。

2 地層及巖性組合變化對土壤鋅含量及空間分布異質(zhì)性的影響

區(qū)域土壤鋅含量空間異質(zhì)性主要是受到巖性制約，土壤礦質(zhì)元素直接來源于母巖，土壤礦物元素對成土巖石有繼承性，區(qū)域土壤Zn的空間分布異質(zhì)性與地層年代及巖性組合有明顯的關(guān)聯(lián)性。王敬時[10]對四川萬源地區(qū)土壤鋅地球化學(xué)特征的研究結(jié)果表明，該區(qū)5個片區(qū)土壤鋅的平均含量由高到低分別是：89.1 mg/kg、85.6 mg/kg、85.2 mg/kg、84.5 mg/kg和78.7 mg/kg；從地層年代來看，寒武系地層巖石風(fēng)化形成的土壤中鋅含量最高，其次是震旦系、侏羅系、志留系地層風(fēng)化形成的土壤，而二疊系、三疊系、白堊系地層巖石風(fēng)化形成的土壤中鋅含量相對較低；萬源地區(qū)富鋅帶區(qū)域的地層為寒武系、震旦系，巖石巖性為頁巖和泥巖，土壤呈微堿性。馬旭東等［28］對四川省鄰水縣土壤的Zn含量和空間分布特征進(jìn)行了調(diào)查研究，結(jié)果表明：鄰水縣表層土壤Zn含量范圍為25.00～142.00 mg/kg，平均值為81.93 mg/kg，土壤Zn高值區(qū)主要分布在鄰水縣華鎣山碳酸鹽巖和峨眉山玄武巖出露區(qū)。梁紅霞等［29］對安徽省池州市富鋅硒土壤資源地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果表明：池州地區(qū)表層土壤鋅含量平均值93.6 mg/kg，土壤鋅含量受土壤類型和土壤母質(zhì)共同影響，尤其紅壤、紫色土，碳酸鹽巖（128.8 mg/kg）與紅色碎屑巖（69.1 mg/kg）發(fā)育的紅壤中鋅含量相差近2倍。楊鑒等［20］采用地統(tǒng)計(jì)分析與GIS相結(jié)合的方法對貴州省境內(nèi)262個采樣點(diǎn)土壤Zn含量進(jìn)行空間插值，并與貴州省地質(zhì)圖、巖性組合類型分布矢量圖進(jìn)行空間疊加，結(jié)果表明：研究區(qū)域內(nèi)土壤Zn含量的空間異質(zhì)性與地層年代及巖性組合有明顯的關(guān)聯(lián)性，貴州省土壤Zn空間塊金系數(shù)達(dá)0.48，土壤Zn分布具有空間中等程度自相關(guān)性；貴州省區(qū)域土壤Zn含量水平可劃分為中低鋅區(qū)（80 mg/kg以下）、豐鋅區(qū)（80～200 mg/kg）、風(fēng)險預(yù)警區(qū)（200 mg/kg以上），土壤Zn污染風(fēng)險預(yù)警區(qū)主要分布在石炭系和二疊系地層，土壤豐Zn區(qū)主要分布在三疊系和寒武系地層，而土壤中低Zn區(qū)主要分布在震旦系、奧陶系地層；此外，同一地層上碳酸鹽巖對土壤Zn含量水平的影響程度大于碎屑巖，且碳酸鹽巖占比越高的區(qū)域，土壤Zn的富集現(xiàn)象越明顯，碳酸鹽巖比例是制約土壤Zn富集的主導(dǎo)因子，地層年代及巖性組合變化是導(dǎo)致貴州省區(qū)域土壤Zn含量出現(xiàn)空間異質(zhì)性的主要原因。湯明等［30］通過對安徽省石臺縣7 736份土壤樣品的采集及分析結(jié)果表明，石臺縣區(qū)域內(nèi)土壤鋅含量的變化范圍在21.3～2 443.5 mg/kg，平均含量為99.0 mg/kg，土壤鋅的含量主要集中在71～200 mg/kg，富鋅土壤鋅的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；在同一成土母質(zhì)中，土壤鋅分布較均勻，但不同類型的成土母質(zhì)中土壤鋅元素含量出現(xiàn)較大差異，碳酸鹽巖類風(fēng)化物、炭質(zhì)巖類風(fēng)化物、硅質(zhì)巖類風(fēng)化物、淺變質(zhì)巖類風(fēng)化物、鈣質(zhì)泥頁巖類風(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，而花崗巖類風(fēng)化物、砂質(zhì)巖類風(fēng)化物、中更新統(tǒng)紅土原積物中土壤鋅含量的平均值明顯較低。吳價［31］對江西瑞金土壤硒、鋅元素地球化學(xué)特征研究結(jié)果表明，土壤Zn和Cr、V、Ni、Cd、Pb、Mn、K、Co均呈良好的正向相關(guān)性，土壤Zn受pH影響，富鋅區(qū)域在空間上和弱堿性土壤區(qū)域有高度的重合性，富鋅區(qū)域都是集中在pH值6.5～7.8的中性及中等堿性區(qū)域，偏堿性土壤的Zn含量高于偏酸性土壤；通過隨機(jī)森林模型驗(yàn)證，土壤鋅含量受地層分布控制，瑞金市表層土壤中Zn 含量在二疊紀(jì)中含量最高；二疊紀(jì)早世馬平組、二疊紀(jì)中世小江邊組、石炭紀(jì)晚世黃龍組、白堊紀(jì)早世火把山群石溪組地層發(fā)育土壤中Zn含量背景值均高于84 mg/kg；除石炭紀(jì)晚世黃龍組外，石炭系、泥盆系對應(yīng)表層土壤普遍缺Zn?？梢姡瑓^(qū)域土壤Zn元素分布存在明顯的空間異質(zhì)性。

王春等［32］對重慶市城口縣黑色巖系地質(zhì)高背景區(qū)自然富Zn土壤的研究結(jié)果表明，研究區(qū)土壤Zn含量變化范圍為121～1 390 mg /kg，平均含量可達(dá)457 mg/kg，80%的土壤樣品超過我國農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值?？梢?，受區(qū)域地球化學(xué)背景及風(fēng)化等自然過程影響，部分區(qū)域土壤呈現(xiàn)明顯的Zn富集現(xiàn)象；例如，廣西典型喀斯特地質(zhì)高背景區(qū)土壤Zn平均含量為159 mg/kg［33］，重慶黑色巖系地區(qū)土壤Zn的平均含量可達(dá)609 mg/kg［34］。嚴(yán)明書等[35]研究結(jié)果表明，渝北地區(qū)土壤Mn、Cu、Zn元素含量整體處于適中與豐富水平，Zn元素含量顯著高于全國水平；受地質(zhì)背景影響，B、Cl、Cu、Mn元素呈現(xiàn)高度空間相關(guān)性，結(jié)構(gòu)性空間變異起主導(dǎo)作用；而Mo、Zn元素表現(xiàn)中等空間相關(guān)性，由結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)因素雙重控制；地層的組對元素含量分布起主控作用，土壤元素含量分布形狀在空間上與地層組相對應(yīng)；成土母巖決定土壤元素含量，是土壤元素含量水平的重要控制因素之一，其影響因素主要為巖石類型，其次為巖石形成的地質(zhì)時期；土壤類型顯著影響元素含量，總體上，Mn、Cu、Zn、Mo、B在石灰?guī)r土中含量最高，除B、Mo元素外，其他元素在黃壤中含量最低。西南地區(qū)是我國典型的重金屬元素地質(zhì)高背景區(qū)，區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖、黑色巖系分布廣泛，由自然過程引起的土壤 Zn 等重金屬富集而產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險值得關(guān)注。

3 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用對土壤鋅含量及空間分布異質(zhì)性的影響

土壤中鋅的來源除來自于成土母質(zhì)外，還來自大氣沉降、污泥、垃圾、肥料化學(xué)品、礦渣等［35-38］，特別是鉛鋅礦開采及冶煉過程對土壤鋅的空間分布產(chǎn)生顯著性影響，從而使土壤鋅含量達(dá)到污染的水平［39-49］。顧會等［40］對貴州省丹寨縣興仁鎮(zhèn)典型鉛鋅礦區(qū)土壤中Pb、Zn、Mn、Cu、Cd、Hg、As含量的空間分布特征的研究結(jié)果表明，研究區(qū)土壤中Zn、Hg平均含量均超過背景值，鉛鋅礦區(qū)土壤存在一定程度的Pb、Zn、Cd復(fù)合污染，特別是尾礦堆積區(qū)。馮乾偉等［41］對黔西北玉蘭、永昌和杉樹林鉛鋅礦周邊農(nóng)田土壤中的Pb、Zn、Ni、Cd、Cr、As、Hg和Cu含量水平的調(diào)查結(jié)果表明，鉛鋅礦區(qū)土壤Pb、Zn、Cd為重度污染。何緒文等［42］對湖南省某鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬的污染特征進(jìn)行了調(diào)查研究，結(jié)果表明：礦區(qū)土壤重金屬污染水平為Zn＞Pb＞Ni＞Cd＞Cu＞Cr＞As。金修齊等［39］對云南省蘭坪縣金頂鉛鋅礦區(qū)內(nèi)沘江沿岸農(nóng)田土壤進(jìn)行調(diào)查，采集了144 個表層土壤樣本，分析結(jié)果表明：調(diào)查區(qū)Pb、Zn和Cd含量均超過當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?，Zn超標(biāo)率為98.6%，Cd超標(biāo)率為100%。張之才等［47］采集了廣西某鉛鋅礦區(qū)污染農(nóng)田土壤樣品35個，測定其鉛、鋅、鎘等重金屬含量，開展污染評價和生態(tài)風(fēng)險評估的結(jié)果顯示，研究區(qū)土壤受到Cd、Zn重度污染，污染深度0～30 cm；土壤Pb、Zn、Cd含量之間呈極顯著正相關(guān)，具有明顯的同源性。趙霏等［48］以18類典型涉污企業(yè)周邊土壤為研究對象，對475家企業(yè)周邊的2 017個監(jiān)測樣點(diǎn)進(jìn)行土壤重金屬Cd、As、Pb、Hg、Cr、Cu、Zn和Ni元素含量測定，結(jié)果表明：典型涉污企業(yè)周邊土壤重金屬污染以Cd、Pb和As元素為主，其次是Zn、Cu、Hg和Ni，主要污染元素Cd、Pb、As、Zn和Cu來自相同污染源且主要分布在有色金屬礦采選業(yè)、黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)、有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)等行業(yè)企業(yè)周邊?？梢?，礦產(chǎn)資源開發(fā)及加工利用是制約區(qū)域土壤Zn含量水平及空間異質(zhì)性的人為因素，特別是鉛鋅礦區(qū)及冶煉區(qū)土壤Zn存在明顯的污染風(fēng)險。此外，農(nóng)田污灌、污泥農(nóng)用以及肥料的施用，也會使鋅元素進(jìn)入土壤系統(tǒng)，從而影響土壤環(huán)境質(zhì)量［50］。何騰兵等［51］研究了施用10年豬糞肥后土壤剖面重金屬分布情況及生態(tài)風(fēng)險，結(jié)果表明：施用10年豬糞肥的耕地和茶園表層土壤中Cd、Cr、Pb、As、Cu和Zn質(zhì)量比均高于未施用豬糞肥的表層土壤，Cd、Cu、Zn表層聚集現(xiàn)象明顯，質(zhì)量比隨剖面深度增加而降低；施用10年豬糞肥的土壤表層（0～20 cm）出現(xiàn)重金屬Cd、Cu、Zn的聚集，重金屬污染等級達(dá)到警戒線，土壤存在安全隱患。 然而，相對金屬礦產(chǎn)資源開采及冶煉加工來說，農(nóng)田污灌、污泥農(nóng)用以及肥料的施用對土壤鋅空間分布的影響表現(xiàn)為局部性及累積性，需要對土壤進(jìn)行長期性調(diào)查研究，才能全面評價土壤鋅污染的生態(tài)風(fēng)險，這方面還值得深入的分析與討論。

4 結(jié)語

地層年代及巖性組合變化是制約區(qū)域土壤Zn分布出現(xiàn)空間異質(zhì)性的主導(dǎo)原因，土壤Zn空間分布與地層年代及巖性組合有密切的關(guān)聯(lián)性，地層年代變化對土壤Zn含量水平產(chǎn)生明顯的影響，同一地層年代巖性組合差異性對土壤Zn含量也有較大的影響，不同地質(zhì)年代的地層及巖性組合變化是制約區(qū)域土壤Zn含量水平及空間異質(zhì)性的自然因素，碳酸鹽巖發(fā)育的微堿性土壤中Zn含量明顯高于碎屑巖發(fā)育的酸性土壤，不同地層中碳酸鹽巖與碎屑巖分布的占比大小是導(dǎo)致區(qū)域土壤鋅空間分布異質(zhì)性的主要原因。此外，礦產(chǎn)資源開發(fā)及加工利用是制約區(qū)域土壤Zn含量水平及空間分布異質(zhì)性的人為因素。

區(qū)域土壤Zn元素分布存在明顯的空間異質(zhì)性，區(qū)域土壤鋅含量水平可劃分為低鋅區(qū)（50 mg/kg以下）、中鋅區(qū)（50～80 mg/kg）、富鋅區(qū)（80～200 mg/kg）、高鋅區(qū)（＞200 mg/kg）。在高鋅土壤區(qū)應(yīng)加強(qiáng)土壤鋅污染的生態(tài)風(fēng)險評估，特別是鉛鋅礦區(qū)及冶煉區(qū)土壤Zn存在明顯的污染風(fēng)險。富鋅土壤區(qū)宜規(guī)劃及發(fā)展成為富鋅農(nóng)產(chǎn)品的主要產(chǎn)區(qū)，通過合理布局富鋅農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)，結(jié)合有機(jī)肥的施用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)綠色有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。而中低鋅土壤區(qū)則要強(qiáng)化土壤鋅元素的養(yǎng)分管理及優(yōu)化施肥技術(shù)，通過平衡施肥來補(bǔ)充土壤Zn元素，才能滿足作物的良好生長，同時避免大量使用化肥造成土壤酸化，減少土壤Zn元素的淋溶遷移。因而，了解區(qū)域土壤鋅（Zn）元素的地球化學(xué)特征及其空間分布的區(qū)域性特點(diǎn)，對土壤生態(tài)環(huán)境管理具有重要的指導(dǎo)意義。

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（責(zé)任編輯：曾 晶）

Spatial Heterogeneity of Zinc Distribution in Regional

Soils and Its Limiting Factors

LIU Fang*， ZHU Jian， YANG Jian， CHEN Zuyong， LIU Yuangsheng

（Environment and Resource Institute of Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract：

Understanding the geochemistry characteristics and spatial distribution of zinc （Zn） in regional soils is of great significance for soil eco-environmental management. The content level， spatial distribution heterogeneity and restricted factors of soil zinc in the southwest of our country were analyzed and summarized by consulting the related literatures in this paper. The results showed that the change of stratigraphic and lithologic assemblage in different geological ages was a natural factor that restricted the Zn content and spatial heterogeneity of the regional soil. The content of Zn in alkaline soils developed in carbonate rocks was obviously higher than that in acidic soils developed in clastic rocks， and the proportion of carbonate rocks and clastic rocks in different strata was the main reason for the heterogeneity of zinc distribution in the regional soils. In addition， the exploitation and utilization of mineral resources were the factitious factors that restrict the content level of Zn in the soils and spatial heterogeneity ， which there was an obvious risk of Zn pollution in lead-zinc mining area or smelting area. With the result that there was obvious spatial heterogeneity in the distribution of Zn elements for the regional soils; according to the level of Zn content in soil， Zn element distribution in different regions can be divided into low Zn region （1～50 mg/kg）， middle Zn region （50～80 mg/kg）， rich Zn region （80～200 mg/kg） and high Zn region （>200 mg/kg）. The ecological risk assessment of soil zinc pollution should be strengthened in the high zinc soil area. The zinc-rich soil area should be planned and developed into an important area of zinc-rich agricultural products， while it is necessary to strengthen the soil zinc nutrient management and optimize fertilization techniques for the middle or low zinc soil area.

Key words：

regional soil; zinc content grade of soil; spatial heterogeneity; lithology; restricted factors

劉方，男，1964年3月生，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事土壤地球化學(xué)及生態(tài)修復(fù)方面的研究。主持國家自然科學(xué)基金3項(xiàng)、科技部重大科研項(xiàng)目子課題4項(xiàng)、省級重大科研項(xiàng)目課題1項(xiàng)及科技支撐項(xiàng)目4項(xiàng)。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表SCI論文12篇、中文核心期刊論文80余篇，出版專著3本，獲貴州省科技進(jìn)步三獎1項(xiàng)。

收稿日期：2022-10-05

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金委員會-貴州省人民政府喀斯特科學(xué)研究中心項(xiàng)目（U1612442）；貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合平臺人才[2017]5788號）

作者簡介：劉 方（1964—），男，教授， 博士，研究方向：土壤資源利用與改良，E-mail：lfang6435@163.com.

通訊作者：劉 方，E-mail：lfang6435@163.com.