浙北地區土壤元素有效度影響因素分析

2021-09-12 07:24:04 字數 4856 閱讀 4344

1樓:中地數媒

在浙江省北部地區約13200km2的區域範圍內,以約120km2作為1個取樣單元格,佈設採集了105件代表性土壤樣品,測定了土壤元素全量和有效量,以及有機質含量和ph值,取得了如下研究成果。

1.土壤元素有效度

(1)土壤元素有效度

統計資料表明,浙北地區土壤元素全量依次為(中值,單位:mg/kg):fe 320 000、mn 485、zn 80.

5、b 61.9、cu 31.8、pb 31.

5、as 9.3、mo 0.50、se 0.

33、hg 0.192、cd 0.190,而元素有效態或可浸提性含量依次為(中值,單位:

mg/kg):mn 123、fe 120、pb 5.54、cu 5.

48、zn 5.47、b 0.26、mo 0.

13、cd 0.114、as 0.036、se 0.

011、hg 0.00018(表5-9)。對比兩者間的排序可以發現,土壤元素有效量或可浸提量與全量總體排序十分相似,如fe、mn無論是全量還是有效量均為最高,含量級別往往高於其他元素一個或數個含量級,又如b、cu、pb、zn4元素,無論是全量還有效量或可浸提量均處在第二級次,反映了土壤元素有效量總體受其元素丰度所控制。

表5-9 浙北地區土壤元素有效量與有效度

注:有效量含量單位cd、hg為ng/g,其餘為mg/kg。

由表5-9可見,浙北地區土壤元素有效度(中值,單位:%)順序為:cd 59.

82、mn 26.20、mo 24.00、cu 17.

94、pb 17.06、zn 7.22、se 3.

45、b 0.43、as 0.37、fe 0.

35、hg 0.11,可見不同元素的有效度相差懸殊,顯然,元素表生地球化學性質是決定其有效度的重要因素。例如,土壤中hg、cd全量(中值)分別為192ng/g、190ng/g,十分接近。

但是,由於土壤中cd活動性強,cd有效度遠大於hg,相差約500倍,從而使土壤中cd有效量顯著高於hg。同時,cd的生物毒性很強,因此,在評價土壤cd、hg汙染時,土壤cd汙染的生態危害性更應引起注意。

(2)地貌特徵與土壤元素有效度

在各種地貌單元中,土壤物質**和成壤作用過程往往不同,低山丘陵區主要發育紅壤化作用,土壤風化淋溶程度較高,而杭州灣沿岸新圍墾濱海平原區,主要發育脫鹽鹼作用,風化淋溶程度低。不同地貌單元土壤有機質含量和酸鹼性具有一定差別,經統計,浙北地區低山丘陵崗地、山前平原、河網平原3 種地貌型別土壤有機質含量(中值)分別為3.05%、3.

32%、2.89%,ph值分別為5.38、6.

36、6.95。各類地貌單元土壤中元素有效度差異明顯(表5-10)。

1)低山丘陵崗地as、cd、fe、pb、se、zn有效量較高。除了受土壤元素全量的影響外,顯然與低山丘陵崗地多分佈紅壤有關。紅壤酸性較強,比較富含有機質,使土壤中這些元素的有效度提高。

2)調查表明,浙北地區山前平原多為湖沼相、潟湖相沉積,原始沉積物中hg、pb、zn元素含量較高,重金屬元素含量由地表向深部的下降幅度較小,表明土壤重金屬主要為原始沉積成因。同時,浙北地區山前平原往往也是大中城市集中分佈區,如寧波、杭州、紹興等,表層土壤中或多或少疊加有汙染**的hg、pb、zn等重金屬元素。因而,浙北山前平原區土壤中hg、pb、zn等元素含量較高。

表5-10 浙北地區不同型別地貌單元土壤中元素有效度

注:含量單位cd、hg為ng/g,其餘為mg/kg。

(3)土壤型別與元素有效量、有效度

土壤是成土母質、地形地貌、氣候、植被與時間等多種因素綜合作用的產物,不同型別土壤有著其獨特的理化性質、元素含量和元素分配特徵,從而決定土壤元素有效量及有效度。毋庸置疑,土壤元素含量及其分佈分配不僅受到自然地質作用的影響,還不同程度地受到工業「三廢」排放、化肥農藥施肥、交通運輸汙染等各種人為因素的影響。

浙北地區主要土壤型別為紅壤、水稻土、潮土和濱海鹽砂土。各類土壤中有機質含量(中值,單位:%)分別為紅壤2.

81、水稻土3.32、潮土1.58、濱海鹽土0.

84,水稻土最富含有機質,錢塘江沿岸圍墾區耕作熟化程度較低的潮土、濱海鹽砂土有機質最低。各類土壤ph值(中值)分別為紅壤5.36、水稻土6.

55、潮土8.01、濱海鹽土8.20,以紅壤酸性最強,水稻土次之,而潮土、濱海鹽砂土的鹽基含量較高,呈鹼性。

從表5-11可見,浙北地區不同型別土壤中各種元素的有效度變化較大,具有以下規律:

as、mn、se有效度為:紅壤>水稻土>潮土>濱海鹽砂土;

fe、pb有效度為:紅壤>水稻土>濱海鹽砂土>潮土;

cu、cd、zn有效度為:水稻土>紅壤>潮土>濱海鹽砂土;

b有效度為:濱海鹽砂土>潮土>紅壤>水稻土;

mo有效度為:水稻土>潮土>濱海鹽砂土>紅壤;

hg有效度為:紅壤>濱海鹽砂土>潮土>水稻土。

不同土壤型別間元素有效度的這種差異性,反映了土壤有機質、ph值對土壤元素地球化學行為的規律性作用。

1)紅壤和水稻土相對富含有機質,呈中酸性,從而使as、cd、cu、fe、mn、pb、se、zn等多數元素具有較高的有效度;而潮土和濱海鹽砂土為偏鹼性或鹼性土壤,有機質含量低,因而多數元素有效度很低。土壤成因、性質的不同以及由此決定的元素有效度的顯著差異,使紅壤和水稻土中as、cd、cu、fe、mn、pb、se、zn等元素有效量明顯大於潮土和濱海鹽砂土。

2)紅壤、水稻土、潮土、濱海鹽砂土中b元素含量分別為62.6、62.2、63.

7、55.6mg/kg,相差不大,以濱海鹽砂土b含量最低。由於鹼性條件下b元素有效度較高,導致濱海鹽砂土和潮土中b有效量較高。

表5-11 浙北地區不同型別土壤中元素有效量與有效度

注:含量單位cd、hg為ng/g,其餘為mg/kg。

3)各種型別土壤間hg、mo有效度雖有差異,但變化不大。水稻土中hg有效度最低,可能是由於淹水灌溉使水稻田經常處於還原狀況,hg與s2-結合形成極難溶的硫化汞(hgs)有關。儘管如此,由於水稻土中hg全量很高,其有效量仍然高於其他土壤。

紅壤中mo有效度明顯較低,與酸性條件下mo活動性弱有直接關係。

2.影響土壤元素有效度的主要因素

已有大量研究證實,土壤元素賦存形態及其生物有效性除了元素自身的表生地球化學性質外,還與土壤有機質含量、酸鹼度(ph值)、礦物組成(礦物種類、晶格結構)、機械粒級組成(砂粒和粘粒含量、陽離子交換量cec)、氧化還原電位(eh)、微生物組成及含量、元素及有機物含量、含水量等各種土壤理化條件有關。不同成壤條件形成的土壤型別不同,不同型別土壤的理化性質存在一定差異,從而成為決定土壤元素存在形態及其有效量、有效度的主要影響因素。

(1)土壤元素全量對有效量的影響

浙北地區土壤有效態樣品統計表明,各種元素全量與有效量相關係數分別為:fe-0.012,mn 0.

897,cu 0.809,zn 0.551,b 0.

040,mo 0.480,cd 0.826,hg-0.

012,as-0.076,pb 0.814,se 0.

649(樣本數為105個、置信度α=0.05時,顯著相關臨界值約為0.195)。

即mn、cu、zn、mo、cd、pb、se等元素有效量總體上受總量的明顯影響,因此,土壤元素全量資料對於農業施肥(mn、cu、zn、mo)、環境質量及生態效應評價(cd、pb、mn、cu、zn)、富硒特色農產品發展均具有較為直接的參考應用價值。

(2)土壤有機質對有效量和有效度的影響

1)對有效量的影響。研究表明,浙北地區土壤有機質(碳)含量與fe、se有效量(可浸提量)呈現一定的共消長關係(圖5-1),與cu、pb、zn、cd、mo、b具有良好的線性關係;而hg、mn有效量與有機質(碳)的關係不明顯(圖5-1)。

圖5-1 浙北地區元素有效量(可浸提量)與有機質含量散點圖

2)對有效度的影響。統計分析表明,土壤元素有效度與有機質含量間的相關係數分別為:fe 0.

547,mn-0.058,cu 0.648,zn 0.

380,b 0.035,mo 0.146,cd 0.

579,hg-0.364,as 0.268,pb 0.

451,se 0.151(置信度α=0.05時,顯著相關臨界值約為0.

195),表明多數元素有效度明顯受土壤有機質含量的影響。其中fe、cu、zn、cd、as、pb的有效度與有機質呈正相關性,表明長期耕作並經常處於還原狀態的水稻土對有機質的積累,以及低山丘陵崗地殘株落葉導致的有機質積聚,均可能導致fe、cu、zn、cd、as、pb有效度的提高,使土壤中這些元素的生物有效量增加,從而增加其生態風險性。相反,土壤中hg有效度與有機質含量呈負相關性,表明增加土壤有機質含量有利於使土壤保持較低的氧化還原電位,從而使土壤hg處於相對穩定的賦存狀態,事實上這已成為控制治理土壤汙染的途徑之一。

(3)土壤ph值對有效度的影響

統計分析表明,元素有效度與ph值間的相關係數分別為:fe-0.702,mn-0.

088,cu-0.543,zn-0.494,b0.

286,mo-0.116,cd-0.639,hg-0.

019,as-0.266,pb-0.653,se-0.

637(置信度α=0.05時,顯著相關臨界值約為0.195)。

反映多數元素有效度明顯受土壤ph值的影響,其中fe、cu、zn、cd、as、pb、se有效度與ph值顯著負相關,而b則與ph值呈顯著正相關。即ph值是影響土壤中cd、zn、cu、as、pb等重金屬元素有效性及其可浸提量的重要因素(圖5-2)。

圖5-2 浙江地區土壤ph值對元素有效度的影響

以上研究表明,浙北地區土壤型別及其有機質、酸鹼度等理化性質對土壤元素賦存形態、有效量及有效度有重要影響。土壤中mn、cu、zn、mo、cd、pb、se等元素全量是其有效量的重要影響控制因素;有機質含量較高有利於fe、cu、zn、cd、as、pb等元素的活化,增加其生物有效量;土壤酸鹼度對fe、cu、zn、cd、as、pb、se有效度有顯著影響,酸性土壤有利於提高這些元素的有效量,而鹼性環境中b元素有效量較高。土壤元素有效量與全量的關係及其影響因素研究成果,對於區域土壤地球化學資料(元素全量)在農業營養施肥、環境質量評價,以及重金屬汙染生態危害**評價等方面具有重要的指導意義。

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