福建省永春縣土壤中硒鋅元素富集特征及其與農(nóng)作物品質(zhì)的相關(guān)性

林俊英

(福建省197地質(zhì)大隊(duì)，福建泉州 362011 )

永春縣地處福建省東南部，經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主體，是著名的“中國(guó)蘆柑之鄉(xiāng)”，多年來(lái)一直是我國(guó)蘆柑出口的第一大縣，蘆柑產(chǎn)業(yè)在推動(dòng)永春縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中做出了巨大貢獻(xiàn)。然而近年來(lái)，由于布局不合理造成優(yōu)勢(shì)特色農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)低下的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，直接損害農(nóng)民的利益和生產(chǎn)積極性。從農(nóng)業(yè)地質(zhì)角度，在探明研究區(qū)地質(zhì)特征及硒鋅元素富集特征的基礎(chǔ)上，分析永春縣名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品蘆柑種植區(qū)的土壤地球化學(xué)特征，摸清地質(zhì)背景對(duì)蘆柑品質(zhì)的影響，對(duì)永春縣名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品蘆柑的規(guī)?；N植、品質(zhì)產(chǎn)量提高具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)特征

1.1 自然地理

永春縣位于福建省東南部，晉江東溪上游，戴云山脈的南段，地勢(shì)總體由西北向東南傾斜，以蓬壺馬跳為界，西部地區(qū)地形地貌屬中山地帶，山地海拔從83～1 366m。

縣內(nèi)水系大體呈樹枝狀展布，均為晉江水系，其中東溪是山美水庫(kù)最重要的匯水區(qū)，西溪是未來(lái)白瀨水庫(kù)重要的匯水區(qū)。主要河流有桃溪、一都溪、坑仔口溪、湖洋溪等，在主要水系流經(jīng)蓬壺、達(dá)埔、岵山、湖洋等山間盆地呈串珠狀分布，這些盆地均是本區(qū)主要農(nóng)業(yè)耕作區(qū)。

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)在區(qū)域大地構(gòu)造位于華南褶皺系的東南部，閩東火山斷拗帶的中南段。構(gòu)造帶是北東—南西方向展布。地質(zhì)構(gòu)造以北東向、北北東向、東西向構(gòu)造為主。褶皺和斷裂則以斷裂和斷塊活動(dòng)為主(圖1)。

1.3 地層及含水層

永春縣出露地層有白堊紀(jì)、侏羅紀(jì)、三疊紀(jì)、二疊紀(jì)和第四紀(jì)地層，并以侏羅紀(jì)火山巖地層為主。其中白堊紀(jì)地層巖性主要為粗碎屑巖和紫紅色碎屑巖；侏羅紀(jì)地層巖性主要有流紋巖、安山質(zhì)(流紋質(zhì))凝灰熔巖、英安流紋質(zhì)(熔結(jié))凝灰?guī)r等；三疊紀(jì)地層巖性為角巖、鮞狀灰?guī)r、鈣質(zhì)砂泥巖、砂泥巖等；二疊紀(jì)巖性為灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖夾煤層(線)、泥巖、粉砂巖等，第四紀(jì)全新世巖性主要成分為沙礫卵石、粘土、砂和淤泥。

2 鋅、硒元素富集特征

2.1 賦存特征

2.1.1 不同成土母巖指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

統(tǒng)計(jì)分析不同土壤中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)：二疊紀(jì)地層背景的土壤中元素指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于侏羅紀(jì)、三疊紀(jì)地層背景；白堊紀(jì)地層背景的土壤中元素指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低；硒元素在二疊紀(jì)地層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，鋅元素指標(biāo)在侏羅紀(jì)地層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(表1)。

從表2可以看出，侏羅紀(jì)石英閃長(zhǎng)玢巖巖體中硒、鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，其次為侏羅紀(jì)碎斑熔巖巖體。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Figure 1 Geological map of study area

地層指標(biāo)元素白堊紀(jì)地層(22件)最大值最小值中值三疊紀(jì)地層(12件)最大值最小值中值二疊紀(jì)地層(26件)最大值最小值中值侏羅紀(jì)地層(954件)最大值最小值中值鋅65.5016.6034.55123.0031.8055.90261.6027.6052.15303.007.0161.70硒0.850.160.340.660.140.441.740.120.572.530.060.29

表2 評(píng)價(jià)區(qū)不同侵入巖中硒/鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of assessment area mass fraction features of selenium and zinc in different intrusive rocks mg·kg-1

2.1.2 不同土壤質(zhì)地硒、鋅指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

永春縣土壤質(zhì)地主要以壤土為主，包括紅壤、黃壤等，占比93.19%；其次為沙土和黏土，占比12.38%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，不同土壤質(zhì)地中硒、鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在壤土中較高(表3)。

土壤地質(zhì)成因有殘坡積和沖洪積。其中主要以殘坡積為主，包括殘積、坡積和殘坡積，其次為沖洪積。不同土壤地質(zhì)成因表層土壤中硒、鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本持平(表4)。

2.2 空間分布特征

2.2.1 硒

評(píng)價(jià)區(qū)土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.03～2.53 mg·kg-1，平均值0.30 mg·kg-1，中值0.27 mg·kg-1。評(píng)價(jià)區(qū)土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)中值高于全國(guó)土壤硒元素豐度值0.20 mg·kg-1。與全國(guó)豐度相比，具有相對(duì)豐富的表層土壤硒元素。從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分類統(tǒng)計(jì)分析，土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)中值均大于0.175 mg·kg-1，在0.21～0.36 mg·kg-1。其中外山鄉(xiāng)、錦斗鎮(zhèn)和仙夾鎮(zhèn)土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)中值相對(duì)較高(中值/全縣豐度Ki≥1.20)(圖2)。

通過(guò)分析研究區(qū)土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間分布情況，對(duì)土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.40 mg·kg-1的成片土地圈定為富硒區(qū)。從富硒土壤地質(zhì)背景分析，富硒土壤主要分布在永春縣中部的巖漿巖巖體，占比76.47%，面積達(dá)到34.72km2，其次為下洋鎮(zhèn)翠屏山組，占比5%，面積為1.7 km2。

表3 評(píng)價(jià)區(qū)不同土壤質(zhì)地中硒/鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of assessment area mass fraction features of selenium and zinc in different quality soils mg·kg-1

表4 評(píng)價(jià)區(qū)不同地質(zhì)成因土壤硒/鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of assessment area mass fraction features of selenium and zinc in different geologic origin soils mg·kg-1

綜合土壤養(yǎng)分和土壤環(huán)境狀況分析，研究區(qū)富硒土壤質(zhì)量較好，主要以“中等”為主，占比48.85%，土地面積為17.56 km2，其次為“良好”，占比24.55%，土地面積為9.71km2?！皟?yōu)質(zhì)-中等”土壤占比合計(jì)79.28%，面積為29.65km2；研究區(qū)富硒區(qū)土壤質(zhì)量“差等-劣等”土壤占比20.72%，面積為7.78 km2(表5)。

圖2 永春縣耕地表層土壤硒/鋅豐缺分布Figure 2 Surface soil selenium and zinc abundance and shortage distributions in Yongchun County cultivated land

表5 研究區(qū)富硒土壤質(zhì)量綜合等級(jí)統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of study area selenium rich soil quality comprehensive grades mg·kg-1

2.2.2 鋅

評(píng)價(jià)區(qū)表層土壤中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.01～303.00 mg·kg-1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值69.49 mg·kg-1，中值64.30 mg·kg-1，評(píng)價(jià)區(qū)表層土壤鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)略低于全國(guó)豐度值(68 mg·kg-1)，并明顯低于一級(jí)自然背景值100 mg·kg-1，與全國(guó)豐度相比，表明具有中等富集的表層土壤鋅元素。

評(píng)價(jià)區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)中值在41.00～97.20 mg·kg-1。評(píng)價(jià)區(qū)呈祥鄉(xiāng)、東關(guān)鎮(zhèn)、錦斗鎮(zhèn)、石鼓鎮(zhèn)、桃城鎮(zhèn)、東平鎮(zhèn)、吾峰鎮(zhèn)、外山鄉(xiāng)和仙夾鎮(zhèn)的土壤鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高(Ki≥1.20)通過(guò)分析研究區(qū)土壤鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間分布情況，對(duì)土壤鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于84 mg·kg-1的成片土地圈定為富鋅區(qū)。從富鋅土壤地質(zhì)背景分析，富鋅土壤主要分布在永春縣中部、中東部的巖漿巖巖體，占比82.25%，面積達(dá)到49.23km2。集中分布在錦斗鎮(zhèn)、蓬壺鎮(zhèn)、呈祥鄉(xiāng)、石鼓鎮(zhèn)和仙夾鎮(zhèn)等。

綜合土壤養(yǎng)分和土壤環(huán)境狀況分析，研究區(qū)富鋅土壤質(zhì)量較好，主要以“中等”為主，占比46.50%，土地面積為28.01 km2，其次為“良好”，占比25.10%，土地面積為16.24km2?！皟?yōu)質(zhì)-中等”土壤占比合計(jì)81.13%，面積為50.25km2；研究區(qū)富鋅區(qū)土壤質(zhì)量“差等-劣等”土壤占比18.87%，面積為10.29km2(表6)。

表6 研究區(qū)富鋅土壤質(zhì)量綜合等級(jí)統(tǒng)計(jì)Table 6 Statistics of study area zinc rich soil quality comprehensive grades

3 農(nóng)作物及土壤地球化學(xué)特征

3.1 農(nóng)作物種植

蘆柑種植遍及全縣。蘆柑種植面積超過(guò)1 350hm2的有湖洋鎮(zhèn)，超過(guò)680hm2的有桃城鎮(zhèn)，超過(guò)340hm2的有8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)：達(dá)埔鎮(zhèn)、岵山鎮(zhèn)、東平鎮(zhèn)、東關(guān)鎮(zhèn)等。湖洋鎮(zhèn)總產(chǎn)41 542t，位居各鄉(xiāng)鎮(zhèn)首位，超萬(wàn)噸的有桃城鎮(zhèn)、五里街鎮(zhèn)、蓬壺鎮(zhèn)、石鼓鎮(zhèn)、岵山鎮(zhèn)、東平鎮(zhèn)、東關(guān)鎮(zhèn)7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

3.2 蘆柑園土壤指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

整體上，研究區(qū)蘆柑配套土壤質(zhì)量?jī)?yōu)異，局部零星土壤出現(xiàn)硼養(yǎng)分元素缺乏和零星出現(xiàn)土壤重金屬輕度污染現(xiàn)象。

統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)122件蘆柑-土壤配套樣品，分析蘆柑土壤指標(biāo)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征，結(jié)果顯示蘆柑配套土壤樣的養(yǎng)分元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)狀況為：除硼(中值：13.74 mg·kg-1)質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)為“缺乏”外，其他養(yǎng)分元素均為“較豐富-豐富”，其中硒、鋅元素蘆柑配套土壤樣養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)為“較豐富-豐富”(表7)。

表7 研究區(qū)蘆柑配套土壤養(yǎng)分硒/鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征統(tǒng)計(jì)Table 7 Statistics of study area mandarin citrus mating soil nutrient selenium and zinc mass fraction features mg·kg-1

注：元素指標(biāo)單位為mg·kg-1。

蘆柑配套土壤樣的環(huán)境元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)狀況：土壤總體呈強(qiáng)酸性，pH在3.21～6.74，中值4.47，pH<6.5占97.06%；鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)中值為94.47 mg·kg-1，小于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的樣品均為67件，占比98.53%，輕度污染的樣品均為1件，無(wú)中度和重度污染；整體上，土壤環(huán)境狀況良好，土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)為“清潔-尚清潔”，局部零星出現(xiàn)重金屬輕度和中度污染現(xiàn)象。

3.3 蘆柑果實(shí)微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

蘆柑硒、鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001～0.02mg·kg-1，中值0.004 mg·kg-1，富硒9件(綜合參照江西省地方性標(biāo)準(zhǔn)【DBD36/T566-2009】和陜西省富硒食品硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類標(biāo)準(zhǔn)【DB6124.01-2010】，富硒標(biāo)準(zhǔn)：0.01～0.05 mg·kg-1)，占比13.24%；鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.72～11.29 mg·kg-1，中值6.15mg·kg-1；鉬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002～0.08 mg·kg-1，中值0.03mg·kg-1。研究區(qū)蘆柑中汞、砷、鉛和鎘元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)重金屬超標(biāo)。

3.4 品質(zhì)指標(biāo)化驗(yàn)分析

統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)蘆柑品質(zhì)指標(biāo)可食率、糖分、粗纖維和水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征，綜合顯示，永春蘆柑果實(shí)水分充足，可食率高，糖分和粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較高，變異系數(shù)小，品質(zhì)較穩(wěn)定。

4 鋅硒元素與蘆柑的相關(guān)性

根據(jù)蘆柑基巖與土壤微量元素相關(guān)性可知，Ca元素在基巖分化成土壤的過(guò)程中分化流失，土壤Cl和Mn元素受人為影響明顯。Cr、Hg、Cu、Cd、Ni、Pb等重金屬方面，基巖與土壤關(guān)系不明顯，土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)受基巖和人為共同影響，而微量元素Se、Zn具有明顯的遷移和富集現(xiàn)象(圖3)。

從基巖、土壤與果實(shí)的堆積柱狀圖可以發(fā)現(xiàn)，微量元素Se、Zn具有明顯遷移富集現(xiàn)象(圖4)。

蘆柑樣與配套土壤樣硒、鋅有益元素指標(biāo)相關(guān)顯示，蘆柑樣品與配套土壤樣硒、鋅元素指標(biāo)具有正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性函數(shù)分別為：y=0.004 8x+0.002 4、y=0.004 9x+5.1914，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.114 8、0.009，其中蘆柑樣品與配套土壤樣硒元素指標(biāo)相關(guān)系數(shù)R2較大，顯示出蘆柑樣與配套土壤樣硒元素指標(biāo)相關(guān)性顯著，而鋅元素指標(biāo)相關(guān)系數(shù)R2較小，顯示蘆柑樣與蘆柑土壤樣鋅元素指標(biāo)相關(guān)性不明顯。

圖3 蘆柑基巖與土壤微量元素相關(guān)性Figure 3 Interdependency between mandarin citrus and trace elements in bedrock and soil

圖4 基巖、土壤與蘆柑內(nèi)微量元素Zn、Se關(guān)系Figure 4 Relationship between bedrock, soil and trace elements zinc and selenium in mandarin citrus

5 結(jié)論

土壤中元素指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)狀況及其空間分布受區(qū)域成土母質(zhì)、土壤類型及人為因素等影響較大。研究區(qū)蘆柑園土地質(zhì)量均為良好，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)富硒土壤37.57km2，富鋅土壤60.54km2，建議在富硒富鋅土壤區(qū)域優(yōu)選蘆柑種植區(qū)，利用土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)成果進(jìn)行的施肥分區(qū)和農(nóng)產(chǎn)品場(chǎng)地適宜性分區(qū)工作，可為永春縣合理選擇蘆柑種植區(qū)提供重要基礎(chǔ)依據(jù)。