貴州安龍縣耕地土壤富鍺含量特征及成因探討

游桂芝，鮑大忠，李丕鵬

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊(duì)，貴州 六盤水 553004)

微量元素鍺是生命的必需元素，能提高人體細(xì)胞的供養(yǎng)能力，并能清除多種致命的病變，具有殺菌、消炎、抑制腫瘤惡化、治療老年癡呆、延緩衰老等作用[1-2]。鍺是典型的分散性稀有元素，獨(dú)立礦物極少，多與硫化物伴生。在硫銀鍺礦、鍺石、鉛鋅礦等礦物及含煤巖系中，鍺含量均較高[3]。中國(guó)土壤鍺含量平均值為1.7 mg / kg[4]。亦有研究認(rèn)為，中國(guó)土壤鍺含量平均值為1.3 mg / kg[5]。國(guó)內(nèi)已報(bào)道的富鍺土壤地區(qū)有新疆若羌縣、貴州沿河縣、廣西南部、山東濰坊、青海東部、浙江常山縣等[6-11]，其中，貴州沿河縣土壤中鍺平均含量達(dá)2.17 mg / kg。目前，富鍺食品研究開展較少,大部分處于試驗(yàn)階段，前景廣闊[12]。

至今尚無(wú)安龍縣鍺元素的相關(guān)報(bào)道，本文以2017—2018年貴州省1∶5萬(wàn)安龍縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析耕地土壤富鍺含量特征，并進(jìn)一步對(duì)其成因進(jìn)行探討，以便為今后富鍺農(nóng)產(chǎn)品、藥材開發(fā)研究及規(guī)劃等提供基礎(chǔ)資料。

1 研究區(qū)概況

安龍縣地處貴州南西部，地理坐標(biāo)東經(jīng)104°59′～105°41′，北緯24°55′～25°33′；國(guó)土面積為2 232 km2,其中耕地面積為470.85 km2；屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),多年均溫15.4 ℃,平均降水量為1 256.1 mm；屬典型的低中山地形；海拔高度407～1 966.4 m；地貌主要為侵蝕地貌和溶蝕地貌；出露地層主要為二疊系和三疊系，巖性主要為碳酸鹽巖、碎屑巖。

2 工作方法

2.1 樣品采集

本次調(diào)查樣品為0至20 cm耕地土壤，采樣密度為12.16 點(diǎn)/km2。樣點(diǎn)布設(shè)采用方格網(wǎng)格法。通過(guò)踏勘，縣內(nèi)裸地主要為荒山，大多無(wú)法采樣，水澆地過(guò)少不滿足布樣條件，工礦用地基本未廢棄，故水澆地和工礦用地不參與評(píng)價(jià)。樣點(diǎn)主要集中布置在農(nóng)田、菜地、果園等地,采集時(shí)間一般選在上茬作物成熟或收獲以后，下茬作物尚未施用底肥和種植以前。1件樣品由4～6個(gè)子樣等量混合組成。實(shí)際采樣點(diǎn)位以野外實(shí)際采樣點(diǎn)為中心，據(jù)采樣地塊形狀確定子樣位置。樣品釆集并進(jìn)行初加工后入庫(kù)或送檢。

2.2 測(cè)試方法及質(zhì)量

本次采集耕地土壤樣品5 727件。測(cè)試工作由四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測(cè)試中心完成。鍺含量分析測(cè)試主要采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法。經(jīng)檢查，內(nèi)外檢質(zhì)量均合格。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

3 土壤鍺元素地球化學(xué)特征

3.1 耕地土壤鍺含量特征

3.2 富鍺土壤標(biāo)準(zhǔn)

富鍺土壤是一個(gè)相對(duì)性的概念，目前并無(wú)權(quán)威性的規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)給出富鍺土壤明確的定義[7]。本次貴州省1∶5萬(wàn)安龍縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作，采用鍺含量>1.6 mg / kg為富鍺耕地。富鍺耕地包含豐富(鍺含量>1.8 mg / kg)和較豐富(1.6 mg / kg <鍺含量≤1.8 mg / kg)兩個(gè)等級(jí)。

圖1 安龍縣耕地土壤鍺含量統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.1 Statistical histogram of Germanium content in soil of cultivated land in Anlong County

3.3 富鍺空間分布特征

按本次富鍺劃分標(biāo)準(zhǔn)，共圈定富鍺耕地土壤面積208.13 km2，占耕地面積的44.20%。其中：鍺含量>1.8 mg / kg,面積為72.06 km2，占耕地面積的15.30%；1.6 mg / kg <鍺含量≤1.8 mg / kg,面積為136.07 km2，占耕地面積的28.90%。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)鍺含量分布及富鍺分布特征見表1。

表1 安龍縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤鍺含量特征及富鍺分布特征Tab.1 Characteristics of Soil Germanium content and distribution of germanium-rich in different villages and towns in Anlong County

4 富鍺土壤成因探討

研究表明，土壤類型、成土母質(zhì)、地形、土地利用類型、人類活動(dòng)(燃煤、冶煉)等是影響土壤鍺含量的主要因素[7]。本次未對(duì)礦權(quán)地取樣，且不考慮人類活動(dòng)影響。樣品大多布置在平緩的水田和旱地中，地形起伏總體較小，地形因素可不考慮。故本次探討主要從土壤類型、成土母質(zhì)和土地利用類型3個(gè)方面進(jìn)行。

4.1 土壤類型

不同土壤類型耕地土壤鍺含量參數(shù)見表2。由表2可知：鍺含量范圍為1.41～1.68 mg / kg，最大變幅為0.27 mg / kg,最大變異系數(shù)為0.21,差異性不大；紫色土的鍺含量最高，平均鍺含量達(dá)1.68 mg / kg。

表2 安龍縣不同土壤類型鍺含量特征Tab.2 Characteristics of Germanium content in different soil types in Anlong County

4.2 成土母質(zhì)

成土母質(zhì)是土壤形成的基礎(chǔ)，母質(zhì)的差異致使土壤特性存在著很大變異[14-16]。不同類型成土母質(zhì)的風(fēng)化物鍺含量參數(shù)見表3。由表3可知：鍺含量范圍為1.45～1.73 mg / kg，最大變幅為0.28 mg / kg, 最大變異系數(shù)為0.21,故不同母質(zhì)的鍺含量差異不明顯。

表3 安龍縣不同類型成土母質(zhì)的風(fēng)化物鍺含量特征Tab.3 Characteristics of Germanium content in weathering materials of different parent materials in Anlong County

4.3 土地利用類型

土地利用方式與土壤理化性狀的變化有著密切關(guān)系[14]。不同的輪作制度、管理模式、肥料類型等都可能會(huì)導(dǎo)致土壤鍺的含量差異[7]。安龍縣不同土地利用類型鍺含量參數(shù)見表4。由表4可知：不同土地利用類型耕地土壤鍺含量范圍為1.48～1.78 mg / kg，最大變幅為0.30 mg / kg, 最大變異系數(shù)為0.24,故不同土地利用類型的鍺含量差異不明顯。

表4 安龍縣不同土地利用類型鍺含量特征Tab.4 Characteristics of Germanium content in different land use types in Anlong County

4.4 富鍺成因探討

(1)從上述土壤類型、成土母質(zhì)和土地利用類型3個(gè)主要影響因素來(lái)看，鍺含量變化差異不明顯，這是由鍺的性質(zhì)決定。由于鍺具有親石、親鐵、親硫和親有機(jī)質(zhì)等多重地球化學(xué)性質(zhì)，大多數(shù)原生含鍺礦物(如硫銀鍺礦)在表生條件下都不穩(wěn)定，通常以 Ge4 +淋濾進(jìn)入地下水中[17]。Ge元素活動(dòng)性較強(qiáng)，相對(duì)較易隨地下水遷移，且大部分遷移距離較遠(yuǎn)[18]，可能是這種遠(yuǎn)距離遷移作用導(dǎo)致鍺含量相對(duì)均一化[11]。

(2)據(jù)研究，不同巖石類型鍺平均含量差異明顯，砂巖、粉砂巖>泥巖>花崗巖>蝕變凝灰?guī)r>碳質(zhì)頁(yè)巖>泥灰?guī)r>石英砂巖>凝灰?guī)r>白云巖>灰?guī)r[11]。總體表現(xiàn)為含泥質(zhì)沉積巖類的鍺含量高于碳酸鹽巖，這是由于碳酸鹽巖礦物和石英的鍺含量相對(duì)黏土類礦物(如伊利石、高嶺土)低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)[19]。但本次研究鍺含量表現(xiàn)為：灰?guī)r夾碎屑巖風(fēng)化物>白云巖風(fēng)化物>含煤碎屑巖風(fēng)化物>灰?guī)r風(fēng)化物>灰?guī)r白云巖混合巖風(fēng)化物>碎屑巖風(fēng)化物，與劉道榮研究結(jié)果相反[11]，表明砂巖、泥巖等碎屑巖風(fēng)化形成土壤的過(guò)程中鍺總體相對(duì)貧化，而其他巖類成壤過(guò)程中鍺相對(duì)富集。這是成壤作用均一化的結(jié)果[5]。

(3)安龍縣大面積分布的碎屑巖類巖石(如砂、泥、粉砂巖等) 鍺含量較高，是土壤鍺含量總體相對(duì)較高的原因。

總之，安龍縣鍺含量總體較高且較均勻，是碎屑巖類巖石中鍺含量較高及成壤作用均一化的結(jié)果。

5 結(jié)論

(1)安龍縣耕地土壤鍺平均含量為1.58 mg / kg。不同土壤類型、母質(zhì)風(fēng)化物、土地利用類型中，鍺的含量最大變幅分別為0.27 mg / kg、0.28 mg / kg、0.30 mg / kg，變異系數(shù)分別為0.21、0.21、0.24，差異均不明顯。

(2)圈定富鍺耕地土壤面積208.13 km2，占耕地面積的44.20%。其中：鍺含量>1.8 mg / kg，面積為72.06 km2；1.6 mg / kg<鍺含量≤1.8 mg / kg，面積為136.07 km2。

(3)安龍縣富鍺含量高且均勻是有大面積分布鍺含量較高的碎屑巖類巖石及成壤均一化的結(jié)果。