广西河池市金城江区土壤地球化学特征

林清梅，黄子龙，范汝海

(广西壮族自治区二七一地质队，广西 桂林 541199)

0 引言

土壤是人类赖以生存的资源，是农业发展的根本，同时土壤质量是土地质量的重要组成部分，直接关系农产品的品质，关乎人类的健康[1-4]。本次研究依托广西土地质量地球化学评价项目，以广西河池市金城江区农用地为主要对象，以生态地球化学理论为指导，开展1∶5万土壤地球化学调查，旨在为地方土地利用规划、农业经济区划、种植结构调整、发展现代农业及生态环境治理等提供地球化学依据，有效助力乡村振兴工作。

影响土壤质量的因素分为内部因素和外部因素。内部因素主要指土壤中元素含量、理化指标等；外部因素主要有灌溉水、大气干湿沉降等[5]。本文主要从影响土壤质量的内部因素对金城江区表层土壤元素地球化学特征进行分析研究，并总结成土母质、土壤类型以及土地利用类型对土壤元素空间分布特征的影响。

1 研究区概况

研究区面积668 km2，位于广西西北部，河池市金城江区境内。地理位置位于东经107°33′—108°13′，北纬24°22′—24°55′，系云贵高原余脉地带，地势自西北向东南倾斜，东北部和西南部以岩溶地貌为主，中部偏西以中低山丘陵地貌为主。分布地层有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系和第四系(图1)，岩性以灰岩、砂岩、泥岩、白云岩、页岩、粉砂岩及硅质岩为主。土壤类型有水稻土、红壤、黄壤、石灰土、红色石灰土和冲积土6个土类。土地利用类型以有林地、耕地、园地和其他草地为主，大宗农作物有水稻、玉米、柑橘、甘蔗等。金城江区是 “南贵昆经济区”、“泛珠三角经济圈”和“东盟自由贸易区”人流、物流、资金流、信息流聚集交汇的枢纽，是广西实施西部大开发的重点区域，在西部大开发中处于承东启西的重要位置[6]。

图1 研究区地质简图

2 材料与分析

2.1 样品采集与处理

本次调查采用面积性土壤地球化学测量的方法，依据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295-2016)，调查工作比例尺为1∶5万，以1∶1万土地利用现状图叠合1∶5万地形图作为野外基本用图。利用手持式GPS定点，进行表层土壤取样，采样深度为0～20 cm，耕地采样密度为8～10个/km2，林地采样密度为2～4个/km2。采样位置能代表采样单元格内主要土壤类型及地质环境特征，即采样地块为长方形时，采用“S”形布设子样点，采样地块近似正方形时，采用“X”形或“棋盘”形布设子样点，每个地块至少布设5个子样点，各子样按等份组合成1件混合样，严禁在不同土地利用类型地块内采集子样。样品经充分自然风干后，全部过2 mm孔径尼龙筛，以对角线缩分法称取200 g作为正样送实验室分析，其余作为副样(重量不低于300 g)装入干净塑料瓶留存[7-8]。

2.2 样品测试分析

样品分析测试由广西壮族自治区地质矿产测试研究中心承担，测试指标包括N、P、K2O、Corg、B、Mo、Mn、Cu、Zn、As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni、pH值、F、Se、Ge、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、S等26项。分析测试质量均符合相关规范的质量要求，满足土地质量地球化学评价的要求[9]。

2.3 数据处理

数据处理在第三次全国土地调查土地利用现状图的基础上，采用中国地质科学院物化探研究所开发的地球化学勘查数据一体化处理系统(Geochem Studio)编制评价图件。评价最小单元为土地利用图斑，以采样数据为基础，分三种情况进行图斑赋值：

1)当一个单元中有1个采样点时，用该点的指标对评价单元赋值；

2)当一个单元中有2个或2个以上的采样点时，用所有样点的指标平均值对评价单元赋值；

3)当单元中没有评价数据时，用邻近值法赋值(地球化学图赋值)，获得每个评价单元相应的评价数据。

3 土壤地球化学特征

3.1 研究区元素地球化学特征

本次调查共采集表层土壤样品2931件，各元素的地球化学特征值见表1。

研究区背景值与广西背景值[10]相比较：强烈富集的元素有Cd，显著富集的元素有Pb、Zn、Mn，较富集的元素有Ni、Cr、As、Cu、F、Mo、Ca、Se、N，稍富集的元素及指标有Corg、P、B、pH值，稍贫化的元素有K、Ge、S，较贫化的元素有Na、Fe、Mg、Si，显著贫化的元素有Hg、Al。

与全国A层土壤背景值[10]相比较：强烈富集的元素有Cd、Hg，显著富集的元素有As、Se、Pb，较富集的元素有Zn、Cr、B、Mn、N、Mo，稍富集的元素有Cu、Ni、F，稍贫化的元素及指标有S、有机质、Ge、P、pH值，较贫化的元素有Si、Fe，显著贫化的元素有K、Al，强烈贫化的元素有Na、Mg、Ca。

相比全国和广西土壤背景值，研究区相对富集的元素有N、Cd、Mn、Pb、Zn、Ni、Cr、As、F、Cu、Se、Mo，相对贫化的元素有Na、Mg、Si、S、Corg、Ge、Al、Fe。

各元素变异系数特征见表1和图2。空间分布基本均匀的元素及指标有Si、pH值、Ge、N、Org，空间分布不均匀的元素有Al、P、F、B、Fe、Cu、Se、Ni、Cr、K、Mg、Na，空间分布极不均匀的元素有Mo、S、Mn、Cd、As、Ca、Hg、Zn、Pb，其中最不均匀的元素为Pb。

表1 表层土壤元素地球化学特征值统计

图2 研究区元素变异系数对比图

3.2 不同成土母质单元土壤元素地球化学特征

成土母质是形成土壤的物质基础[11-13]，因此为了更直观地反映不同成土母质单元土壤元素地球化学特征，将各成土母质单元土壤元素平均值与研究区背景值进行比较，得出富集系数K，即K=元素平均值÷研究区背景值(表2)。

表2 不同成土母质单元土壤元素富集系数统计

三叠系单元表层土壤K2O富集系数最大(2.13)，表现为明显富集；其次为MgO、Al2O3、S、Fe2O3、Cu、Ge、F相对全区背景值表现为富集；P、CaO、SiO2、Mn、Mo、Zn、Se表现为贫化，其余元素平均含量与全区背景值相当。二叠系单元中N、K2O、CaO、Na2O、Al2O3、B、Mn、Cu、Zn、Ge、F、As、Hg、Ni、Pb表现为贫化，Mo、Cr表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。石炭系单元中K2O、F、Hg、As、Pb表现为贫化，Mn、Zn、Cd、Ni表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。泥盆系单元中Mn表现为贫化，N、K2O、CaO、Na2O、Al2O3、S、Corg、B、Fe2O3、Cu、Zn、Se、Ge、F、Hg、As、Pb表现为富集，Cd、Cr表现为贫化，其余元素平均值与全区背景值相当。

3.3 不同土壤类型单元土壤元素地球化学特征

研究表明土壤黏粒对元素的吸附作用存在差异[14-15]。研究区不同土壤类型单元(图3)土壤元素富集系数见表3。水稻土单元中CaO、Zn、Cd、Cr、Ni的平均值相对全区背景值表现为贫化，Hg、Na2O表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。红壤单元中K2O、SiO2、Zn、Cd、Pb表现为贫化，Hg表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。石灰岩土单元中Hg表现为贫化，Cd、Mn表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。冲积土单元中N、K2O、CaO、Al2O3、Corg、B、Mn、Fe2O3、Cu、Zn、Se、F、As、Cr、Ni、Pb、Hg、Cd表现为贫化，其余元素平均值与全区背景值相当。

表3 不同土壤类型单元土壤元素富集系数统计

图3 研究区土壤类型分布图

3.4 不同土地利用类型单元土壤元素地球化学特征

土地利用方式在一定程度上影响元素的分布[3-4，16]。研究区不同土地利用类型单元(图4)土壤元素富集系数见表4。水田单元中Mn、Cd、As、Cr、Ni的平均值相对全区背景值表现为贫化，N、K2O、Na2O、B表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。旱地单元中N、K2O、CaO、Na2O、S、Corg、Zn、Pb、Se表现为贫化，P、Mn、Cr表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。园地中N、P、CaO、MgO、S、Corg、Mn、Zn、Cd、Hg、Cr、Ni、Pb表现为贫化，K2O、Na2O表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。林地单元中P表现为贫化，CaO、MgO、Al2O3、S、Corg、Mn、Mo、Fe2O3、Cu、Zn、Se、Cd、As、Cr、Ni表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。草地单元中P、Na2O、B表现为贫化，CaO、MgO、Mn、Cd、As、Cr、Ni、Pb表现为富集，其余元素平均值与全区背景值相当。

图4 研究区土地利用现状图

表4 不同土地利用类型单元土壤元素富集系数统计

4 结论

1)研究区表层土壤元素平均含量分别与全国土壤A层背景值和广西土壤背景值比较，相对富集的元素有N、Cd、Mn、Pb、Zn、Ni、Cr、As、F、Cu、Se、Mo，相对贫化的元素有Na、Mg、Si、S、Corg、Ge、Al、Fe。各元素在区内分布整体表现为不均匀。

2)不同成土母质单元土壤元素富集存在差异，元素富集程度与成土母质关系密切，两者存在继承性。泥盆系成土母质单元表层土壤富集元素最多，其次为三叠系单元，而二叠系和石炭系单元富集元素相对较少。

3)重金属元素Cd和Hg在不同土壤类型单元中的平均含量存在分化，水稻土和红壤中富集Hg，石灰岩土中富集Cd。Hg富集主要与人为耕作施肥及土壤质地有关，Cd富集主要与成土母岩(碳酸盐岩)的高背景值有关。

4)林地表层土壤中富集元素最多，其次为水田，而旱地、园地和草地富集元素相对较少。林地多分布于山区，元素的母岩继承性明显，而水田多分布于低洼汇水处，元素迁移富集以及人为作用明显。当地可根据这一特征，依据“缺什么补什么”的原则，进行合理的科学配方施肥。

5)研究区土壤类型以石灰岩土为主，普遍存在Cd背景值高和土壤质地较差问题，建议当地合理调整农作物种植结构，选择种植对Cd吸收富集低的旱生农作物，如玉米、柑橘等，有效降低Cd对人体的危害。