新疆36团土壤中五种稀土元素含量特征值研究

2018-03-02 03:30王丹周金龙曾妍妍
西部探矿工程 2018年2期
关键词:浅层深层林地

王丹,周金龙,曾妍妍

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐830052;2.新疆水文水资源工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830052)

土壤是反映环境的信息系统和载体,影响和控制土壤形成的因素主要有2方面,一方面是自然因素,包括气候、生物、土壤母质等;另一方面是人类活动因素,包括耕垦、施肥及灌溉等。而土壤的地球化学特征是综合自然和人为因素的综合效应[1]。土壤中的元素不仅可为植物提供必须的微量元素并对促进植物的生长起着重要的作用。通过对Y元素在土壤中的含量对植物生长及坐果的影响研究发现,一定浓度的Y元素有促进植物生长的作用,超过一定含量范围会导致植物疯狂生长但不结果的现象[2];对Th元素含量在植物中富集及迁移规律的研究表明,Th元素在植物根部富集能力较低,自然本身的低剂量的Th元素不会对环境及人体造成危害,但如果土壤中Th元素过多,植物根系中的Th元素也会相应地增加,会导致土壤环境风险增加[3]。稀土元素对增强红枣树的抗病、抗逆能力、提高红枣产量、明显减少落果及裂果的性能有着明显的作用[4],适量的稀土元素能够促进红枣等植物对营养元素的吸收、转化和利用[5]。通过研究土壤中的特殊稀土元素Y、Sc的含量,可了解土壤中可溶态稀土元素的含量,对合理施稀土肥料有着重要的指导意义。对Rb元素在土壤中的含量研究可用作地球化学指示剂以及利用颗粒组成预测土壤中元素含量。Zr元素在土壤中是十分难溶的,极少因淋溶等作用向深层土壤中迁移[6]。土壤中的元素是植物中元素的重要来源,为食物链的良性循环提供了重要的物质基础[7]。

36团是新疆维吾尔自治区(以下简称“新疆”)米兰垦区重要的红枣基地,是南疆特色灰枣、骏枣的种植基地。随着红枣产业的壮大,红枣种植基地逐步扩大,为保证若羌特色红枣产业的发展与稳定、特色农产品的可持续种植以及种植基地的可持续发展和土壤环境的保护,研究36团土壤中稀土元素的含量有着战略性的意义。对36团场土壤稀土元素含量进行详细的研究不仅可以保证南疆特色高品质红枣可持续种植,还可为南疆特色农业的可续发展提供重要的科学依据。准确掌握36团土壤中几种稀土元素的含量特征,使之准确反映该区域土壤地球化学环境的真实情况,为当地土壤质量评价提供可靠资料,为36团土壤地球化学的研究奠定良好的基础。对指导农业生产,预防其对人类健康的危害及地方性疾病的防治方面,更具有现实意义。

1 研究区概况

米兰垦区特色红枣的品质不仅与该地区的地形、地貌条件、气候以及人工管理有密切的相关性,而且与土壤中元素的种类、含量以及土壤的理化性质有着密切的关系。36团位于新疆塔里木盆地的东南缘,巴音郭楞蒙古自治州的东南部,阿尔金山北麓,罗布泊南岸,塔克拉玛干沙漠的东边缘,若羌县城以东68km,距米兰遗址西面45km,是新疆的“南大门”,是丝绸之路的必经之路。总面积约5.65×104hm2,可耕地1.541×104hm2,耕地园地面积为0.73×104hm2。该地区气候干旱,气温高,年平均气温11.3℃,年均降水量不足17.4mm,年均蒸发量为1400mm,冬季温暖无积雪,无霜期为189~209d。该团拥有种植红枣等农作物得天独厚的优势,定植红枣0.33×104hm2。研究区地貌以山前冲洪积砾质平原为主,地形相对平坦。土壤类型均为棕漠土,分布有米兰河水系。研究区内土壤的沉积类型有3种,西部地区为冲积洪积物,东北部地区为风积物,中南部地区为冲积物,岩性主要为粗砂、细砂、粉细砂等。研究区土地主要有3种利用类型——果园林地、灌林地、旱田,还有一部分土地未利用以及一些闲散土地。土壤采样点及沉积类型、土地利用类型方式见图1。

2 材料与方法

取样点主要布设在耕地、果园林地和灌林地,控制面积约119.82km2。表层土壤样品的采样深度为0~20cm,按照取样密度1点/km2布设,取样共计89件;深层土壤样品的采样深度为100~200cm,按照1点/4km2布设采样点,样品数共计21件,用于确定不同深度下土壤中的元素含量。单点原始样品重量大于1kg,采样后,将装样布袋口系紧,外面套一层聚乙烯塑料袋,现场填写采样记录卡并做采样标记。

土壤测试元素共5种,分别为钇(Y)、钍(Th)、钪(Sc)、铷(Rb)、锆(Zr)。样品由国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心(新疆维吾尔自治区矿产实验研究所)进行测试。钇(Y)、铷(Rb)、锆(Zr)元素采用XRF技术,检出限分别为0.165μg/g、1.564μg/g、1.394μg/g;钍(Th)、钪(Sc)元素采用ICP-MS技术进行检测,检出限分别为0.052μg/g、0.196μg/g。检测所获取的原始数据首先利用SPSS软件进行正态分布检验,结果表明36团浅层土壤与深层土壤中这五种稀土元素含量指标测定值均为正态分布。

3 5种稀土元素平均含量特征值对比分析

3.1 浅层土壤与深层土壤元素含量特征值对比分析

由表1可以看出,研究区内浅层土壤与深层土壤中这五种稀土元素在剔除异常值前后的平均含量与中国土壤背景值有较大差异,研究区内浅层与深层土壤中五种稀土元素含量存在以下特征:

研究区内浅层土壤与深层土壤中的5种稀土元素的平均含量均低于中国土壤背景值,其中Zr元素的平均含量与中国土壤中Zr元素的背景值差异最为显著。Y、Th、Sc、Rb、Zr五种稀土元素在剔除异常后,浅层土壤中的平均含量均大于深层土壤中的平均含量。Y、Zr元素的变异系数在不同深度下土壤中的大小关系为深层土壤>浅层土壤;Th、Sc、Rb三种元素的变异系数大小关系为浅层土壤>深层土壤,但浅层土壤与深层土壤这5种稀土元素平均含量在剔除异常值后的变异系数均小于20%,在正常变异范围内。

以上不同深度下的5种稀土元素元素平均含量特征表明:浅层土壤受人类活动影响,5种稀土元素平均含量均高于深层土壤中的平均含量。研究区内深层土壤5种稀土元素含量受该地区第四系土壤母质中的元素含量的影响,原始赋存量较低,土壤中的Zr元素含量在安全范围内,5种稀土元素含量的变异性较低,土壤环境较为安全。

表1 浅层土壤与深层土壤中五种稀土元素含量特征值对比

3.2 不同沉积类型下5种稀土元素含量特征值对比分析

对比浅层土壤中3种不同沉积类型下的土壤中5种稀土元素的平均含量可以发现(见表2):Y元素含量在3种不同沉积类型下的土壤中的含量差别较小,平均含量的大小关系为冲积洪积物>风积物>冲积物,Y元素在3种沉积物中的变异系数关系大小为冲积物>冲积洪积物>风积物,3种沉积物种的变异系数均小于10%,变异性较低。Th元素的平均含量在3种沉积类型下的土壤中差异较大,元素平均含量的大小关系为冲积洪积物>冲积物>风积物,变异系数的大小关系为冲积物>风积物=冲积洪积物,变异系数均小于20%。Sc元素在3种沉积物中的平均含量的大小关系为冲积洪积物>风积物>冲积物,变异系数的大小关系为冲积物>冲积洪积物>风积物,变异系数均小于20%。Rb元素在3种不同沉积物中的平均含量大小关系为冲积物>冲积洪积物>风积物,变异系数均小于20%。Zr元素在3种不同沉积类型下土壤中的平均含量大小关系为冲积物>风积物>冲积洪积物,变异系数大小关系为冲积物>风积物>冲积洪积物,变异系数也均小于20%。在冲积洪积物中Y、Th、Sc三种元素平均含量较高,冲积物中Rb、Zr元素的平均含量较高。在3种不同沉积类型下的土壤中,5种稀土元素的变异系数均小于20%,土壤的变异性较低,5种稀土元素平均含量在安全范围内,土壤环境较为安全。

3.3 浅层土壤中不同土地利用方式下5种稀土元素含量特征值对比分析

浅层土壤中4种不同土地利用类型下,5种稀土元素的平均含量差异较显著(见表3)。Y元素的平均含量在4种土地利用类型中的大小关系为灌林地>果园林地>旱田>未利用地;Th元素的平均含量情况为果园林地>旱田>灌林地>未利用地;Sc元素的平均含量情况为果园林地>旱田>灌林地>未利用地;Rb元素平均含量情况为果园林地>未利用地>旱田>灌林地;Zr元素的平均含量大小关系为果园林地>旱田>未利用地>灌林地。5种稀土元素在不同土地利用方式下的元素含量的变异系数均小于20%,元素含量变异性较低,在人为因素扰动下土壤环境仍然较为安全。

表2 不同沉积类型下浅层土壤中的五种稀土元素含量特征值对比

表3 浅层土壤中不同土地利用类型下5种稀土元素含量特征值对比

4 结论

(1)研究区浅层土壤与深层土壤中的5种稀土元素的平均含量均低于中国土壤的平均含量,Y、Th、Sc、Rb四种元素在浅层土壤中的平均含量高于深层土壤的平均含量,Zr元素在深层土壤中的含量高于浅层土壤中的含量,表明Zr元素在研究区内原始赋存量较低,不会对土壤产生毒性。5种稀土元素在剔除异常值后的变异系数均小于20%,表明研究区土壤的变异性较低,人类活动对其产生的影响不大,研究区土壤环境较为安全。

(2)Y、Th、Sc三种元素在冲积洪积物中含量最高,Rb、Zr两种元素在冲积物中的含量高于其他2种沉积类型中的含量。5种稀土元素平均含量在3种不同沉积类型下土壤中的变异系数均小于20%,进一步说明了研究区内的土壤环境较为安全。

(3)在研究区内的4种不同土地利用类型下,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种土壤中含量大小规律一致,即果园林地>旱田>灌林地>未利用地。Rb、Zr元素在果园林地中平均含量最高,在灌林地中含量最低。4种土地利用类型下的5种稀土元素的变异系数均小于20%,人类活动以及农业活动对研究区内的土壤中这5种稀土元素含量变化产生的影响不大,5种稀土元素含量在安全范围内,土壤环境较为安全。

[1]代杰瑞,曾宪东,喻超.烟台苹果产地土壤地球化学特征及成土因素研究[J].科学技术与工程,2012,12(26):6579-6584.

[2]冯秀娟,张素贞,朱易春,马彩云,潘阳,高咪.稀土钇对水稻的潜在生物效应(英文)[J].Agricultural Science&Technology,2013(12):1783-1787.

[3]冯涌,胡晓峰,卢龙,周文斌,张燕.铀、钍在尾矿-定居植物体系中的迁移[J].地球与环境,2014(2):201-206.

[4]付晓刚,蒋杰,杨文娟.叶面肥尚好在枣树上的应用试验[J].农村科技,2015(5):22.

[5]曾昭华,曾雪萍.癌症与土壤环境中锆元素的关系[J].环境科技,2003,16(2):26-27.

[6]于雪.呼和浩特市深层土壤稀有稀土元素基准值研究[D].内蒙古大学,2013.

[7]刘再冬,黄艺,陈莹,等.攀枝花西区巴关河流域土壤剖面重金属元素形态分析研究[J].科学技术与工程,2015(32):79-86.

猜你喜欢
浅层深层林地
浅层换填技术在深厚软土路基中的应用
基于浅层曝气原理的好氧颗粒污泥的快速培养
考虑各向异性渗流的重力坝深层抗滑稳定分析
东营凹陷北带中浅层油气运移通道组合类型及成藏作用
图片新闻
SAM系统对TDCS数据的优化处理与深层应用
明水县林地资源现状及动态变化浅析
浅谈明水县林地资源动态变化状况
对“医患失去信任”的深层忧虑
林地流转模式的选择机理及其政策启示