新疆36團(tuán)土壤中五種稀土元素含量特征值研究

王丹，周金龍，曾妍妍

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830052；2.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊830052）

土壤是反映環(huán)境的信息系統(tǒng)和載體，影響和控制土壤形成的因素主要有2方面，一方面是自然因素，包括氣候、生物、土壤母質(zhì)等；另一方面是人類活動(dòng)因素，包括耕墾、施肥及灌溉等。而土壤的地球化學(xué)特征是綜合自然和人為因素的綜合效應(yīng)[1]。土壤中的元素不僅可為植物提供必須的微量元素并對(duì)促進(jìn)植物的生長起著重要的作用。通過對(duì)Y元素在土壤中的含量對(duì)植物生長及坐果的影響研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的Y元素有促進(jìn)植物生長的作用，超過一定含量范圍會(huì)導(dǎo)致植物瘋狂生長但不結(jié)果的現(xiàn)象[2]；對(duì)Th元素含量在植物中富集及遷移規(guī)律的研究表明，Th元素在植物根部富集能力較低，自然本身的低劑量的Th元素不會(huì)對(duì)環(huán)境及人體造成危害，但如果土壤中Th元素過多，植物根系中的Th元素也會(huì)相應(yīng)地增加，會(huì)導(dǎo)致土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增加[3]。稀土元素對(duì)增強(qiáng)紅棗樹的抗病、抗逆能力、提高紅棗產(chǎn)量、明顯減少落果及裂果的性能有著明顯的作用[4]，適量的稀土元素能夠促進(jìn)紅棗等植物對(duì)營養(yǎng)元素的吸收、轉(zhuǎn)化和利用[5]。通過研究土壤中的特殊稀土元素Y、Sc的含量，可了解土壤中可溶態(tài)稀土元素的含量，對(duì)合理施稀土肥料有著重要的指導(dǎo)意義。對(duì)Rb元素在土壤中的含量研究可用作地球化學(xué)指示劑以及利用顆粒組成預(yù)測土壤中元素含量。Zr元素在土壤中是十分難溶的，極少因淋溶等作用向深層土壤中遷移[6]。土壤中的元素是植物中元素的重要來源，為食物鏈的良性循環(huán)提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)[7]。

36團(tuán)是新疆維吾爾自治區(qū)（以下簡稱“新疆”）米蘭墾區(qū)重要的紅棗基地，是南疆特色灰棗、駿棗的種植基地。隨著紅棗產(chǎn)業(yè)的壯大，紅棗種植基地逐步擴(kuò)大，為保證若羌特色紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與穩(wěn)定、特色農(nóng)產(chǎn)品的可持續(xù)種植以及種植基地的可持續(xù)發(fā)展和土壤環(huán)境的保護(hù)，研究36團(tuán)土壤中稀土元素的含量有著戰(zhàn)略性的意義。對(duì)36團(tuán)場土壤稀土元素含量進(jìn)行詳細(xì)的研究不僅可以保證南疆特色高品質(zhì)紅棗可持續(xù)種植，還可為南疆特色農(nóng)業(yè)的可續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。準(zhǔn)確掌握36團(tuán)土壤中幾種稀土元素的含量特征，使之準(zhǔn)確反映該區(qū)域土壤地球化學(xué)環(huán)境的真實(shí)情況，為當(dāng)?shù)赝寥蕾|(zhì)量評(píng)價(jià)提供可靠資料，為36團(tuán)土壤地球化學(xué)的研究奠定良好的基礎(chǔ)。對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，預(yù)防其對(duì)人類健康的危害及地方性疾病的防治方面，更具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

米蘭墾區(qū)特色紅棗的品質(zhì)不僅與該地區(qū)的地形、地貌條件、氣候以及人工管理有密切的相關(guān)性，而且與土壤中元素的種類、含量以及土壤的理化性質(zhì)有著密切的關(guān)系。36團(tuán)位于新疆塔里木盆地的東南緣，巴音郭楞蒙古自治州的東南部，阿爾金山北麓，羅布泊南岸，塔克拉瑪干沙漠的東邊緣，若羌縣城以東68km，距米蘭遺址西面45km，是新疆的“南大門”，是絲綢之路的必經(jīng)之路。總面積約5.65×104hm2，可耕地1.541×104hm2，耕地園地面積為0.73×104hm2。該地區(qū)氣候干旱，氣溫高，年平均氣溫11.3℃，年均降水量不足17.4mm，年均蒸發(fā)量為1400mm，冬季溫暖無積雪，無霜期為189～209d。該團(tuán)擁有種植紅棗等農(nóng)作物得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，定植紅棗0.33×104hm2。研究區(qū)地貌以山前沖洪積礫質(zhì)平原為主，地形相對(duì)平坦。土壤類型均為棕漠土，分布有米蘭河水系。研究區(qū)內(nèi)土壤的沉積類型有3種，西部地區(qū)為沖積洪積物，東北部地區(qū)為風(fēng)積物，中南部地區(qū)為沖積物，巖性主要為粗砂、細(xì)砂、粉細(xì)砂等。研究區(qū)土地主要有3種利用類型——果園林地、灌林地、旱田，還有一部分土地未利用以及一些閑散土地。土壤采樣點(diǎn)及沉積類型、土地利用類型方式見圖1。

2 材料與方法

取樣點(diǎn)主要布設(shè)在耕地、果園林地和灌林地，控制面積約119.82km2。表層土壤樣品的采樣深度為0～20cm，按照取樣密度1點(diǎn)/km2布設(shè)，取樣共計(jì)89件；深層土壤樣品的采樣深度為100～200cm，按照1點(diǎn)/4km2布設(shè)采樣點(diǎn)，樣品數(shù)共計(jì)21件，用于確定不同深度下土壤中的元素含量。單點(diǎn)原始樣品重量大于1kg，采樣后，將裝樣布袋口系緊，外面套一層聚乙烯塑料袋，現(xiàn)場填寫采樣記錄卡并做采樣標(biāo)記。

土壤測試元素共5種，分別為釔（Y）、釷（Th）、鈧（Sc）、銣（Rb）、鋯（Zr）。樣品由國土資源部烏魯木齊礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心（新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所）進(jìn)行測試。釔（Y）、銣（Rb）、鋯（Zr）元素采用XRF技術(shù)，檢出限分別為0.165μg/g、1.564μg/g、1.394μg/g；釷（Th）、鈧（Sc）元素采用ICP-MS技術(shù)進(jìn)行檢測，檢出限分別為0.052μg/g、0.196μg/g。檢測所獲取的原始數(shù)據(jù)首先利用SPSS軟件進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，結(jié)果表明36團(tuán)淺層土壤與深層土壤中這五種稀土元素含量指標(biāo)測定值均為正態(tài)分布。

3 5種稀土元素平均含量特征值對(duì)比分析

3.1 淺層土壤與深層土壤元素含量特征值對(duì)比分析

由表1可以看出，研究區(qū)內(nèi)淺層土壤與深層土壤中這五種稀土元素在剔除異常值前后的平均含量與中國土壤背景值有較大差異，研究區(qū)內(nèi)淺層與深層土壤中五種稀土元素含量存在以下特征：

研究區(qū)內(nèi)淺層土壤與深層土壤中的5種稀土元素的平均含量均低于中國土壤背景值，其中Zr元素的平均含量與中國土壤中Zr元素的背景值差異最為顯著。Y、Th、Sc、Rb、Zr五種稀土元素在剔除異常后，淺層土壤中的平均含量均大于深層土壤中的平均含量。Y、Zr元素的變異系數(shù)在不同深度下土壤中的大小關(guān)系為深層土壤＞淺層土壤；Th、Sc、Rb三種元素的變異系數(shù)大小關(guān)系為淺層土壤＞深層土壤，但淺層土壤與深層土壤這5種稀土元素平均含量在剔除異常值后的變異系數(shù)均小于20%，在正常變異范圍內(nèi)。

以上不同深度下的5種稀土元素元素平均含量特征表明：淺層土壤受人類活動(dòng)影響，5種稀土元素平均含量均高于深層土壤中的平均含量。研究區(qū)內(nèi)深層土壤5種稀土元素含量受該地區(qū)第四系土壤母質(zhì)中的元素含量的影響，原始賦存量較低，土壤中的Zr元素含量在安全范圍內(nèi)，5種稀土元素含量的變異性較低，土壤環(huán)境較為安全。

表1 淺層土壤與深層土壤中五種稀土元素含量特征值對(duì)比

3.2 不同沉積類型下5種稀土元素含量特征值對(duì)比分析

對(duì)比淺層土壤中3種不同沉積類型下的土壤中5種稀土元素的平均含量可以發(fā)現(xiàn)（見表2）：Y元素含量在3種不同沉積類型下的土壤中的含量差別較小，平均含量的大小關(guān)系為沖積洪積物＞風(fēng)積物＞沖積物，Y元素在3種沉積物中的變異系數(shù)關(guān)系大小為沖積物＞沖積洪積物＞風(fēng)積物，3種沉積物種的變異系數(shù)均小于10%，變異性較低。Th元素的平均含量在3種沉積類型下的土壤中差異較大，元素平均含量的大小關(guān)系為沖積洪積物＞沖積物＞風(fēng)積物，變異系數(shù)的大小關(guān)系為沖積物＞風(fēng)積物=沖積洪積物，變異系數(shù)均小于20%。Sc元素在3種沉積物中的平均含量的大小關(guān)系為沖積洪積物＞風(fēng)積物＞沖積物，變異系數(shù)的大小關(guān)系為沖積物＞沖積洪積物＞風(fēng)積物，變異系數(shù)均小于20%。Rb元素在3種不同沉積物中的平均含量大小關(guān)系為沖積物＞沖積洪積物＞風(fēng)積物，變異系數(shù)均小于20%。Zr元素在3種不同沉積類型下土壤中的平均含量大小關(guān)系為沖積物＞風(fēng)積物＞沖積洪積物，變異系數(shù)大小關(guān)系為沖積物＞風(fēng)積物＞沖積洪積物，變異系數(shù)也均小于20%。在沖積洪積物中Y、Th、Sc三種元素平均含量較高，沖積物中Rb、Zr元素的平均含量較高。在3種不同沉積類型下的土壤中，5種稀土元素的變異系數(shù)均小于20%，土壤的變異性較低，5種稀土元素平均含量在安全范圍內(nèi)，土壤環(huán)境較為安全。

3.3 淺層土壤中不同土地利用方式下5種稀土元素含量特征值對(duì)比分析

淺層土壤中4種不同土地利用類型下，5種稀土元素的平均含量差異較顯著（見表3）。Y元素的平均含量在4種土地利用類型中的大小關(guān)系為灌林地＞果園林地＞旱田＞未利用地；Th元素的平均含量情況為果園林地＞旱田＞灌林地＞未利用地；Sc元素的平均含量情況為果園林地＞旱田＞灌林地＞未利用地；Rb元素平均含量情況為果園林地＞未利用地＞旱田＞灌林地；Zr元素的平均含量大小關(guān)系為果園林地＞旱田＞未利用地＞灌林地。5種稀土元素在不同土地利用方式下的元素含量的變異系數(shù)均小于20%，元素含量變異性較低，在人為因素?cái)_動(dòng)下土壤環(huán)境仍然較為安全。

表2 不同沉積類型下淺層土壤中的五種稀土元素含量特征值對(duì)比

表3 淺層土壤中不同土地利用類型下5種稀土元素含量特征值對(duì)比

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)淺層土壤與深層土壤中的5種稀土元素的平均含量均低于中國土壤的平均含量，Y、Th、Sc、Rb四種元素在淺層土壤中的平均含量高于深層土壤的平均含量，Zr元素在深層土壤中的含量高于淺層土壤中的含量，表明Zr元素在研究區(qū)內(nèi)原始賦存量較低，不會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生毒性。5種稀土元素在剔除異常值后的變異系數(shù)均小于20%，表明研究區(qū)土壤的變異性較低，人類活動(dòng)對(duì)其產(chǎn)生的影響不大，研究區(qū)土壤環(huán)境較為安全。

（2）Y、Th、Sc三種元素在沖積洪積物中含量最高，Rb、Zr兩種元素在沖積物中的含量高于其他2種沉積類型中的含量。5種稀土元素平均含量在3種不同沉積類型下土壤中的變異系數(shù)均小于20%，進(jìn)一步說明了研究區(qū)內(nèi)的土壤環(huán)境較為安全。

（3）在研究區(qū)內(nèi)的4種不同土地利用類型下，Y元素在灌林地中的含量最高，未利用地中含量最低。Th、Sc元素在4種土壤中含量大小規(guī)律一致，即果園林地＞旱田＞灌林地＞未利用地。Rb、Zr元素在果園林地中平均含量最高，在灌林地中含量最低。4種土地利用類型下的5種稀土元素的變異系數(shù)均小于20%，人類活動(dòng)以及農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)研究區(qū)內(nèi)的土壤中這5種稀土元素含量變化產(chǎn)生的影響不大，5種稀土元素含量在安全范圍內(nèi)，土壤環(huán)境較為安全。

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