黑龙江省讷河市土壤某些微量元素地球化学特征

黑龙江省讷河市土壤某些微量元素地球化学特征
张哲寰; 宋运红; 赵君; 刘凯
【期刊名称】《《地质与资源》》
【年(卷),期】2019(028)004
【总页数】5页(P378-382)
【关键词】土壤; 微量元素; 环境地球化学; 讷河; 黑龙江省
【作者】张哲寰; 宋运红; 赵君; 刘凯
【作者单位】中国地质调查局沈阳地质调查中心辽宁沈阳110034
【正文语种】中文
【中图分类】S153
讷河市位于松嫩平原北部，面积6660 km2，属于温带大陆性季风气候区，气候特点是积温不足，雨量偏少，无霜期短，昼夜、冬夏温差较大.讷河市是黑龙江省重要的农业基地，有耕地47.3×104 hm2，占土地面积的71.0%.主要土壤类型有黑土、草甸土、暗棕壤、黑钙土、沼泽土和新积土，分布面积分别占土地面积的44.8%、31.5%、10.7%、7.2%、1.0%和0.8%.
微量元素被称为植物生长的“维生素”，B、Cu、Fe、Mn、Mo、Zn几种元素已确认是植物生长所必需的养分［1］.研究土壤中微量元素的地球化学特征，对于耕地合理施用微量元素肥料、土壤环境保护、防止动植物因缺少微量元素出现地方病具有重要意义.本文以东北黑土地地球化学调查数据为基础，对讷河市土壤中某些
微量元素（B、Cu、Fe、Mn、Mo、Zn）的地球化学特征进行研究，以服务于该地区农业种植和可持续发展.
1 采样分析方法
1.1 样品采集
本次研究以讷河市全域为研究区，使用GPS并结合1∶5万地形图定位采样.依据中国地质调查局《多目标区域地球化学调查规范》（1∶250000），表层土壤采样深度0～20 cm，每1 km2采集一个土样，共采集6508个土壤样品.按照2
km×2 km的格网，将4个土样混合成一个分析样品，共组合表层土壤分析样品1627个.深层样采样深度150～200 cm，每4 km2采集一个样品，共采集1660个深层样品，按照4 km×4 km的格网，将每个格网的4个土样混合组成一个分析样品，共组合深层分析样品415个.研究区内采集3个土壤剖面，剖面深度均为200 cm，每20 cm采一个样.采集9个根系土微量元素有效态样品（见图1）.
图1 研究区及采样位置图Fig.1 Locationmap of the study areawith sampling position1—根系土采样点（root soil sampling site）；2—剖面采样点（profile sampling site）；3—研究区界线（boundary of the study area）
1.2 样品的分析测试
土壤样品分析由具有MA认证资质的辽宁省地质矿产研究院实验室测试完成，提取分析方法及检出限如表1、2所示.
表1 微量元素全量测试分析方法及检出限Table 1 Total volume test analysis of trace elements and detection lim it元素检出限/1 0-6 B 1 C u 0.9 F e 0.0 1 M n 0.3分析方法重叠摄谱法（A E S）X射线荧光光谱法（X R F）等离子体发射光谱法（I C P-O E S）等离子体发射光谱法（I C P-O E S）M o 0.1等离子体质谱法（I C P-M S）Z n 等离子体发射光谱法（I C P-O E S） 0.3
表2 微量元素有效态测试分析方法及检出限Table 2 Effective state test analysis
of trace elements and detection lim it元素检出限/1 0-6 B 0.0 0 4 2 C u 0.0 1 8 F e 0.0 0 8 6 M n 0.0 0 8 6分析方法等离子体发射光谱法（I C P-O E S）等离子体质谱法（I C P-M S）等离子体发射光谱法（I C P-O E S）等离子体发射光谱法（I C P-O E S）M o 0.0 0 4 4等离子体质谱法（I C P-M S）Z n 等离子体质谱法（I C P-M S） 0.0 1 2
1.3 数据处理方法
采用ArcGIS和Excel2016软件进行数据处理和分析.
2 土壤微量元素含量
2.1 土壤表层微量元素特征
讷河市土壤表层微量元素全量分析结果平均值、富集系数列入表3中.将分析结果
与松辽平原土壤［2］、东北地区土壤［3］、东北黑土［4］、全国土壤［5］和
世界土壤［6］微量元素含量平均值比较，对比讷河市土壤中各微量元素的丰缺.
从表3中可以看出，讷河市土壤表层与深层微量元素的全量基本一致，Mo元素富集系数小于0.85，稍有贫化，其他元素富集系数在 0.85～1.15 之间，属自然状态，未发生明显元素富集和贫化.土壤微量元素丰度由大到小的变化与松辽平原、东北
地区及全国土壤微量元素丰度变化规律一致，即 Fe＞Mn＞Zn＞B＞Cu＞Mo.从单元素看，讷河土壤表层各微量元素含量略高于松辽平原土壤平均值，而均低于东北地区土壤平均值.Fe、Mn含量高于东北黑土和全国土壤平均值，Zn、B、Cu、Mo 含量低于东北黑土和全国土壤平均值.与世界土壤相比，Fe、Zn含量高于世界土壤平均值，Mn、B、Cu、Mo含量低于世界土壤平均值.
根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295-2016）评价讷河土壤微量元素
等级，结果得出Mn元素含量丰富，Fe、Mo元素含量较丰富，B、Cu、Zn元素
含量较缺乏.
表3 讷河市土壤与其他地区土壤微量元素含量平均值对比Table 3 Com parison
of average trace element contents in soil of Nehe City and other areas注:富集系数为土壤表层微量元素含量比深层微量元素含量；比值为讷河土壤表层微量元素含量与对比地区土壤微量元素含量之比.由于分析数据多服从正态分布，因此平均值取指算术平均值.含量单位:Fe为10-2，其余为 10-6.微量元素 B讷河土壤表层 3 2.0讷河土壤深层 3 0.1元素富集系数 1.0 6松辽平原土壤 3 1.0比值 1.0 3 C u 1 9.7 2 0.5 5 0.9 6 1 8.0 1.0 9 M n 7 5 2.5 7 8 5.8 9 0.9 6 6 2 5 1.2 0东北地区土壤 4 6.0比值 0.7 0东北黑土 3 6.3 2 2.0 0.9 0 2 0.1 F e 3.4 3 3.4 5 0.9 9 2.7 1.8 1—8 4 0 0.9 0 6 5 6.1比值 0.8 8 0.9 8 3.4 4 1.4 2 1.1 5全国土壤 6 4.0 2 2.0 3.0比值 0.5 0 0.9 0 1.6 3世界土壤 6 0.0 2 0.0 3.8 7 1 0 1.0 6 8 5 0比值
0.5 3 0.9 9 1.2 9 0.8 9 M o Z n 0.7 5 7.9 0.9 4 5 9.2 2 0.7 4 0.9 8 0.6 1 5 4.0
1.1 5 1.0 7
2.2 8 5.0 0.3 2 0.6 8 0.8 1 7 4.0 0.8 6 0.7 8 1.7 1 0 0.0 0.4 1 0.5 8
2.0 5 0.0 0.3 5 1.1 6
2.2 不同类型土壤表层微量元素特征
不同土壤类型势必对微量元素含量产生直接影响.比较讷河不同土壤类型表层中微量元素全量（见表4）得出，除Mo外，黑土和黑钙土微量元素含量相对较高，且含量比较接近.暗棕壤、草甸土和沼泽土三者微量元素含量比较接近.新积土Mo含量最高，B、Cu、Fe、Mn含量比其他类型土壤低.
表4 不同类型土壤表层微量元素全量Table 4 Total trace element contents in different types of surface soil含量单位:10-6.土壤类型 B Z n暗棕壤 2 9.8 3 5
0.2 3草甸土 2 9.5 9 5 5.1 8黑钙土 3 3.4 2 6 5.5 1 C u 1 8.1 4 1 8.6 3 2 1.6 5 F
e 4.2 4.6 4 5.2 6 M n M o 6 5 1.3 8 0.7 3 6 6 9.6 6 0.6 9 9 5 3.0 5 0.5 8 2 0.5
4 5.1 7 8 0 0.8 9 0.7 1新积土 2 2.0 7 1 5.1 3 4.0 8 4 9 4.4 3 0.9 2
5 9.1 1黑土3 3.8 7
6 0.3 9沼泽土 3 0.8 9 1 8.5 6 5 3.
7 9 4.4 4 6 7 9.4 5 0.7 9
2.3 土壤表层微量元素有效态含量
土壤表层微量元素的有效态含量和全国土壤元素的临界值［7］见表5.可以看出，讷河土壤微量元素除Mo外，其他土壤微量元素的有效态含量均高于全国土壤临界值.按照《土地质量地球化学评价规范》中的土壤养分指标等级划分，Fe、Mn、Cu有效量丰富，Zn有效量较丰富，B有效量为中等，Mo的有效量小于0.1×10-6，属于缺乏.土壤微量元素活化率（元素有效态含量与全量之比）可以反映土壤微量元素全量和植物有效量之间的转化水平.从土壤微量元素的活化率来看，Cu、Mn活化率较高，B、Fe、Zn活化率较低.土壤中Mo的有效态低的原因可能是由于土壤呈弱酸性（平均pH值6.19），钼酸根主要被土壤中铁、铝氧化物吸附逐渐转化为难溶性钼酸盐沉淀所致［1］.在无机胶体中，铁氧化物对钼的吸附能力最强，其次是铝氧化物.土壤中钼的主要存在形式是与铁、铝氧化物及有机物质结合的形态，随pH值降低土壤胶体对钼的吸附能力增强［8］.
表5 讷河市表层微量元素的有效态含量Table 5 Available contents of the surface trace elements in Nehe City土壤 B Z n土壤有效态含量/1 0-6 0.7 8 2.8 3 C u 4.4 7 F e 1 8 9.2 M n M o 1 3 6.7 0.0 9全国土壤临界值/1 0-6 0.5 0
2.0 0 4.5 7.0 0.1 5 1.5 0活化率/% 2.4 4 2 2.6 9 4.8 9 0.5 5 1 8.1 7 1 2.8 6
3 微量元素全量的剖面分布
讷河土壤微量元素全量在黑土和草甸土剖面中的分布情况见图2、3.各元素在两个土壤剖面中分布既有较为相似的迁移富集规律，又有明显的差异性.相似性表现在表层和淀积层微量元素含量高于淋溶层，差异性表现在黑土淋溶淀积明显，而草甸土除Mo外淋溶淀积程度不明显，尤其是Fe淋溶沉积最不明显.这与吉林中部黑土中微量元素分异规律基本一致［9］.
讷河市土壤形成于温带季风气候条件下，夏季温暖多雨，草原化草甸类型植被生长繁茂，每年在土壤中留下大量的有机质；而冬季寒冷漫长，土中的微生物活动极其微弱，有机质不能充分分解，使土壤表层积累大量腐殖质，对微量元素的吸附固定
作用较强.夏季降雨集中（6～8月降水占全年的60%），可使微量元素向下淋失，但由于土壤质地较黏重，淋溶层黏粒略有下移，使淀积层中黏粒含量高于上面土层，对微量元素的吸附作用增强［3］.因此，随着垂向深度增加，元素在淋溶层呈现较强淋失现象，到达淀积层，土壤质地较黏重，透水性差，元素淋滤作用减弱，形成元素相对富集层.这与刘铮［10］等土壤微量元素分布研究结论一致.
图2 讷河市黑土微量元素含量剖面分布图Fig.2 Distribution of the trace element contents in black soil profile of Nehe City
图3 讷河市草甸土微量元素含量剖面分布图Fig.3 Distribution of the trace element contents inmeadow profile of Nehe City
4 结论
（1）讷河土壤表层微量元素全量平均值高于松辽平原土壤平均值，而低于东北地区土壤平均值.根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295-2016）评价结果，Mn元素含量丰富，Fe、Mo元素含量较丰富，B、Cu、Zn元素含量较缺乏. （2）讷河土壤表层微量元素全量与深层土壤含量基本一致，Mo元素富集系数小
于0.85，属稍有贫化，其他元素富集系数在0.85～1.15之间，属自然状态，未发生明显元素富集和贫化.
（3）讷河土壤表层微量元素 Cu、Fe、Mn、Zn 有效态含量丰富，B有效态含量
中等，Mo的有效态含量缺乏.
（4）黑土剖面中微量元素分布淋溶淀积程度明显，表现为以淋溶层较低，表层和淀积层较高，而草甸土除Mo外淋溶淀积程度不明显，尤其是Fe淋溶淀积最不明显.
（5）根据土壤微量元素全量和有效态含量分布的特点，可合理施用微量元素肥料，增加土壤中微量元素含量，促进农业发展.
参考文献：
【相关文献】
［1］浙江农业大学，编.植物营养与肥料［M］.北京:中国农业出版社，2007:149-156.
［2］朱立新，马生明.中国东部平原土壤地球化学基准值、重金属元素异常成因和生态效应［M］.北京:地质出版社，2012:32-34.
［3］中国科学院林业土壤研究所.中国东北土壤［M］.北京:科学出版社，1980:388-393.
［4］魏丹，孟凯.中国东北黑土［M］.北京:中国农业出版社，2017:74-77.
［5］熊毅，李庆逵.中国土壤［M］.北京:科学出版社，1987:517-536.
［6］鲍恩H JM.元素的环境化学［M］.崔仙舟，译.北京:科学出版社，1986:45-46.
［7］陆继龙，周永昶，周云轩.吉林省黑土某些微量元素环境地球化学特征［J］.土壤通报，2002，33（5）:465-368.
［8］王敬国.生物地球化学——物质循环与土壤过程［M］.北京:中国农业大学出版社，
2017:372-378.
［9］张立新，冯君，杨治超.吉林省中部黑土中微量元素与分异规律［J］.吉林农业大学学报，1998，20（3）:54-56.
［10］刘铮，朱其清，唐丽华，等.我国缺乏微量元素的土壤及其区域分布［J］.土壤学报，1982，19（3）:209-223.。