石台县富锌土壤分布特征及成因分析

汤明 董旭 姜明亮

摘 要：为了查明石台县富锌土壤分布特征，采集并分析7736份土壤样品，结果表明，石台土壤锌元素的平均含量为99.0mg/kg，变化范围在21.3～2443.5mg/kg，其中>84mg/kg富锌土壤面积达到983.30km2，占整个评价区的80.15%。除矶滩乡和小河镇部分地区以外，其他乡镇都分布有大面积的富锌土壤，其空间分布特征主要受区内地质背景、土壤母质以及土地利用方式的影响明显。通过研究富锌土壤的空间分布特征，讨论其成因，为区内农业经济区划、产业发展提供基础资料。

关键词：富锌土壤;分布特征;成因分析;石台县

1 引言

锌是人体必需的微量元素之一，在人体的生长发育、内分泌、免疫等重要生理过程中都发挥着十分重要的作用[1]。锌能在一定程度上增强植物的光合作用，它是作物体内碳酸酐酶等一些酶的重要组成成分。含锌的碳酸酐酶大部分赋存于叶绿体中，其催化二氧化碳的水合作用，有效地促进了碳水化合物的转化，从而提高了作物光合作用效率。另外，锌还能促进碳水化合物，特别是蔗糖类物质向繁殖器官运输，从而有效地促进繁殖器官的发育，有利于提高作物产量[2]。

近年来，随着国家对土地质量状况的重视，全国各地都大面积开展了土地质量地球化学调查，通过调查，相继在贵州省、福建省、江西省等地[3-4]发现了不同规模的富锌土壤，为当地农民增收致富起到了积极作用。开展富锌土壤调查评价，研究土壤中的锌元素含量以及空间分布特征具有重要的现实意义。

植物对锌的吸收主要来源于其生长的土壤，而富锌土壤的分布受到地质背景、土壤母质及土地利用方式等因素的影响。本研究分析了石台县富锌土壤的空间分布特征，讨论其成因，为区内农业经济区划、产业发展研究提供基础资料。

2 研究区概况

石台县位于安徽省南部、长江中下游南岸，属池州市管辖。地跨北纬29°59′～30°24′，东经117°12′～117°59′之间，东与黄山区交界，南部与黟县、祁门县相连，西部与东至县接壤，北部与贵池区、青阳县为邻。区内地形复杂，地势南、北高，东、西低，山脉逶迤，沟壑纵横，海拔高度在50～1000m，地貌以低山、高丘分布最广。属中亚热带湿润气候区，春季温凉雨水多，夏季炎热湿度大，秋季空气先干后湿，冬季寒冷雨水少。

2.1 区域地质背景 研究区内以七都断裂为界，东南是江南地层分区，西北是下扬子地层分区。地层发育较齐全，除侏罗系、第三系缺失外，元古界-古生界-新生界都有出露。区内主要地层有沿河谷地带分布的第四系、三叠系、石炭系、二叠系、泥盆系、志留系、奥陶系、寒武系、震旦系、南华系、青白口系及蓟县-长城系等，岩性复杂，以沉积岩为主，局部出露侵入岩。前第四纪地层分布区的土地利用类型以林地和园地为主。区内第四纪地层主要分布在小河镇、丁香镇等地。出露中，晚更新世和全新世地层，缺失早更新世地层，成因类型以冲洪积为主。沿河谷分布的第四纪芜湖组为石台县主要的粮食种植区。

2.2 土壤母质与土壤类型 区内土壤母质类型主要有碳酸盐岩类风化物母质、泥质岩类风化物母质、炭质岩类风化物母质、花岗岩类风化物母质、石灰岩风化再积物母质、砂质岩类风化物母质、硅质岩类风化物母质、浅变质岩类风化物母质、钙质泥页岩类风化物母质、晚更新统红土残积物母质、中更新统红土残积物母质、火山岩类风化物母质等12种类型。其中，碳酸盐岩类风化物母质分布面积最广，其次为泥质岩类风化物母质。区内土壤类型主要有地带性土壤红壤和黄棕壤，非地带性土壤水稻土、石灰岩土、潮土和石质土以及受山地垂直生物、气候带的影响而形成的黄壤7个土类。其中，黄壤分布面积最广，其次为石灰岩土，潮土面积最小[6]。

2.3 土地利用类型 根据石台县2016年土地利用现状及其变更调查统计资料进行统计，石台县一级土地利用现状分类主要有耕地、林地、园地、草地、城镇村及工矿用地、水域及水利设施用地、交通运输用地等地类。其中，分布面积最广的为林地，占比高达88.08%，其次为园地，占比为4.08%，耕地占比仅为3.89%。

3 研究方法

3.1 样品采集与处理 采样用二调图图斑作为工作底图，样品点在网格内结合地形地貌、土壤类型和土地利用方式等主要布置代表性地块，针对研究区内丘陵山地区域，按照1～4点/km2密度采集，而相对平坦的耕地及园地工作区按照10～16点/km2采样密度，采用多种布点相结合的方式采集0～20cm表层土壤样品。采集的土壤样品及时晾干（不允许暴晒），用木锤加工后过10目筛，除去其他非土壤杂质（植物根系、石块等），副样装瓶装箱保存，正样送实验室分析。本研究共采集表层土壤样品7736份。

3.2 土壤锌测定 根据分析测试规范（DZ/T0279-2016）[5]，称取0.2g试料置于50mL聚四氟乙烯坩埚中，吹入少量去离子水润湿样品，加入HCl4mL、HNO3 4mL盖上坩埚盖，将坩埚放在控温电热板上110℃加热1h，拿下坩埚盖，加入HF 2mL、HClO4 1mL，盖上坩埚盖，110℃加热2h，温度升高到130℃，加热2h左右，再拿下坩埚盖，用去离子水吹洗坩埚盖和内壁，升温到200℃继续加热直至白烟冒完。用去离子水吹洗坩埚内壁后滴加1滴HClO4，继续加热至HClO4白烟冒完。取下坩埚后用去离子水吹洗内壁，加入HCl（1+1）2mL，加热至微沸，溶解盐类，取下冷却，轉移至带刻度的塑料管中用去离子水定容至25mL，摇匀，澄清。电感耦合等离子体光谱法测定Zn元素的含量。

3.3 质量分析 本次样品测试委托安徽省地质实验研究所完成，样品分析的准确度和精密度控制采用国家一级标准物质。本次分析过程中分别插入184份、736份国家一级标准物质，一次合格率均为100%，测试得到的数据质量可靠。土壤垂向剖面样品的处理及分析方法同表层土壤一样，分析测试数据质量可靠。

4 结果与分析

4.1 土壤中Zn含量与空间分布特征 根据土地质量地球化学评价规范（DZ/T0295-2016），对研究区土壤锌元素含量等级进行评价，其结果见表1。由表1可知，土壤锌元素含量主要集中在71～200mg/kg，其中土壤锌丰富等级面积达到983.30km2，占整个评价区的80.15%;较丰富土壤面积为121.56km2，占9.91%;其余仅占9.94%。此外，若土壤锌元素含量超过规定的上限值，则可能存在土壤污染的风险，但全区超限比例仅为1.11%，表明对区内土壤环境质量的总体影响很小。

空间分布上，全区除矶滩乡和小河镇镇部分地区外，其他区域富锌土壤均有大面积分布;缺乏和较缺乏区主要分布在矶滩乡中北部大部分地区和小河镇中部部分地区（图1）。

4.2 不同土壤母质土壤Zn含量 土壤锌元素含量差异较大，但在同一土壤母质中，分布较均匀。由表2可知，碳酸盐岩类风化物、炭质岩类风化物、硅质岩类风化物、浅变质岩类风化物、钙质泥页岩类风化物及晚更新统红土原积物母质分布区的土壤锌元素的平均含量均高于全区的平均含量，而花岗岩类风化物母质、砂质岩类风化物母质、中更新统红土原积物母质中的平均值明显较低。与全国平均值相比碳酸盐岩类风化物、炭质岩类风化物、硅质岩类风化物、浅变质岩类风化物、晚更新统红土原积物母质区中的锌元素均较明显富集，而在花岗岩类风化物、砂质岩类风化物及中更新统红土原积物母质中为含量相当。可见，在碳质、硅质岩类、浅变质岩类风化物及晚更新统红土原积物母质区锌呈高背景值分布，而在花岗岩类风化物及中更新统红土原积物母质区，锌元素含量相对较低。

4.3 不同土地利用类型土壤Zn含量 由表3可知，在不同的土地利用类型中，锌元素含量的变异系数除园地外，其他均小于0.5。其中，以林地和内陆滩涂锌元素的平均含量较高;而在园地、耕地及草地中，锌元素平均含量略低于全区。与全国[7]相比，不同土地利用类型中多呈相对富集，以内陆滩涂相对较为突出呈明显富集。

结合地貌地形分析，内陆滩涂主要分布于山间沟谷溪流两侧，林地则主要分布于山地和丘陵地带，旱地多处在山区地势相对较低区域，而水田大多位于浅丘和平原区。河流两侧滩涂土壤锌高含量可能由两侧山体及上游基岩风化元素迁移富集所致。富锌土壤大面积分布于丘陵山地区域，且与炭质岩类风化物、硅质岩类风化物及浅变质岩类风化物出露区较为吻合，而在平原区及浅丘区土壤锌含量相对偏低。可见，富锌土壤的分布受不同土地利用类型和地貌类型的影响。

4.4 不同土壤母质区土壤垂向剖面Zn含量的变化特征 在富锌土壤区仙寓镇、大演乡、丁香镇以及缺乏区矶滩乡及小河镇中部，按照不同土壤母质区布置13个土壤垂向剖面，采集剖面样品，判断锌元素含量垂向的变化规律，从而推断富锌土壤的成因。本次研究土壤垂向剖面主要分布于泥质岩类母质区（STPM01、STPM04）、碳酸岩类风化物母质区（STPM02、STPM03、STPM07、STPM11）、花岗岩类风化物母质区（STPM08、STPM05）、砂质岩类风化物母质区（STPM06）、石灰岩风化再积物母质区（STPM09）、钙质泥页岩风化物母质区（STPM10）及浅变质岩类风化物母质区（STPM12）。全面分析各剖面锌元素含量数据，绘制土壤锌元素含量随采样深度变化的关系曲线，详见图2。从图2可以看出，在砂质岩类、花岗岩类、钙质泥页岩类及石灰岩风化再积物母质区，随取样深度地增加，锌元素含量呈上升的趋势;在泥质岩类风化物母质区，随取样深度的增加，锌元素含量呈下降的趋势;而在碳酸岩类风化物母质区，随取样深度的增加，其含量变化规律不明显，上升与下降趋势都有，且在土壤母质层有高含量的特点。可见，土壤母质是影响富锌土壤分布的主要因素，在碳酸岩类、浅变质岩类及钙质泥页岩母质区背景值较高;石灰岩风化再积物母质区，深层土壤锌元含量水平较高，且随着风化过程在表层土壤中不断富集;而在花岗岩类区，其母质中锌元素含量则相对较低，对表层土壤锌富集的影响也十分有限。

5 结论

（1）通过本次土地质量地球化学调查，全区共圈定富锌土壤面积达983.30km2，占整个研究区的80.15%。富锌土壤分布于研究区除矶滩乡和小河镇镇部分地区以外的大部地区。

（2）富锌土壤的空间分布同区内碳质岩及浅变质岩的关系密切。同时，受土壤母质和土地利用类型的影响，在碳酸盐岩类、炭质岩类、硅质岩类、浅变质岩类、钙质泥页岩类风化物及晚更新统红土原积物母质区均表现为高背景值，并且在碳质岩类及浅变质岩类风化物母质区随着风化过程的进行在表层土壤中不断富集。

（3）研究区富锌土壤分布较为广泛，且土壤环境总体良好，可划分适宜的富硒富锌农产品种植区。今后应开发富硒富锌农副产品，提升经济价值，为农民脱贫致富提供有力支撑。

参考文献

[1]曹继琼.锌缺乏对人体健康的影响[J].现代医药卫生，2014，30（7）：1016-1019.

[2]韩冰，郑克宽.镁、锌、硼、锰元素对烤烟产量及质量影响的研究[J].内蒙古农牧学院学报，1999（01）：77-82.

[3]陈世平.福建·寿宁富硒富锌水果成为农民增收新亮点[J].中国果业信息，2014，49-50.

[4]邹勇军，黄懿，李昌龙，等.崇义县上堡梯田土地质量地球化学评估及開发建议[J].中国煤炭地质，2019，39（1）：70-75.

[5]杨忠芳，余涛，李敏，等.土地质量地球化学评价规范[M].北京：地质出版社，2016.

[6]姚飞.池州市土壤现状分析[J].科技信息，2006，9：218-219.

[7]鄢明才，迟清华.中国东部地壳与岩石化学组成[M].北京：地质出版社，1997.

（责编：张宏民）