2022, Vol. 43
2. 中国地质调查局第四纪年代学与水文环境演变重点实验室, 石家庄 050061;
3. 河北地质大学地球科学学院, 石家庄 050030;
4. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083
, LAI Shu-ya1,2,3
, SONG Chao1,2 , WEN Hao-tian1,2,4 , YAN Ming-jiang1,2 , YANG Zhen-jing1,2
2. Key Laboratory of Quaternary Chronology and Hydro-Environmental Evolution, Chinese Geological Survey, Shijiazhuang 050061, China;
3. School of Earth Sciences, Hebei GEO University, Shijiazhuang 050030, China;
4. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
锗(Ge)作为地壳中最分散的元素之一, 由德国化学家Winkler于1886年从硫银锗矿中发现[1].由于其在自然界中含量较低且极为分散, 一般很难独立成矿[2], 主要伴生于铜、铅、锌和煤等矿物中[3, 4].随着现代科技社会的进步, Ge在国内外[5, 6]高新技术、工业[1, 7]、军事和医疗[8, 9]等领域中的需求不断扩大.土壤作为重要的表生环境Ge储库, 有研究认为富Ge植物可以加强对土壤中Ge的吸收, 进而对植物中Ge的提取可以成为供应工业Ge的重要方法[10, 11].有机Ge化合物Ge-132及其衍生物, 由于对人体毒性低, 具有抗癌和提高免疫力等重要作用[8, 9], 引起医疗界的重视.人体可从食物和饮品中摄取有机Ge, 其中植物被认为是摄取有机Ge安全且健康的途径[12], 近些年来富Ge农产品的开发逐渐热门.而土壤中Ge能显著影响土壤微生物的生态效应[13], 从而影响植物生长状况和生态产品的品质[14, 15], 研究土壤中Ge的空间变异性, 对农业生产具有重要现实意义[16].我国陆续在西藏拉萨河谷[17]、青海省黄河谷地[18]、新疆若羌县绿洲区[19]、重庆[20]、贵州[21]、浙江[22]、广西北部湾[23]、云南[16]、黑龙江鸡东县[24]和河北承德市[25]等地发现富Ge土壤.如青海地区首次在黄河谷地发现1 500 km2富Ge及含Ge土壤资源区[26], 张庆华等[27]通过对黔东南州表层土壤地球化学调查评价工作研究发现, 区内富Ge耕地为1 794.30 km2.国内相关学者的研究结果表明, 我国西部土壤Ge含量较低[17~19], 南部沿海[22, 23]和西南地区[16, 20, 21]土壤Ge含量较高, 北方[25]和东北地区[24]土壤Ge平均含量高于西部地区, 却低于南部沿海和西南地区, 以上研究充分说明了土壤Ge在我国分布具有空间差异性.
南阳盆地东部山区位于我国南北方分界秦岭-淮河一线上, 地形复杂多样, 农业类型较多, 同时矿产资源种类多.而针对研究区土壤Ge的研究基本没有, 为了查明该地区土壤Ge的分布状况, 则需要加强南阳盆地东部山区土壤Ge空间分布规律及其影响因素的研究.因此本研究以南阳盆地西南耕地1∶25万土地质量地球化学调查数据为基础, 借助相关统计学软件对南阳盆地东部山区表层土壤和深层土壤Ge的含量特征进行统计, 对其空间分布规律及其富集特征进行分析, 并对该地区影响表层土壤Ge的因素, 如土壤理化性质、土地利用方式、成土母质和土壤类型进行研究讨论, 以期为该地富Ge区发展生态绿色经济农业提供参考依据, 以增加农民创收, 同时为我国土壤Ge库的建设、研究土壤生态地球化学、加强富Ge土地资源评价和促进富Ge农产品开发提供支撑.
1 研究区概况南阳盆地东部山区地理坐标位于北纬32°27′~33°33′, 东经113°04′~114°38′之间, 覆盖面积约5 000 km2(图 1).主要涉及河南省南阳市的桐柏县、社旗县和方城县, 平顶山市的舞钢市, 驻马店市的确山县、泌阳县、驿城区、遂平县和西平县[28].研究区位于秦岭-淮河分界线上, 主要受季风控制, 四季分明, 温度适中, 气候湿润, 降雨主要集中在3~10月.由于研究区地形多变, 因此研究区气候还受垂直地带性控制.根据成土母质可将研究区划分为花岗岩、中性岩、基性-超基性岩、变质岩、砂-页岩、碎屑-碳酸盐岩和第四系沉积物.研究区总体地势西高东低, 其中山地、丘陵和洪积平原地貌占绝对优势, 约占全区的89.5%.研究区农业和林业发达, 其中林地和旱地约占全区的72.5%.土壤类型多样, 其中粗骨土和黄褐土约占全区的67%, 其他土壤类型相对较少.
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图 1 研究区位置及样点组合分布示意 Fig. 1 Study area location and sample sites combination distribution diagram |
采集样品时要严格按照多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)(DZ/T 0258-2014)中土壤地球化学样品采集工作进行[29].采集表层(0~20 cm)土壤样品共5 521件, 深层(150~200 cm)土壤样品共1 504件.使用网格化采集农用地表层和深层土壤样品, 采样时使用GPS定位, 避开人为污染区, 去除表层枯枝落叶, 表层采集0~20 cm垂直土柱, 每1 km2内设置一个采样点, 每个采样点取3~5个垂直土柱混合成一个样品, 深层土壤样品主要采集150~200 cm的垂直土柱, 山区不足2 m的土壤, 则采集120 cm以下的土壤, 采样密度为4 km2一个点.将采集超过1 kg新鲜土壤样品, 进行自然风干, 干燥后样品经加工、过筛后装袋编号, 接下来对加工好的子样品进行混样.其中表层土壤的子样品要按照每4 km2的大格混合成1个浅层母样, 共混合浅层母样品1 378件, 深层土壤的子样品要按照每16 km2混合成1个深层母样, 共混合深层样品376件, 保证混合后的样品重量≥200 g以备送样测试.
2.2 分析测试采集的土壤样品在河南省岩石矿物测试中心完成测试.使用AFS-8330原子荧光光度计测定土壤Ge含量, 使用PHS-3C离子选择电极测定土壤pH, 使用ZSXPrimus Ⅱ射线荧光光谱仪测定土壤SiO2、TFe2O3和Al2O3的含量, 使用HCS878A碳硫仪测定土壤样品的Corg, 使用iCAP6300 Radial等离子体发射光谱仪测定土壤Mn、CaO和MgO的含量.其中Ge、pH、SiO2、TFe2O3、Al2O3、Corg、Mn、CaO和MgO按区域地球化学样品分析方法(DZ/T 0279-2016)的检验规程进行分析检测[30], 各分析方法的检出限见表 1, 元素分析方法的各种质量指标均达到或优于多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)(DZ/T 0258-2014)的要求[29].
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表 1 各项指标分析方法检出限要求/mg·kg-1 Table 1 Detection limit requirements of each index analysis method/mg·kg-1 |
2.3 数据处理
使用EXCEL进行数据处理, 使用SPSS 23.0软件对南阳盆地东部山区的表层土壤和深层土壤数据及评价结果描述性统计分析, 分析内容包括最大值、最小值、平均值、标准差、中位数和变异系数, 以及相关性等.使用GS+软件进行半方差分析, 以确定最优的理论半方差模型, 获得反距离权重法插值的最优参数; 采用ArcGIS 10.6软件的反距离权重法进行插值分析, 得到表层土壤Ge和深层土壤Ge空间分布特征图.并使用ArcGIS 10.6软件的空间链接功能进行研究区土壤Ge富集特征研究等.
3 结果与讨论 3.1 土壤Ge统计特征南阳盆地东部山区表层和深层土壤(1 378个)的Ge统计特征如表 2所示.结果表明, 表层土壤Ge变化范围为1.09~2.19 mg·kg-1, 均值为1.39 mg·kg-1, 中值为1.39 mg·kg-1.深层土壤Ge含量总体略高于表层土壤, 变化范围为1.16~2.06 mg·kg-1, 均值为1.44 mg·kg-1, 中值为1.45 mg·kg-1.表层土壤Ge的偏度和峰度分别为1.12和5.10, 深层土壤Ge的偏度和峰度分别为0.89和4.62.表层土壤Ge的变异系数为8.26%, 深层土壤Ge的变异系数为7.46%, 均属于弱变异性.与河南省A层[31]和全国A层土壤背景值相比[31](表 2), 研究区表层土壤Ge含量低于河南A层和中国A层土壤ω(Ge)平均值为1.7 mg·kg-1, 但高于我国西部地区表层土壤Ge含量, 如青海东部地区[18]表层土壤ω(Ge)平均值为1.17 mg·kg-1, 若羌县[19]表层土壤ω(Ge)平均值为1.16 mg·kg-1, 拉萨河流域曲水一带[17, 32]表层土壤ω(Ge)平均值为1.27 mg·kg-1.却低于我国南方地区表层土壤Ge含量, 如贵州兴仁市[33]耕地土壤中ω(Ge)平均值为1.60 mg·kg-1, 云南省广南县[16]表层土壤ω(Ge)平均值为1.648mg·kg-1, 浙江常山县[22]表层土壤ω(Ge)平均值为1.59 mg·kg-1, 广西钟山县和浦北县[34, 35]表层土壤ω(Ge)平均值分别为1.55 mg·kg-1和1.6mg·kg-1.
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表 2 表层和深层土壤Ge描述性统计(n=1 378) Table 2 Descriptive statistics of Ge in surface and deep soils(n=1 378) |
3.2 土壤Ge空间分布特征 3.2.1 半方差分析
本研究分别运用半方差函数中的球状、指数和高斯模型对南阳盆地东部山区表层土壤Ge的含量值进行拟合(表 3和图 2).通过比较3种拟合结果可以得到, 表层土壤Ge球状模型的决定系数为0.904, 残差为9.56E-06, 表现为决定系数最大, 残差最小, 因而选用球状模型的拟合结果来反映其空间变异性特征.表层土壤Ge球状模型中的块金值为0.006 57, 说明采样密度合适, 能够充分反映其空间状况[36].块金效应为0.434, 在0.25~0.75范围内[37], 表明表层土壤Ge空间自相关性中等, 受随机因素和结构性因素的共同影响, 即表层土壤Ge除受结构性因子中成土母质、地形和土壤类型的影响外, 人类活动而造成的元素迁移等随机因素也起到了一定的作用[12].表层土壤Ge的变程为32 400 m, 表明土壤Ge空间相关性的最大距离为32.4 km, 可以看出表层土壤Ge的变程比较大, 这说明表层土壤Ge分布相对比较稳定.
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表 3 表层土壤Ge的理论半方差模型及参数 Table 3 Theoretical semivariance model and parameters of surface soil Ge |
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图 2 研究区表层土壤Ge的半方差函数 Fig. 2 Semivariance function diagram of surface soil Ge in the study area |
运用ArcGIS 10.6中的反距离权重法插值, 得到的南阳盆地东部山区表层和深层土壤Ge空间分布状况.从图 3和图 4中可以看出, 表层和深层土壤Ge空间分布高度吻合, 含量高值区主要分布在研究区西北、东北角和中南部地区, 呈岛状和带状分布.根据土地质量地球化学评价规范(DZ/T 0295-2016)中养分等级划分标准将表层土壤ω(Ge)划分为5个等级(表 4), 即: 缺乏(≤1.2 mg·kg-1)、较缺乏(1.2~1.3 mg·kg-1)、中等(1.3~1.4 mg·kg-1)、较丰富(1.4~1.5 mg·kg-1)和丰富(>1.5 mg·kg-1)[37].如表 4所示, 研究区表层土壤Ge含量土地质量地球化学等级划分中, 缺乏占比为3.48%, 较缺乏占比为13.35%, 中等等级占比为38.17%, 较丰富和丰富占比分别为32.22%和12.77%.其中表层和深层土壤Ge含量丰富区主要分布在研究区南部变质岩发育区(图 5), 以及小片的花岗岩发育地区, 且空间分布不均.同时由前面分析结果可知, 深层土壤Ge含量高于表层, 且空间分布吻合, 而且与某些岩性的分布也相对吻合, 说明成土母质对Ge的影响较为明显.
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图 3 研究区表层土壤Ge空间分布 Fig. 3 Ge spatial distribution of surface soil in the study area |
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图 4 研究区深层土壤Ge空间分布 Fig. 4 Ge spatial distribution of deep soil in the study area |
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表 4 土地质量评价表层土壤Ge等级划分标准 Table 4 Ge grade classification standard for surface soil of land quality evaluation |
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图 5 土地质量评价Ge等级空间分布 Fig. 5 Spatial distribution of Ge grade in land quality evaluation |
富集因子是土壤或沉积物中元素的含量与背景中元素的含量进行比较, 来判断表生环境中元素受人类活动影响而造成的富集情况[38], 在对富集因子的计算中常常引入参比元素, 目的是为了减小环境和样品加工过程中对元素含量造成的影响[39], 计算公式为:
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式中, Ci为土壤元素i的实测值(mg·kg-1); Cn为土壤中参比元素的实测值(mg·kg-1), 通常采用的参比元素有Al、Fe、Li和Ti, 本研究选用表生作用中性质较为稳定的Ti元素作为参比元素值; Di为河南省A层土壤Ge背景值, Dn为河南省A层参比元素的背景值.不同学者对EF值划分标准不同, 其中Fergusson划分标准为, 当EF < 1时, 则表明该元素主要来自地壳风化, 受自然因素影响较大; 当EF>1时, 则表明该元素受人类活动影响较大[40].而Sutherland将其分为5个级别, 即: EF < 2, 无或轻微富集(无-轻度污染)、2≤EF < 5, 中度富集(中度污染)、5≤EF < 20, 显著富集(较强污染)、20≤EF < 40, 强烈富集(强污染)和EF≥40, 极强富集(极强污染)[41].
因此本文将结合Fergusson[40]和Sutherland[41]的标准对富集因子进行等级划分, 共划分为6个等级, 如表 5所示.结果显示, 研究区表层土壤ω(Ge)富集因子均值为0.82, 基本属于自然状态, 变化范围为0.35~1.61, 变异系数为13.12%, 属于中等偏弱变异, 表明还存在局部区域的样点可能受到人类活动的影响.其中EF < 1的点位约占93.61%, 表明这些点位主要受自然因素影响; 有6.39%的点位EF位于1~2之间, 说明这些点位存在轻度富集, 即受人类活动影响较大.空间分布图中显示(图 6), 大部分地区的表层土壤Ge处于背景水平, 占地面积约5 253.39 km2, 轻度富集的土壤主要分布于泌阳县北部和南部, 占地面积约358.61 km2.研究区表层土壤Ge中度富集、重度富集、严重富集和极重富集区所占比例为0.
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表 5 研究区表层土壤Ge富集程度分类及面积 Table 5 Classification and area of Ge enrichment in topsoil of the study area |
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图 6 研究区表层土壤Ge富集因子空间分布 Fig. 6 Spatial distribution of Ge enrichment factors in surface soil of the study area |
Ge是地壳中典型的分散元素, 其地球化学性质和后期地质作用的多样性, 决定了研究土壤Ge分布的影响因素是困难的[18].土壤理化性质是影响土壤Ge分布的一个重要因素, 将研究区内8个主要重金属元素、铁锰氧化物、pH值、Al2O3、SiO2、Corg、CaO和MgO与表层土壤Ge进行相关性分析.结果如表 6所示, 表层土壤Ge与重金属Cr、Ni和Cu呈显著正相关关系(P < 0.01), 与TFe2O3、Mn和MgO呈显著正相关关系(P < 0.01), 与SiO2和Corg呈显著负相关关系(P < 0.01), 与As、pH值和CaO呈较弱正相关关系(P < 0.01), 与Hg、Cd、Pb、Zn和Al2O3不存在显著的相关性.
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表 6 研究区表层土壤Ge相关性分析1) Table 6 Correlation analysis of surface soil Ge in the study area |
Ge具有亲石、亲铁、亲硫等多重地球化学性质[42], 同时Fe、Ni、Cr和Mn为亲铁元素, Cu为亲硫元素, 同类元素在表生地球化学上具有一定共性[43], 因而表层土壤Ge与Cr、Ni、Cu、TFe2O3、Mn具有显著相关性.TFe2O3对Ge含量的影响主要归因于土壤中次生含Fe矿物[1], 或者土壤中无定形Fe(Ⅲ)的氧化物/氢氧化物可以直接吸附Ge从而形成共沉淀[44, 45].土壤SiO2与Ge含量的负相关关系可能与土壤中石英的存在有关, 而土壤中的石英是典型的贫Ge矿物[46], 石英的富集会导致微量元素含量降低[47, 48], 因此石英含量的增加可能是导致土壤Ge含量降低的主要因素.表层土壤Ge与Al2O3之间不存在相关性, 这与段轶仁等[23]的研究是相反的, 可能是在后期地质、地球化学作用下, 二者发生了分离, 因而不具有相关性.虽然Ge具有亲有机质性, 但研究区表层土壤Ge与Corg之间呈负相关关系, 表层土壤Ge含量会随着Corg的升高而降低, 这与袁宏等[32]的研究是相反的.
根据中国土壤碱度分级(表 7), 将研究区表层土壤按照pH大小分为强酸性(< 5.0)、酸性(5.0~6.5)、中性(6.5~7.5)和碱性(7.5~8.5), 分别占研究区组合样点数的12.63%、75.76%、10.16%和1.45%, 表层土壤ω(Ge)平均值由强酸性到碱性分别为1.359、1.394、1.435和1.418 mg·kg-1.同时研究区表层土壤Ge与pH呈正相关性, 可以看出表层土壤ω(Ge)平均值是随着pH值的升高而缓慢增加, 表明随着pH值的升高是有利于表层土壤Ge的富集.
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表 7 不同pH分级下表层土壤Ge含量特征值 Table 7 Characteristic values of Ge content in surface soil with different pH values |
3.4.2 成土母质分析
母质作为土壤形成的重要基础, 土壤特性发生较大变异是由不同母质作用的结果[19, 20].研究区划分出花岗岩、中性岩、基性-超基性岩、变质岩、砂-页岩、碎屑-碳酸盐岩和第四系沉积物共7类母质岩石类型单元(表 8和图 7).由表 8可知, 表层土壤不同成土母质类型发育的ω(Ge)变化范围为1.365~1.495 mg·kg-1, 表现为: 基性-超基性岩>中性岩>碎屑-碳酸盐岩>变质岩>砂-页岩>第四系沉积物>花岗岩.深层土壤不同成土母质类型发育的ω(Ge)变化范围为1.427~1.471 mg·kg-1, 表现为: 变质岩>中性岩>碎屑-碳酸盐岩>基性-超基性岩>第四系沉积物>砂-页岩>花岗岩.不同成土母质区表层和深层土壤Ge平均含量差异变化较小, 除变质岩母质区中表层和深层土壤为中等变异程度, 其余母质区发育的土壤变异系数均为弱变异, 并且研究区内不同成土母质岩石类型发育的表层土壤并未表现为显著低Ge特征, 可能与Ge的表生地球化学行为有关.可能是在表生环境下大多数原生含Ge矿物活动性较强而稳定性较低, 通常以Ge4+状态被淋滤进入水中[49].同时Ge在表生环境下易随表生溶液迁移, 其迁移距离较远[50].刘道荣[22]的研究认为可能是这种远距离迁移作用导致Ge在各母质区中相对均一化.有研究表明Ge在超基性岩到酸性岩中的丰度几乎没有变化[51], 表明Ge作为一种典型的分散元素, 岩浆作用过程对Ge的富集作用并不明显[52].
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表 8 不同成土母质发育的土壤Ge含量特征 Table 8 Characteristics of Ge content in soils with different parent materials |
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图 7 研究区主要成土母质分布状况 Fig. 7 Distribution of main soil parent materials in the study area |
不用土地利用类型作为自然环境和人为耕作综合作用的产物, 对土壤肥力的影响是不可忽视的, 土地利用方式和土壤理化性状之间的联系较为密切[53].人为作用下耕作制度、肥料种类和农业管理等的不同, 可能会导致土壤中Ge的含量不同[19].全区主要划分为水田、旱地、林地、草地和裸地这5种土地利用类型, 其中旱地和林地分布面积较大, 分别占研究区面积的32.37%和40.13%.由表 9可以看出, 不同土地利用类型表层土壤ω(Ge)平均值变化范围为1.383~1.424 mg·kg-1, 表现为: 裸地>草地>水田>林地>旱地.研究区内不同土地利用类型从变异程度来看, 变异系数均小于10%, 表明均属弱空间变异性.
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表 9 不同土地利用类型表层土壤Ge描述性统计 Table 9 Ge descriptive statistics of surface soil of different land use types |
3.4.4 农业地貌分析
全区划分出山地、丘陵、台地、洪积平原和河谷平原共5类地貌类型.山地和丘陵发育土壤主要为粗骨土和黄棕壤性土, 土地利用类型为林地、草地和裸地.台地主要为黄褐土性土, 土地利用类型为林地和草地.河谷和洪积平原为黄褐土、灰潮土和水稻土, 土地利用类型为旱地和水田, 该类成土母质主要是第四系沉积物, 受人类活动影响较大.其中山地、丘陵和洪积平原分布面积较大, 分别占研究区面积的21.70%、35.99%和31.86%.由表 10可以看出, 不同土地利用类型表层土壤ω(Ge)平均值变化范围为1.366~1.415 mg·kg-1, 表现为: 丘陵>河谷平原>洪积平原>台地>山地.研究区内不同地貌类型从变异程度来看, 山地类型下土壤Ge属于中等程度空间变异, 其他均属弱空间变异性.
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表 10 不同地貌类型表层土壤Ge描述性统计 Table 10 Descriptive statistics of surface soil Ge for different geomorphic types |
3.4.5 土壤类型分析
全区共包含粗骨土、黄褐土、黄褐土性土、黄棕壤性土、灰潮土、石灰土和水稻土这7种类型的土壤, 其中分布最广泛的是粗骨土和黄褐土, 分别占研究区总面积的33.16%和33.96%.粗骨土、黄棕壤性土和石灰土分布范围较广, 主要分布在研究区侵蚀剥蚀中、低山和丘陵地带, 以林业用地为主.黄褐土、黄褐土性土和灰潮土多发育于水流长期冲刷沉积和冲洪积相互交错地带, 主要分布在研究区北部和边缘地区, 以旱地为主.水稻土是经过人工熟化的土壤, 分布在研究区南部洪积平原为主和小部分河谷平原的区域, 以种植水稻为主.研究区不同土壤类型中土壤Ge元素含量统计显示(表 11), 表层土壤中不同类型土壤ω(Ge)平均值变化范围为1.370~1.407 mg·kg-1, 表现为: 黄棕壤性土 < 黄褐土性土 < 灰潮土 < 水稻土 < 粗骨土 < 黄褐土 < 石灰土.表层土壤Ge元素含量在不同类型土壤的平均值均达到Ge中等至较丰富的等级(1.3~1.5 mg·kg-1), 其中黄褐土和石灰土ω(Ge)平均值均达到1.4 mg·kg-1以上, 达到较丰富土壤Ge的等级.各类土壤Ge平均含量之间差异不显著.由表 11可知, 研究区内不同类型土壤从变异程度来看, 粗骨土属于中等程度空间变异, 其他均属弱空间变异性.
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表 11 不同土壤类型表层土壤Ge描述性统计 Table 11 Ge descriptive statistics of surface soil of different soil types |
3.5 土壤Ge开发利用前景评价
富Se产品已经在全国各地打开市场并走向世界, 而富Ge土地和富Ge产品的开发利用需要加强, 并进一步打开市场走出国门.目前富Ge产品发展前景巨大, 如富Ge大米、富Ge水果、富Ge鸡蛋、富Ge中药材和富Ge饮品等相继出现在市场上, 且市场价较高.如辽宁盘锦“富Ge有机大米”以高出市场近10倍的价格卖到80~100元·kg-1, 四川曹家乡的“曹家富Ge贡梨”更是以28元·kg-1的价格出售到国内外.通过对我国土壤Ge的空间分布状况和富集因素进行研究, 对富Ge土地和农产品的开发具有重要意义.
南阳盆地东部山区表层土壤ω(Ge)变化范围为1.09~2.19 mg·kg-1, 均值为1.39 mg·kg-1, 深层土壤ω(Ge)变化范围为1.16~2.06 mg·kg-1, 均值为1.45 mg·kg-1, 根据土地质量地球化学评价规范(DZ/T 0295-2016)中对表层土壤Ge养分状况划分的标准(表 4), 其中处于二等(较丰富)等级的表层土壤Ge占比达到32.20%, 占地面积约为1 807 km2, 处于一等(丰富)等级的Ge占比为12.77%, 占地面积约为717 km2.根据图 5显示, 一等即土壤Ge含量丰富区主要分布在研究区方城县的二郎庙乡、社旗县的下洼乡、舞钢市的扬库乡和尹集镇、泌阳县的铜山乡南部、盘古乡和马古田镇, 以及桐柏县的安集镇和回龙乡, 尤其是桐柏县回龙乡整个乡镇Ge含量非常丰富.一等土壤Ge含量丰富区现阶段土地利用类型主要以林地和旱地为主, 主要地貌类型有低山、丘陵、河谷平原和洪积平原.因此富Ge区开发土地资源, 发展生态农业时要因地制宜.
4 结论(1) 南阳盆地东部山区表层和深层土壤ω(Ge)平均值分别为1.39 mg·kg-1和1.45 mg·kg-1, 表层和深层土壤Ge均属于弱空间变异性.表层土壤Ge含量低于河南省A层和中国A层土壤Ge背景值, 但高于我国西部, 低于我国南部沿海和西南地区土壤Ge含量平均值.半方差分析结果显示, 球状模型作为表层土壤Ge的最优理论模型, 块金效应值为0.434, 表明具有中等程度的空间自相关性.
(2) 表层和深层土壤Ge含量高值区分布基本吻合, 深层土壤Ge含量均值高于表层, 并且表层和深层土壤Ge含量丰富区主要分布在研究区变质岩发育区, 以及小片的花岗岩发育地区, 且空间分布不均, 表明土壤Ge来源主要受成土母质的影响.表层土壤Ge含量土地质量地球化学等级划分中, 缺乏占比3.48%, 较缺乏占比13.35%, 中等等级占比38.17%, 其中达到较丰富水平的面积为1 807 km2, 占比达到32.20%, 达到丰富水平的面积为717 km2, 占比12.77%.桐柏县回龙乡整个乡镇Ge含量等级处于一等丰富, 很有开发利用价值.
(3) 研究区表层土壤ω(Ge)富集因子均值为0.82, 变化范围为0.35~1.61, 变异系数为13.12%, 属于中等偏弱变异, 表明还存在局部区域样点的富集可能受到人类活动的影响.其中EF < 1的点位约占比93.61%, 表明这些点位主要受自然因素影响; 有6.39%的点位EF位于1~2之间, 说明这些点位存在轻度富集, 即受人类活动影响较大.
(4) 土壤理化性质、成土母质、地貌、土地利用类型和土壤类型均是影响土壤Ge的因素.不同成土母质、地貌、土地利用类型和土壤类型之间Ge含量平均值变化不明显, 可能是Ge的远距离迁移作用而导致其含量较为均一化.土壤理化性质分析结果显示, 表层土壤Ge的富集主要受土壤中铁、锰氧化物、石英和pH值的影响.
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