楊建鋒， 魏麗馨， 石天池*， 馬貴林， 曹園園， 王志強(qiáng)

(1.寧夏回族自治區(qū)地球物理地球化學(xué)勘查院,寧夏 銀川 750004； 2.寧夏地質(zhì)博物館,寧夏 銀川 750001)

1 研究區(qū)

研究區(qū)位于黃河中游上段，寧夏的北部，東臨鄂爾多斯臺(tái)地，西依賀蘭山，地處銀川平原內(nèi)，為引黃灌溉區(qū).地勢(shì)西高東低相對(duì)平坦，海拔為1 050～1 165 m.按地形地貌類型從西向東依次為賀蘭山東麓洪積扇洪積平原、黃河沖積平原和鄂爾多斯臺(tái)地，且主要分布于黃河與賀蘭山之間.西部賀蘭山內(nèi)存在大量露天開采的煤礦，煤炭中含有豐富的S.研究區(qū)地表水體主要是黃河以及引黃灌渠及排水溝.當(dāng)?shù)氐牡乇硭饕?，發(fā)育在賀蘭山東麓諸溝的季節(jié)性溪流和沖洪積傾斜平原、沖湖積平原的湖泊濕地，且溝谷溪流隨季節(jié)變化，出山口便滲入地下補(bǔ)給山前洪積扇和沖洪積平原.同時(shí)，雨季洪水順溝谷經(jīng)山前溝道注入沖積平原的湖泊和洼地.

2 樣品的采集與分析

2.1 樣品的采集

分析《石嘴山地區(qū)富硒土地質(zhì)量調(diào)查評(píng)價(jià)》項(xiàng)目數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)寧夏石嘴山地區(qū)存在一定面積土壤中S質(zhì)量含量過量的區(qū)域.石嘴山地區(qū)富硒土地質(zhì)量調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目在石嘴山市北部,以規(guī)則網(wǎng)方式、9個(gè)點(diǎn)/km2的密度，采集耕地表層土壤樣品8 832件，采樣深度0～20 cm，樣品粒級(jí)為-20目.針對(duì)不同土壤類型布設(shè)垂向剖面6條，垂向上每10 cm采集一個(gè)樣品，共采集土壤剖面樣品112件.

2.2 分析測(cè)試

樣品的分析測(cè)試在湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，S的質(zhì)量含量測(cè)定方法為高頻燃燒紅外吸收法.將土壤樣品混勻，取90 g左右于無(wú)污染的行星球磨機(jī)粉碎至200目.裝玻璃瓶經(jīng)105 ℃烘2 h.取0.500 0 g鐵粉于坩堝中，放入與紅外碳硫分析系統(tǒng)連接的天平內(nèi).取0.030 0 g樣品，加入0.500 0 g鎢粒于高頻紅外碳硫儀中測(cè)定S的質(zhì)量含量.分析的檢出限為15 mg/kg.野外采樣中同時(shí)插入重復(fù)樣192件，重復(fù)樣合格率為95%,滿足實(shí)驗(yàn)要求.

3 結(jié)果與分析

3.1 表層土壤中S的地球化學(xué)特征

3.2 表層土壤中S的養(yǎng)分等級(jí)

參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)，對(duì)寧夏石嘴山地區(qū)表層土壤中S的質(zhì)量含量進(jìn)行豐缺狀況評(píng)價(jià)：S的質(zhì)量含量大于等于2 000 mg/kg為超標(biāo)區(qū)；343～200 0 mg/kg為豐富區(qū)；270～343 mg/kg為較豐富區(qū)；219～270 mg/kg為中等區(qū)；172～219 mg/kg為較缺乏區(qū)；小于等于172 mg/kg為缺硫區(qū).通過土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)軟件，將原始分析數(shù)據(jù)賦值至土地調(diào)查圖斑，制作寧夏石嘴山地區(qū)土壤中S的養(yǎng)分等級(jí)劃分圖并進(jìn)行統(tǒng)計(jì).

由寧夏石嘴山地區(qū)土壤中S的養(yǎng)分等級(jí)劃分圖(圖略)和土壤中S的養(yǎng)分等級(jí)(表1)可知，研究區(qū)土壤中S的質(zhì)量含量整體呈豐富狀態(tài)，且面積相對(duì)較大，為743.81 km2，占研究區(qū)土地總面積的71.84%，主要分布在黃河以西及陶樂鎮(zhèn)周邊.S的質(zhì)量含量較豐富區(qū)面積為119.95 km2，占研究區(qū)土地總面積的11.59%，主要分布在溝口、靈沙南部、頭閘西部、渠口北部；S的質(zhì)量含量中等區(qū)、較缺乏區(qū)和缺乏區(qū)面積較小，分別為25.87，16.88，45.74 km2，分別占研究區(qū)土地總面積的2.5%，1.63%，4.42%；S的質(zhì)量含量缺乏區(qū)主要分布在黃河以東地區(qū).同時(shí)，該地區(qū)存在S的質(zhì)量含量過量區(qū),面積為83.12 km2，占研究區(qū)土地總面積的8.03%，主要分布在簡(jiǎn)泉農(nóng)場(chǎng)東部、禮和北部、黃渠橋鎮(zhèn)西部、寶豐鎮(zhèn)東部等地區(qū).

表1 土壤中S的養(yǎng)分等級(jí)

3.3 不同類型土壤中S的質(zhì)量含量

1)不同類型土壤表層中S的質(zhì)量含量.根據(jù)采樣點(diǎn)土壤類型進(jìn)行S的質(zhì)量含量統(tǒng)計(jì)(表2).不同類型土壤中S的質(zhì)量含量由大到小為鹽土、新積土、潮土、堿土、灌淤土、灰鈣土、風(fēng)沙土.S在鹽土中的質(zhì)量含量最高，在風(fēng)沙土、灰鈣土和灌淤土中的質(zhì)量含量較低.

表2 不同類型土壤中S的質(zhì)量含量

2)不同類型土壤中S的質(zhì)量含量ρ(S)垂向變化.根據(jù)土壤垂向剖面樣品的分析數(shù)據(jù)(圖1)，除風(fēng)沙土外，其他類型土壤中S的質(zhì)量含量呈現(xiàn)明顯的表生富集作用.對(duì)于潮土，0～10 cm土壤中S的質(zhì)量含量為10～20 cm土壤中的3倍；對(duì)于鹽土，0～10 cm土壤中S的質(zhì)量含量為10～20 cm土壤中的2.8倍.對(duì)于堿土，0～10 cm土壤中S的質(zhì)量含量為10～20 cm土壤中的2.3倍.對(duì)于灌淤土，0～10 cm土壤中S的質(zhì)量含量為10～20 cm土壤中的2.2倍.灌淤土、鹽土、堿土、潮土0～80 cm土壤中S的質(zhì)量含量呈下降趨勢(shì)，80 cm以下土壤中S的質(zhì)量含量無(wú)明顯變化.

圖1 不同土壤類型中S的質(zhì)量含量垂向變化

4 討論

土壤中的S存在生物地球化學(xué)循環(huán)過程.作物收獲物、未還田的植物秸桿、地表徑流、土壤侵蝕與淋失、土壤與植物釋放的揮發(fā)性含S物質(zhì)等，是土壤中S輸出的主要途徑,而大氣中的含S化合物經(jīng)干濕沉降過程進(jìn)入土壤,通過施肥、灌溉水、植物殘落物以養(yǎng)分形式歸還土壤中損失的S.土壤、植物生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間始終處于硫化物吸收、釋放過程,且趨于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡體系[10].

4.1 大氣干濕沉降物中S的質(zhì)量含量

2017年11月至2018年11月，各大氣干濕沉降物采集點(diǎn)、S的年干濕沉降通量見圖2、表3.

圖2 采樣點(diǎn)的分布

表3 研究區(qū)各降塵點(diǎn)S的年沉降通量

采集的30個(gè)大氣干濕沉降物樣品中，S的質(zhì)量含量最小為1 295 mg/kg、最大為5 296 mg/kg,平均值為3 222 mg/kg，遠(yuǎn)高于土壤中S的質(zhì)量含量平均值.S的沉降通量平均值為1 727.22 mg/(m·a)、最小值為182.02 mg/(m·a)，位于寧夏平羅縣陶樂鎮(zhèn).S的沉降通量最大為4 079.96 mg/(m·a)，位于寧夏石嘴山市惠農(nóng)區(qū)簡(jiǎn)泉農(nóng)場(chǎng).由表3可知，ADF08，ADF09，ADF10，ADF15，ADF18，ADF32等高值點(diǎn)主要位于寧夏石嘴山市大武口區(qū)溝口.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域無(wú)污染企業(yè)，但區(qū)域上游的煤礦較多，因此冬季大風(fēng)攜帶含煤粉塵隨空氣飄落至此引起大氣干濕降塵中S的質(zhì)量含量增高.另外，該區(qū)域地表土壤中高質(zhì)量含量的S也是引起大氣干濕降塵中S質(zhì)量含量增高的原因之一.同時(shí)，該區(qū)域內(nèi)零星分布的S質(zhì)量含量高值點(diǎn)主要與燒煤做飯、冬季燒煤取暖以及密集的交通運(yùn)輸有關(guān).

在石嘴山地區(qū)表層土壤中，S的質(zhì)量含量平均值為877.53 mg/kg，土壤密度按1.5 g/cm3、大氣干濕沉降物僅影響耕作層0～20 cm土壤計(jì)算，大氣降塵每年對(duì)土壤中S的質(zhì)量含量影響小于1%.另外，由于每年冬春季節(jié)大風(fēng)帶走一部分表層土壤中的S，認(rèn)為大氣干濕沉降不是影響土壤中S質(zhì)量含量變化的主要因素.

4.2 土壤中的S與作物種植

研究區(qū)土壤中S質(zhì)量含量超標(biāo)的地區(qū)鹽漬化嚴(yán)重，地下水位也較高，種植的農(nóng)作物以水稻為主.研究表明[11]，水稻從土壤中攫取的S總量每年大約為6.78 kg/hm2.表層土壤中總S質(zhì)量含量的平均值以877.53 mg/kg計(jì)算，耕作層(20 cm)有效土體中S的質(zhì)量含量達(dá)2 633 kg/hm2,種植作物對(duì)土壤中S總質(zhì)量含量的影響有限.

4.3 土壤中的S與鹽漬化的相關(guān)性

圖3 研究區(qū)土壤中S的質(zhì)量含量與總鹽的質(zhì)量含量相關(guān)性

4.4 土壤中S的質(zhì)量含量動(dòng)態(tài)變化

文獻(xiàn)顯示，1993年研究區(qū)表層土壤中S的質(zhì)量含量為100～11 400 mg/kg，平均值為904 mg/kg，高于世界平均值和銀川盆地背景值.與研究區(qū)土壤中S的質(zhì)量含量對(duì)比，最大值增大，說(shuō)明個(gè)別地區(qū)土壤中S的質(zhì)量含量隨著鹽漬化程度的加重進(jìn)一步富集，這可能與2次工作采樣密度不同有關(guān).同時(shí)，表層土壤中S的質(zhì)量含量平均值降低，但仍處于較高的水平.

5 結(jié)論

1)寧夏石嘴山地區(qū)土壤中S的質(zhì)量含量以豐富區(qū)為主，該區(qū)域占研究區(qū)土地總面積的71.84%；S的質(zhì)量含量過量區(qū)和缺乏區(qū)均有分布，分別占研究區(qū)土地總面積的8.03%，4.42%；S的質(zhì)量含量過量區(qū)與土壤重度鹽漬化分布地區(qū)重合；S的質(zhì)量含量缺乏區(qū)主要以風(fēng)沙土為主.

2)寧夏石嘴山地區(qū)表層土壤中S的質(zhì)量含量在鹽土中最高，在灰鈣土、風(fēng)沙土和灌淤土中較低，說(shuō)明S的表生富集作用明顯.

3)大氣干濕沉降物及植物吸收等對(duì)表層土壤中S的質(zhì)量含量影響較小.研究區(qū)表層土壤中S的質(zhì)量含量與總鹽的質(zhì)量含量關(guān)系密切.土壤底層或地下水中的鹽分隨毛細(xì)管水上升到地表，隨著水分蒸發(fā)鹽分積累在表層土壤中，最終導(dǎo)致表層土壤中S的質(zhì)量含量升高.