天津市富鉀土地資源評價*

曹淑萍，程緒江

(天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津 300191)

鉀是作物生長發(fā)育必需的大量元素之一，它在改善作物品質(zhì)，提高產(chǎn)量等方面起著重要的作用［1］。近年來，我國由于鉀資源儲備和生產(chǎn)都嚴(yán)重不足，鉀肥長期施用量極低，這已給我們這個農(nóng)業(yè)大國帶來了嚴(yán)重危害。由于“三要素”生產(chǎn)施用比例長期嚴(yán)重失調(diào)，導(dǎo)致缺鉀范圍日趨擴大，土壤物化性能變差，肥力銳減，土地退化，同時也使氮肥肥效下降，施肥成本上升。此外，還因缺鉀而引起作物病變，如水稻生理性赤枯，不少農(nóng)作物抗病蟲能力減弱，出現(xiàn)早衰、退化等現(xiàn)象。我國鉀肥的年需求量至少要750～800萬t，而全國年產(chǎn)量僅為100多萬t，占所需量的15%，缺口很大。為了擺脫依賴進(jìn)口的被動局面，一方面應(yīng)擴大找鉀領(lǐng)域，拓寬找鉀途徑，尋找更多的鉀資源;另一方面也需要在鉀資源的開發(fā)利用方面多做工作［2］。

天津市由于獨特的地理位置和成土環(huán)境擁有天然富鉀土地資源，查明富鉀土地資源量及其成因，并進(jìn)行合理開發(fā)利用，對于緩解我國鉀肥緊缺局面，促進(jìn)天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

1 土壤調(diào)查方法

1.1 區(qū)域土壤樣品采集

天津市水土環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查根據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》(DD2005-01)［5］進(jìn)行，采取網(wǎng)格化方法分別采集全市陸域表層土壤和深層土壤樣品。表層土壤采樣深度為0～20cm，樣品采樣密度為1點/km2，按1個樣/4km2組合送樣檢測。平原區(qū)深層土壤采樣深度80～100cm，山區(qū)采至基巖，采樣密度一般為1點/4km2，按照1個樣/16km2進(jìn)行組樣測試，采樣點位置見圖1和圖3。

1.2 剖面土壤樣品采集

根據(jù)成土母質(zhì)分布情況，選擇代表性地區(qū)布置土壤垂向剖面。在全市范圍內(nèi)采集土壤縱剖面20個，深度160cm，每隔約20cm左右采集1件土壤樣品，單樣測試。

1.3 土壤樣品測試

土壤樣品分析質(zhì)量要求及監(jiān)控辦法按《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》要求執(zhí)行，由安徽省地質(zhì)實驗研究所分析，其中全鉀測試采用X射線熒光光譜法 (XRF)，速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法。

2 富鉀土地資源分布及成因分析

2.1 富鉀土地資源評價標(biāo)準(zhǔn)

鉀在土壤中的賦存形式通常有3種，即水溶性鉀、代換性鉀和含鉀礦物，水溶性鉀、代換性鉀能被植物吸收利用，而土壤中鉀總量的近90%是以原生含鉀硅酸鹽礦物和次生黏土礦物形式存在的，這些含鉀礦物都能通過風(fēng)化作用而釋放出鉀離子作為土壤膠體表面吸附鉀的補充，是代換鉀的鉀源儲備［3］。土壤全鉀能很好地反映土壤母質(zhì)特征，代表土地長期供給鉀素的能力，且受施肥影響較小具有穩(wěn)定性，與速效鉀有較好的相關(guān)性①曹淑萍，陳一笠，馮鑫等.天津市國土農(nóng)業(yè)環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查報告.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，2003(12)，因此選用土壤全鉀作為天然富鉀土地資源評價指標(biāo)。全國第二次土壤普查把土壤全鉀含量大于2.5%確定為一級豐富區(qū)，野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)土壤全鉀一級區(qū)生長的農(nóng)作物品質(zhì)較好，而且多是天津市名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地，如茶淀葡萄、小港酸梨和盤山柿子等。因此確定表層土壤全鉀含量2.5%為富鉀土地資源區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此圈定了8個富鉀土地資源區(qū)，主要分布在薊縣和寧河-漢沽。

圖1 薊縣山區(qū)土壤采樣點位圖

2.2 薊縣富鉀土地資源區(qū)分布及成因分析

薊縣富鉀土地資源區(qū)5個，均分布在山區(qū)，總面積約97km2(表1，圖2)。

該區(qū)土層薄，土壤為褐土。其中FK1和FK2分布在黃崖關(guān)以及大紅峪-孫各莊的長城系團(tuán)山子組和大紅峪組地層附近。據(jù)林曉輝，任富根等研究，大紅峪時期燕山區(qū)是一個含鉀海盆并具火山巖噴發(fā)，在火山活動的間歇期，存在古風(fēng)化現(xiàn)象，沉積了含鉀頁巖［3，4］，大紅峪組地層一般含氧化鉀8%～12%②田樹信，周志勇，聞秀明等.天津市薊縣下營鎮(zhèn)團(tuán)山子村南山富鉀巖石礦詳查報告.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，2003(12)，富鉀頁巖和白云巖風(fēng)化是形成這兩個富鉀土地資源區(qū)的原因。FK4分布在盤山巖體中，盤山巖體以二長斑巖和二長花崗巖為主，為富鉀的巖體。FK3和FK5分布在薊縣系洪水莊組地層附近，該組為一套灰黑、灰綠、棕黃色含石英粉砂伊利石頁巖，伊利石是一種富鉀的層狀含水硅酸鹽類黏土礦物，以優(yōu)質(zhì)伊利石為原料可以制取鉀肥［5，6］。綜上所述，薊縣5個富鉀土地資源區(qū)均為富鉀的地層和巖體風(fēng)化形成的。

表1 薊縣富鉀土地資源區(qū)基本情況

2.3 寧河－漢沽富鉀土地資源區(qū)分布及成因分析

寧河-漢沽富鉀土地資源區(qū)3個，總面積約1 200km2，主要分布在寧河縣境內(nèi)，包括潘莊、北淮淀、任鳳、板橋鄉(xiāng)和苗莊鎮(zhèn)等，其次分布在漢沽茶淀、塘沽中心莊-寧車沽以及東麗區(qū)赤土鎮(zhèn)等 (圖3，圖4)，該區(qū)屬于沖積海積低平原到海積平原過渡帶，土壤為鹽化濕潮土。

圖2 薊縣富鉀區(qū)分布圖

據(jù)《水經(jīng)注》記載，公元前602年黃河改道離去以后，這里長期處于海淡水往復(fù)交替，海陸變遷不定的狀態(tài)，形成龐大彼此相連的瀉湖洼淀群，后又逐漸演變成范圍幾百里的退海湖泊和沼澤，即所謂雍奴藪，來自燕山的河流攜帶的富含鉀的物質(zhì)在該區(qū)大量沉積下來;該區(qū)近1000多年以來為湖泊和沼澤，水分強烈蒸發(fā)濃縮使金屬元素在湖泊沉積物中進(jìn)一步濃集;湖泊沉積物主要為黏土礦物，黏土礦物對鉀等金屬元素具有較強的吸附能力。以上這些因素使該區(qū)形成了1～1.5m厚的富鉀土地資源。

3 富鉀土地資源計算

3.1 土壤全鉀在縱剖面上分布特征

在寧河-漢沽富鉀區(qū)土壤縱剖面中，全鉀在1m深度內(nèi)含量高且變化不大，均高于2.5%，1m以下土層全鉀含量逐漸降低，在2.5%以下 (圖3)。

3.2 鉀儲量計算

鉀儲量計算參考中國地質(zhì)調(diào)查局“全國土壤碳儲量及各類元素 (氧化物)儲量實測計算暫行要求”進(jìn)行，分別計算各富鉀區(qū)0～20cm和0～100cm土層中全鉀儲量。

0～20cm土層中鉀儲量計算方法

全鉀及速效鉀儲量計算公示如下:

全鉀儲量 (t)=0.1×面積 (km2)×20cm×土壤容重(g/cm3)×鉀平均含量 (%)

速效鉀儲量 (t)=0.00001×面積 (km2)×20cm×土壤容重 (g/cm3)×速效鉀平均含量 (mg/kg)

0～100cm土層中鉀儲量計算方法

根據(jù)土壤縱剖面中全鉀分布特征，全鉀計算適用直線分布模式，選用下列公式進(jìn)行計算:

全鉀及速效鉀儲量計算公示如下:

全鉀儲量 (t)=0.1×面積 (km2)×土層厚度 (cm)×土壤容重 (g/cm3)×［表層鉀平均含量(%)+深層鉀平均含量 (%)］/2

速效鉀儲量 (t)=0.00001×面積 (km2)×土層厚度 (cm)×土壤容重 (g/cm3)×［表層速效鉀平均含量 (mg/kg)+深層速效鉀平均含量 (mg/kg)］/2

應(yīng)用上述公示計算了各區(qū)鉀資源量，其中土壤鉀含量面積和土層厚度為本次實際調(diào)查數(shù)據(jù)，土壤容重為第二次土壤普查實測數(shù)據(jù)。計算結(jié)果詳見表2。

圖3 寧河－漢沽土壤采樣點位圖

圖4 寧河－漢沽富鉀區(qū)分布圖

圖5 土壤全鉀縱向分布圖

表2 鉀資源量計算表

從表2可以看出，富鉀土地資源區(qū)總面積約1 303.17km2，估算耕植層 (0～20cm)和1m土體中全鉀總儲量分別為8 638.36t和47 327.65t;其中速效鉀總儲量分別為155.70t和882.19t;富鉀土地資源主要分布在寧河-漢沽地區(qū)，占全市富鉀土地資源鉀儲量的90%以上，分布在薊縣的富鉀土地資源區(qū)的鉀儲量約占10%。

4 富鉀土地資源開發(fā)利用建議

薊縣富鉀土地資源區(qū)土層薄，但富鉀母巖風(fēng)化不斷給土壤提供鉀，能使該區(qū)長久保持富鉀土地資源優(yōu)勢，而且該區(qū)土壤還富含有機質(zhì)和硒等有益元素;由于樹木根系發(fā)達(dá)，具有涵養(yǎng)水分，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用，該區(qū)適宜發(fā)展各種富硒、富鉀特色水果。特色農(nóng)業(yè)和林業(yè)增值是薊縣依靠農(nóng)業(yè)增收的重要產(chǎn)業(yè)選擇［7］。由于薊縣富鉀土地資源區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，本次調(diào)查精度相對較低，建議在該區(qū)進(jìn)行詳細(xì)富鉀土地資源調(diào)查和評價工作。

寧河-漢沽富鉀土地資源區(qū)大部分地勢低洼，土壤質(zhì)地黏重，保水保肥能力強，土層深厚，同時還富含生長所必需的鈣、鎂、硼等多種營養(yǎng)成分;但該區(qū)土壤有一定程度的鹽堿化現(xiàn)象，地勢低洼且灌溉水資源豐富的地區(qū)適宜發(fā)展優(yōu)質(zhì)水稻;地勢相對較高的地區(qū)適宜發(fā)展葡萄、西瓜和冬棗等耐鹽堿且喜鉀的特色水果。有約200km2含鹽量過高地區(qū)不適宜種植農(nóng)作物，可先作為生態(tài)用地進(jìn)行退鹽。天津沿海都市型農(nóng)業(yè)功能定位是:強化經(jīng)濟(jì)功能、完善安全環(huán)保生態(tài)功能、突出輻射帶動功能、拓展社會服務(wù)功能［8］，而濱海新區(qū)發(fā)展，特別是化工區(qū)和生態(tài)城建設(shè)必將給附近農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來重大影響，如何在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時保護(hù)和充分利用這一寶貴土地資源，為天津市經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展服務(wù)顯得尤其重要。

1 王德芳，姚炳貴，高寶巖，等.津郊潮土長期定位試驗中施鉀效應(yīng)研究.天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，(1):20～22

2 周俊，朱江，儲國正，等.鉀資源的地球化學(xué)背景及其開發(fā)利用.礦產(chǎn)綜合利用，1999，(4):36～37

3 林曉輝，吳昌華.燕山西段及太行山區(qū)長城系底界的討論.地層學(xué)雜志，2002，(1):46～49

4 任富根.薊縣大紅峪組火山-沉積巖系的基本特征.中國地質(zhì)科學(xué)院天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所文集，1987，(6):13～16

5 南京大學(xué)等.土壤學(xué)基礎(chǔ)與土壤地理學(xué).北京高等教育出版社，1980，(3):21～23

6 李曉敏，寇曉威.伊利石:一種前景廣闊的新型粘土礦物材料.世界地質(zhì)，2000，(12):347

7 黃學(xué)群，鞏前文.天津薊縣農(nóng)民依靠農(nóng)業(yè)增收的潛力分析.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30(6)，71～73

8 張雅光.天津沿海都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)特征與功能研究.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，(3):49～53