重慶市黔江區表層土壤硼元素地球化學特征

余 京，周 琳，嚴明書，鄧 海，鮑麗然，董金秀

（重慶市地質礦產勘查開發局川東南地質大隊∕重慶土地質量地質調查重點實驗室，重慶 400038）

土壤是作物生長的載體和養分的來源，土壤養分的豐缺直接影響作物的產量與果實的品質［1-9］。研究表明［10］，硼（B）是高等植物必需的營養元素之一，以硼酸分子的形態被植物吸收與利用，能促進根系的生長，對光合作用產物——碳水化合物的合成與轉運有重要作用。植物各器官中硼的含量以花為最高，花中又以柱頭和子房為最高。硼對植物的生殖過程有重要影響，與花粉的形成、花粉管的萌發和受精有密切關系。缺硼時，植物根尖、莖尖的生長點停止生長，花藥和花絲萎縮，花粉發育不良，造成作物減產。油菜和小麥會出現“花而不實”、棉花“蕾而不花”、果樹“落蕾、落花、落果”、豆科根瘤發育不良、馬鈴薯出現卷葉病、蘋果發生縮果病等。

黔江區“十三五”期間農村經濟總量達105 億元，“十四五”期間將其打造成現代山地特色高效農業示范區、武陵山區農文旅融合發展先行區，農業種植活動是黔江區當前和未來重要的經濟活動。

近年來，黔江區農業部門對主要的農耕區土壤開展了大量測土配方施肥等工作，調查了土壤有機質、氮、磷、鉀、pH、部分重金屬含量情況，生態環境部門對可疑污染區開展了部門重金屬檢測。但現有工作都缺乏對土壤中植物必需微量元素的檢測，鮮見硼元素的調查研究，這對研究區精細化農業發展、農業經濟和耕地污染有一定影響。本研究通過對黔江區全境進行實地調查取樣和檢測分析，摸清研究區土壤硼元素含量水平、分布情況及受控因素，以期為該地區作物種植施肥、特色農業發展、農業規劃和環境保護提供地質學資料。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

以黔江區全境為研究對象（圖1），面積為2402 km2。黔江區屬亞熱帶濕潤氣候，年平均氣溫為13.8～18.8 ℃，年降雨量為1100 mm 左右。該區土壤類型為紫色土、黃壤、石灰巖土和水稻土［11］。成土母巖為砂巖、泥巖和石灰巖。土地利用方式主要為水田和旱地，農業發展定位為特色農業產業化，同時逐步向區域化、規模化、專業化發展，農業產業規劃上將新增高山蔬菜基地。

圖1 研究區范圍及地質概況

該區出露地層以震旦系變質巖系為基底，接受了厚達數千米的巨厚沉積巖系的淀積，包括古生界寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、二疊系，中生界三疊系、侏羅系、白堊系。

1.2 土壤樣品采集與分析

按照中國地質調查局多目標區域地球化學調查規范［12］，網格化采集土壤樣品8976 件，樣品采集分2 階段，第一階段 為2018年12月30 日至2019年3月18 日，采集西北部樣品5105 件，第二階段為2019年9月30 日 至2019年12月20 日，采 集 東 南 部 樣 品3871 件。采樣時兼顧土壤類型、耕作制度、利用方式、地力水平等多重因素，剔除動植物殘體、石塊等雜物，采樣深度為0～20 cm（耕作層），采樣密度為3.74 件∕km2。

樣品測試單位為中華人民共和國國土資源部重點測試中心成都巖礦測試中心。用WP1 型平面光柵攝譜儀（北京瑞利分析儀器公司）測定硼元素，檢出限為2.0 mg∕kg；元素分析質控措施遵循中國地質調查局生態地球化學評價樣品分析技術要求［13］，合格率達100%。

1.3 數據分析

利用Excel 對數據進行一般性統計和K-S 檢驗，Mapgis 6.7的克里格插值法繪制土壤元素平面分布圖。

1.4 土壤硼元素養分豐缺評價標準

土壤養分的等級劃分標準主要參照《土地質量地球化學評價規范（DZ∕T 0295—2016）》，劃分標準見表1。

表1 國家-省級/省-區級土地質量評價養分等級劃分標準（n=8976） （單位：mg∕kg）

2 結果與分析

2.1 含量特征

研究區表層土壤硼元素含量統計結果見表2。從背景值對比來看，研究區硼接近全國水平（X0∕X2=1.09），顯著高于重慶主城區（X0∕X2=1.25）；從元素含量分布變化差異看，研究區硼元素變異系數（CV）小于0.5，說明該地區硼元素含量相對穩定，分布相對均勻。

表2 研究區土壤硼元素含量統計

2.2 空間分布特征

利用點位GPS 坐標和樣品測試數據，采用GIS技術和9 級累積頻率值法制作研究區表層土壤硼元素地球化學圖。由圖2 可知，研究區硼元素高值區主要分布于北部梨水鎮-黃溪鎮、沙壩鄉-水田鄉和南部的鄰鄂鎮-金洞鄉一帶，該區域出露地層主要為志留系，而低值區主要分布于馬喇林場、白土鄉三塘村和正陽鎮，該區域出露地層主要為泥盆系、侏羅系、白堊系。

圖2 研究區表層土壤硼元素地球化學分布情況

研究區硼元素變異系數≤0.30，表明該區域硼元素含量變化起伏不大，基本未受人類活動影響，元素含量區間窄小，最大值為最小值的10～30 倍。此外，硼元素與成土母質有一定的專屬性，在泥盆系、侏羅系、白堊系呈低值背景。

2.3 豐缺水平

利用點位GPS 坐標和樣品測試數據，采用GIS技術，根據土地質量地球化學評價規范（DZ∕T 0295—2016）制作研究區表層土壤硼元素養分豐缺圖。由圖3 可知，研究區表層土壤硼元素大面積處于豐富狀態，面積為2238.40 km2，占調查區面積的93.19%，較豐富、中等、較缺乏和缺乏的面積都較小，分別為94.31、26.17、17.89 km2和25.21 km2，分別占調查區面積的3.93%、1.09%、0.75%和1.05%。

圖3 研究區表層土壤硼元素養分豐缺分布情況

研究區表層土壤硼元素豐富區域主要分布在北部梨水鎮-黃溪鎮、沙壩鄉-水田鄉和研究區南部鄰鄂鎮-金洞鄉一帶，而缺乏區域主要分布在馬喇林場、三塘村、正陽鎮-馮家鎮和馬喇鎮西一帶。

2.4 控制性因素分析

地層是地殼發展過程中形成的各種成層和非成層巖石的總稱［15］，反映不同地質時期巖石形成的不同環境和物質來源，從而影響巖石元素的組成。巖石元素影響發育土壤的成土母質，因此不同地層對表層土壤元素含量的影響較大。研究表明，重慶市渝北地區地層與硼元素含量分布密切相關，其空間分布顯著影響硼元素含量的空間分布［16］。

本研究采用富集系數來表示硼元素在不同地層土壤中的貧化或富集情況，富集系數=各地層區平均值∕全區平均值。將富集系數＞1.1 時設為硼元素在該地層相對富集，＜0.9 設為相對貧化，硼元素各地層富集系數見圖4。由圖4 可知，表層土壤硼元素在寒武系、三疊系地層含量相對富集，泥盆系、侏羅系、白堊系相對貧化。結合圖1、圖3，圖1 中正陽鎮的白惡系和侏羅系的分布區與圖3 正陽鎮的低值分布區高度一致，可知研究區表層土壤硼元素含量的高低值分布區與地層密切相關，說明研究區地層對于表層土壤硼元素的含量起主控因素作用。同時，斷層對地層的分割影響較大，土壤硼元素含量與斷層有一定關系。

圖4 研究區表層土壤硼元素各地層富集系數

2.5 農業利用分析

研究區土壤硼元素整體處于豐富水平，也存在局部中等、較缺乏和缺乏區域。北部的梨水鎮-黃溪鎮、沙壩鄉-水田鄉和南部的鄰鄂鎮-金洞鄉一帶硼元素均處于豐富和高值水平，這些地方的農業活動非必要可不施硼肥，硼肥過多易引起作物枝葉卷曲、焦枯等硼中毒現象，而在馬喇林場、三塘村、正陽鎮-馮家鎮和馬喇鎮西等一帶硼較為缺乏，該區域開展農業活動，作物可能會出現“花而不實”等低產現象，應注意補充硼肥。

土壤養分元素的豐缺水平通常指土壤元素全量的含量水平，然而決定土壤養分的供給能力更直接的是元素的有效態含量。曾昭華［17］研究表明，土壤硼中的有效態含量隨土壤和母質含量的增高而增大，隨土壤pH 的增大而減小。王政等［18］研究表明，云南省保山市植煙土壤有效硼質量分數隨土壤物理性黏粒質量分數升高呈降低趨勢，隨pH 和有機質質量分數升高呈升高趨勢，并與土壤堿解氮、速效磷、交換性鎂和有效鋅質量分數呈顯著正相關。因此種植施肥的過程中，還應關注種植區土壤pH、有機質等指標。研究區經濟作物煙葉較多，因此，煙葉種植區施肥硼應綜合考慮土壤堿解氮、速效磷、交換性鎂和有效鋅質量分數等指標。

3 小結

研究區表層土壤硼元素平均含量為87.97 mg∕kg，接近全國水平，明顯高于重慶市主城區水平，且分布相對均勻。表層土壤硼元素含量分布主要受地質、地層控制，在三疊系和寒武系較為富集，在泥盆系、侏羅系和白惡系較為缺乏。研究區表層土壤硼豐富水平達93.19%，總體上研究區農業種植受硼肥影響較小，在梨水鎮-黃溪鎮、沙壩鄉-水田鄉、鄰鄂鎮-金洞鄉一帶硼元素豐富的高值分布區，可不施或少施硼肥，而在馬喇林場、三塘村、正陽鎮-馮家鎮和馬喇鎮西等一帶較為缺乏，注意補施硼肥。