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重庆市万州区西部土壤氟地球化学特征及生态效应_鲍丽然.pdf
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1、第 3 期收稿日期:2021-11-22作者简介:鲍丽然(1983-),女,河北石家庄人,高级工程师,主要从事农业地球化学研究,(电话)15823424086(电子信箱)。第 62 卷第 3 期2023 年 3 月湖北农业科学Hubei Agricultural SciencesVol.62 No.3Mar.,2023鲍丽然,王佳彬,刘剑锋,等.重庆市万州区西部土壤氟地球化学特征及生态效应 J.湖北农业科学,2023,62(3):35-39,172氟在元素周期表中位于第二周期第七族,具有强氧化性,易与金属元素形成可溶性化合物,在自然界中广泛存在。氟是人和动物必需的微量元素,具有双重生物功效,缺
2、乏或过量均会对人体健康产生不良影响1。氟缺乏易发生龋齿,并影响骨骼发育而引起骨质疏松、大骨节病;氟过量会导致氟斑牙、氟骨病,还会损害肾脏,出现尿石症等2。人体中的氟主要来自每天摄入的食物和水,而食物和水中的氟与土壤氟相关,土壤中氟含量越高,食物和水中氟含量也越高3。因此,土壤是氟生物地球化学体系的枢纽,国内外众多学者研究了土壤氟的地球化学特征。潘自平等4研究了贵阳市土壤氟的地球化学特征及其生态环境效应,李朋飞等5研究了安徽涡河沿岸土壤氟含量特征及其影响因素,莫春雷等6研究了土壤中氟的垂向分布特征及其与岩性的关系,王卫星等7研究了津北水土环境氟地球化学特征及其环境质量评价,Rabail等8应用G
3、IS评价了砖窑周围土壤氟的空间分布,Mikkonen等9研究了环重庆市万州区西部土壤氟地球化学特征及生态效应鲍丽然,王佳彬,刘剑锋,李瑜(重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队,重庆400038)摘要:利用1 50 000土地质量地质调查数据,分析了三峡库区万州区西部地区土壤氟的地球化学特征,初步评价了氟的生态效应。结果表明,研究区表层土壤氟含量平均值为578.4 mg/kg,略高于全国表层土壤均值,空间分布格局受地层控制作用明显,水平剖面中土壤与岩石样品氟含量呈显著正相关,土壤氟与成土母岩具有较好的继承性。土壤氟地球化学评价结果显示,研究区局部土壤氟过剩,主要分布于三叠系地层区。氟生态效应调
4、查显示,地表水氟含量偏高,但未超出国家标准;部分地区农产品出现氟超标现象,建议高度重视并展开深入研究。关键词:氟;地球化学特征;生态效应;重庆市万州区中图分类号:P596文献标识码:A文章编号:0439-8114(2023)03-0035-05DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2023.03.007开放科学(资源服务)标识码(OSID):Geochemical characteristics and ecological effects of soil fluorine in Western WanzhouDistrict,Chongqing CityBAO Li-r
5、an,WANG Jia-bin,LIU Jian-feng,LI Yu(Southeast Sichuan Geological Group,Chongqing Bureau of Geology and Minerals Exploration,Chongqing 400038,China)Abstract:Based on the data of 1 50 000 land quality geological survey,the soil fluorine geochemical characteristics and ecologicaleffects were studied,in
6、 Western Wanzhou District of Three Gorges Reservoir area.The results showed that the average fluorine contentin surface soil in the study area was 578.4 mg/kg,slightly higher than the national average of surface soil.The spatial distribution pattern of fluorine was obviously controlled by strata,and
7、 there was a significant positive correlation between the fluorine content of soiland rock samples in the horizontal section.The fluorine content of soil and parent rock had good inheritance.The soil fluorine geochemical evaluation showed that the local soil fluorine in the study area was excessive,
8、mainly distributed in the Triassic strata.The investigation of the fluorine ecological effect showed that the fluorine content in surface water was high,without exceeding the national standard,and the fluorine in agricultural products in some areas exceeded the standard,to which great attention and
9、intensive studyshould be paid.Key words:fluorine;geochemical characteristics;ecological effects;Wanzhou District,Chongqing City湖北农业科学2023 年境和人为因素对土壤氟背景浓度的影响。中国科学院地球化学研究所涂成龙等10综合分析了近些年土壤氟的环境地球化学行为及其对生态环境的影响,发现与燃煤氟中毒相比,中国西南地区地氟病与高氟土壤关系更密切。中国地氟病分布广泛,三峡库区重庆市段是较严重的地区11。2016年起,重庆市全面开展了区县级1 50 000土地质量地质调查工
10、作,从渝西地区向渝东北、渝东南逐步推进,已完成 10余个区县的调查工作。2018年10月至2020年9月,开展了万州区长江以西地区1 50 000土地质量调查,本研究利用该区调查成果,研究了表层土壤氟元素地球化学分布特征,评价了土壤氟环境质量,探讨了土壤氟的生态效应,以期为地方土壤氟污染防治、粮食安全生产及地氟病防治等提供科学依据。1研究区概况与研究方法1.1研究区概况研究区位于三峡库区重庆市万州区长江以西地区,地理坐标介于北纬 302649310020、东经10752221083256,总面积1 668 km2。地貌主要包括两种类型,一是丘陵低山,为区内主要地貌形态,主产粮食和经济作物;二是
11、中山区,分布于西北部边缘,适宜种植果木、药材和牧草等。万州区属亚热带季风湿润气候,四季分明、日照充足、雨量充沛、无霜期长。区内河流、溪涧切割深、落差大,呈枝状分布,均属长江水系。土壤类型以紫色土和水稻土为主,黄壤和石灰土分布面积较少。土地利用以耕地、林地、园地为主,分别占全区面积的 41.00%、31.01%和3.68%。研究区地层相对简单,包括侏罗系上统遂宁组、蓬莱镇组,中统沙溪庙组、新田沟组,下统自流井组、珍珠冲组,三叠系上统须家河组,中统巴东组(图1)。沙溪庙组分布面积最大,占全区面积的 45.00%,主要岩性为泥岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。三叠系地层分布面积较少,占全区面
12、积的9.81%,位于西北部中山区,主要岩性为灰岩、泥灰岩、含煤碎屑岩。1.2样品采集1.2.1表层土壤样品样品布设采用“网格兼顾土地利用图斑”的方式,样点主要位于耕地、园地,密度为46点/km2,林地等其他土地密度适当调低,采样深度为 020 cm。采样时间为 2018 年 11 月至 2019年1月。野外采样时,以GPS定位点为中心,向四周辐射3050 m确定46个分样点,等份组合成1个混合样。采样时避开沟渠、林带、田埂、路边、旧房基、粪堆及微地形高低不平无代表性地段。采集的各分样点土壤掰碎,挑出根系、秸秆、石块、虫体等杂物,充分混合后,四分法留取 1.01.5 kg 装入样品袋。土壤样品风
13、干、敲碎,过20目尼龙筛后送样测试。1.2.2农作物、水样、剖面土壤及岩石样品选择氟过剩区采集农作物样品20件、饮用或灌溉水3件、土壤垂向剖面2条;其他对照区采集饮用水1件、土壤垂向剖面1条;穿过过剩区垂直地层走向采集1条地层相对完整的岩石-土壤剖面,每点对应采集岩石和土壤样品。1.3样品分析样品测试由国土资源部重庆矿产资源监督检测中心完成。土壤、岩石样品采用离子选择电极法测定,农作物样品采用紫外分光光度法测定,水样采用等离子体质谱法测定(表1)。表1各类样品氟分析方法样品种类土壤岩石农作物水样处理方法取0.500 0 g样品,氢氧化钠熔样,沸水提取定容扩散法直接取原水样测试方法离子选择电极法
14、紫外分光光度法等离子体质谱法检测依据DZ/T 02792016、DZ/T 01672006DZ/T 02532014、DD 20052003DZ/T 0064.5419931.4数据处理采 用 Microsoft Office Excel 2013 和 IBM SPSSStatistics 21.0 软件进行数据统计分析,采用 GeoIPAS 3.2化探专业版绘制土壤氟元素地球化学分布图,借助土地质量地球化学调查与评价数据管理与04812 km侏罗系上统侏罗系中统侏罗系下统三叠系上统三叠系中统地质界线图1研究区地层分布36第 3 期维护(应用)子系统和 ArcGIS 10.2软件绘制土壤氟元素
15、环境质量评价图。2结果与分析2.1表层土壤氟分布总体特征土 壤 氟 含 量 为 1753 801 mg/kg,平 均 值 为578.4 mg/kg,变异系数为 0.37。土壤氟平均含量高于 全 国 表 层 土 壤 背 景 值(478 mg/kg)和 平 均 值(507 mg/kg),低于三峡库区重庆市段土壤氟平均值(686.78 mg/kg)12,与陈高武等13得出的万州区三峡库区土壤氟含量较低的地区结论一致。土壤氟空间分布表现出明显的区域性(图 2),土壤氟含量大于 822 mg/kg的高值区延三叠系地层呈条带状分布于余家镇北、弹子镇北、高梁镇北、天城镇北和熊家镇北;土壤氟含量小于547 m
16、g/kg的低值区主要分布于南部的武陵镇、瀼渡镇、甘宁镇、龙沙镇、高峰镇和中北部后山镇、孙家镇,该区域出露地层均为侏罗系中统和下统;土壤氟含量为574822 mg/kg的中间区主要分布于中部新村镇、柱山乡、李河镇、高梁镇、小周镇等,该区域出露地层为侏罗系上统。可以看出,该区域土壤氟含量分区与地层界线高度吻合,氟含量受控于地质背景。2.2不同成土母质土壤氟含量分布特征研究区表层土壤氟含量分布特征见表2。不同地层区土壤氟含量平均值由高到低依次为巴东组、遂宁组、须家河组、蓬莱镇组、沙溪庙组、自流井组、珍珠冲组、新田沟组,巴东组土壤氟含量最高。巴东组地层岩性主要为灰岩,其他地层区以砂岩、泥岩为主,说明土
17、壤氟含量与成土母岩有较大关系。唐将12、钟远平等14在研究三峡库区土壤中氟等元素分布特征与规律时也发现,土壤氟含量受母岩类型影响明显,灰岩母岩区土壤氟含量是碎屑岩区的 2倍以上。2.3土壤-岩石剖面氟分布为了解成土母岩对土壤氟分布的影响,在弹子镇垂直于地层走向采集了1条土壤-岩石水平剖面,从土壤氟高值区(三叠系地层)延伸至低值区(侏罗系地层),见表 3。灰岩及其土壤氟含量平均值最高,分别为 1 501 mg/kg 和 2 012 mg/kg;其次为泥岩及其土壤,砂岩及其土壤氟含量平均值最低。土壤与岩石氟含量在0.01水平上显著正相关,相关系数为 0.779。由图 3可知,氟在土壤、岩石中含量变
18、化趋势基本一致,T04、T07、T08号土壤及岩石样品中氟含量较高,土壤氟含量均超过 2 000 mg/kg,岩石氟含量均超过 1 200 mg/kg;其余样品氟含量大部分低于1 000 mg/kg,并且除T02号样品外,土壤氟含量均高于对应的岩石样品。因此,土壤氟含量与岩石具有明显的继承性,且在风化成土过程中氟元素发生了次生富集。表2表层土壤氟含量分布特征地层侏罗系三叠系全区蓬莱镇组遂宁组沙溪庙组新田沟组自流井组珍珠冲组须家河组巴东组岩性砂岩、泥岩泥岩、粉砂岩泥岩、砂岩泥岩、砂岩泥岩、页岩泥(页)岩、砂岩页岩、砂岩夹煤层灰岩、泥质灰岩样品数/件8171 0312 41748319813740
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