納雍縣耕地土壤銅分布特征及對(duì)農(nóng)作物的影響

[摘要]以納雍縣耕地土壤為對(duì)象，系統(tǒng)采集了表層土壤樣品9498件，并進(jìn)行了測(cè)試分析。統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)表明，納雍縣耕地土壤銅元素含量較高，在二疊系峨眉山玄武巖地區(qū)明顯富集。在二疊系峨眉山玄武巖地區(qū)采集30件玉米及根系土樣品，研究發(fā)現(xiàn)玉米樣品銅含量均不超標(biāo)，玉米產(chǎn)量會(huì)因土壤銅含量受到影響，在銅含量小于200mg/kg土壤中，玉米可以作為優(yōu)選作物進(jìn)行種植。

[關(guān)鍵詞]納雍；耕地；土壤銅；分布特征；農(nóng)作物

[基金項(xiàng)目]黔地礦科合[2014]07號(hào)。

耕地土壤質(zhì)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和提高人民生活水平的重要保障。作為耕地土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤元素的構(gòu)成及含量決定了土壤肥力質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量，對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)有顯著影響。圍繞黨中央提出的堅(jiān)決守住“耕地?cái)?shù)量和耕地質(zhì)量”兩條紅線。2017年，貴州省開(kāi)展全省耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作。貴州省地質(zhì)調(diào)查院承擔(dān)了納雍縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查任務(wù)，并取得了豐富的耕地土壤數(shù)據(jù)。本文主要對(duì)納雍縣耕地表層土壤樣品、農(nóng)作物樣品及根系土樣品的元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)整理，探討了納雍縣耕地土壤銅的分布特征及對(duì)農(nóng)作物的影響。

1.材料與方法

1.1研究區(qū)概況

納雍縣位于貴州省西北、畢節(jié)市東南，位于古黔中隆起西端，是貴州高原第二階梯黔西山原的一部分，地勢(shì)西北東南高、東北西南低，境內(nèi)山脈呈“L”形由西北向東南延伸。納雍縣大地構(gòu)造位置位于特提斯-喜馬拉雅與濱太平洋這兩個(gè)大巨型構(gòu)造域結(jié)合部位，地層發(fā)育不全，早古生代地層大部缺失，僅見(jiàn)上震旦統(tǒng)地層出露，分布最廣發(fā)育最全的為中生代二疊系和三疊系，侏羅系僅于西部零星發(fā)育。

1.2樣品采集和處理

全縣一共采集耕地表層土壤樣品9498件，農(nóng)作物樣品90件，根系土樣品90件。表層耕地土壤主要采集耕地樣品，采樣深度0～20cm，各采樣點(diǎn)按照代表性、均勻性、控制性原則，根據(jù)室內(nèi)網(wǎng)格化布點(diǎn)與實(shí)地調(diào)查相結(jié)合，采集333m×333m單位格子最具代表性的農(nóng)用耕地內(nèi)土壤樣品。在納雍縣峨眉山玄武巖區(qū)選取主要大宗農(nóng)作物玉米進(jìn)行了樣品采集，主要采集的部位為果實(shí)，并且配套采集了相應(yīng)的根系土樣品。

1.3分析測(cè)試

表層土壤樣品及根系土樣品采用以等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）、等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）和X射線熒光光譜法（XRF）為主，原子熒光光譜法（AFS）、離子選擇性電極法（ISE）和滴定法（VOL）等為輔的樣品元素全量分析配套方法。農(nóng)作物樣品分析的消解方法等效采用GB/T5009系列《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》，測(cè)定方法采用以等離子體質(zhì)譜法（ICPMS）和原子熒光光譜法（AFS）為主，石墨爐原子吸收光譜（GF-AAS）等為輔的樣品元素全量分析配套方法。

2.結(jié)果與討論

2.1納雍縣耕地表層土壤銅含量分布特征

2.1.1納雍縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地表層土壤中土壤銅含量的分布特征

納雍縣一共采集耕地表層土壤品樣品9498件，剔除重復(fù)樣，通過(guò)分析全縣土壤銅分布情況，了解納雍縣不同區(qū)塊的耕地土壤銅含量狀況。統(tǒng)計(jì)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)銅元素含量（表2-1），結(jié)果表明：納雍縣耕地銅含量偏高，雍熙、張家灣、王家寨等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為耕地土壤銅含量較高的區(qū)域，鍋圈巖、左鳩戛、昆寨及沙包鄉(xiāng)地區(qū)為耕地土壤銅含量較低的區(qū)域。全縣耕地土壤銅平均含量最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為雍熙，其值為138mg/kg，耕地土壤銅平均含量最低的為鍋圈巖，其值為48.3mg/kg。個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)（水東、王家寨）的標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)較大，表明同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤銅含量差異較明顯。變異系數(shù)則是表明了銅元素的富集與離散程度，水東、沙包等鄉(xiāng)鎮(zhèn)變異系數(shù)較大，因此這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)銅元素分布相對(duì)較為分散。百興、勺窩等鄉(xiāng)鎮(zhèn)變異系數(shù)較小，因此這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)銅元素分布相對(duì)較為集中。

2.1.2納雍縣耕地表層土壤中土壤銅含量的等級(jí)劃分

銅元素作為土壤養(yǎng)分元素大面積存在于納雍縣的耕地土壤中，根據(jù)土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（表2-2），繪制納雍縣土壤銅養(yǎng)分等級(jí)圖，以此來(lái)分析納雍縣耕地土壤銅元素分布情況。

納雍縣耕地土壤銅養(yǎng)分含量總體以過(guò)剩為主：土壤銅養(yǎng)分含量豐富、較豐富土壤面積占耕地土壤總面積的18.44%，其中土壤銅養(yǎng)分豐富面積181.64km2，較豐富面積23.11km2；土壤銅養(yǎng)分中等的耕地面積占土壤總面積的1.23%，面積為13.63km2；土壤銅養(yǎng)分較缺乏、缺乏面積占總面積的1.15%，其中土壤銅養(yǎng)分較缺乏面積7.75km2，缺乏面積4.98km2；土壤銅養(yǎng)分過(guò)剩的耕地面積占土壤總面積的79.19%，面積為879.39km2。

2.1.3納雍縣耕地表層土壤中不同成土母質(zhì)土壤銅含量的分布特征

成土母質(zhì)是耕地土壤中銅元素的主要來(lái)源，統(tǒng)計(jì)了不同成土母質(zhì)土壤銅的含量（表2-3），可以看出，不同成土母質(zhì)銅含量從高到低排序依次為：二疊系峨眉山玄武巖>二疊系上統(tǒng)碎屑巖>震旦系碳酸鹽巖>三疊系夜郎組碎屑巖>三疊系飛仙關(guān)組碎屑巖>二疊系中統(tǒng)碳酸鹽巖>三疊系嘉陵江組碳酸鹽巖>寒武系碎屑巖>三疊系中統(tǒng)碳酸鹽巖>石炭系碎屑巖>三疊系二橋組碎屑巖>侏羅系自流井組碎屑巖。納雍縣耕地土壤中銅含量在二疊系峨眉山玄武巖中明顯富集。對(duì)比某銅礦區(qū)土壤銅含量（含量范圍21～1497mg/kg，平均值52.79mg/kg），納雍縣范圍內(nèi)共661個(gè)樣本分布在二疊系峨眉山玄武巖中，其銅含量平均值達(dá)到了176.47mg/kg。

2.2農(nóng)作物樣品銅含量分析

峨眉山玄武巖是貴州銅元素最大的異常源，納雍縣區(qū)域內(nèi)峨眉山玄武巖分布廣泛。納雍縣主要種植的大宗農(nóng)產(chǎn)品為玉米，玉米各器官含銅量隨土壤銅量的增加而增加，從作物各器官的吸收系數(shù)來(lái)看，玉米根大于莖葉大于籽粒，玉米主要食用部分為籽粒，在納雍縣二疊系峨眉山玄武巖分布地區(qū)采集了30件玉米樣品（籽粒），分析了根系土與玉米籽粒的銅含量。銅對(duì)農(nóng)作物的影響主要有兩個(gè)方面，一是農(nóng)作物通過(guò)土壤吸收重金屬，從而進(jìn)入食物鏈，最終被人體吸收，二是銅對(duì)農(nóng)作物污染主要集中在農(nóng)作物的根部，其直接導(dǎo)致植物根系生理作用紊亂，進(jìn)而對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用。銅還會(huì)對(duì)農(nóng)作物體內(nèi)正常的物質(zhì)代謝的干擾，以及對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的干擾和破壞，從而造成減產(chǎn)。

依據(jù)分析數(shù)據(jù)可以看到，納雍縣峨眉山玄武巖分布區(qū)種植玉米銅含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的20mg/kg，所以納雍縣峨眉山玄武巖分布區(qū)種植的玉米安全性不受土壤中銅含量影響。而根系土中銅含量范圍在92.1～287mg/kg之間，均值為195.17mg/kg，富集系數(shù)反映了植物對(duì)重金屬元素的吸附能力，富集系數(shù)為土壤中重金屬含量與植物中重金屬含量之比（圖2-2）。

納雍縣峨眉山玄武巖區(qū)玉米富集系數(shù)隨著土壤中銅含量升高而降低。有研究表明，銅使玉米減產(chǎn)的土壤銅含量為200mg/kg，銅毒害作用除使玉米產(chǎn)量下降外，還使玉米穗重量降低。在采集的30件樣品中，有15件樣品土壤銅含量達(dá)到200mg/kg，其富集系數(shù)平均值為0.77%，另外15件樣品土壤銅含量均小于200mg/kg，其富集系數(shù)平均值為1.16%。表明在土壤銅含量小于200mg/kg的水平下，玉米對(duì)銅吸附能力較強(qiáng)。

3.結(jié)論

（1）通過(guò)實(shí)地調(diào)查采樣及數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)納雍縣耕地土壤銅含量較高，尤其是雍熙、張家灣、王家寨等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中雍熙鎮(zhèn)土壤銅平均含量達(dá)到138mg/kg，按照土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，納雍縣近八成耕地土壤養(yǎng)分銅元素屬于過(guò)剩等級(jí)。

（2）統(tǒng)計(jì)納雍縣表層土壤不同成土母質(zhì)銅含量，在二疊系峨眉山玄武巖地層土壤中銅含量最高，達(dá)到了176mg/kg，納雍縣耕地土壤銅含量較高是因?yàn)榧{雍縣廣泛分布的峨眉山玄武巖地層。

（3）在納雍縣峨眉山玄武巖地區(qū)種植的玉米銅含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的20mg/kg，而玉米產(chǎn)量主要與土壤銅含量有關(guān)，在納雍縣玄武巖地區(qū)銅含量小于200mg/kg土壤下種植，其安全性達(dá)標(biāo)，產(chǎn)量不會(huì)受到影響，對(duì)土壤銅又具有富集作用，可以作為優(yōu)選作物進(jìn)行種植。

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