新密市农用地土壤B 元素地球化学特征

2023-08-24谷志云廖诗进赵新雷付巧玲郭亚娇裴瑞亮杜保军杨运召

安徽农学通报 2023年13期

谷志云廖诗进* 赵新雷付巧玲郭亚娇裴瑞亮杜保军杨运召李兵

（1河南省地质研究院，河南郑州 450001；2河南省城市地质工程技术研究中心，河南郑州 450001；3河南省地球化学生态修复工程技术研究中心，河南郑州 450001；4河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘察院，河南郑州 450001）

B（硼）对植物碳水化合物的合成与转运有重要作用，是应用较广泛的微量营养元素之一，含B 量适宜能提高植物结实率和坐果率[1]。作物缺B时，花药和花丝萎缩，花粉不能形成，表现出“花而不实”的病症。植物吸收的B 主要来自土壤，含B量多少与成土母质、土壤类型及气候条件等密切相关。我国土壤全B 量范围在0～500 mg/kg，平均含量为64 mg/kg，土壤全B 量分布规律由北向南、由西向东大致呈逐渐降低的趋势，根据1982—1986 年全国第二次土壤普查数据，全国耕种土壤缺B 面积多达333 万hm2以上，河南等耕地缺B比例大于60%。缺B 严重地限制各地农业生产的发展，成为作物产量及品质提高的主要限制因子。

2021 年郑州市多要素城市地质调查项目实施以来，在新密市发现面积为21.23 km2的天然丰富级B土地。开展新密市全境土壤实地调查采样和检测分析，摸清研究区土壤B 元素的地球化学特征及分布情况，为当地作物种植施肥、土地资源合理利用、开发名特优农产品作物等提供了农业地质学基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区属于新密市，位于河南省中部的嵩山东麓，为低山丘陵区。该区地质背景以碳酸岩－碎屑沉积建造为主，山前岗坡及河流两岸分布有松散堆积物，出露的地层主要为古元古界嵩山群、中元古界五佛山群、寒武—奥陶系、石炭—二叠系、三叠系、古近系、新近系以及第四系更系统、全新统等。

区内以农用地和建设用地为主，农田与林地呈小型斑块状分布，耕地面积22 640 hm2，土地利用率较高[2]，主要土壤类型为褐土，南部分布着少量粗骨土，西北部为紫色土及少量红黏土。

1.2 样品采集与处理

土壤样品的采集参照《农田土壤环境质量监测技术规范》《土地质量地球化学评价规范》《绿色食品产地环境调查、监测与评价规范》等技术规范，采集时间为上茬作物成熟或收获以后、下茬作物尚未施用底肥和种植以前[3-4]，以野外实际确定的采样点为中心向四周辐射20～50 m，按4 点/km2采样密度、0～20cm采样深度采样1～2 kg，使用手持GPS 定点，运用奥维互动地图软件记录表格数据，研究区内网格化采集地表土壤样品共2 517 件。土壤样品在自然条件下风干，过10 目尼龙筛后，加工至200目储存于密封的塑料容器中用于分析测定。执行Z/T0279.11-2016 标准测定土样的B 含量，测试由河南省地质调查院实验室采用WPG-100 型光栅光谱仪，以交流电弧-发射光谱法（ES）全量分析方法完成[5]。

1.3 数据统计

统计分析研究区耕地土壤中各地球化学指标的含量特征，反映该区耕地土壤各指标情况和分布特点[6]。通过统计研究区表层土壤各营养微量元素的地球化学特征值（表1），可以看出新密市土壤B含量平均值为55 mg/kg，标准差11 mg/kg，其含量大于全国土壤背景值（47.8 mg/kg）。区内耕地土壤的B 元素变异系数≤0.20，表明该区B元素含量变化起伏不大，基本未受人类活动影响[7]，元素含量区间窄小，最大值约为最小值的6倍。

表1 新密市表层土壤元素地球化学特征

从土壤全B含量测定结果频次分布（图1）看，研究区内表层土壤全B含量值呈塔式正态分布，B含量为32～194 mg/kg，大部分样品B 含量在45～65 mg/kg之间。以土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295—2016）确定的土地质量评价B的养分等级划分标准，新密市丰富含B 耕地面积达21.23 km2，富B 土壤样品数为242件，占样品总数的9.61%。

图1 新密市表层土壤全B含量测定结果频次分布

2 结果与分析

2.1 土壤B元素的空间分布

本次分析数据处理与成图，采用中国地质科学院物化探研究所研发的GeoChemStudio 软件[3]，以30、45、55、65 mg/kg 的B 元素含量为界线，对样品B 含量做等值线图（图2）。由B 元素地球化学特征分布情况可知，研究区土壤B 元素整体处于中等略偏丰富水平，存在局部丰富和较缺乏区。区内丰富级B 土壤地段成灶状不均匀分布，主要分布在研究区西部牛店镇和南部苟堂镇，富B 土壤耕地最大面积为0.51 km2，分布于牛店镇月台村，B 含量平均值55 mg/kg，富集系数2.6%；B 营养元素较缺乏区地段零星出现在研究区中东部的刘寨镇，集中分布在研究区东部曲梁镇耕地的多半地区。

图2 新密市土壤B含量分布

2.2 微量元素相关性

由于有机质本身含B，其分解产物又以一定形式与B 结合，因而有机质为耕作层土壤中有效B 的重要来源。用GeoChemStudio 软件进行研究区表层土壤样品相关元素的数据分析，可知新密市富B 土壤B 同Cu、Mo、Fe、Corg、pH、Mn、Zn 的相关系数分别为0.334 2、0.356 6、0.523 7、0.141 4、-0.273 1、0.458 5、0.349 1，即区内土壤的B元素与Fe、Mn、有机质具显著的正相关性，与土壤的pH有明显的负相关性（图4）。微酸性土壤中B一般不会缺乏，土壤中Zn、Gu、Mn、Fe、B等营养元素的有效性一般随土壤pH的降低而增加。

研究区土壤pH 范围4.94～8.66，整体呈现碱性及强碱性的土壤环境。将研究区土壤B的样品与土壤有机碳含量及pH做元素相关性分析图（图3），可以看出：土壤中的有机质能改善土壤结构，加大对B 的吸附与固定作用，有机质越丰富的土壤，对B的吸附能力越强，土壤中B 的含量相对越高。研究区土壤pH 在7.5～8.0 有机碳含量在1%～2%为土壤丰富级B 含量相对集中的区域，适合开发种植富B作物[8]。

图3 新密市耕地土壤B与有机碳含量及土壤pH相关性

2.3 表层土壤B含量概率累积曲线特征

利用概率累积曲线的拐点，可初步判定化探元素的不同来源组分[9]，研究区表层土壤B 含量概率累积曲线呈垂直折线型（图4），拐点处累积百分比接近100%，表明外源输入组分（如大气沉降、人类活动等）对土壤B的影响很小，B主要来源于自然背景，富B土壤资源具有可持续开发利用的潜力。

2.4 成土母质与土壤B来源

地层反映不同地质时期岩石形成的不同环境和物质来源，地层岩性是影响发育土壤的成土母质，因此不同地层对表层土壤元素含量的影响较大[7]。土壤中B 的含量与土壤母质和发育程度有关，不同母质条件下，土壤B 含量有差异。从新密市各地层土壤B 含量可以看出（表2），研究区最丰富级含B 元素土壤母质为下元古界嵩山群地层，该地层岩性主要为粗粒石英岩、中细粒石英砂岩、石英片岩。下元古界地层形成的土壤中B 含量高，平均值为67 mg/kg，其次是及第四系冲积物形成的土壤B，平均值为56 mg/kg。古近系地层形成的土壤B 含量最低，平均值为47 mg/kg。