石臺縣富鋅土壤分布特征及成因分析

湯明 董旭 姜明亮

摘 要：為了查明石臺縣富鋅土壤分布特征，采集并分析7736份土壤樣品，結果表明，石臺土壤鋅元素的平均含量為99.0mg/kg，變化范圍在21.3～2443.5mg/kg，其中>84mg/kg富鋅土壤面積達到983.30km2，占整個評價區的80.15%。除磯灘鄉和小河鎮部分地區以外，其他鄉鎮都分布有大面積的富鋅土壤，其空間分布特征主要受區內地質背景、土壤母質以及土地利用方式的影響明顯。通過研究富鋅土壤的空間分布特征，討論其成因，為區內農業經濟區劃、產業發展提供基礎資料。

關鍵詞：富鋅土壤;分布特征;成因分析;石臺縣

1 引言

鋅是人體必需的微量元素之一，在人體的生長發育、內分泌、免疫等重要生理過程中都發揮著十分重要的作用[1]。鋅能在一定程度上增強植物的光合作用，它是作物體內碳酸酐酶等一些酶的重要組成成分。含鋅的碳酸酐酶大部分賦存于葉綠體中，其催化二氧化碳的水合作用，有效地促進了碳水化合物的轉化，從而提高了作物光合作用效率。另外，鋅還能促進碳水化合物，特別是蔗糖類物質向繁殖器官運輸，從而有效地促進繁殖器官的發育，有利于提高作物產量[2]。

近年來，隨著國家對土地質量狀況的重視，全國各地都大面積開展了土地質量地球化學調查，通過調查，相繼在貴州省、福建省、江西省等地[3-4]發現了不同規模的富鋅土壤，為當地農民增收致富起到了積極作用。開展富鋅土壤調查評價，研究土壤中的鋅元素含量以及空間分布特征具有重要的現實意義。

植物對鋅的吸收主要來源于其生長的土壤，而富鋅土壤的分布受到地質背景、土壤母質及土地利用方式等因素的影響。本研究分析了石臺縣富鋅土壤的空間分布特征，討論其成因，為區內農業經濟區劃、產業發展研究提供基礎資料。

2 研究區概況

石臺縣位于安徽省南部、長江中下游南岸，屬池州市管轄。地跨北緯29°59′～30°24′，東經117°12′～117°59′之間，東與黃山區交界，南部與黟縣、祁門縣相連，西部與東至縣接壤，北部與貴池區、青陽縣為鄰。區內地形復雜，地勢南、北高，東、西低，山脈逶迤，溝壑縱橫，海拔高度在50～1000m，地貌以低山、高丘分布最廣。屬中亞熱帶濕潤氣候區，春季溫涼雨水多，夏季炎熱濕度大，秋季空氣先干后濕，冬季寒冷雨水少。

2.1 區域地質背景 研究區內以七都斷裂為界，東南是江南地層分區，西北是下揚子地層分區。地層發育較齊全，除侏羅系、第三系缺失外，元古界-古生界-新生界都有出露。區內主要地層有沿河谷地帶分布的第四系、三疊系、石炭系、二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系、震旦系、南華系、青白口系及薊縣-長城系等，巖性復雜，以沉積巖為主，局部出露侵入巖。前第四紀地層分布區的土地利用類型以林地和園地為主。區內第四紀地層主要分布在小河鎮、丁香鎮等地。出露中，晚更新世和全新世地層，缺失早更新世地層，成因類型以沖洪積為主。沿河谷分布的第四紀蕪湖組為石臺縣主要的糧食種植區。

2.2 土壤母質與土壤類型 區內土壤母質類型主要有碳酸鹽巖類風化物母質、泥質巖類風化物母質、炭質巖類風化物母質、花崗巖類風化物母質、石灰巖風化再積物母質、砂質巖類風化物母質、硅質巖類風化物母質、淺變質巖類風化物母質、鈣質泥頁巖類風化物母質、晚更新統紅土殘積物母質、中更新統紅土殘積物母質、火山巖類風化物母質等12種類型。其中，碳酸鹽巖類風化物母質分布面積最廣，其次為泥質巖類風化物母質。區內土壤類型主要有地帶性土壤紅壤和黃棕壤，非地帶性土壤水稻土、石灰巖土、潮土和石質土以及受山地垂直生物、氣候帶的影響而形成的黃壤7個土類。其中，黃壤分布面積最廣，其次為石灰巖土，潮土面積最小[6]。

2.3 土地利用類型 根據石臺縣2016年土地利用現狀及其變更調查統計資料進行統計，石臺縣一級土地利用現狀分類主要有耕地、林地、園地、草地、城鎮村及工礦用地、水域及水利設施用地、交通運輸用地等地類。其中，分布面積最廣的為林地，占比高達88.08%，其次為園地，占比為4.08%，耕地占比僅為3.89%。

3 研究方法

3.1 樣品采集與處理 采樣用二調圖圖斑作為工作底圖，樣品點在網格內結合地形地貌、土壤類型和土地利用方式等主要布置代表性地塊，針對研究區內丘陵山地區域，按照1～4點/km2密度采集，而相對平坦的耕地及園地工作區按照10～16點/km2采樣密度，采用多種布點相結合的方式采集0～20cm表層土壤樣品。采集的土壤樣品及時晾干（不允許暴曬），用木錘加工后過10目篩，除去其他非土壤雜質（植物根系、石塊等），副樣裝瓶裝箱保存，正樣送實驗室分析。本研究共采集表層土壤樣品7736份。

3.2 土壤鋅測定 根據分析測試規范（DZ/T0279-2016）[5]，稱取0.2g試料置于50mL聚四氟乙烯坩堝中，吹入少量去離子水潤濕樣品，加入HCl4mL、HNO3 4mL蓋上坩堝蓋，將坩堝放在控溫電熱板上110℃加熱1h，拿下坩堝蓋，加入HF 2mL、HClO4 1mL，蓋上坩堝蓋，110℃加熱2h，溫度升高到130℃，加熱2h左右，再拿下坩堝蓋，用去離子水吹洗坩堝蓋和內壁，升溫到200℃繼續加熱直至白煙冒完。用去離子水吹洗坩堝內壁后滴加1滴HClO4，繼續加熱至HClO4白煙冒完。取下坩堝后用去離子水吹洗內壁，加入HCl（1+1）2mL，加熱至微沸，溶解鹽類，取下冷卻，轉移至帶刻度的塑料管中用去離子水定容至25mL，搖勻，澄清。電感耦合等離子體光譜法測定Zn元素的含量。

3.3 質量分析 本次樣品測試委托安徽省地質實驗研究所完成，樣品分析的準確度和精密度控制采用國家一級標準物質。本次分析過程中分別插入184份、736份國家一級標準物質，一次合格率均為100%，測試得到的數據質量可靠。土壤垂向剖面樣品的處理及分析方法同表層土壤一樣，分析測試數據質量可靠。

4 結果與分析

4.1 土壤中Zn含量與空間分布特征 根據土地質量地球化學評價規范（DZ/T0295-2016），對研究區土壤鋅元素含量等級進行評價，其結果見表1。由表1可知，土壤鋅元素含量主要集中在71～200mg/kg，其中土壤鋅豐富等級面積達到983.30km2，占整個評價區的80.15%;較豐富土壤面積為121.56km2，占9.91%;其余僅占9.94%。此外，若土壤鋅元素含量超過規定的上限值，則可能存在土壤污染的風險，但全區超限比例僅為1.11%，表明對區內土壤環境質量的總體影響很小。

空間分布上，全區除磯灘鄉和小河鎮鎮部分地區外，其他區域富鋅土壤均有大面積分布;缺乏和較缺乏區主要分布在磯灘鄉中北部大部分地區和小河鎮中部部分地區（圖1）。

4.2 不同土壤母質土壤Zn含量 土壤鋅元素含量差異較大，但在同一土壤母質中，分布較均勻。由表2可知，碳酸鹽巖類風化物、炭質巖類風化物、硅質巖類風化物、淺變質巖類風化物、鈣質泥頁巖類風化物及晚更新統紅土原積物母質分布區的土壤鋅元素的平均含量均高于全區的平均含量，而花崗巖類風化物母質、砂質巖類風化物母質、中更新統紅土原積物母質中的平均值明顯較低。與全國平均值相比碳酸鹽巖類風化物、炭質巖類風化物、硅質巖類風化物、淺變質巖類風化物、晚更新統紅土原積物母質區中的鋅元素均較明顯富集，而在花崗巖類風化物、砂質巖類風化物及中更新統紅土原積物母質中為含量相當。可見，在碳質、硅質巖類、淺變質巖類風化物及晚更新統紅土原積物母質區鋅呈高背景值分布，而在花崗巖類風化物及中更新統紅土原積物母質區，鋅元素含量相對較低。

4.3 不同土地利用類型土壤Zn含量 由表3可知，在不同的土地利用類型中，鋅元素含量的變異系數除園地外，其他均小于0.5。其中，以林地和內陸灘涂鋅元素的平均含量較高;而在園地、耕地及草地中，鋅元素平均含量略低于全區。與全國[7]相比，不同土地利用類型中多呈相對富集，以內陸灘涂相對較為突出呈明顯富集。

結合地貌地形分析，內陸灘涂主要分布于山間溝谷溪流兩側，林地則主要分布于山地和丘陵地帶，旱地多處在山區地勢相對較低區域，而水田大多位于淺丘和平原區。河流兩側灘涂土壤鋅高含量可能由兩側山體及上游基巖風化元素遷移富集所致。富鋅土壤大面積分布于丘陵山地區域，且與炭質巖類風化物、硅質巖類風化物及淺變質巖類風化物出露區較為吻合，而在平原區及淺丘區土壤鋅含量相對偏低。可見，富鋅土壤的分布受不同土地利用類型和地貌類型的影響。

4.4 不同土壤母質區土壤垂向剖面Zn含量的變化特征 在富鋅土壤區仙寓鎮、大演鄉、丁香鎮以及缺乏區磯灘鄉及小河鎮中部，按照不同土壤母質區布置13個土壤垂向剖面，采集剖面樣品，判斷鋅元素含量垂向的變化規律，從而推斷富鋅土壤的成因。本次研究土壤垂向剖面主要分布于泥質巖類母質區（STPM01、STPM04）、碳酸巖類風化物母質區（STPM02、STPM03、STPM07、STPM11）、花崗巖類風化物母質區（STPM08、STPM05）、砂質巖類風化物母質區（STPM06）、石灰巖風化再積物母質區（STPM09）、鈣質泥頁巖風化物母質區（STPM10）及淺變質巖類風化物母質區（STPM12）。全面分析各剖面鋅元素含量數據，繪制土壤鋅元素含量隨采樣深度變化的關系曲線，詳見圖2。從圖2可以看出，在砂質巖類、花崗巖類、鈣質泥頁巖類及石灰巖風化再積物母質區，隨取樣深度地增加，鋅元素含量呈上升的趨勢;在泥質巖類風化物母質區，隨取樣深度的增加，鋅元素含量呈下降的趨勢;而在碳酸巖類風化物母質區，隨取樣深度的增加，其含量變化規律不明顯，上升與下降趨勢都有，且在土壤母質層有高含量的特點。可見，土壤母質是影響富鋅土壤分布的主要因素，在碳酸巖類、淺變質巖類及鈣質泥頁巖母質區背景值較高;石灰巖風化再積物母質區，深層土壤鋅元含量水平較高，且隨著風化過程在表層土壤中不斷富集;而在花崗巖類區，其母質中鋅元素含量則相對較低，對表層土壤鋅富集的影響也十分有限。

5 結論

（1）通過本次土地質量地球化學調查，全區共圈定富鋅土壤面積達983.30km2，占整個研究區的80.15%。富鋅土壤分布于研究區除磯灘鄉和小河鎮鎮部分地區以外的大部地區。

（2）富鋅土壤的空間分布同區內碳質巖及淺變質巖的關系密切。同時，受土壤母質和土地利用類型的影響，在碳酸鹽巖類、炭質巖類、硅質巖類、淺變質巖類、鈣質泥頁巖類風化物及晚更新統紅土原積物母質區均表現為高背景值，并且在碳質巖類及淺變質巖類風化物母質區隨著風化過程的進行在表層土壤中不斷富集。

（3）研究區富鋅土壤分布較為廣泛，且土壤環境總體良好，可劃分適宜的富硒富鋅農產品種植區。今后應開發富硒富鋅農副產品，提升經濟價值，為農民脫貧致富提供有力支撐。

參考文獻

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（責編：張宏民）