王玉軍 歐名豪

（1 南京農(nóng)業(yè)大學公共管理學院，南京 210095）

（2 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，國土資源部地裂縫地質(zhì)災害重點實驗室，南京 210018）

徐州農(nóng)田土壤養(yǎng)分和重金屬含量與分布研究*

王玉軍1，2歐名豪1?

（1 南京農(nóng)業(yè)大學公共管理學院，南京 210095）

（2 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，國土資源部地裂縫地質(zhì)災害重點實驗室，南京 210018）

測定分析了江蘇省徐州市9 232個農(nóng)田土壤耕層樣品的養(yǎng)分含量和重金屬含量，并綜合運用GIS空間分析與統(tǒng)計方法研究了土壤大量養(yǎng)分（全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK））、微量養(yǎng)分全量（硼（B）、錳（Mn）、鉬（Mo））和重金屬全量（砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、汞（Hg）、鎳（Ni）、鉛（Pb）、鋅（Zn））的統(tǒng)計特征、空間分布特征及其在不同土壤類型和農(nóng)田類型中的分布差異。結果表明，徐州農(nóng)田耕層土壤中的養(yǎng)分和重金屬元素含量總體高于江蘇和全國平均值，養(yǎng)分含量達中等水平以上的面積比例超過80%，99%以上的農(nóng)田土壤重金屬元素含量為清潔或尚清潔。養(yǎng)分含量偏高與徐州農(nóng)田耕作程度較高有關，重金屬元素含量超標與工礦業(yè)生產(chǎn)有關。養(yǎng)分和重金屬元素含量在空間分布上有較大分異，不同成因的土壤類型和不同農(nóng)田類型的養(yǎng)分和重金屬元素含量差異明顯。

土壤養(yǎng)分；重金屬元素；耕層土壤；空間分布；土壤類型；農(nóng)田類型

土壤是農(nóng)作物生長的載體和最基本的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料［1］。作為土壤的物質(zhì)基礎，土壤元素的構成及含量決定了土壤肥力質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量，對農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)有顯著影響［2］。隨著多目標區(qū)域地球化學調(diào)查工作的全面展開和不斷深入，地球化學作為研究地表沉積物物質(zhì)組成、來源、成因等的重要手段［3］，與土壤學的結合日趨緊密，針對地表土壤的地球化學研究也相當豐富［4-6］。國內(nèi)外土壤地球化學研究的應用領域已覆蓋礦產(chǎn)勘查預測、土壤環(huán)境評價、土壤肥力評估、農(nóng)業(yè)區(qū)劃與規(guī)劃等方面［7-10］。

江蘇省是全國率先開展多目標區(qū)域地球化學調(diào)查的地區(qū)，2000年即開展了小范圍試點，至2009年完成了全部陸域地球化學調(diào)查工作，獲取了豐富的土壤元素數(shù)據(jù)，并已應用在研究人為活動和區(qū)域地質(zhì)作用對土壤環(huán)境的影響、進行土壤生態(tài)環(huán)境預警以及開發(fā)利用富硒（Se）土壤資源等方面［11］。根據(jù)已有調(diào)查研究，對于農(nóng)田土壤元素而言，從地球化學特征來看，包括有益元素和有害元素，其中有益元素是指農(nóng)作物生長發(fā)育所必需的養(yǎng)分元素，包括農(nóng)作物干物質(zhì)的主要成分氮（N）、磷（P）、鉀（K），以及農(nóng)作物生長所必需的微量元素硼（B）、鉬（Mo）、錳（Mn）等［12-13］；有害元素以重金屬元素為代表，包括生物毒性顯著的砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）和毒性一般的鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）和鋅（Zn）等，其不易被微生物降解且不易移動，不斷在土壤中積累，并通過食物鏈進入農(nóng)產(chǎn)品中，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，進而危害人類健康［14-16］。

江蘇徐州是華東地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)、國家糧棉生產(chǎn)基地和全國五大蔬菜產(chǎn)區(qū)之一，糧食作物主要為小麥、水稻、玉米，棉花、油菜、蔬菜等經(jīng)濟作物也有較大種植面積，長期重化肥輕有機肥或未按測土配方施肥，導致各類農(nóng)田土壤元素之間比例失調(diào)，土壤養(yǎng)分失衡。同時，徐州也是傳統(tǒng)煤炭基地，鐵、銅等金屬礦亦有開發(fā)利用，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中對礦區(qū)周邊農(nóng)田造成重金屬污染。因此，無論是土壤的有益元素還是有害元素，徐州地區(qū)均具備典型意義。但迄今為止，有關徐州農(nóng)田土壤養(yǎng)分和重金屬含量方面的報道較少，僅強承魁等［17］分析了徐州地區(qū)麥田土壤和小麥籽實重金屬污染特征以及劉紅俠等［18］評價了徐州北郊農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染情況。為此，本文基于統(tǒng)計學和地統(tǒng)計方法，借助GIS技術，分析徐州地區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分和重金屬元素含量、空間分布及其與土壤類型和農(nóng)田類型的關系，旨在掌握區(qū)域農(nóng)田土壤肥力和環(huán)境質(zhì)量的空間差異，為區(qū)域土壤施肥與污染防治及農(nóng)業(yè)布局提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)包括江蘇省徐州市鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、泉山區(qū)、銅山區(qū)、賈汪區(qū)和睢寧縣雙溝鎮(zhèn)，面積3 157.90 km2，介于116°48′～117°43′E和33°58′～34°36′N之間。地貌以平原為主，丘陵為輔，兼有廢黃河壟狀高地貫穿中部，第四紀覆蓋面積占70%以上。氣候?qū)贊駶欀涟霛駶櫦撅L氣候區(qū)，年均溫14℃，年平均降水量845.1 mm。主要土壤類型有潮土（潮濕雛形土）、水稻土（水耕人為土）、砂姜黑土（潮濕變性土和變性潮濕新成土）、褐土（干潤淋溶土）、棕壤（濕潤淋溶土）、粗骨土（正常新成土）等6個土類15個土屬，成土母質(zhì)為河流沖積物、河湖相沉積物及丘陵崗地殘坡積物。農(nóng)田類型主要為旱地、水田和園地，耕作制度為小麥/水稻、小麥/玉米、油菜/水稻、油菜/玉米輪作。

1.2 樣品采集與分析

結合研究區(qū)的農(nóng)田分布和類型、耕作制度及地形地貌，兼顧樣點控制范圍內(nèi)主要自然屬性的一致性，按照每平方千米4～5個樣點為一個組合采集耕層（0～20 cm）土樣。根據(jù)地形地貌選擇采樣方法，平原區(qū)采用梅花形多點組合采集土壤樣品；丘陵區(qū)和廢黃河壟狀高地區(qū)采用蛇形多點組合采集土壤樣品。采集不同農(nóng)田地塊中的土壤作為組合樣點，組合點間距不低于50 m。每個采樣點采集土壤不少于1 kg，使用統(tǒng)一工具和程序，采樣中嚴防污染，采樣時去除植物殘體、碎石等其他雜物。每個采樣點使用GPS進行定位，并觀察采樣點的土地利用情況和所采土樣的物理特征填寫采樣記錄表并拍照留存。共采集9 232個樣點的土壤樣品（圖1）。

圖1 江蘇徐州農(nóng)田采樣點分布Fig. 1 Distribution of soil sampling sites in Xuzhou，Jiangsu

對所有土壤樣品統(tǒng)一分析測試17項指標，包括6項大量養(yǎng)分指標：全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK），3項微量養(yǎng)分指標：全量B、Mo、Mn，8項重金屬指標：全量As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn。土樣經(jīng)室內(nèi)自然風干后，統(tǒng)一過20目（0.84 mm）篩后進行混勻縮分，取約200 g樣品采用無污染球磨方法加工至200目（0.074 mm），取5 g樣品用塑料袋封裝作Hg分析用，其余樣品用紙袋分裝作TN、TP等項目測試使用。

不同土壤元素的分析測試方法為：（1）TP、TK、Mn、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn采用X射線熒光光譜法測定［19］；（2）Mo、Cd采用等離子體質(zhì)譜法（酸溶）測定［20］；（3）As、Hg采用原子熒光法測定［21］；（4）B采用發(fā)射光譜法測定［22］；（5）TN采用容量法測定［23］；（6）AN采用氫氧化鈉溶液擴散—容量法測定；（7）酸（中）性土壤AP采用氟化氫銨-鹽酸浸取—電感耦合等離子體光譜法測定，堿性土壤AP采用碳酸氫鈉溶液浸取—分光光度法測定；（8）AK采用乙酸銨溶液浸取—原子吸收光譜法測定法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用IBM Statistics SPSS 20.0軟件對土壤元素含量特征進行描述性統(tǒng)計和正態(tài)分布檢驗，檢驗土壤樣品各元素含量是否服從正態(tài)分布；對不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，進行平均3倍離差，剔除異常值數(shù)據(jù)，直至服從正態(tài)分布。

使用ESRI ArcGIS 9.3軟件的ArcMap平臺進行繪圖，使用Spatial Analysis工具模塊進行Kriging（克里格）空間插值和地統(tǒng)計分析。

土壤養(yǎng)分含量的分級參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分等級劃分標準［24］和《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范（DZ/T 0295-2016）》［25］，劃分為豐富、較豐富、中等、較缺乏、缺乏五個等級。土壤重金屬含量的評價分級采用Nemerow（內(nèi)梅羅）綜合污染指數(shù)（P）［26］，劃分為清潔、尚清潔、輕度污染、中度污染、重度污染五個等級。

2 結 果

2.1 徐州農(nóng)田土壤指標描述性統(tǒng)計

徐州市農(nóng)田土壤統(tǒng)計分析結果（表1）顯示，全部9個土壤養(yǎng)分指標的中位數(shù)均低于其均值，偏度和豐度均大于0，分布屬于右偏態(tài)，表明土壤養(yǎng)分元素含量高于均值的采樣點相對較多。TK含量的變異系數(shù)小于0.25，呈低變異性，表明在區(qū)域內(nèi)變化較小；TN、TP、AN、B、Mn含量的變異系數(shù)介于0.25～0.5之間，呈中變異性，表明在區(qū)域上有一定差異，但變化不顯著；AP、AK、Mo含量的變異系數(shù)大于0.5，呈高變異性，表明在區(qū)域上分異顯著，可能受人類活動影響較大。TN、TP、TK、Mn含量的均值分別為1.65 g kg-1、1.21 g kg-1、19.05 g kg-1和714.8 mg kg-1，分別高于江蘇表層土壤平均值的157.8%、132.7%、2.42%、22.61%，高于全國表層土壤平均值的33.06%、55.13%、5.25%、13.64%；B含量的均值為54.03 mg kg-1，高于全國表層土壤平均值13.03%，但低于江蘇表層土壤平均值2.65%；Mo含量的均值為0.71 mg kg-1，高于江蘇表層土壤平均值36.54%，但低于全國表層土壤平均值64.50%。

全部8個土壤重金屬元素含量的中位數(shù)均低于其均值，偏度和豐度均大于0，分布屬于右偏態(tài)，表明土壤重金屬元素含量高于均值的采樣點相對較多。Cr含量的變異系數(shù)小于0.25，呈低變異性，表明在區(qū)域內(nèi)變化不大，基本未受人類活動的影響；As、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn含量的變異系數(shù)介于0.25～0.5之間，呈中變異性，表明在區(qū)域上有一定分異，其原因既包括繼承成土母質(zhì)的地球化學特征，又在一定程度上受人類活動影響［27］；Hg含量的變異系數(shù)大于0.5，呈高變異性，表明在區(qū)域上分異顯著，主要是人類活動所致。Hg含量的均值為0.045 mg kg-1，分別低于江蘇和全國表層土壤平均值10.00%和35.71%；Cr含量的均值為72.0 mg kg-1，高于全國表層土壤平均值18.03%，但低于江蘇表層土壤平均值3.74%；Zn含量的均值為73.7 mg kg-1，高于江蘇表層土壤平均值6.81%，但低于全國表層土壤平均值0.67%；As、Cd、Cu、Ni、Pb含量的均值分別為11.99 mg kg-1、0.21 mg kg-1、27.2 mg kg-1、32.5 mg kg-1和26.6 mg kg-1，分別高于江蘇表層土壤平均值的32.19%、50.00%、8.80%、3.50%、4.31%，高于全國表層土壤平均值的7.05%、110.0%、20.35%、20.82%、2.31%。50%以上采樣點土壤的As、Cu、Pb含量高于江蘇和全國平均值，90%以上采樣點土壤的Cd含量高于江蘇和全國平均值。研究區(qū)所有土壤重金屬元素含量的均值均高于徐州地區(qū)的背景值。

2.2 徐州農(nóng)田土壤指標的分級比例

農(nóng)田土壤9個養(yǎng)分指標（表2）中，TN、AN含量較高，較豐富以上（TN＞1.5 g kg-1；AN＞120 mg kg-1）的樣點比例均超60%；TP、AP含量非常高，較豐富以上（TP＞0.8 g kg-1；AP＞20 mg kg-1）的樣點比例均超80%；TK含量一般，中等水平（15～20 g kg-1）的樣點比例約占75%，相比而言，AK含量較高，較豐富以上（＞150 mg kg-1）的樣點比例約75%；B含量總體較高，中等水平以上（＞0.5 mg kg-1）的樣點比例近90%，較豐富以上（＞1 mg kg-1）的樣點比例約35%；Mo含量相對較低，缺乏和較缺乏（＜0.15 mg kg-1）的樣點比例超35%；Mn含量總體較高，中等水平以上（＞5 mg kg-1）的樣點比例超85%，較豐富以上（＞15 mg kg-1）的樣點比例約55%。

農(nóng)田土壤8個重金屬元素（表3）中，Cr和Zn樣點超標率最低，幾乎無樣點超標；其次是Hg和Pb，超標率分別僅為0.01%和0.04%；Cu、Cd和As超標率也非常低，分別僅為0.14%、0.17%和0.19%；相比之下，Ni超標率最高，其含量達污染標準（P＞1.0）的農(nóng)田面積超2 000 km2，遠高于其他重金屬元素，但超標率也僅為1.12%。

表1 江蘇徐州農(nóng)田土壤養(yǎng)分和重金屬元素含量統(tǒng)計Table 1 Descriptive statistics of contents of soil nutrients and heavy metal elements in farmlands of Xuzhou，Jiangsu

表2 江蘇徐州農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量分級與比例統(tǒng)計Table 2 Grading and area statistics of soil nutrient contents in farmlands of Xuzhou，Jiangsu

表3 江蘇徐州農(nóng)田土壤重金屬元素含量分級與比例統(tǒng)計Table 3 Grading and area statistics of soil heavy metal elements contents in farmlands of Xuzhou，Jiangsu

2.3 徐州農(nóng)田土壤各指標的空間分布

對所有有效樣品中各土壤元素含量進行累計頻數(shù)統(tǒng)計，按統(tǒng)計結果的1.5%、15%、25%、75%、95%、98.5%作為分級設色標準，各土壤元素含量的空間分布如圖1所示。

農(nóng)田土壤9個養(yǎng)分指標中，TN、TP、TK、AN、AP、AK含量的空間分布大體近似，含量較高的區(qū)域分布在研究區(qū)西北、西南和東中部，含量較低的區(qū)域分布在東北和南部；TN、TP、TK含量的空間分異更明顯，而AN、AP、AK含量的空間分布相對更均衡；B含量較高的區(qū)域分布在研究區(qū)東北和西南部，含量較低的區(qū)域分布在西北部；Mo含量較高的區(qū)域分布在研究區(qū)西北部，含量較低的區(qū)域分布在東南部；Mn含量較高的區(qū)域分布在研究區(qū)東北部，含量較低的區(qū)域較少，分布在西部和中南部。

圖2 江蘇徐州農(nóng)田土壤養(yǎng)分和重金屬元素含量空間分布Fig. 2 Spatial distribution of soil nutrient contents and heavy metal element contents in farmlands of Xuzhou，Jiangsu

農(nóng)田土壤8個重金屬元素中，As、Cr、Cu、Ni含量的空間分布近似，含量較高的區(qū)域分布在研究區(qū)北部，含量較低的區(qū)域分布在東南部；Cd、Zn含量的空間分布近似，含量較高的區(qū)域分布在研究區(qū)西北部，含量較低的區(qū)域分布在南部；Hg含量較高的區(qū)域分布在研究區(qū)中部城市建成區(qū)周邊，含量較低的區(qū)域分布在東南部；Pb含量較高的區(qū)域分布在研究區(qū)東北部，含量較低的區(qū)域分布在西北和東南部?？傮w而言，農(nóng)田土壤重金屬元素含量空間分布呈現(xiàn)北高南低的格局。

2.4 不同土壤類型間元素含量差異

由于不同地形地貌形成的土壤特性不同，故可根據(jù)地貌類型判斷成土母質(zhì)的來源和類型，進而推斷土壤發(fā)生類型［29］。因此，根據(jù)地形地貌類型將研究區(qū)土壤分為三大類，Ⅰ類土壤發(fā)育于河流沖積物母質(zhì)，有飛沙土、沙土、兩合土、淤土、堿性土、鹽性土、棕潮土；Ⅱ類土壤發(fā)育于河湖相沉積

物母質(zhì)，有湖黃土、崗黑土；Ⅲ類土壤發(fā)育于丘陵崗地的殘坡積物母質(zhì)，有山淤土、山黃土、山紅土、金黃土、白淌土、礫石土。

表4 江蘇徐州不同農(nóng)田土壤類型養(yǎng)分和重金屬元素含量統(tǒng)計Table 4 Statistics of soil nutrient contents and heavy metal element contents in soils of Xuzhou，Jiangsu relative to soil type

Ⅰ類土壤中，由于飛沙土、沙土、兩合土、淤土的顆粒愈來愈細，無論是養(yǎng)分的平均含量，還是重金屬元素的平均含量，均顯示出飛沙土＜沙土＜兩合土＜淤土；堿性土、鹽性土、棕潮土的平均含量總體上也呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。Ⅱ類土壤中，湖黃土與崗黑土相比較，養(yǎng)分指標中除了AP、B、Mn，重金屬元素中除了Hg、Pb，其他元素的平均含量均為崗黑土＜湖黃土，可能與崗黑土所處地勢較湖黃土高有關。Ⅲ類土壤中，不同土壤中各元素含量的無顯著差別，說明成土母質(zhì)可能無較大區(qū)別，在后期搬運過程中均質(zhì)化。

不同地貌類型成因的土壤，土壤中各養(yǎng)分和重金屬元素的平均含量有明顯區(qū)別。總體而言，發(fā)育于河湖相沉積物的Ⅱ類土壤含量最高，其次是發(fā)育于丘陵崗地殘坡積物的Ⅲ類土壤，發(fā)育于黃泛平原區(qū)河流沖積物的Ⅰ類土壤含量最低。

2.5 不同農(nóng)田類型間元素含量差異

人類的長期耕作及其耕作方式對農(nóng)田土壤的理化特征會產(chǎn)生顯著影響［30］。根據(jù)研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，農(nóng)田主要包括水田、旱地和園地。經(jīng)空間分析統(tǒng)計，養(yǎng)分元素方面，水田土壤中的TN、TP、TK、AN和AK平均含量分別為1.87 g kg-1、1.26 g kg-1、19.74 g kg-1、146.51 mg kg-1和213.85 mg kg-1，分別高于旱地25.50%、8.62%、6.76%、10.67%、6.00%，高于園地35.51%、4.13%、1.91%、23.50%、15.36%；旱地土壤中的AP、B、Mo和Mn平均含量分別為41.74 mg kg-1、57.00 mg kg-1、0.72 mg kg-1和793 mg kg-1，分別高于水田8.30%、14.00%、2.86%、27.70%，高于園地24.23%、4.97%、16.13%、23.14%。重金屬元素方面，三種農(nóng)田類土壤中的As、Cr、Hg元素平均含量相近，無顯著差異；旱地土壤中的Pb平均含量為27.4 mg kg-1，分別高于水田和園地7.03%和10.48%；水田土壤中的Cd、Ni、Zn平均含量分別為0.24 mg kg-1、33.3 mg kg-1和77.2 mg kg-1，分別高于旱地20.00%、4.39%、9.19%，高于園地33.33%、10.26%、10.60%；園地土壤中的Cu平均含量為28.9 mg kg-1，分別高于旱地與水田7.43%和7.04%。

表5 江蘇徐州不同農(nóng)田類型土壤養(yǎng)分和重金屬元素含量統(tǒng)計Table 5 Statistics of soil nutrient contents and heavy metal element contents in the soils of Xuzhou，Jiangsu relative to type of farmland

3 討 論

研究區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分豐富，高于江蘇、全國平均水平，原因是徐州地貌以平原為主，第四系分布廣泛且覆蓋較厚，耕作歷史悠久，耕作程度高、投入大，有利于土壤養(yǎng)分的富集。尤其是近十多年來，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和普及，農(nóng)民養(yǎng)地意識和措施不斷加強，施肥投入量持續(xù)增加，加之農(nóng)業(yè)機械應用范圍廣泛，造成農(nóng)作物根葉等殘留于土壤中，有利于土壤有機質(zhì)含量的提高，促使農(nóng)田土壤中養(yǎng)分含量進一步增加。徐州地區(qū)主要種植的小麥、水稻、玉米、油菜、蔬菜等作物對鉀的吸收量相對較大，農(nóng)田土壤中鉀的消耗量相對較大，故鉀含量較氮、磷相對偏低。同時，研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬元素含量普遍高于江蘇、全國平均水平和徐州地區(qū)背景值，原因是徐州作為傳統(tǒng)資源型城市和老工業(yè)基地，其煤炭和鐵、銅等金屬礦產(chǎn)的開發(fā)利用以及冶煉、煤電等工礦業(yè)生產(chǎn)必然產(chǎn)生一定的重金屬污染。個別污染程度顯著區(qū)域，如As、Cd、Cu含量超標農(nóng)田分布于銅山區(qū)利國鎮(zhèn)、賈汪區(qū)青山泉鎮(zhèn)和江莊鎮(zhèn)等煤、鐵、銅礦集中開發(fā)利用區(qū)域，Hg含量超標農(nóng)田則分布在主城區(qū)周邊工業(yè)集中布局區(qū)域。

不同類型土壤養(yǎng)分和重金屬含量的差異受其成土母質(zhì)所處地貌特征的影響。黃泛平原是黃河沖積形成的河流沉積物，Ⅰ類土壤經(jīng)旱耕熟化形成，遭受洪水泛濫沉積的影響，部分土壤元素易被泥沙吸附帶走，故含量相對Ⅱ、Ⅲ類土壤較低。Ⅰ類土壤中，從飛沙土、沙土、兩合土、淤土至堿性土、鹽性土、棕潮土，其土壤顆粒愈來愈細，可見養(yǎng)分和重金屬含量的差異與土壤顆粒粗細具有相關性，土壤顆粒越細，養(yǎng)分和重金屬更易富集。Ⅱ類土壤屬河湖相沉積物，多為封閉靜水沉積環(huán)境，是區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活廢物的匯集地，故養(yǎng)分元素和重金屬元素含量相對最高。Ⅱ類土壤中，養(yǎng)分和重金屬含量差異與地勢相關性較大，崗黑土所處高程普遍較湖黃土高。Ⅲ類土壤屬丘陵崗地殘坡積物，受農(nóng)業(yè)耕作、工礦業(yè)生產(chǎn)的影響相對較低，故養(yǎng)分和重金屬含量相對較低。Ⅲ類土壤中，養(yǎng)分和重金屬含量差異不明顯，說明其成土母質(zhì)可能無較大區(qū)別，且在后期搬運過程中均質(zhì)化。

水田土壤中大量養(yǎng)分含量高于旱地和園地，原因在于水田土壤空隙小、密實度大、深層滲漏小，故保肥能力相對較好；而旱地、園地土壤空隙大，大量養(yǎng)分元素易滲漏至深層土壤。水田土壤中微量養(yǎng)分含量低于旱地和園地，應是水田產(chǎn)出較高且微量元素在水田土壤中更易被作物根系吸收所致。旱地土壤中的養(yǎng)分含量總體高于園地，主要原因應是旱地耕作程度更高、施肥量更大。水田土壤中重金屬含量相對最高，原因是水田土壤含水量高，質(zhì)地相對黏重，對重金屬元素的吸附固定能力強，不易遷移或被作物吸收。園地土壤中重金屬含量相對最低，原因在于園地施肥量相對最少，且多數(shù)園地位于丘陵崗地，離城鎮(zhèn)和工礦相對較遠，受人類活動的影響比較小。

從空間分布上看，研究區(qū)不同區(qū)域農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量的高低，一是與土壤類型密切相關，發(fā)育于河湖相沉積物的土壤含量最高；二是受施肥情況、農(nóng)業(yè)耕作方式的影響，旱地、水田的土壤養(yǎng)分含量普遍高于園地；三是與地形地貌有關，地勢較低處的農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量總體高于地勢較高處的農(nóng)田，而丘陵地區(qū)因易發(fā)生水土流失而導致土壤養(yǎng)分降低。局部農(nóng)田土壤重金屬含量偏高，主要源自工礦“三廢”的排放、化肥農(nóng)藥的使用，以及燃煤之后的大氣沉降等人類活動，個別元素與土壤類型有關。針對農(nóng)田土壤養(yǎng)分和重金屬含量的空間差異，應采取相應的肥料施用、耕作管理或污染修復措施。在農(nóng)業(yè)部門測土配方施肥技術的基礎上，根據(jù)不同作物需肥規(guī)律增施有機肥，改變重基肥輕追肥、重大量元素輕微量元素的施肥習慣，重點在研究區(qū)東北、西南部對B、Mn進行補肥，在西北部對Mo進行補肥。以鈍化修復及高生物量植物修復為基本手段，重點對西北局部區(qū)域As、Cd、Cu、Ni含量較高的農(nóng)田土壤實施修復。

4 結 論

徐州農(nóng)田土壤中的養(yǎng)分含量和重金屬元素含量總體均高于江蘇、全國平均水平，重金屬元素含量高于徐州地區(qū)背景值。養(yǎng)分豐富，中等水平以上的面積比例超過80%，與長期農(nóng)業(yè)耕作有關；基本無重金屬污染，99%以上的農(nóng)田土壤重金屬元素含量為清潔或尚清潔，極少量超標農(nóng)田與工礦業(yè)生產(chǎn)有關。養(yǎng)分和重金屬元素含量在空間上均有較大的分異，與土壤類型和土地利用類型有關，總體表現(xiàn)為河湖相沉積物母質(zhì)發(fā)育的土壤＞丘陵殘坡積物母質(zhì)發(fā)育的土壤＞河流沖積物母質(zhì)發(fā)育的土壤，水田高于旱地和園地。

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（責任編輯：陳榮府）

Contents and Distribution of Soil Nutrients and Heavy Metal Elements in Farmlands of Xuzhou

WANG Yujun1，2OU Minghao1?
（1 College of Public Administration，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）
（2 Geological Survey of Jiangsu Province，Key Laboratory of Earth Fissures Geological Disaster，Ministry of Land and Resources，Nanjing 210018，China）

【Objective】Xuzhou is a city with economy based mainly on traditional agriculture and mining. In order to get to know soil fertility and pollution of the farmland soil of the city and provide references for fertilization，pollution control and agricultural layout in the region，a total of 9 232 soil samples were collected from plough layers of the farmlands in Xuzhou for analysis of 17 indices，including total nitrogen（TN），total phosphorus（TP），total potassium（TK），alkalyzable nitrogen（AN），available phosphorus（AP），readily available potassium（AK），B，Mo，Mn and heavy metal elements，such as As，Cd，Cr，Cu，Hg，Ni，Pb and Zn.【Method】TN was measured with the volumetric method；TP，TK，Mn，Cr，Cu，Ni，Pb and Zn，with the x-ray fluorescent spectroscopy；Mo and Cd，with the inductively coupled plasma mass spectrometry；As and Hg，with the atomic fluorescence spectrometry；B，with the emission spectrometry；AN，with the sodium hydroxide solution diffusion-volumetric method；AK，with the ammonium acetate solution leaching-atomic absorption spectrometry；and AP，with the ammonium bifluoride and hydrochloride leaching-inductively coupled plasma atomic emission spectrometry in acid soils and with the sodium bicarbonate solution leaching-spectrophotometry in alkaline soils. Descriptive statistics was performed with the helo of the IBM Statistics SPSS 20.0 software and Kriging interpolation，spatial analysis and geo-statistics with the aid of the ESRI ArcGIS 9.3. Soil nutrient contents were graded according to DZ/T 0295-2016 and soil heavy metal contents，using the Nemerow index.【Result】The descriptive statistics showed that the average contents of soil nutrients in Xuzhou were higher than those in Jiangsu and China，while the average contents of heavy metal elements were higher than those in Jiangsu and China，and than the background values of Xuzhou，too. The variation coefficients of AP，AK，Mo and Hg were higher than those of the other elements，which indicated high variability between soil samples. Over 80%of the farmlands were rated as moderate or higher in soil nutrient content，while over 99% of the farmlands were sorted into the category of clean or safe soils. Farmlands lightly polluted by As，Cd，Cu or Ni were very limited in area. The higher soil nutrient contents may be attributed to long-term farming cultivation and application of organic manure，meanwhile，the higher heavy metal contents may come from mining and smelting of coal，iron and copper and relevant industries，as well，like thermal power. All the soil indices exhibited significant characteristics in spatial distribution and their spatial correlations with soil types and farmland types. Spatial distributions of TN，TP，TK，AN，AP and AK contents were apparently quite similar，but those of AN，AP and AK varied sharply，while those of B，Mo and Mn did even more. The distribution of heavy metal elements in farmland soils exhibited a declining trend from north to south. The sharp spatial variation of soils in composition was mainly related to soil type and farmland type. Soils derived from lacustrine sediments were higher than those from hill slope sediments and from river alluvium in nutrient content and heavy metals content，and paddy soils higher than dryland soils and garden soils，too. Besides，landform was also an important influencing factor.【Conclusion】The average contents of soil nutrients and heavy metal elements in the farmlands of Xuzhou are generally higher than those of Jiangsu and China and than the background values，too. Over 80% of the farmland soils in Xuzhou can be rated moderate or higher in nutrient content level while merely less than 1% is polluted by heavy metal elements. The main factors influencing contents and distribution of soil nutrients and heavy metal elements include soil type，soil parent material，landform tillage，fertilization，as well as mining and industries.

Soil nutrients；Heavy metal elements；Plough layer soil；Spatial distribution；Soil type；Farmland type

P632；P596

A

10.11766/trxb201707280331

* 國家自然科學基金項目（40873081）和江蘇省地質(zhì)勘查基金項目“徐州城市地質(zhì)調(diào)查”資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 40873081）and the Geological Exploration Foundation Project（Urban Geological Survey of Xuzhou）of Jiangsu Province in China

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：mhou@njau.edu.cn

王玉軍（1972—），男，安徽滁州人，博士研究生，高級工程師，主要從事地質(zhì)環(huán)境與國土資源規(guī)劃研究。E-mail：jszzdt@126.com

2017-07-28；

2017-08-18；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-09-01