重庆市黔江区表层土壤硼元素地球化学特征

余 京，周 琳，严明书，邓 海，鲍丽然，董金秀

（重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队∕重庆土地质量地质调查重点实验室，重庆 400038）

土壤是作物生长的载体和养分的来源，土壤养分的丰缺直接影响作物的产量与果实的品质［1-9］。研究表明［10］，硼（B）是高等植物必需的营养元素之一，以硼酸分子的形态被植物吸收与利用，能促进根系的生长，对光合作用产物——碳水化合物的合成与转运有重要作用。植物各器官中硼的含量以花为最高，花中又以柱头和子房为最高。硼对植物的生殖过程有重要影响，与花粉的形成、花粉管的萌发和受精有密切关系。缺硼时，植物根尖、茎尖的生长点停止生长，花药和花丝萎缩，花粉发育不良，造成作物减产。油菜和小麦会出现“花而不实”、棉花“蕾而不花”、果树“落蕾、落花、落果”、豆科根瘤发育不良、马铃薯出现卷叶病、苹果发生缩果病等。

黔江区“十三五”期间农村经济总量达105 亿元，“十四五”期间将其打造成现代山地特色高效农业示范区、武陵山区农文旅融合发展先行区，农业种植活动是黔江区当前和未来重要的经济活动。

近年来，黔江区农业部门对主要的农耕区土壤开展了大量测土配方施肥等工作，调查了土壤有机质、氮、磷、钾、pH、部分重金属含量情况，生态环境部门对可疑污染区开展了部门重金属检测。但现有工作都缺乏对土壤中植物必需微量元素的检测，鲜见硼元素的调查研究，这对研究区精细化农业发展、农业经济和耕地污染有一定影响。本研究通过对黔江区全境进行实地调查取样和检测分析，摸清研究区土壤硼元素含量水平、分布情况及受控因素，以期为该地区作物种植施肥、特色农业发展、农业规划和环境保护提供地质学资料。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

以黔江区全境为研究对象（图1），面积为2402 km2。黔江区属亚热带湿润气候，年平均气温为13.8～18.8 ℃，年降雨量为1100 mm 左右。该区土壤类型为紫色土、黄壤、石灰岩土和水稻土［11］。成土母岩为砂岩、泥岩和石灰岩。土地利用方式主要为水田和旱地，农业发展定位为特色农业产业化，同时逐步向区域化、规模化、专业化发展，农业产业规划上将新增高山蔬菜基地。

图1 研究区范围及地质概况

该区出露地层以震旦系变质岩系为基底，接受了厚达数千米的巨厚沉积岩系的淀积，包括古生界寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系、白垩系。

1.2 土壤样品采集与分析

按照中国地质调查局多目标区域地球化学调查规范［12］，网格化采集土壤样品8976 件，样品采集分2 阶段，第一阶段 为2018年12月30 日至2019年3月18 日，采集西北部样品5105 件，第二阶段为2019年9月30 日 至2019年12月20 日，采 集 东 南 部 样 品3871 件。采样时兼顾土壤类型、耕作制度、利用方式、地力水平等多重因素，剔除动植物残体、石块等杂物，采样深度为0～20 cm（耕作层），采样密度为3.74 件∕km2。

样品测试单位为中华人民共和国国土资源部重点测试中心成都岩矿测试中心。用WP1 型平面光栅摄谱仪（北京瑞利分析仪器公司）测定硼元素，检出限为2.0 mg∕kg；元素分析质控措施遵循中国地质调查局生态地球化学评价样品分析技术要求［13］，合格率达100%。

1.3 数据分析

利用Excel 对数据进行一般性统计和K-S 检验，Mapgis 6.7的克里格插值法绘制土壤元素平面分布图。

1.4 土壤硼元素养分丰缺评价标准

土壤养分的等级划分标准主要参照《土地质量地球化学评价规范（DZ∕T 0295—2016）》，划分标准见表1。

表1 国家-省级/省-区级土地质量评价养分等级划分标准（n=8976） （单位：mg∕kg）

2 结果与分析

2.1 含量特征

研究区表层土壤硼元素含量统计结果见表2。从背景值对比来看，研究区硼接近全国水平（X0∕X2=1.09），显著高于重庆主城区（X0∕X2=1.25）；从元素含量分布变化差异看，研究区硼元素变异系数（CV）小于0.5，说明该地区硼元素含量相对稳定，分布相对均匀。

表2 研究区土壤硼元素含量统计

2.2 空间分布特征

利用点位GPS 坐标和样品测试数据，采用GIS技术和9 级累积频率值法制作研究区表层土壤硼元素地球化学图。由图2 可知，研究区硼元素高值区主要分布于北部梨水镇-黄溪镇、沙坝乡-水田乡和南部的邻鄂镇-金洞乡一带，该区域出露地层主要为志留系，而低值区主要分布于马喇林场、白土乡三塘村和正阳镇，该区域出露地层主要为泥盆系、侏罗系、白垩系。

图2 研究区表层土壤硼元素地球化学分布情况

研究区硼元素变异系数≤0.30，表明该区域硼元素含量变化起伏不大，基本未受人类活动影响，元素含量区间窄小，最大值为最小值的10～30 倍。此外，硼元素与成土母质有一定的专属性，在泥盆系、侏罗系、白垩系呈低值背景。

2.3 丰缺水平

利用点位GPS 坐标和样品测试数据，采用GIS技术，根据土地质量地球化学评价规范（DZ∕T 0295—2016）制作研究区表层土壤硼元素养分丰缺图。由图3 可知，研究区表层土壤硼元素大面积处于丰富状态，面积为2238.40 km2，占调查区面积的93.19%，较丰富、中等、较缺乏和缺乏的面积都较小，分别为94.31、26.17、17.89 km2和25.21 km2，分别占调查区面积的3.93%、1.09%、0.75%和1.05%。

图3 研究区表层土壤硼元素养分丰缺分布情况

研究区表层土壤硼元素丰富区域主要分布在北部梨水镇-黄溪镇、沙坝乡-水田乡和研究区南部邻鄂镇-金洞乡一带，而缺乏区域主要分布在马喇林场、三塘村、正阳镇-冯家镇和马喇镇西一带。

2.4 控制性因素分析

地层是地壳发展过程中形成的各种成层和非成层岩石的总称［15］，反映不同地质时期岩石形成的不同环境和物质来源，从而影响岩石元素的组成。岩石元素影响发育土壤的成土母质，因此不同地层对表层土壤元素含量的影响较大。研究表明，重庆市渝北地区地层与硼元素含量分布密切相关，其空间分布显著影响硼元素含量的空间分布［16］。

本研究采用富集系数来表示硼元素在不同地层土壤中的贫化或富集情况，富集系数=各地层区平均值∕全区平均值。将富集系数＞1.1 时设为硼元素在该地层相对富集，＜0.9 设为相对贫化，硼元素各地层富集系数见图4。由图4 可知，表层土壤硼元素在寒武系、三叠系地层含量相对富集，泥盆系、侏罗系、白垩系相对贫化。结合图1、图3，图1 中正阳镇的白恶系和侏罗系的分布区与图3 正阳镇的低值分布区高度一致，可知研究区表层土壤硼元素含量的高低值分布区与地层密切相关，说明研究区地层对于表层土壤硼元素的含量起主控因素作用。同时，断层对地层的分割影响较大，土壤硼元素含量与断层有一定关系。

图4 研究区表层土壤硼元素各地层富集系数

2.5 农业利用分析

研究区土壤硼元素整体处于丰富水平，也存在局部中等、较缺乏和缺乏区域。北部的梨水镇-黄溪镇、沙坝乡-水田乡和南部的邻鄂镇-金洞乡一带硼元素均处于丰富和高值水平，这些地方的农业活动非必要可不施硼肥，硼肥过多易引起作物枝叶卷曲、焦枯等硼中毒现象，而在马喇林场、三塘村、正阳镇-冯家镇和马喇镇西等一带硼较为缺乏，该区域开展农业活动，作物可能会出现“花而不实”等低产现象，应注意补充硼肥。

土壤养分元素的丰缺水平通常指土壤元素全量的含量水平，然而决定土壤养分的供给能力更直接的是元素的有效态含量。曾昭华［17］研究表明，土壤硼中的有效态含量随土壤和母质含量的增高而增大，随土壤pH 的增大而减小。王政等［18］研究表明，云南省保山市植烟土壤有效硼质量分数随土壤物理性黏粒质量分数升高呈降低趋势，随pH 和有机质质量分数升高呈升高趋势，并与土壤碱解氮、速效磷、交换性镁和有效锌质量分数呈显著正相关。因此种植施肥的过程中，还应关注种植区土壤pH、有机质等指标。研究区经济作物烟叶较多，因此，烟叶种植区施肥硼应综合考虑土壤碱解氮、速效磷、交换性镁和有效锌质量分数等指标。

3 小结

研究区表层土壤硼元素平均含量为87.97 mg∕kg，接近全国水平，明显高于重庆市主城区水平，且分布相对均匀。表层土壤硼元素含量分布主要受地质、地层控制，在三叠系和寒武系较为富集，在泥盆系、侏罗系和白恶系较为缺乏。研究区表层土壤硼丰富水平达93.19%，总体上研究区农业种植受硼肥影响较小，在梨水镇-黄溪镇、沙坝乡-水田乡、邻鄂镇-金洞乡一带硼元素丰富的高值分布区，可不施或少施硼肥，而在马喇林场、三塘村、正阳镇-冯家镇和马喇镇西等一带较为缺乏，注意补施硼肥。