1. 引言
早在1953年，Dengog C.E.学者首次提出了“土壤质量”此概念。而1976年联合国粮农组织(FAO)出版的“土地评价纲要”更是土地评价方法的一个里程碑 [1] [2]。自1930年以来我国的土壤质量地球化学调查工作已经从起步阶段迈入高速发展阶段 [3]。近30年年来，国内外土壤地球化学评价的研究资料大大增加，生态农业已成为国家发展和竞争力提升的重要影响因素之一 [4] [5] [6]。
土壤质量地球化学评价是农业生产可持续发展的重要的科学支撑和依据。土壤养分是植物生长所需且主要依靠土壤提供的营养元素 [7] [8] [9]。土壤养分是土壤肥力的重要物质基础，也是植物营养元素的主要来源，因此，土壤养分的丰缺及分布特征是评价土壤肥力的重要内容之一。因此，对韶关地区土壤的养分指标进行地球化学评价，研究对比各成土母质主要养分指标状况，能有效完善韶关市农业的布局与发展 [10] [11] [12] [13] [14]。
2. 区域地质概况
研究区位于广东省北部，东起南雄市界址镇界址村，西至乐昌市三溪镇丫告岭村，全境东西跨度约186.3公里；北止乐昌市白石镇三界圩村，南至新丰县马头镇路下村，南北直线跨度约173.4公里。全市土地面积约1.84万平方公里，交通方便，有京广铁路、武广高铁、京珠高速公路等南北方向贯通，四条国道105、106、107及323贯穿全境。总体地势北高南低，山峦起伏，高峰耸立，中低山广布。
韶关地区的成土岩母质可归纳为岩浆岩类、沉积岩类、变质岩类及近代沉积物4大类。岩浆岩类以侵入岩类的花岗岩分布最广，构成韶关地区山地的主要骨架。沉积岩类在韶关地区分布广泛，主要有砂页岩类、红色砂岩、页岩、砾岩类，紫色钙质砂岩、页岩、砾岩类，石灰岩类，以及第四纪红色粘土。变质岩类分布较为分散，面积不大，主要为片岩，其次为板岩、千枚岩、石英岩、大理岩等，零星出露于山地丘陵区。近代沉积物主要有河流冲积物、洪积物、冲积洪积物和坡积物等。调查区土壤以红壤分布面积最为广泛，其次为黄壤、水稻土和石灰土，其余土类分布面积均积较小。全市土地利用现状中以农用地为主，面积1,686,011公顷，占土地总面积的91.70%，建设用地面积69,126公顷，占全市土地总面积的3.77%，其他土地面积83,364公顷，比重相对较小，仅占全市土地面积的4.53%。
3. 样品采集与分析
3.1. 样品采集
参照中国地质调查局《多目标区域地球化学调查规范(1:25万)》(DZ/T0258-2014) [15] 要求，在样品布设时，主要考虑采样小格地形地貌、土地利用等，以具有代表性为主要原则，兼顾空间分布均匀性和合理性，分一般区和放稀区进行分别布设，分别采集表层土壤和深层土壤。表层土壤采样密度为1点/4~8 km2 (采样深度为0~20 cm)，深层土壤样采样密度为1个/16~32 km2 (采样深度为1.5~2.0 m)。全区共采集表层土壤样4006件、深层土壤样1023件，表层、深层土壤调查面积18,412 km2。
3.2. 分析测试
表层土壤、深层土壤样品采用单样分析，共测定54项指标。有机碳、总碳分别采用VOL、高频红外(HFIR)法测定。样品的分析质量控制系统选择了以XRF (X射线荧光光谱仪)、ICP-MS (等离子体质谱仪)和ICP-OES (等离子体光学发射光谱仪)为主体，结合其他先进灵敏的专项分析仪器所组成。在本项目测试任务过程中，同步测试的国家一级标准物质、监控样分析的对数标准偏差合格率全部达到了100%，每组监控样的标准差(λ)均满足“规范”要求，全图幅元素报出率、重复性检验和异常点抽查合格率满足“规范”、“技术要求”要求。分析方法可行，检出限符合设计要求，合格率均大于95%，达到规定要求。元素分析的准确度和精确度均在规范规定要求标准内，分析质量的可靠的，分析数据准确。
4. 土壤养分地球化学等级划分方法
4.1. 划分标准
本次评价标准参照土地质量地球化学评价规范(DZ/T0295-2016) [16]，土壤中有机质、氮、磷、钾等养分指标的分级标准见表1，而钙、镁、硫等养分指标分级标准值见表2。
Table 1. Criteria for classifying the full amount of soil N, P, K and organic matter nutrient indicators
表1. 土壤N、P、K和有机质养分指标全量等级划分标准
Table 2. Criteria for the classification of soil Ca, Mg, S and other nutrient indicators
表2. 土壤Ca、Mg、S等养分指标划分标准
4.2. 划分方法
按照表1和表2的土壤养分分级标准，进行土壤单指标养分地球化学等级划分。
在氮、磷、钾土壤单指标养分地球化学等级划分基础上，计算土壤养分地球化学综合得分f养综，公式如下：
[16] (1)
式(1)中，f养综为土壤N、P、K评价总得分，1 ≤ f养综 ≤ 5；Ki为N、P、K权重系数，分别为0.4、0.4和0.2；fi分别为土壤N、P、K的单元素等级得分，单指标评价结果为五等、四等、三等、二等、一等时所对应的fi得分分别为1分、2分、3分、4分、5分。土壤养分地球化学综合等级划分见表3。
Table 3. Comprehensive geochemical classification of soil nutrients
表3. 土壤养分地球化学综合等级划分表
5. 养分指标农业地球化学评价
5.1. N、P、K、有机质丰缺评价
统计结果显示，调查区土壤氮含量范围在111~9842 mg/kg之间，平均含量为1206 mg/kg，是中国土壤平均含量(640 mg/kg)的1.88倍(表4)。丰缺评价结果显示(表5)，调查区以三级土壤为主，分布面积为10,941 km2，占调查区总面积的59.42%，主要分布在新丰县、翁源县、仁化县、韶关市南部等地区；一、二级(丰富)土壤面积为4017 km2，占总面积的21.82%，主要分布在乳源瑶族自治县、乐昌市西部及始兴县南部，其它地区有零星分布；低于四级(贫乏)的土壤面积为3454 km2，占总面积的18.76%，主要分布在南雄盆地、仁化县东南部大桥镇–黄坑镇及翁源县北部江尾镇等地(见图1)。
调查区土壤磷平均含量为520 mg/kg，与中国土壤平均含量(520 mg/kg)持平。区内土壤磷含量分布较不均匀，其含量范围为62~2781 mg/kg，土壤磷含量低于600 mg/kg (缺乏)的样点占66%。按照土地质量地球化学评价规范土壤中磷全量分级标准(表1)进行的丰缺评价结果显示(表5)，调查区土壤磷较为缺乏，低于四级的土壤面积达12,116 km2，占调查区总面积的65.8%，调查区各个市县均有分布，其中乳源、仁化、新丰缺乏较严重；富磷土壤(一级、二级)分布面积仅为1251 km2，占总面积的6.79%，主要分布在曲江、乐昌市周边及北部山区、翁源县南部(见图2)。
调查区K2O平均含量为2.89% (表4)，高于中国土壤平均含量(2.5%)。区内K2O变差较大，变化范围为0.40%~7.28%，最大值是最小值的18倍之多。根据土地质量地球化学评价规范钾全量分级标准(表1)，对调查区表层土壤钾丰缺进行评价，结果显示(表5)，调查区一、二级(丰富)土壤面积为10,122 km2，占调查区总面积的54.97%，主要分布在乐昌–仁化–始兴北部山区、乳源西南部、翁源县北部及新丰西部，与区内花岗岩类分布极为吻合。三级(适中)土壤总面积为5321 km2，占调查区总面积的28.90%。但也有部分地区土壤K含量较贫乏(低于四、五级标准)，这部分土壤面积为2969 km2，占调查区总面积的16.13%，主要分布在韶关市北侧犁市镇及东侧、乐昌市西部，其它地方有零星分布(见图3)。
值的267倍多。丰缺评价结果表明(表5)，调查区内土壤有机质以四级土壤分布面积最广，达9845 km2，占调查区总面积的53.47%，在调查区内成片分布；有机质极为缺乏的土壤(五级)分布面积为4696 km2，调查区有机碳平均含量为1.33%，含量范围为0.06%~16.03%，区内分布十分不均匀，最大值是最小占调查区面积的25.50%，多分布在南雄盆地、仁化南部及翁源县东西两侧；有机质较丰富(一、二级)的土壤
Table 4. Descriptive statistics of soil N, P, K and organic carbon content in the survey area
表4. 调查区土壤N、P、K、有机碳含量描述性统计
注：N、P，mg/kg；K2O、OrgC，%。
Table 5. Grading statistics of soil essential macronutrient content
表5. 土壤必需大量营养元素含量分级统计表
Figure 1. Distribution of soil nitrogen abundance and deficiency in Shaoguan City
图1. 韶关市土壤氮元素丰缺分布图
Figure 2. Distribution of soil phosphorus abundance and deficiency in Shaoguan City
图2. 韶关市土壤磷元素丰缺分布图
Figure 3. Distribution of soil potassium abundance and deficiency in Shaoguan
图3. 韶关市土壤钾元素丰缺分布图
Figure 4. Distribution of soil organic matter in Shaoguan
图4. 韶关市土壤有机质丰缺分布图
在区内分布较少，面积仅为927 km2，占调查区总面积的5.03%，主要分布在乳源南水水库西北部、始兴罗坝镇南部，其它地区有零星分布(见图4)。
上述评价结果显示，调查区土壤钾含量相对较丰富，有54.97%的土壤为一、二级土壤，但也有16.13%的土壤钾含量较缺乏，相对而言，氮含量较适中，而磷、有机质含量则非常缺乏，缺乏土壤面积比例分别为全区总面积的65.80%和78.98%。
5.2. Ca、Mg、S丰缺程度评价
本次评价标准参照土地质量地球化学评价规范(DZ/T0295-2016)，对Ca、Mg、S元素进行丰缺评价，评价结果见表7。
统计结果显示(表6)，调查区土壤CaO、MgO、S的平均含量分别为0.15% (0.01%~32%)、0.48% (0.07%~8.92%)和228.1 mg/kg (58.5 mg/kg~4936 mg/kg)。相对中国土壤平均含量，调查区土壤S相对富集，是中国土壤平均含量1.6倍，而CaO、MgO则呈现出区域性贫乏(表6)，平均含量仅为中国土壤(CaO：3.2%；MgO：1.8%)的5%和27%。
Table 6. Descriptive statistics of medium nutrient elements in soil
表6. 土壤中量营养元素描述性统计
注：S-mg/kg；CaO、MgO-%。
Figure 5. Spatial distribution of soil-forming parent material in Shaoguan
图5. 韶关市成土母质空间分布图
Figure 6. Distribution of soil sulfur abundance and deficiency in Shaoguan
图6. 韶关市土壤硫元素丰缺分布图
Figure 7. Distribution of soil calcium oxide abundance and deficiency in Shaoguan
图7. 韶关市土壤氧化钙丰缺分布图
Figure 8. Distribution of soil magnesium oxide abundance and deficiency in Shaoguan
图8. 韶关市土壤氧化镁丰缺分布图
丰缺评价结果显示(表7)，调查区土壤硫相对较丰富，一、二级土壤(丰富)面积之和4968 km2，占调查区总面积的26.96%，主要分布在乐昌、乳源西部，北江流域的两侧，三级土壤面积为6556 km2，占调查区总面积的35.61%，四、五级土壤(缺乏)面积为6888 km2，占调查区总面积的37.41%，主要分布在南雄盆地、仁化县南部、翁源–新丰一带(图6)。
CaO以四、五级土壤(缺乏)为主，面积为16,405 km2，占调查区面积的90.73%，其中以五级土壤所占比例最大，分布面积高达14,956 km2，占调查区总面积的81.23%，在韶关市广泛分布；三级土壤(中等)分布面积为1067 km2，占调查区总面积的5.8%，一、二级土壤(丰富)分布面积仅为639 km2，占调查区总面积的3.47%，主要分布在乐昌沙坪镇、乳源大桥镇、乳源–龙归–西联一带，其它地区有零星分布，其分布位置和范围与碳酸盐岩类地层分布吻合较好(图7)。
Table 7. Grading statistics of the content of medium nutrients in soil
表7. 土壤中量营养元素含量分级统计表
MgO的丰缺及分布特征与CaO相似，四、五级土壤(缺乏)面积为17,986 km2，占调查区总面积的97.69%，其中79.42%为五级土壤，广泛分布在韶关市各个市县；三级以上土壤(适中–丰富)分布面积为426 km2，仅占总面积的2.31%，主要分布在乳源大布、南雄等地方，呈零星分布(图8)。
6. 成土母质主要养分指标特征
6.1. N、P、K、有机质养分指标特征
不同成土母质土壤N、P、K、有机碳含量特征见图9。结果表明，土壤中K、有机质、P的分布明显受到土壤母质的控制，而N的分布受成土母质的影响程度相对较弱。
全区表层土壤N的分布主要受成土母质与人为因素双重影响，各类成土母质土壤中N的平均含量变化范围为1069~1516 mg/kg，其中酸性火山岩类母质土壤含量相对较高，平均含量为1516 mg/kg，其次是碳酸盐岩类、变质岩类母质，平均含量分别为1498 mg/kg、1451 mg/kg，紫红色砂页岩类成土母质土壤含量最低，平均含量仅为1069 mg/kg。
全区表层土壤P的分布与也成土母质关系不大，各类母质土壤表层P平均含量变化范围为442~645 mg/kg，除紫红色砂页岩类及花岗岩类相对较低，其它类型母质含量相差不多。按照土壤磷分级标准，各类母质处于适中–稍缺的范围。
相对而言，全区表层土壤K2O的分布与成土母质关系较密切，不同成土母质土壤K2O的平均含量介于2.08%~4.14%之间，按照K2O含量2%划分高钾(≥2%)和中低钾(≤2%)两类母质区，调查区各母质类均为高钾区，其中花岗岩类母质土壤K2O平均含量最高，为4.14%，是其它成土母质类的1.7~2倍，其它成土母质类的K2O平均含量相差不大，变化范围2.08%~2.45%。
Figure 9. Comparison of the content of massive elements of different parent soils in Shaoguan City
图9. 韶关市不同母质土壤大量元素含量对比图
全区表层土壤有机质的分布与成土母质关系较密切，各类母质土壤表层有机质平均含量变化范围为1.14%~1.81%，其中酸性火山岩类、变质岩类母质土壤含量相对较高，平均含量分为1.181%、1.72%，紫红色砂页岩类、河流冲洪积物类成土母质土壤含量最低，平均含量分为1.14%、1.21%。如按照有机质含量分级标准划分，调查区各类成土母质均为四等土壤(稍欠缺)。
6.2. Ca、Mg、S养分指标特征
不同成土母质土壤CaO、MgO和S的含量特征(图10)表明，土壤中CaO、MgO、S的分布均受到土壤母质的控制，但对S的影响程度相对较弱。
Figure 10. Comparison of medium element content of different parent soils in Shaoguan City
图10. 韶关市不同母质土壤中量元素含量对比图
调查区内各类母质土壤CaO的平均含量范围在0.14%~1.51%之间，其中最高的为碳酸盐岩类母成土质，平均含量为1.51%；其次为紫红色砂页岩类，平均含量为0.81%；而变质岩类、花岗岩岩类母质的平均含量为区内CaO低含量区，平均含量分别为0.14%、0.16%。各类母质土壤表层MgO平均含量范围在0.38%~0.91%之间，其中最高的为酸性火山岩类，最低为花岗岩类，区域上MgO的分布与CaO相似，两者呈极显著正相关，CaO、MgO两氧化物具有基本相同的分布趋势。
区内各类母质土壤S平均含量相差不大，范围在222~275 mg/kg之间，其中碳酸盐岩类母质土壤S含量最高，最低的为紫红色砂页岩类风化物母质土壤，按照土壤S分级标准，调查区各类母质土壤S含量属三等(适中)。
7. 小结
1、通过对韶关市土壤主要养分指标丰缺评价，韶关市土壤钾、硫等元素较为丰富，缺乏磷、有机质、氧化钙、氧化镁等元素，尤其是有机质、氧化钙、氧化镁严重缺乏。
2、通过不同成土母质(见图5)土壤元素含量对比发现，韶关市主要养分指标的含量变化与成土母质类型密切相关。
3、因韶关市主要成土母质类型为花岗岩类成土母质，母岩多为富钾的二长花岗岩，围岩多受硫化物中低温热液矿化蚀变，土壤中钾、硫等元素较为丰富。
4、因韶关市主要成土母岩为火成花岗岩类及干燥强氧化沉积的碎屑岩类，而还原生物富集成因的碎屑岩较少，土壤中有机质、磷等元素相对缺乏。
5、因韶关市成土母岩中碳酸盐岩及钙屑碎屑岩分布较少，土壤中氧化钙、氧化镁严重总体缺乏。