Evaluation of trace elements abundance and deficiency in cultivated soil and its influencing factors in Bijie City of Wumeng Mountain
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摘要:
为了支撑发展山地特色农业的需要，通过1∶5万耕地质量地球化学调查，获取毕节市耕地土壤微量元素的高精度分析数据。选取B、Mo、Cu、Zn、Mn、Go、I及F作为主要研究对象，分析毕节市耕地土壤微量元素的丰缺状况。统计结果表明，毕节市耕地土壤中微量元素含量总体处于较高水平，B、Mo、Cu、Zn、Mn、Co、I及F平均值分别为67.10 mg/kg、2.14 mg/kg、79.20 mg/kg、143.90 mg/kg、1215.00 mg/kg、30.40 mg/kg、5.84 mg/kg和1009.00 mg/kg。评价结果显示，毕节市耕地土壤微量元素丰缺以丰富-过剩为特征，其中B、Cu、Zn、Mn、Co以丰富等级为主，Mo以上限值等级为主，I以高等级为主，F以过剩等级为主，微量养分状况总体较好。毕节市耕地土壤中微量元素丰缺及分布与成土母质、土壤酸碱度、土壤类型及土地利用方式的影响关系密切，其中成土母质为主要影响因素。研究结果为毕节市农业生产中土壤微量元素的合理利用、作物品质提升及发展山地特色农业等提供了地球化学支撑。
Abstract:In order to support the needs of the agricultural development of mountain areas, the high precision data of trace elements in cultivated land soil in Bijie City were obtained through 1:50000 geochemical survey of cultivated land quality.B, Mo, Cu, Zn, Mn, Co, I and F were selected as the main research objects to analyze the abundance and deficiency of trace elements in cultivated soil.The statistical results show that the trace elements contents of cultivated soil in Bijie City is generally at a high level, and the mean contents of B、Mo、Cu、Zn、Mn、Co、I and F are 67.10 mg/kg, 2.14 mg/kg, 79.20 mg/kg, 143.90 mg/kg, 1215.00 mg/kg, 30.40 mg/kg, 5.84 mg/kg and 1009.00 mg/kg, respectively.The evaluation results show that the trace elements of cultivated soil in Bijie City are characterized by abundance and excess, of which B, Cu, Zn, Mn and Co are mainly at the enrichment level, Mo above the limit level, I at the high level, and F at the excess level.The overall condition of trace nutrients is good.The abundance, deficiency and distribution of trace elements in cultivated soil in Bijie City are closely related to the parent material, soil pH, soil type and land use mode, among which the parent material is the main influencing factor.This study can provide geochemical support for the agricultural production in Bijie area in the reasonable utilization of soil trace elements, the improvement of crop quality and the development of mountain characteristic agriculture.
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Keywords:
- soil /
- trace elements /
- abundance and deficiency evaluation /
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- cultivated land /
- Bijie City /
- Wumeng Mountainous area
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致谢: 本研究得益于2017—2019年毕节市下辖8县(区)开展的耕地质量地球化学调查评价工作，感谢贵州省地质矿产勘查开发局一一七地质大队、一一五地质大队、一○四地质大队及贵州省地质矿产中心实验室对本研究采样和测试部分的鼎力支持；感谢审稿专家提出的宝贵的修改意见。
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图 1 研究区成土母质单元划分及主要矿产分布图(据参考文献[14]编制)
1—白垩系-新近系碎屑岩；2—侏罗系碎屑岩；3—三叠系碳酸盐岩；4—三叠系碎屑岩；5—二叠系含煤碎屑岩；6—二叠系碳酸盐岩；7—峨眉山玄武岩；8—二叠系下统碎屑岩；9—石炭系碳酸盐岩；10—石炭系碎屑岩；11—泥盆系碳酸盐岩；12—志留系碎屑岩；13—奥陶系碎屑岩；14—寒武系碳酸盐岩；15—寒武系碎屑岩；16—震旦系碳酸盐岩；17—断层；18—市行政驻地；19—县行政驻地；20—省界；21—县界；22—水系；23—铅锌矿(大、中、小)；24—煤矿(大、中、小)；25—磷矿(稀土)；26—铜矿；27—铝土矿(大、中、小)；28—铁矿
Figure 1. Division of parent rock units and distribution of main minerals in the study area
表 1 研究区成土母质单元特征
Table 1 Features of parent material units in the study area
序号 成土母质单元 地层组合 岩性简述 含矿性 占比/% 1 白垩系—新近系碎屑岩 三道河组、茅台组、中水组、陈选屯组/窑上组 砂砾岩及松散砂泥层 0.32 2 侏罗系碎屑岩 二桥组、自流井组、沙溪庙组、遂宁组 砂岩、粉砂岩、泥岩 铜 5.30 3 三叠系碳酸盐岩 嘉陵江组/东川组、关岭组、杨柳井组、改茶组 灰岩、白云岩夹沉凝灰岩、粘土岩 24.20 4 三叠系碎屑岩 飞仙关组/夜郎组 砂岩、泥岩夹灰岩 铜 17.32 5 二叠系含煤碎屑岩 龙潭组、宣威组/长兴组、大隆组 砂泥岩、煤/灰岩、砂泥岩 煤、铁 8.40 6 二叠系碳酸盐岩 平川组、栖霞-茅口组 灰岩、白云质灰岩 锰、铅、锌 15.54 7 峨眉山玄武岩 峨眉山玄武岩组、辉绿岩 玄武岩、辉绿岩 铜、铁 7.89 8 二叠系下统碎屑岩 梁山组 石英砂岩、粘土岩、煤层 煤、铁 0.91 9 石炭系碳酸盐岩 汤粑沟组、旧司-上司组、摆佐-马平组 灰岩、白云岩 铅、锌 12.88 10 石炭系碎屑岩 九架炉组/祥摆组 粉砂岩、粘土岩、铝土岩 铝土矿 1.91 11 泥盆系碳酸盐岩 蟒山组、鸡窝寨组、榴江组、高坡场组、五指山组 灰岩、白云岩夹硅质岩 0.95 12 志留系碎屑岩 新滩组、松坎组、石牛栏组、韩家店组、关底组 页岩、灰岩、粉砂质泥岩、粘土岩 1.15 13 奥陶系碎屑岩 湄潭组、五峰组、龙马溪组、桐梓组、红花园组、
十字铺组、宝塔组页岩、砂岩、炭质页岩、灰岩、白云岩 0.33 14 寒武系碳酸盐岩 清虚洞组、石冷水组、娄山关组 白云岩、灰岩 铅、锌 1.95 15 寒武系碎屑岩 明心寺组、牛蹄塘组/筇竹寺组、陡坡寺组 泥质粉砂岩、粘土岩、炭质
页岩夹泥质白云岩镍、钼、钒 0.56 16 震旦系碳酸盐岩 灯影组 白云岩 磷 0.37 注：含矿性空白表示无明显矿化特征 
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表 2 土壤指标含量测定方法
Table 2 Determination method of soil index content
序号 指标 处理方法 分析方法 检出限 1 酸碱度(pH) pH计电极法直接测定 电位法(ISE) 0.01 2 B 碱熔分解、水浸取、阳离子树脂吸附 电感耦合等离子体质
谱法(ICP-MS)0.37 3 I 0.07 4 Mo 硝酸等混酸分解、定容稀释后测定 0.1 5 Co 0.1 6 Cu 硝酸等混酸分解、定容后测定 电感耦合等离子体原子
发射光谱(ICP-OES)0.1 7 Zn 1 8 Mn 5 9 F 碱熔分解、水浸取、加入总离子调节剂测试 离子选择性电极法(ISE) 30 注：含量单位除pH为无量纲外，其余均为mg/kg
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表 3 耕地土壤元素及指标分级标准[18]
Table 3 Grading standard for soil elements and index of cultivated land
等级 强酸性 酸性 中性 碱性 强碱性 酸碱度(pH) < 5.0 5.0~ < 6.5 6.5~ < 7.5 7.5~ < 8.5 ≥8.5 等级 丰富 较丰富 中等 较缺乏 缺乏 上限值 B >65 >55~65 >45~55 >30~45 ≤30 ≥3000 Mo >0.85 >0.65~0.85 >0.55~0.65 >0.45~0.55 ≤0.45 ≥4 Cu >29 >24~29 >21~24 >16~21 ≤16 ≥50 Zn >84 >71~84 >62~71 >50~62 ≤50 ≥200 Mn >700 >600~700 >500~600 >375~500 ≤375 ≥1500 Co >15 >13~15 >11~13 >8~11 ≤8 - 等级 缺乏 边缘 适量 高 过剩 I ≤1 ＞1~1.50 ＞1.50~5 ＞5~100 ＞100 F ≤400 ＞400~500 ＞500~550 ＞550~700 ＞700 注：含量单位除pH为无量纲外，其余均为mg/kg
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表 4 土壤微量元素含量
Table 4 Statistics of soil trace elements contents
元素 平均值 最小值 最大值 标准差 变异
系数剔除特异值后 全国A层土壤[19] 贵州省耕地土壤[20] 样本量 背景值 背景值 K1 背景值 K2 B 67.10 0.66 797.00 39.70 0.59 94462 64.60 47.80 1.35 67.32 0.96 Mo 2.14 0.02 117.00 1.69 0.79 90995 1.88 2.00 0.94 1.53 1.23 Cu 79.20 0.36 1641.00 61.50 0.78 88287 65.20 22.60 2.88 34.50 1.89 Zn 143.90 1.11 9967.10 154.20 1.07 89386 122.60 82.40 1.49 104.21 1.18 Mn 1215.00 7.68 30596.00 620.00 0.51 94883 1185.00 583.00 2.03 727.00 1.63 Co 30.40 0.17 182.00 13.60 0.45 95022 29.90 12.70 2.35 19.89 1.50 I 5.84 0.01 59.50 3.54 0.61 94051 5.60 3.76 1.49 3.05 1.84 F 1009.00 20.00 27086.00 669.00 0.66 91577 910.00 478.00 1.90 818.00 1.11 注：样本量单位为件；元素含量单位为mg/kg；背景值为剔除特异值后的算数平均值；K1为研究区与全国A层土壤背景值的比值；K2为研究区与贵州耕地土壤背景值的比值
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表 5 耕地土壤微量元素间的相关系数
Table 5 Correlation coefficients of soil trace elements in cultivated land
元素 B Co Cu F I Mn Mo Zn B 1 -0.437** -0.545** 0.606** -0.107** -0.209** 0.007* -0.152** Co -0.437** 1 0.742** -0.226** 0.010** 0.532** -0.004 0.141** Cu -0.545** 0.742** 1 -0.328** 0.078** 0.332** 0.091** 0.201** F 0.606** -0.226** -0.328** 1 -0.034** -0.141** 0.078** -0.086** I -0.107** 0.010** 0.078** -0.034** 1 0.260** 0.194** 0.208** Mn -0.209** 0.532** 0.332** -0.141** 0.260** 1 0.097** 0.246** Mo 0.007* -0.004 0.091** 0.078** 0.194** 0.097** 1 0.112** Zn -0.152** 0.141** 0.201** -0.086** 0.208** 0.246** 0.112** 1 注：**表示在0.01水平(双侧)上显著相关；*表示在0.05水平(双侧)上显著相关
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表 6 不同成土母质单元及其上覆耕地土壤中微量元素含量平均值对比
Table 6 Comparison of trace element contents in different parent material units of soil formation and its overlying cultivated land
元素 白垩系—新近
系碎屑岩侏罗系
碎屑岩三叠系碳
酸盐岩三叠系
碎屑岩二叠系含
煤碎屑岩二叠系碳
酸盐岩峨眉山
玄武岩二叠系下统
碎屑岩岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 n=0 n=524 n=7 n=3585 n=48 n=28981 n=26 n=14017 n=31 n=9391 n=40 n=14938 n=39 n=6514 n=8 n=1216 B - 63.77 41.74 72.43 16.95 100.07 56.12 46.19 27.89 35.61 4.70 45.67 8.51 24.58 53.25 59.86 Mo - 2.04 0.25 0.76 0.41 1.94 0.48 1.44 1.89 2.52 0.97 2.71 1.33 2.27 1.02 2.29 Cu - 61.68 23.61 28.55 18.90 51.42 121.34 94.22 115.73 120.52 11.36 96.08 207.73 201.68 4.97 52.76 Zn - 117.37 83.56 80.07 27.03 103.25 155.62 133.95 101.01 156.13 18.88 171.11 129.67 186.93 16.78 140.21 Mn - 702.80 600.71 571.73 314.35 1201.28 648.20 1461.22 671.67 1139.81 121.09 1308.55 1299.87 1549.46 143.24 972.90 Co - 23.70 18.31 14.60 9.03 27.93 35.26 39.78 30.52 36.80 4.34 30.65 44.17 48.42 5.36 21.99 I - 3.04 0.95 1.62 0.56 5.41 0.33 5.41 1.26 4.90 0.72 7.39 0.55 6.37 0.84 6.24 F - 969.73 453.43 620.25 445.83 1469.67 1024.40 877.36 661.03 654.51 315.26 653.83 634.65 482.68 338.38 771.18 元素 石炭系碳酸盐岩 石炭系碎屑岩 泥盆系碳酸盐岩 志留系碎屑岩 奥陶系碎屑岩 寒武系碳酸盐岩 寒武系碎屑岩 震旦系碳酸盐岩 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 岩石 土壤 n=17 n=10477 n=0 n=213 n=0 n=1021 n=1 n=257 n=3 n=271 n=8 n=3599 n=5 n=621 n=5 n=442 B 34.25 72.63 - 73.07 - 82.94 91.60 76.83 67.30 80.64 27.21 106.45 171.72 102.19 4.12 67.96 Mo 0.65 2.26 - 3.29 - 2.93 0.30 1.81 1.69 1.79 0.62 2.37 23.21 3.66 0.45 5.92 Cu 7.62 41.73 - 44.49 - 45.84 39.40 31.75 16.10 37.91 4.82 32.32 19.10 43.11 1.46 78.02 Zn 39.75 220.68 - 182.85 - 207.82 80.40 100.13 41.40 106.76 11.36 91.83 84.62 188.74 8.12 274.84 Mn 160.41 986.98 - 1188.13 - 1365.06 387.00 1106.68 351.67 1528.90 89.23 973.81 217.74 909.63 140.64 1024.00 Co 4.76 20.36 - 20.76 - 24.83 20.20 17.95 10.58 21.37 2.67 19.44 10.93 17.42 1.47 20.81 I 0.97 7.96 - 6.67 - 7.10 1.05 3.97 0.31 3.90 0.31 4.44 0.65 4.29 1.12 3.75 F 517.35 1047.52 - 1046.37 - 1017.42 828.00 832.60 854.00 898.17 583.75 1573.23 791.80 1121.30 293.00 1043.53 注：n为样本量，单位为件；“-”表示未取样；元素含量单位为mg/kg；岩石中微量元素含量数据据2020年毕节市耕地质量地球化学调查评价成果①
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表 7 不同酸碱度(pH)耕地土壤中微量元素含量均值
Table 7 Statistics of the trace element mean contents in cultivated soil at different pH values
元素 酸碱度(pH) 强酸性(＜5)
(n=14767)酸性
(5~6.5)
(n=49381)中性
(6.5~7.5)
(n=17572)碱性
(7.5~8.5)
(n=14275)强碱性
(≥8.5)
(n=72)B 59.42 60.88 71.96 90.61 85.39 Mo 2.29 2.17 2.12 1.87 1.04 Cu 83.47 86.33 74.51 56.07 40.33 Zn 133.38 148.1 155.49 126.51 87.52 Mn 987.37 1291.19 1319.28 1062.64 728.96 Co 28.32 32.34 30.74 25.62 18.64 I 6.39 6.02 5.73 4.84 2.44 F 824.4 890.93 1094.65 1497.91 1457.57 注：n为样本量，单位为件；pH无量纲；元素含量单位为mg/kg
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表 8 不同土壤类型中耕地土壤微量元素含量平均值
Table 8 Statistics of soil nutrient contents in cultivated land of different soil types
mg/kg 元素 黄壤 黄棕壤 石灰土 紫色土 粗骨土 水稻土 棕壤 沼泽土 山地草甸土 样本量/件 29538 22390 15640 12733 7003 4584 2216 353 311 B 72.9 54.04 89.54 57.17 50.19 72.94 60.17 97.6 47.17 Mo 2.29 2.17 2.03 1.55 2.35 2.54 2.25 3.43 1.81 Cu 71.81 98.47 55.37 85.82 99 74.22 69.84 43.96 126.18 Zn 121.53 188.01 116.2 136 135.58 120.86 302.29 175.64 190.79 Mn 1205.62 1215.8 1262.26 1258.68 1194.19 1003.26 1314.5 654.42 1351.71 Co 29.57 32.15 27.01 34.66 32.26 27.99 25.11 21.08 37.36 I 5.33 7.23 5.33 4.8 6.05 4.45 10.69 5.95 6.76 F 1126.64 820.5 1257.42 850.52 767.53 1136.78 931.36 1924.13 580.47
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表 9 不同土地利用方式中耕地土壤微量元素含量平均值
Table 9 Statistics of the mean value of trace elements in cultivated soil at different land use modes
mg/kg 元素 旱地 水田 水浇地 果园 茶园 采矿用地 裸地 样本量/件 87872 7592 22 330 107 21 108 B 67.44 74.57 38.09 69.94 51.37 66.02 72.50 Mo 2.15 2.07 1.73 1.89 1.77 6.64 3.01 Cu 79.13 66.46 120.41 67.97 74.62 92.58 73.36 Zn 144.05 111.19 155.23 111.93 104.17 455.96 147.35 Mn 1253.88 766.26 1077.84 964.34 689.08 1131.05 1448.87 Co 30.88 24.72 36.96 26.66 20.38 30.66 31.46 I 6.04 2.56 2.78 4.26 7.15 5.05 6.68 F 1023.97 1027.91 681.48 979.84 694.29 1146.39 1083.56
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