納雍縣耕地土壤銅分布特征及對農作物的影響

[摘要]以納雍縣耕地土壤為對象，系統采集了表層土壤樣品9498件，并進行了測試分析。統計分析數據表明，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明顯富集。在二疊系峨眉山玄武巖地區采集30件玉米及根系土樣品，研究發現玉米樣品銅含量均不超標，玉米產量會因土壤銅含量受到影響，在銅含量小于200mg/kg土壤中，玉米可以作為優選作物進行種植。

[關鍵詞]納雍；耕地；土壤銅；分布特征；農作物

[基金項目]黔地礦科合[2014]07號。

耕地土壤質量是農業生產發展和提高人民生活水平的重要保障。作為耕地土壤的物質基礎，土壤元素的構成及含量決定了土壤肥力質量和環境質量，對農作物的產量和品質有顯著影響。圍繞黨中央提出的堅決守住“耕地數量和耕地質量”兩條紅線。2017年，貴州省開展全省耕地質量地球化學調查工作。貴州省地質調查院承擔了納雍縣耕地質量地球化學調查任務，并取得了豐富的耕地土壤數據。本文主要對納雍縣耕地表層土壤樣品、農作物樣品及根系土樣品的元素含量數據進行了統計整理，探討了納雍縣耕地土壤銅的分布特征及對農作物的影響。

1.材料與方法

1.1研究區概況

納雍縣位于貴州省西北、畢節市東南，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，地勢西北東南高、東北西南低，境內山脈呈“L”形由西北向東南延伸。納雍縣大地構造位置位于特提斯-喜馬拉雅與濱太平洋這兩個大巨型構造域結合部位，地層發育不全，早古生代地層大部缺失，僅見上震旦統地層出露，分布最廣發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，各采樣點按照代表性、均勻性、控制性原則，根據室內網格化布點與實地調查相結合，采集333m×333m單位格子最具代表性的農用耕地內土壤樣品。在納雍縣峨眉山玄武巖區選取主要大宗農作物玉米進行了樣品采集，主要采集的部位為果實，并且配套采集了相應的根系土樣品。

1.3分析測試

表層土壤樣品及根系土樣品采用以等離子體發射光譜法（ICP-OES）、等離子體質譜法（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。農作物樣品分析的消解方法等效采用GB/T5009系列《食品安全國家標準》，測定方法采用以等離子體質譜法（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納雍縣不同鄉鎮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，剔除重復樣，通過分析全縣土壤銅分布情況，了解納雍縣不同區塊的耕地土壤銅含量狀況。統計各鄉鎮銅元素含量（表2-1），結果表明：納雍縣耕地銅含量偏高，雍熙、張家灣、王家寨等鄉鎮為耕地土壤銅含量較高的區域，鍋圈巖、左鳩戛、昆寨及沙包鄉地區為耕地土壤銅含量較低的區域。全縣耕地土壤銅平均含量最高的鄉鎮為雍熙，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。個別鄉鎮（水東、王家寨）的標準偏差相對較大，表明同一鄉鎮耕地土壤銅含量差異較明顯。變異系數則是表明了銅元素的富集與離散程度，水東、沙包等鄉鎮變異系數較大，因此這些鄉鎮銅元素分布相對較為分散。百興、勺窩等鄉鎮變異系數較小，因此這些鄉鎮銅元素分布相對較為集中。

2.1.2納雍縣耕地表層土壤中土壤銅含量的等級劃分

銅元素作為土壤養分元素大面積存在于納雍縣的耕地土壤中，根據土壤養分指標等級劃分標準（表2-2），繪制納雍縣土壤銅養分等級圖，以此來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分含量總體以過剩為主：土壤銅養分含量豐富、較豐富土壤面積占耕地土壤總面積的18.44%，其中土壤銅養分豐富面積181.64km2，較豐富面積23.11km2；土壤銅養分中等的耕地面積占土壤總面積的1.23%，面積為13.63km2；土壤銅養分較缺乏、缺乏面積占總面積的1.15%，其中土壤銅養分較缺乏面積7.75km2，缺乏面積4.98km2；土壤銅養分過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土壤銅含量的分布特征

成土母質是耕地土壤中銅元素的主要來源，統計了不同成土母質土壤銅的含量（表2-3），可以看出，不同成土母質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>三疊系飛仙關組碎屑巖>二疊系中統碳酸鹽巖>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。對比某銅礦區土壤銅含量（含量范圍21～1497mg/kg，平均值52.79mg/kg），納雍縣范圍內共661個樣本分布在二疊系峨眉山玄武巖中，其銅含量平均值達到了176.47mg/kg。

2.2農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，納雍縣區域內峨眉山玄武巖分布廣泛。納雍縣主要種植的大宗農產品為玉米，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來看，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。銅對農作物的影響主要有兩個方面，一是農作物通過土壤吸收重金屬，從而進入食物鏈，最終被人體吸收，二是銅對農作物污染主要集中在農作物的根部，其直接導致植物根系生理作用紊亂，進而對植物產生毒害作用。銅還會對農作物體內正常的物質代謝的干擾，以及對細胞結構和功能的干擾和破壞，從而造成減產。

依據分析數據可以看到，納雍縣峨眉山玄武巖分布區種植玉米銅含量遠遠小于食品衛生標準的20mg/kg，所以納雍縣峨眉山玄武巖分布區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，富集系數反映了植物對重金屬元素的吸附能力，富集系數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玉米富集系數隨著土壤中銅含量升高而降低。有研究表明，銅使玉米減產的土壤銅含量為200mg/kg，銅毒害作用除使玉米產量下降外，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到200mg/kg，其富集系數平均值為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，玉米對銅吸附能力較強。

3.結論

（1）通過實地調查采樣及數據分析，發現納雍縣耕地土壤銅含量較高，尤其是雍熙、張家灣、王家寨等鄉鎮，其中雍熙鎮土壤銅平均含量達到138mg/kg，按照土壤養分指標等級劃分標準，納雍縣近八成耕地土壤養分銅元素屬于過剩等級。

（2）統計納雍縣表層土壤不同成土母質銅含量，在二疊系峨眉山玄武巖地層土壤中銅含量最高，達到了176mg/kg，納雍縣耕地土壤銅含量較高是因為納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種植的玉米銅含量遠遠小于食品衛生標準的20mg/kg，而玉米產量主要與土壤銅含量有關，在納雍縣玄武巖地區銅含量小于200mg/kg土壤下種植，其安全性達標，產量不會受到影響，對土壤銅又具有富集作用，可以作為優選作物進行種植。

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