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摘要 ：本文研究了位于甘肃省西部地区的一个区域， 以土壤中的锌、钼、硼等养分元素为研究对象。旨在了解 该区域土壤中营养元素的空间分布特点，并对其主要影响 因子进行探讨。研究收集了 1966 份土壤样本，并对取样点 的经纬度、高程、坡向、坡度、成土母质、土壤类型等进行 了分析。通过室内试验，对土壤中的氮、磷、钾、硼、锰、 钼、硒、锌、铜、锗等元素进行了分析，并对土壤的pH 值、 有机质含量和理化性质进行了研究。
关键词 ：甘肃,养分元素,分布特征,影响因素
1 样品采集、测试与数据质量监控
1.1 样品采集
(1)采样点布设。土壤锌、钼、硼在土壤中的分布特 点及其影响因子是进行土壤品质评估、开发和利用的重要 手段。本研究以农田土壤为研究对象，采用栅格法、点法 等方法进行分析。采用格子布置，确保了样品的空间分布 比较均匀 ;采取点位布置，确保土壤样本主要分布于农田 (耕地、林地、园地、草地) ;样点布置是根据用地现状图 进行的，在第二次土地普查中，每一块土地必须按一定比 例分配土壤样本。土壤样本的平均浓度为 9 点 /km2 ～ 16 点 /km2.符合《土地质量地球化学评价规范(DZ/T0295- 2016)》的规定。
(2)采样方法。取样工具采用不锈钢铲子，取样点位 于20m ～ 30m 的半径20m ～ 30m， 取样点2 个～ 3 个取样 点(林地)，取样深度0 ～ 20cm， 均匀混合， 形成混合样本。 在取样点为矩形的情况下，采用“S”字形布置采样点 ;在 取样点附近， 将取样点按“X”字形排列。
现场采样时，采样人员要依据现场条件，合理调整采 样点， 尽量控制样点的大小， 尽量选择最有代表性的样点。 各采样点的位置、深度和重量基本一致，确保样品重量超 过 1千克。
现场用颜料或红布标示取样点的位置，并在记录卡的 注记上标明取样点的名称，并画出取样点的简略位置图， 其中包含采样点、地形、地形等， 并对 GPS航迹进行记录。
现场记录应使用标准化的土壤地球化学取样记录卡， 填写内容应真实完整，不得重复或修改，如有错误时，可 在现场作标记。
(3)样品处理。在野外收集到的土壤样本应及时进行记录，并置于干燥、通风的地方晾晒，或置于阴凉的样品 架上晾晒。严禁将采集的样品进行曝晒、烘干，并注意防 止样品损坏。在风干过程中，应及时翻转样品，用木棒将 大块状泥土击碎，以避免其黏连，加速干燥，同时将土壤 中的杂质除去。现场样品处理场地应保持清洁、通风、无 污染、无杂物堆放。样本加工程序显示在图表中。在样品 处理之前，要做好工具，如尼龙样筛，天平，毛刷，木槌， 垫布薄膜，桌凳，样瓶等。试样瓶上的标签内容 ：图幅号、 样品号。样盒上的标记内容 ：项目承担单位、图幅号、样 点起止号、取样日期等。
在筛检之前，要先用榔头轻敲干燥的试样，不要用锤 子或其他金属工具，这样才能把土样还原成天然的颗粒。 将样品通过 10 目不锈钢筛分， 也就是 10 目以下的试样。在 处理时要保证尼龙筛子的完整，并保证筛子的均匀度。严 禁处理有结块、潮湿的样品。每次处理 1件试件， 应彻底清 理尼龙筛、垫布、锤子、天平托盘等设备， 在加工场地内严 禁吸烟， 严禁使用明火。过筛后， 将试样完全混合， 然后装 入送样袋(正样) 和塑料瓶(副样)，每样的试样净重不得 少于400g， 副样的试样不得少于 300g。
1.2 数据质量监控
(1)测试指标与方法。土壤样品测试了土壤养分中的 氮，磷，钾，硼，锰，钼，锌，铜，硒，锗，土壤pH值，有机质。
在对土壤营养元素进行全面分析的基础上，首先用 四酸溶解法溶解土壤样品，然后利用VOL、ICP-MS、ICP- OES、ES等多种方法对其进行了分析。
(2)数据质量监控。通过对研究区 1966 个土壤样品的 采样，各项营养元素的合格率为 100%，样品的分析精度和 精度满足《土地质量地球化学评价规范(DZ/T0295-2016)》 的要求， 并对其进行了测定。
2 土壤养分元素的分布特征
2.1 土壤大量养分元素含量等级分布
根据《土地质量地球化学评价规范(DZ/T0295-2016)》 的分级标准，将土壤中的N、P、K三种主要营养元素分为 1、2、3、4、5.
土壤全氮地球化学水平以中度为主， 中度为 54.10km2. 35.25%， 不足区49.31km2.32.13% ;缺少区 36.65km2.比例 为23.88%， 较丰富-丰富面积 13.42km2.比例为 8.75%。
其中， 总磷含量不足， 富饶的土地面积为22.43km2.只 有 14.62%， 中等含量的耕地29.07km2.占 18.94%， 相对不 足的 70.61km2.比例高达46.01%， 不足面积为 31.37km2.比 重高达为20.44%。
土壤钾素地球化学分级总体上是富饶的，其中钾含量 高的地区有 103.9km2.占 67.70%， 缺少的地区只有0.07%。
研究区土壤钾含量最高，氮为中度-低水平，磷是研 究区农业发展的主要制约因素。
2.2 土壤微量养分元素含量等级分布
根据《土壤质量地球化学评价规范(DZ/T0295-2016)》 中的划分标准，对研究区土壤中微量元素丰缺进行了分析 和测试。
土壤中硼的地球化学水平以贫瘠为主，占总面积 150.80km2.占 98.26%， 富饶丰富区只有0.24%。
土壤中锰的地球化学水平以中度为主，较丰富 58.65km2 ，占 38.21%， 中等次之，51.12km2.33.31%， 丰富 26.80km2.占 17.46%。
研究区的土壤全钼富集区域为 30.73km2.富集率 20.03%， 较 丰 富 区 72.92km2 ，比 例 为 47.51%， 不足 率 为 2.69%。
土壤中的锌含量为中等，96.79km2.占 60.07%。研究区 土壤中的铜、锗含量以中度为主。
研究区土壤锰和钼元素含量较高，锌和铜元素在中 游，但硼、锗等元素都很少，而硼元素是研究区农业发展 的主要制约因素。
3 土壤养分元素分布特征的影响因素
3.1 聚类分析
首先，对研究区的营养素进行了系统的聚类分析，采 用了群集结合的方式，并将欧氏距离值作为度量区间，对 各元素进行 Z 得分标准化处理。通过对各类型间间隔距 离 17 的聚类分析， 可以将其划分为三大类。第 1类包括锌、 铜、锰、磷元素， 铜是过渡金属元素， 具有某些相似的化学 特性，磷是一种非金属元素，在聚类时也归为第一类，说 明磷的地球化学特征与第一类元素相似 ;第2类包括氮、 硒、钼元素，其中氮、硒是具有某些化学特性的非金属元 素，钼是过渡金属元素， 通过聚类分析将钼划分为2类，表 明钼元素的地球化学特征与氮、硒元素有一定的相似 ;第 3类是硼-锗系，两者均属于类金系，说明它们在地球化 学上具有相似的特征。
其中， 第 1类是过渡金属， 而在研究区域内， 则以锌为 主 ;第2类是以钼作为实验对象，其与非金属元素有某种 程度的相似，并能与前一种过渡金属作比较 ;第 3类是一种金属元素， 而在研究区域中缺少的硼作为研究对象。 3.2 主成分分析
根据以往的资料，认为气候条件、成土母质、地形地 貌、人为活动等是影响土壤养分元素的重要因素。同时， 土壤中的营养元素也与土壤pH值、有机质、土壤结构等 因素密切相关。土壤中的氧化物是土壤黏粒矿物的主要构 成成分，因此，通过对土壤样品的经纬度、高程、坡度、坡 向、pH 值、有机质、CaO、Fe2O3 等指标进行了主成分分 析，结果表明，土壤中的 Si、Mo、Fe2O3 对土壤的总变异量 分别占21.51%和 15.56% ;上述4个主要成分合起来，可以 解释整个体系的总变异率为 58.18%。土壤中的锌、经度、 高程、坡度、坡向、有机质、氧化钙、铁氧体等元素与土 壤中的一次主成分呈显著的负相关 ;土壤硼、纬度、坡向 和pH值对次生主成分的影响也呈显著的负相关。土壤钼、 硼、纬度和pH值与土壤中的第一主成分呈显著的正相关 ; 土壤中的锌， 土壤钼， 经度， 高程， 坡度， 有机质， 氧化钙， 铁氧化物都与土壤中的次生物质呈显著的正相关。
3.3 相关性及回归分析
采用主成分分析法，将各因子与第一主成分和第二主 成分的关联度进行了映射，从而得到土壤元素与各因子的 相关性。通过对不同土壤锌、钼、硼元素含量的相关性分 析，找出土壤锌、钼、硼含量与影响元素的相关关系 ;其 次，采用逐步回归分析的方法， 探讨了影响土壤锌、钼、硼 的各种影响因素。
土壤锌与土壤经纬度、高程、坡度与坡向间的相关性 不明显，且与土壤有机质、氧化钙、铁氧化物、土壤pH值 存在明显的相关性。其中，皮尔逊对土壤锌和铁氧化物的 相关性最大，说明二者具有很强的相关性。其次，皮尔逊 因子与土壤有机质的相关性为0.286.与土壤有机质的相关 性较好。与其他影响因子的相关性较低，表明其他因子对 土壤锌的影响程度不大。
为了更好地研究不同因子对土壤锌的影响，本文运用 逐步多元回归分析的方法，对各因子的影响进行了研究。 土壤中Fe2O3、有机质、经纬度、坡度等 5 项因子对土壤中 锌含量的影响占 34.2%。其中，Fe2O3 对土壤的锌变化仅有 28.8%，说明土壤中的铁氧化物对土壤锌的影响最大 ;其 次为土壤有机质，可解释土壤中锌含量变化的4.2% ;地形 因子对土壤锌含量变化的影响较小，说明该地区的土壤锌 含量在地形条件下较弱。结果表明，土壤中的中铁氧化物 和有机质对土壤的锌元素含量起着重要作用，而地形条件 对锌的影响不大。
将不同影响因子与土壤钼的皮尔逊相关系数进行了对 比。结果表明，土壤钼与经度、坡度和坡向的相关性不明显，与纬度、有机质、pH值、氧化钙、铁氧化物呈极显著 的正相关，与海拔高度呈显著的负相关。其中土壤钼与铁 氧化物之间的皮尔逊相关系数最高，说明在所研究的影响 因素中， 钼元素受铁氧化物含量的影响程度最大。
为了更好地了解各因子对土壤中钼的影响，本文运用 逐步多元回归分析的方法，对各因子的影响进行了研究。 土壤中氧化铁、纬度、有机质、高程4个因子对土壤中钼的 变异量占 12.4%。其中，只有 5% 是由氧化铁引起的，钼元 素受铁氧化物含量的影响程度最大。其次为纬度，对土壤 的钼量变化进行了分析，结果表明 ：土壤中的钼含量变化 为4.9% ;有机质可以解释土壤中的钼含量为2.3% ;高程 对土壤中的钼含量没有明显的影响。
土壤硼与经度、坡向、有机质、土壤中氧化钙含量均 不存在明显的相关性，与纬度、坡度、土壤pH值呈极显著 的正相关，与海拔、土壤中的铁氧化物含量呈极显著的负 相关。皮尔逊相关系数对pH 的影响最大，表明在所有影 响因子中， 对硼的影响最大。
为了更好地了解不同影响因子对土壤硼的影响，本文 运用逐步多元回归分析的方法，对不同影响因子的不同影 响因子进行了研究。土壤pH、坡度、氧化铁、有概率、氧化 钙 5项因子合计占土壤钼含量 8.7%。土壤pH值和坡度共同 解释了土壤的硼含量变化，表明土壤pH值和坡度对硼含 量有一定的影响。其他因素对土壤硼含量的影响不大。
3.4 影响因素
(1)不同成土母质的影响。成土母质是形成土壤的重 要因子，两者之间存在着紧密的联系。同时，也有大量的 资料显示，该地区的母质既来自原始的沉积，也包含了冲 积物、风积物、崩积物等的次级母质。研究区主要岩石类 型的分布可分为五大类 ：砂岩、碳酸岩、安山岩、片麻岩 和石英斑岩， 其中以砂岩为主。
安山岩发区的土壤中， 以锌含量最多， 片麻岩次之， 碳 酸盐次之， 石英斑岩区的锌含量较低。方差分析发现， 研究 区各岩种的锌元素含量没有明显的差别，说明研究区的气 候等级长期稳定，在长期连续的耕作与管理下，土壤锌元 素的空间变化将会减弱，也就是因母质的差异而导致的差 异逐步减少，从而使地表的锌元素含量基本相同。从变异 的角度来看，在沙质和片麻岩发育的区域，土壤中的锌含 量变化很大， 说明它们受到了自然风化和人为的影响。
在碳酸岩发育地区，以钼为主，片麻岩区次之。同时， 方差分析还显示，在碳酸盐岩生境和片麻岩发育区之间存 在着极显著的差异(P<0.05)。结果表明，在碳酸盐岩区， Mo含量变化最大， 表明了其空间上的非均质性。成土母质 对土壤中钼的分布有一定的影响，其中，碳酸盐发育区明显比片麻岩发育区大。
在碳酸岩发育地区，硼的含量最高，而在片麻岩区则 最低。方差结果显示，碳酸盐岩区与砂质沉积岩、安山岩、 片麻岩等发育区域的差异有明显的统计学意义(P<0.01)。 在变化的范围内，片麻岩发育的区域土壤中的硼含量变化 最大，说明它们受到了严重的自然风化侵蚀。成土母质对 土壤中硼的分配有一定的影响，在各成土母质中，硼的含 量以碳酸盐为主， 砂质沉积为主， 安山岩片麻岩为主。
(2)不同土壤类型的影响。结果显示，不同类型的土 壤养分含量存在明显的差别。本区土壤类型以潮土、棕壤、 粗骨土和褐土为主。褐土以褐土为最多，1262 个样品为褐 土，其次为 650个样品。
结果表明， 粗骨土的含钼量最大， 潮土、褐土、棕壤依 次递减 ;方差分析表明，变异数不一致。在变异程度上， 粗骨土和潮土的差异最大， 主要是因为地势起伏、坡度大、 且深、上表面浅，加之风蚀和水蚀作用比较严重，颗粒容 易流失，土壤中的粗骨碎屑也会增加。因此，粗骨土的形 成与土壤的侵蚀密切相关，由于植被的稀疏或人工砍伐， 导致表层土壤遭到严重侵蚀，心土或底层土暴露在地表， 导致土壤长期处于幼年期，成土作用较弱，呈现出幼年期 的特征。结果显示，人工的耕种和成土作用对土壤中钼的 分布有一定的影响。
结果表明，潮土中土壤的硼含量最多，而粗骨土、褐 土、棕壤则依次递减。方差分析表明，变异数不一致。从 变异的角度来看，潮土土壤的硼含量变化最小，说明由于 人为地耕种，硼呈现出明显的富集特征，而硼的空间变异 性则呈现出较低的趋势， 也就是说， 由于自然因素的作用， 硼的空间变异较小。
4 结论
本文研究区地处甘肃省西部，以研究区 1966个表层土 壤为样本，采用统计方法，对研究区土壤营养元素进行了 分类。本文采用聚类分析方法，对锌、钼、硼等元素进行 了聚类分析，探讨了不同母质、类型、质地、地形、土壤使 用等因素对锌、钼、硼含量及分布的影响。研究区的土壤 中，总的钾元素比较丰富，其中氮的含量总体上处于中等 水平，而磷的水平相对较低 ;土壤硼主要为较缺乏，土壤 的硒、铜、锗元素中等， 土壤锰和锌含量则相对丰富， 研究 区土壤的钼含量较为丰富。磷、硼是制约本区农业生产的 重要养分元素， 必须加以注意。
(作者单位 ：甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿 产勘查院)
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