張玉明 謝慶鋒 王麗遠(yuǎn)

（1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001；2.河南省地球化學(xué)生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450001；3.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，河南 鄭州 450001）

0 引言

新鄭大棗種植區(qū)主要分布于河南省新鄭市，位于河南省中部，隸屬省會(huì)鄭州（圖1）。新鄭大棗種植歷史悠久，品質(zhì)優(yōu)良。以皮薄、肉厚、核小、味甘甜、維生素含量豐富而著稱，是營(yíng)養(yǎng)豐富的滋補(bǔ)佳品（劉長(zhǎng)樂(lè)等，2008）。新鄭市大棗主要產(chǎn)區(qū)集中在孟莊鎮(zhèn)、薛店鎮(zhèn)、郭店鎮(zhèn)、龍王鄉(xiāng)、八千鄉(xiāng)、和莊鎮(zhèn)、新村鎮(zhèn)、龍湖鎮(zhèn)8 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，種植面積66.6 km2，棗樹(shù)204萬(wàn)株，最高年產(chǎn)棗量達(dá)2100 萬(wàn)kg，一般年產(chǎn)量1000萬(wàn)～1500 萬(wàn)kg，出口約占1/3。大量研究表明，名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品的特殊品質(zhì)除了與品種、氣候、管理技術(shù)等因素有關(guān)外，還往往與當(dāng)?shù)靥囟ǖ纳鷳B(tài)地質(zhì)環(huán)境、地球化學(xué)條件有關(guān)，表現(xiàn)出與地質(zhì)環(huán)境之間的相關(guān)性（嚴(yán)洪澤等，2018；李丹權(quán)，2003）。國(guó)內(nèi)對(duì)行唐大棗、四會(huì)砂糖橘、從化荔枝等（欒文樓等，2007；黎旭榮等，2012；陳恩等，2012）名優(yōu)特產(chǎn)地的調(diào)查研究表明，名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)與產(chǎn)地生態(tài)地球化學(xué)特征之間存在一定的關(guān)系（嚴(yán)洪澤等，2018）。因此，2000—2004 年，河南省地質(zhì)調(diào)查院開(kāi)展農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查時(shí)，作為重點(diǎn)示范區(qū)，首次對(duì)新鄭大棗的密集種植區(qū)的600 km2進(jìn)行了詳查，針對(duì)種植區(qū)土壤分別采集了表層樣280 件，分析元素19 項(xiàng)；淺表層樣112件，分析元素21 項(xiàng)；有效態(tài)樣42 件，分析元素21項(xiàng)；植物樣31 件，分析無(wú)機(jī)元素22 項(xiàng)，有機(jī)元素4項(xiàng)。獲得了新鄭大棗與土壤相關(guān)聯(lián)的大量的數(shù)據(jù)。

本文是在充分收集、分析樣品數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)新鄭大棗種植區(qū)的土壤地化特征進(jìn)行了總結(jié)和關(guān)聯(lián)研究。

1 新鄭大棗種植區(qū)的地質(zhì)背景

1.1 地形地貌

新鄭市處于華北平原、豫西山地向豫東平原過(guò)渡地帶，地勢(shì)西高東低，中部高，南北低，山、丘、崗地和平原兼有。西部、西南部為侵蝕低山區(qū)，低山外圍和西北部為山前坡洪積崗地。崗地地勢(shì)起伏較大，大部分為新生代第四紀(jì)黃土覆蓋，局部地區(qū)水土流失嚴(yán)重。

圖1 新鄭市政區(qū)圖

境內(nèi)主要有具茨山、陘山、嶂山、始祖山、泰山、梅山等山脈，其中，除始祖山主峰風(fēng)后頂海拔793 m，相對(duì)高度540 m，屬于低山類(lèi)型外，其他各山山頂海拔均在400 m 以下，相對(duì)高度不到200 m，屬于丘陵類(lèi)型。

大棗種植區(qū)位于沙丘南部與殘余黃土崮丘交接地帶，屬于嵩山山脈與黃河沖積平原交接地帶的殘余崗丘地貌。西側(cè)為連綿不斷海拔多在200～300 m的低山，東南側(cè)是一望無(wú)際的沖積平原受流水侵蝕作用，形成近南北向分布崗丘、洼地相間地貌特征，海拔一般90～140 m。

1.2 第四系分布與土壤類(lèi)型

新鄭市西北部為晚更新世沖洪積物；東部主要為晚更新世河間帶堆積物，其上為全新統(tǒng)風(fēng)砂土覆蓋；南為淮河沖積平原，成土母質(zhì)主要為中更新統(tǒng)沖洪積物或湖積物（圖2）。

圖2 新鄭大棗種植區(qū)土壤類(lèi)型分布

分布全市的土壤有褐土、潮土、風(fēng)砂土等3 個(gè)大類(lèi)40 個(gè)土種。與大棗種植關(guān)系密切的土壤有沙土、黃沙潮褐土、褐土性土和脫潮沙土。褐土是地帶性土壤，分布在西部和中部地區(qū)，面積達(dá)74.8%；潮土多分布在新鄭市東部，面積占18.3%；風(fēng)砂土分布在新鄭市東部的崗丘地區(qū)，面積6.9%。受風(fēng)砂的影響，褐土和潮土為主的表層覆蓋砂土，按覆砂厚薄可分為薄覆砂褐土、厚覆砂褐土。崗間洼地分布潮土，同樣也以覆砂厚薄進(jìn)一步劃分。二者之間分布過(guò)渡性土壤褐土化潮土或潮褐土，在沙丘則以砂土為主。

1.3 水文地質(zhì)

棗區(qū)東部為黃河沖積平原，南為淮河沖積平原。在京廣鐵路以西的西部、西南部為侵蝕低山區(qū)，低山外圍和西北部為山前坡洪積崗地。崗地系早期山前洪積傾斜平原，經(jīng)后期流水切割作用形成。京廣鐵路以東地區(qū)，由于受古黃河水流切割，與西部崗地分離，形成南北向的條形崗地與古黃河隱流洼地相間的地形特征。

境內(nèi)有雙洎河（古洧水）、黃水河（古溱水）、溟水河、梅河、蓮河、暖泉河、高路河等14 條河流，河道總長(zhǎng)度223.82 km，除溟水河屬潁河水系外，其余河流均屬賈魯河支流。

2 新鄭大棗種植區(qū)的土壤地球化學(xué)

2.1 表層土壤元素分布特征

表層土壤是人類(lèi)及絕大多數(shù)動(dòng)植物賴以生存的基地（宋靜等，2016）。土壤層作為地球關(guān)鍵帶的核心要素，是控制地球關(guān)鍵帶物質(zhì)能量和信息流動(dòng)與轉(zhuǎn)化的重要節(jié)點(diǎn)（孫正厚等，2020）。其中的地球化學(xué)元素不僅繼承了深層土壤的特征，還受各種自然營(yíng)力的綜合作用及人類(lèi)活動(dòng)的干擾（黃標(biāo)和胡文友，2018）。元素地球化學(xué)分布、分配也表現(xiàn)出與深層土壤的較大差異（趙勇等，2006）。本次工作，在測(cè)區(qū)分別采集了表層（＜1 m）和淺表層（＞2 m）地層樣，分析結(jié)果表明：種植區(qū)表層土壤由于受覆砂影響，K2O、Na2O、SiO2在大棗種植區(qū)含量普遍較高。K2O 在大棗種植區(qū)及新鄭縣城西南側(cè)的黃土、褐土、立黃土、紅土性土分布區(qū)形成一個(gè)高值（區(qū)）帶，而在大棗主產(chǎn)區(qū)的孟莊鎮(zhèn)一帶形成高背景，最高值達(dá)2.45%；CaO.Fe2O3、Al2O3、P 在大棗種植區(qū)內(nèi)顯示為低值區(qū)，與K、Na、Si 的特征相反。生物必需的微量元素Cu、Zn、Mn、Mo、B 等在整個(gè)區(qū)域也基本上均為低背景分布，只在小喬至新鄭縣城到官莊一線西側(cè)的低山區(qū)（立黃土，褐土類(lèi)分布區(qū)）為高背景區(qū)。

N 和Corg 兩者在棗區(qū)均為極低值區(qū)，其中corg最低含量?jī)H328×10-6mg/kg。相對(duì)高值區(qū)分布在新鄭縣城西側(cè)和南側(cè)的黃沙褐土性土及大面積的黃土褐土中，N 的最高值達(dá)1174×10-6mg/kg，這一方面與土壤類(lèi)型有關(guān)外，另一方面可能與施肥有關(guān)（陳滿懷，2005）。

Se、F、I 在區(qū)內(nèi)分布基本一致，在孟莊鎮(zhèn)至新鄭東的大李一帶構(gòu)成一北西-南東向的低值帶；小喬至新鄭縣城一帶為背景區(qū)，該帶西側(cè)為高背景區(qū)。與其他元素分布不同的是在薛店街至牛村一帶的脫潮砂土分布區(qū)形成背景和高背景區(qū)。而且深、表層土壤結(jié)果基本一致。

重金屬元素Pb、As、Hg、Cd、Cr、Cu、Zn 在不同地區(qū)含量不盡相同，除Hg 元素在新鄭縣城至辛店鎮(zhèn)一帶因后期污染含量稍高以外（最高點(diǎn)在新鄭城區(qū)內(nèi)），其余基本上處于低背景狀態(tài)，反映出新鄭地區(qū)特別是大棗種植區(qū)土壤潔凈，未受污染，土地環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)良。

2.2 淺表層土壤地球化學(xué)元素分布

測(cè)區(qū)淺表層與表層土壤地化特征基本一致（表1）?？傮w表現(xiàn)為大棗種植區(qū)內(nèi)Mo、Zn 等大多數(shù)元素的低背景分布。小喬-新鄭縣城-八千一帶為背景區(qū)，梅山-新鄭縣城西側(cè)為多數(shù)元素的高值區(qū)。高、中、低帶的分布方向大致呈北西-南東向。

通過(guò)對(duì)土壤中全元素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并對(duì)表層與深層土壤背景值進(jìn)行對(duì)比分析（表1）。可以看出：大部分元素的次生富集系數(shù)接近1，說(shuō)明新鄭大棗種植區(qū)中大部分化學(xué)元素的表層土壤和淺表層土壤含量基本一致。而代表后期改造和人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的指示元素Corg、N、Se 元素表層含量遠(yuǎn)大于淺表層土壤中的含量，次生富集系數(shù)大于2，說(shuō)明這些地區(qū)后期改造強(qiáng)烈（王亞莉等，1995）。

表1 新鄭大棗產(chǎn)區(qū)土壤地球化學(xué)元素平均含量統(tǒng)計(jì)分析

2.3 古土壤層地球化學(xué)特征

主要出露在種植區(qū)的西北部，為中-上更新統(tǒng)坡積-洪積、洪積-沖積物。實(shí)測(cè)剖面如圖3。其上覆蓋一層很薄的全新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)壤土和粉細(xì)砂土。剖面上部為黃土狀粉砂質(zhì)亞粘土，垂直節(jié)理發(fā)育，含數(shù)層鈣結(jié)核層和古土壤層，厚度9.5 m。中部為灰黃色、褐黃色、棕紅色黃土狀粘土質(zhì)重亞粘土，含數(shù)層古土壤層和鈣結(jié)核層與鐵錳結(jié)核，厚度9.2m。下部為淺黃色砂層及泥質(zhì)粉砂層。在20 m 左右深度上，自上而下分布有0～2m 的砂土5～10 m 的粉砂質(zhì)亞粘土（黃土），3～5m 的粘土質(zhì)重亞粘土，1～3m的重亞粘土3 m 左右的砂土、砂礫石層。

圖3 新鄭云灣西溝第四紀(jì)上更新統(tǒng)剖面

本次工作分別在表層土壤、古土壤中部的紅黃土層、古土壤下部的紅土層中采樣進(jìn)行了無(wú)機(jī)元素分析。以表層土壤元素平均值為基準(zhǔn)，古土壤元素平均值分別與其進(jìn)行對(duì)比（圖4）。這些古土壤中的化學(xué)元素含量是表層土壤中的含量的1～3 倍，均高出許多。說(shuō)明表層土壤一部分為風(fēng)積形成，與古土壤沒(méi)有直接關(guān)系。而淺表層是古土壤風(fēng)化殘余物，淺表層土壤化學(xué)物質(zhì)來(lái)源與古土壤密切相關(guān)。古土壤在水的淋溶下，正地貌單元中易溶元素Ca、Mg、K、Na、S 等淋出土外，反映其受強(qiáng)烈的表生淋溶作用，這些化學(xué)成分被大量帶出（李瑞敏，2007）。Si、Al 向土壤下層移動(dòng)，而Fe、Mn 等則殘留下來(lái)，形成古風(fēng)化殼和古土壤“紅層”。在這個(gè)過(guò)程中，Cu、Zn、B、Ni、Co 等元素在表生介質(zhì)中聚積。古土壤層中富集的Mn、Cu、Zn、B 等元素與新鄭大棗中的元素正相關(guān)。當(dāng)然種植區(qū)的地球化學(xué)特征主要與其古土壤層的埋藏深度和厚度相關(guān)，與其土壤母質(zhì)關(guān)系密切（宋秋平，2019）。

圖4 表層土壤與古土壤地球化學(xué)元素含量對(duì)比

3 新鄭大棗中元素含量與土壤地球化學(xué)關(guān)聯(lián)分析

衡量大棗品質(zhì)的重要指標(biāo)分為糖分、維生素C、可滴定酸，以及營(yíng)養(yǎng)元素K、P、Se、B、Zn、Cu 含量，這些元素大部分來(lái)自根部的吸收。

3.1 土壤元素全量與大棗元素相關(guān)關(guān)系

棗樹(shù)根系是水平根，多分布在10～50 cm 的土層中，分枝能力較差，多年生棗樹(shù)的水平根系長(zhǎng)度可達(dá)十幾米，但垂直向下延伸的能力較強(qiáng)，在深厚土層中可向下伸展3～4 m，同樣分枝很少。所以＞2 m 深度土體內(nèi)的養(yǎng)分狀況對(duì)棗樹(shù)生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)以及樹(shù)株的壽命等有明顯的影響。

根據(jù)棗樹(shù)根系特點(diǎn)，將大棗富集元素所在1 m左右土壤和2 m 以下土壤全量元素做相關(guān)分析（表2）?？梢钥闯?，大部分表層和淺表層土壤元素含量與大棗中元素含量以及品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性較差。而根據(jù)前述地質(zhì)、母質(zhì)以及土壤地球化學(xué)元素特征分析可知，在本研究區(qū)域部分土壤下部有古土壤層的存在。這些古土壤層中富含F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn、B、Mo 等多種微量元素。因此富含以上營(yíng)養(yǎng)元素的古土壤與大棗的品質(zhì)具有一定的相關(guān)性。

3.2 表層土壤元素有效態(tài)與大棗元素相關(guān)關(guān)系

一般說(shuō)來(lái)，土壤養(yǎng)分元素有效含量對(duì)植物生產(chǎn)具有更重要的影響作用（張志銘等，2018）。大棗對(duì)于土壤大部分有益元素有效含量有非常大的生物富集作用（表3），其中N、P、K 的富集系數(shù)最高，而土壤中的有效態(tài)不是最高，說(shuō)明生物對(duì)表層土壤中N、P、K 元素的富集作用強(qiáng)烈。其它元素的富集系數(shù)相對(duì)較低，盡管有的元素的土壤有效態(tài)較大，但是表層土壤中富集的元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到大棗中的含量，說(shuō)明大棗中這部分元素的含量大多從深部古土壤中獲得較多。這從另外一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，新鄭大棗生長(zhǎng)所需要的各種養(yǎng)分不全是從表層土壤中獲得。新鄭大棗中部分無(wú)機(jī)元素含量與表層土壤中某些有益微量元素有效含量之間沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系。這些元素的獲取主要來(lái)自深部土壤中的根系（龔子同和陳鴻昭，1995）。

4 結(jié)論

（1）新鄭大棗產(chǎn)區(qū)表層和亞表層土壤絕大部分元素含量在河南省背景值以下，其元素有效含量處在適度以下水平；在2 m 左右的土壤剖面上，元素含量變化不大；新鄭大棗產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于限量標(biāo)準(zhǔn)，為大棗品質(zhì)的形成提供了條件。

（2）新鄭大棗種植區(qū)表層土壤以風(fēng)積、沖積為主，其地球化學(xué)元素含量與古土壤有明顯的不同。說(shuō)明表層土壤多為“外來(lái)物”。對(duì)新鄭大棗的品質(zhì)影響不大。

（3）新鄭大棗強(qiáng)富集N、P、K、B、Zn、Mg、Cu、Fe等元素，而這些有益元素在研究區(qū)表層土中含量較低。而新鄭大棗產(chǎn)區(qū)西北部土體內(nèi)存有數(shù)量和厚度不等的古土壤層，這些古土壤層中富含F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn、B、Mo，與大棗中的無(wú)機(jī)元素呈正相關(guān)。

（4）因棗樹(shù)根系特點(diǎn)，新鄭大棗的無(wú)機(jī)元素含量與表層土壤有益微量元素之間沒(méi)有明顯的規(guī)律性相關(guān)關(guān)系，但在2 m 以下的土層，有益元素的含量與大棗的品質(zhì)有較大正相關(guān)性。

表2 不同土壤層次部分元素全量與大棗元素含量相關(guān)分析

表3 新鄭大棗種植區(qū)土壤生物富集特征