全 文 ：!世纪中叶欧洲地质学家法鲁、李希霍芬等提
出的“农业地质”概念，只简单地用于解释土壤的形
成关系。#$世纪%$年代末在中国兴起的现代（新义）
“农业地质”包含大农业（农、林、牧、副、渔）的地质
背景研究和矿物农用（农肥、农药、饲料等）研究。此
后不同观点不同提法上有 “生物地质”、“农业地
学”、“生态环境地质”等，主要指的都是生物的生态
地质环境或地质背景系统的研究［!&’］；同时，部分学
者强调母岩(土壤(植物是一个不可分割的整体，强
调注重岩(土(植的关联性，注重地质体对于植物的
潜在性资源作用。现代农业地质作为一门新兴的交
叉学科，目前还处在探索阶段，较多的是从生态地
球化学、土壤及地下水资源的角度开展区域农业生
态地质调查评价和农业生态地质环境的利用、改造
与调控等方面的研究［)］；也有的开展名特优农林作
物和中药材的道地性与地质背景关系的研究［*&%］；
对岩(土(植关联性、制约性的探究，仅有以李正积
教授为代表的少数专家做了较系统的研究和理论
的升华［+］。本课题拟对岩(土(植生态立体剖面元素
运行轨迹作系统解剖，本文首先从研究稀土元素由
母岩!土壤（各层位）!植物（各器官）大系统中的分
布、迁移和累积入手，探寻元素在岩(土(植大系统
中的迁聚规律，由此剖析岩(土(植的关联性，试图
为地质背景系统潜在资源复杂综合作用找出科学的
理论依据。铁芒萁（!#$%&’()*$+ ,#-’)’.%）是比较
典型的富集稀土元素的植物种类［&!!］（铁芒萁植物体
中稀土元素最高可达’ $$$,!$(-）。因此，铁芒萁是研
究植物体内稀土元素含量和分布、迁移、累积规律的
理想材料。
! 样品的采集、检测概况
采样点选择在江西赣县、寻乌、定南’县不同稀土
矿区的)个点和赣州市章贡区非稀土矿区的一个点，
采集岩石、土壤和铁芒萁样品。采样点概况见表!。
赣南稀土为离子吸附型矿床，这几个稀土矿区
的稀土氧化物一般为$.$*/&$.$%/，最高的达$.!/，
其中离子相%’/&%*/，但采样点都在残矿区，品位要
低一些。
岩石(土壤(铁芒萁系统中稀土元素
的分布、迁移和累积
汪振立! 魏正贵# 陶 冶’ 张 巽# 胡敦华)
（!0江西应用技术学院 江西 赣州 ’)!$$$；#0中国科技大学 安徽 合肥 #’$$#-；
’0中国科学院高能物理研究所 北京 !$$$’；)0赣县地质矿产局 江西 赣县 ’)!!$$）
摘要：在赣南非稀土矿区和四处不同稀土矿区内取样，用123(45法测定岩石(土壤(铁芒萁系统中!*个稀土元素的
含量，并对其分布、迁移、累积特征进行了研究。结果表明：稀土元素在岩石、土壤各层含量由高到低的顺序为2（心土
层）67（表土层）68（底土层）69（成土母岩）；在铁芒萁植物体内的分布规律是：轻稀土元素含量为叶6根6茎6叶柄；
重稀土元素含量为根6叶6茎6叶柄；稀土元素演化、迁移的难易是由稀土元素的重轻所决定的；岩(土(芒萁系统各
环节间稀土元素的含量模式基本相似，表征元素在岩石!土壤!植物大系统中存在着向量（非均衡性）关系。
关 键 词：稀土元素；岩石；土壤；铁芒萁；分布；迁移；累积；向量关系
中图分类号：3** 文献标识码：7 文章编号：!-%!(#**#（#$$#）!#($++!($
收稿日期：#$$!($%(!$；修订日期：#$$#($%(’$
作者简介：汪振立，!*)年生，男，工程师，从事农业地质方面的研究。
地 质 通 报
:;<=<:127= 8>==;?1@ 第 #! 卷第 !# 期
#$$# 年 !# 月
CDE.#!，@D.!#
9FG.，#$$#
地 质 通 报 !#$#!%&’$ ()$$*%+ #, &-%+’ !! 年
采样点在历史上均为马尾松—铁芒萁群丛，
由于人为砍伐，目前均形成铁芒萁单优势群落，群
落中除少数马尾松（./012 342250/404）、杉树（&106
0/07843/4 940:;594<4）幼树外，尚见有菝契（=3/94>
:8/04）、石松（$?:5@5A/13 :94B4<13）和芒（C/2:40<6
812 2/0;02/2）等植物。
岩、土样的采集按照土壤的自然发生分类，将土
壤#岩石剖面从上到下划分为表土层（$层）、底土层
（%层）、心土层（&层）和成土母岩（’层）。
岩、土样按$、%、&、’ (个剖面层检测，铁芒萁
植物体按根、茎、叶柄、叶(个器官检测；岩、土样和植
物样都按)*个元素分元素用+&,—-.法测定。
! 结果与讨论
!/) 岩石、土壤中稀土元素的分布特征
检测岩石、土壤各层位样品的稀土元素全量（表
!）的同时，还检测了$层土可溶态含量（表0）。由表!
可以看出：
!/)/) 分布特征
土壤剖面$、%、&各层位中的稀土元素含量均
大于成土母岩（’层）中的稀土元素含量，其中又以&
层最为富集。岩、土样(个剖面层稀土元素含量高低
顺序为&1$1%1’。各剖面层中除&2以外，所有稀土
元素的分布均遵从3445#6789:;<规则（即原子序数
为偶数的元素，其丰度大于相邻的两个原子序数为
奇数的元素）。
!/)/! 各层位间相似的含量模式
’、&、%、$各层位间的稀土元素含量高低不等，
差异较大，但含量模式基本相似，相邻两层位间多数
元素基本都按大致相近的级差递增或递减，特别是
==!
第 ! 卷 第 ! 期
#层与$层、$层与%层之间含量模式的相似性更为
明显。
由表&可知：稀土矿区土壤%层中可溶态稀土元
素占土壤%层中稀土元素总量的’&()&*+,(,)*，较
高；非稀土矿区（-.）土壤%层中可溶态稀土元素占
土壤%层中稀土元素总量的&(/!*，较低。其分布模
式基本反映了土壤%层中稀土元素的分布模式。
!0! 铁芒萁植物体内稀土元素的含量特征
铁芒萁属于蕨类植物，茎为根状茎，生长在地
下；根附着在根状茎上，呈须状；地上部分为叶柄和
羽叶，其叶柄直立，占植株总重量的很大一部分。为
了解植物体内各器官稀土元素含量的差异，这里将
铁芒萁植株分为根、茎、叶柄和叶’个器官分别测定
其稀土元素含量（表’）。由表’可以看出：
!(!( 含量特征
铁芒萁各器官稀土元素含量的高低与土壤接
触的远近无直接关系，叶离土壤最远，但稀土元素
含量却高于叶柄和茎，轻稀土元素含量甚至高于直
接吸收的根。其分布规律是：轻稀土元素含量为叶1
根1茎1叶柄；重稀土元素含量为根1叶1茎1叶柄。
!(!(! 喜好稀土元素的“专性植物”
铁芒萁在生长环境稀土含量较低时，可以较强
烈地吸收稀土元素；但在生长环境稀土含量很高
时，则产生土壤2植物壁垒［!］以阻碍其对稀土元素
的吸收，始终保持铁芒萁体内稀土元素含量维持在
一定范围内。如34.采样点%层土中稀土元素含量
达!&&()& !5 6 5，%层土中可溶态稀土元素含量为
7&(7 !5 6 5，铁芒萁根的稀土元素含量为8,’(!’
!5 6 5，叶的稀土元素含量为),/(&/ !5 6 5（是可溶态
含量的()倍）；-.采样点%层土中稀土元素含量仅
7(,’ !5 6 5，%层土中可溶态稀土元素含量为,(&9
!5 6 5，铁芒萁根的稀土元素含量为&&(88 !5 6 5 ，叶
的稀土元素含量更高，达!(!9 !5 6 5（是可溶态含
量的8!(9/倍）。形成这种现象，也与%层土中腐殖
酸、富里酸对植物积累稀土的“高抑低促”作用［&，’］
有关。
稀土元素在铁芒萁体内的这种分布状况，表明
铁芒萁对稀土元素的累积功能很强；也表明无论其
生长的（自然）土壤中稀土元素含量高低，铁芒萁对
稀土元素的吸收方式都是主动吸收。
!(!(& 轻重有别
虽然铁芒萁对稀土元素的累积功能很强，但
仍受地质背景条件的制约。如-.点叶的含量能达
到%层可溶态含量的8!(9/倍，是因为%层可溶态稀
土元素含量中/7(8*是轻稀土元素，叶含量中的
/8(,*也是轻稀土元素。-:.点%层稀土元素含量
为&9/(&’ !5 6 5，%层可溶态含量为/’(88 !5 6 5，分别
为-.点的&(,和!(8倍，但叶的含量却只有/8)(,&
!5 6 5（仅为-.点的7(98倍）。其原因是地质背景类型
（以重稀土为主）所致，可溶态中重稀土元素占
)7(8*，叶中重稀土元素占&(,/*，有可能是重稀土
的颉颃作用（抑或毒性较大）影响（阻滞）了植物对轻
稀土元素的吸收、迁移和累积。
!(!(’ %层可溶态最能反映植物的吸收
与岩石、土壤各层位稀土分布模式比较，铁芒萁
根中稀土元素的分布模式与土壤%层中可溶态稀土
元素的分布模式最为相似，表明土壤中稀土元素的
可溶态最能反映植物的吸收，也表明铁芒萁根的稀
土元素含量与其生长环境中土壤的稀土元素含量密
切相关。
!(& 岩2土2芒萁系统中稀土元素的迁聚特征
!(&( 不同地质环境条件下叶柄含量相近
以,个采样点岩2土2芒萁系统各层位、器官的
稀土元素总含量作数据点折线图（图），由图可
以看出，尽管其生长的地质环境和铁芒萁根、叶的
含量差异很大，%层土最高的 （:#.）含量达
!&8&(7!!5 6 5，低的（-.）仅7(,’ !5 6 5；根含量高的
（34.）达8,’(!’ !5 6 5，低的（-.）为&&(88 !5 6 5，叶
汪振立等：岩石2土壤2铁芒萁系统中稀土元素的分布、迁移和累积 99&
地 质 通 报 !#$#!%&’$ ()$$*%+ #, &-%+’ !! 年
图# 岩$土$芒萁系统中稀土元素含量（总量）变化比较
%&’( # )*+,-.&/*0 *1 234 53-0’4/
*1 234 5*02402/ *1 677/ &0 6$8$9 /:/24+
含量高的 （9)8）为!!;#(!< !’ = ’，低的 （>98）为
?;@(A枝，占铁芒萁植物体的大部分）中的含量却非常接近
（除9)8点达到#!(B@!’ = ’外，其他B个点均在A(@;C
@B(;;!’ = ’之间）。这表明铁芒萁植物体对稀土元素
既有需求，又能筛检，并能控制一定的量（无论背景
值高低，植物体内都要保持一定的量）。
!(<(! 岩、土各层和铁芒萁各器官稀土元素含量
模式相似
分别计算DE8、>98点的轻、重稀土元素总量，
其结果见图!。从表!和图!可以看出：土壤中稀土元
素的含量模式与其成土母岩中稀土元素的含量模式
FFB
第 ! 卷 第 ! 期
相似。如#$%与&’%的成土母岩相比，&’%的成土
母岩（$层）轻稀土含量较高，而重稀土含量较低，
形成土壤后，仍然保持了这一特征。不同稀土元素
的丰度在土壤和成土母岩中的相似性，也表明稀土
元素的生态与环境地球化学性质具有一定的相似
性。
综合表!、(、)和图、!的数据、图像进行分析：土
壤母岩（$层）的稀土元素含量模式与土壤各剖面层
（*、+、,）的稀土元素含量模式基本相似；,层土特
别是,层土可溶态稀土元素含量模式与铁芒萁各器
官的稀土元素含量模式也基本相似。
!-(-( ./ 0 .1值反映的演化、迁移特征
计算,层土、,层土可溶态和铁芒萁根、茎、叶
柄、叶中最轻的稀土元素./与最重的稀土元素.1的
比值，结果见图(。由图(可以看出：!土壤,层中稀
土元素的./ 0 .1值较大的&’%、$*%、#%样本，其可
溶态稀土元素的./ 0 .1值也较大，铁芒萁各器官中
稀土元素的./ 0 .1值仍然较大；同样，,层中稀土元
素的./ 0 .1值较小的#$%、#2%样本，其可溶态稀土
元素的./ 0 .1值也较小，铁芒萁各器官中稀土元素的
./ 0 .1值仍然较小。这种现象，反映了稀土元素在土
壤3植物系统中演化迁移的向量性。由,层!可溶
态!铁芒萁根!茎!叶柄!叶，除$*%点两个环节
和#%点一个环节略有回降外，其他各点各环节./ 0
.1值（456）都逐级增高，表明与./相比，.1的演化、
迁移较为困难。
!-(-) 累积系数表征的元素迁聚特征
计算各采样点稀土元素由$层到*层（#）、*层
到+层（$）、+层到,层（%）、,层到,层可溶态（&）
演化过程和,层可溶态到铁芒萁根（’）、根到茎
（(）、茎到叶柄（)）、叶柄到叶（*）迁移过程的累积
系数结果见图)。由图)和各采样点岩3土3芒萁系统
各环节累积系数计算情况可以看出：
!图)中稀土元素的累积系数*、#最大，%、’
较大，)、(、$、&较小，其他各点计算结果反映的
级差规律及作图图像基本相似，表明不同演化、迁移
过程的难易程度不同。
经计算，图)的#、%、&、’、)、*均显示出
重稀土元素的累积系数明显小于轻稀土元素的累积
系数，例如&’%点#、%、&、’、)、*轻稀土元素
（总量）的累积系数分别为!!-)7、-45、5-)7、-89、5-5、
(5-7(，重稀土元素（总量）的累积系数分别为:-9:、
-98、5-)(、-)8、5-5)、:-!9，可见轻、重稀土元素演
化、迁移过程的难易程度不同。但轻稀土间、重稀土
间在演化、迁移过程中基本未发生分异作用。
+从$层!*层!+层!,层!可溶态!铁芒萁
根!茎!叶柄!叶，其稀土元素含量尽管高低不等，
图! &’%、#$%岩3土3芒萁系统各环节轻、
重稀土元素（总量）含量模式的相似性
;<=- ! %<>LCFAHFA M/AAH@FN NBNAH> /A &’% /FG #$%
图( ,层土3铁芒萁各器官的./ 0 .1值变化趋向
;<=- ( 2 CD I/@G图) &’%岩3土3芒萁系统中稀土元素累积系数变化趋势
;<=- ) P@HFG CD LE/F=HN CD AEH L1>1?/ACD JKKN /A &’%
汪振立等：岩石3土壤3铁芒萁系统中稀土元素的分布、迁移和累积 ::7
地 质 通 报 !#$#!%&’$ ()$$*%+ #, &-%+’ !! 年
累积系数差异较大，但各环节间的含量模式大都基
本相似；以矿区与非矿区累积系数作图，图形基本
相似。
!#$#% 演化、迁移，轻稀土容易重稀土难
分别以&层、’层、(层、)层、)层土可溶态、铁芒
萁根的稀土元素含量为系数*计算岩+土+芒萁系统
中各层位、器官各稀土元素相对含量系数（反映其
演化、迁移过程中富集、累积强度变化规律的指标）
以及稀土元素总量和轻、重稀土元素总量的相对含
量系数，然后将相对含量系数由高到低排序，并分
别作图（图%）。经数理统计并作图，一些规律便显现
出来：
!&层是’层、(层、)层的物质基础，是植物矿
质营养的源头；)层是植物赖以生存的第一环境因
子。以&层、)层稀土元素含量为系数*的计算结果，
以相似的模式反映了稀土元素由&层!叶的演化、
迁移规律。由图%可以看出：稀土元素在各层位、器官
的含量系数高低排序，大致以,-、&.为界，/0!,-
排第*!1位，&.!/2（含3）排第4!*%位。这种排序，
在&层!)层可溶态错位较多些，根!叶渐趋稳定，
说明重稀土演化分解比轻稀土困难，进入植物体
后，重稀土元素迁移更比轻稀土元素困难。
自然土壤、自然植被条件下的这种元素分配行
为，与人工试验（土培、水培作物）添加外源稀土的
研究结果［*%］有很大差异，这可能与稀土存在的形态
有关。
以’层、(层、)层可溶态、铁芒萁根稀土元素
含量为系数*的计算结果（表%、5），反映了轻、重稀土
元素在相对含量系数高低排序上的角色变换过程，
即由’层!(层!⋯⋯叶，元素由/0!/2排序，其序
号排列先是大号（低）在前，小号（高）在后，经过几轮
分馏、调整，到叶则是小号在前，大号在后，前后排序
基本颠倒过来；678点以(层含量为系数*的计算结
果（表%），较好地反映了轻重稀土元素在相对含量系
数排序上各环节逐级更替的过程——演化、迁移中
逐级筛检、调整、分馏的过程。
图% 6&8土壤各层和铁芒萁各器官相对于&层
的稀土元素富集、累积强度变化
9:;# % ’<0=;>? @A B<> C@=C>=BD0B:@= 0=E :=B>=?:B.
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115
第 ! 卷 第 ! 期
!自#层可溶态!铁芒萁根即可看出植物在开
始筛选，经过根!茎!叶柄!叶的分馏作用，叶的
稀土元素累积形成了比较整齐的排列（表$较好地反
映了这一筛检传递过程），即由高到低的序号是由
轻（%&）!重（%’），最典型的是()*点样本以#层可
溶态稀土元素含量为系数数理统计和图像所展示
的：叶中稀土元素相对含量系数高低排序由%&!%’
正好是由第!+位，完全符合镧系元素原子序数的
位次顺序（,在此点排第-位，在./*点排第位，
其他0个点均排第!位；以1层、2层、3层、#层含量
为系数计算时，,也以排第!位居多，即相对稳定
在45678之间）——明确地表征稀土元素在植物体
内迁移的难易是稀土元素的重轻所决定的（由%&!
%’原子量逐个增加，这种排列似与原子量多少有
关，但,例外）。
植物体内不同器官的有机物质构成是不同
的，稀土元素在不同器官中含量不同，可能与其形
成有机配合物的配位体不同有关；同一器官内不
同稀土元素含量不同，可能与配合物的稳定常数
大小有关。
!909$ 元素在岩6土6植系统中的向量关系
计算各个采样点岩石6土壤每一层位和铁芒萁
每一器官轻、重稀土元素总量以及每一个元素在本
层位（器官）稀土元素总量中所占百分比值，再将-个
稀土元素按其所占百分比值的高低排序，并作出稀土
元素百分比值的分馏趋势图（图$）和稀土元素百分比
值高低次序图（图:），结果发现一些非常有趣的现象，
揭示出岩6土6植大系统中存在的一些客观规律：
由图$可以看出，稀土元素进入铁芒萁植物体
后，轻稀土元素所占百分比值逐渐增高，重稀土元
素所占百分比值逐渐降低，最典型的是(1*采样点
的样本，1层中轻稀土元素占!-9:;，重稀土元素占
:+9!<;，而铁芒萁根中轻稀土元素占+9!;，重稀土
元素占-=9:<;，到叶则是轻稀土元素占$=9+;，重稀
土元素占09-<;；以各采样点分元素百分比值计算
结果显示，轻稀土元素中主要是2>、%&、?@所占比例
高，重稀土元素中主要是,、(@、1A、,B所占比例较
高，百分比值递增递减幅度也较大。这些现象从另一
角度表明重稀土元素进入植物体后迁移较轻稀土元
素困难（分析这种现象，可能是由于重稀土较易水解
形成沉淀，因而迁移性较差）。
#将各稀土元素的百分比值按高低排序，发现
./*采样点1层中(@元素排在第:位，1A元素排在
第=位，此后在土壤每一层位和铁芒萁每一器官中，
它们都居于第:、=位，在数据点折线图上成一直线
（图:）。同样有代表性的是12*点，2>、%&、?@、*8、
(@、1A分列第、!、0、$、:、=位，在坐标上呈$条直线
（此外，在坐标上呈直线的()*点是)C，(*点是
2>）。而./*点如果从2层起算，也有-条直线，若从
#层可溶态起算，则有<条直线——较明确地展示了
元素从岩石!土壤（各层位）!植物（各器官）演化、
迁移的向量关系 （这里主要指生态系统立体剖面中
元素的垂直方向运动，即由岩石!土壤各层位的向
量性传递和由#层可溶态!植物体各器官的向量性
迁移。元素的侧向运动、干扰系统的其他因素等不在
这里讨论）。
!其他一些在排序上次序稳定的元素，在坐标
上呈两两平行或两两相对的折线，从次序图上看（图
图$ 岩6土6芒萁系统中轻、重稀土元素（总量）
百分比值的分馏趋势
DEF9 $ 75>G@ CH H5&IJECG&JECG CH KEFLJ &G@
L>&MA N44O （JCJ&K）（;）EG JL> N6*61 OAOJ>8
图: ./*岩6土6芒萁系统中稀土元素百分比值次序
DEF 9: *>P’>GI> CH Q>5I>GJ&F>O CH N44O
EG JL> N6*61 OAOJ>8 &J ./*
汪振立等：岩石6土壤6铁芒萁系统中稀土元素的分布、迁移和累积 ==:
地 质 通 报 !#$#!%&’$ ()$$*%+ #, &-%+’ !! 年
#），完全同向平行的如$%&点的’(与)*，’+与,-，
./&点的’+与,-，0&点的.1与,-、23；除一个数据
点略高略低外，同向平行的如$%&点的2+与,4，
./&点的23与2+，0&点的’(与)*；完全相向对进的
如$%&点的23与,-、’+，./&点的5与63，07&点的
.1与)*，0&点的78与63，’+与,-，.1与23；除一个
数据点略高略低外，相向对进的如$%&点的5与63，
/9与’(、)*，./&点的54与2+、23，07&点的,4与
,-，0&点的5与2+。两个或:个元素在一个采样点的
坐标上呈同向或相向折线，在不同点上又是相同或
相似的折线模式。这种现象，一方面表征出元素间
的协同作用和颉颃作用，另一方面又展示了元素在
岩石!土壤!植物系统演化、迁移过程的坐标上，
线条指向有一定方向又有规律地向一定方向偏斜
的非稳定性向量关系。
: 结 论
（;）稀土元素在岩<土<芒萁系统中演化、迁移
的难易是由稀土元素的重轻所决定的，即轻稀土容
易重稀土难；岩石、土壤各层位和铁芒萁植物体各
器官稀土元素含量差异较大，但岩<土<芒萁各环节
间含量模式相似（本次研究结果对特殊地质背景条
件下特殊果品品质等相关研究工作的启示，将另文
探讨）。
（!）岩石（土壤母岩）!土壤（各层位）!植物（各
器官）大系统中，矿质元素从起始点（基岩）!终端
（植物末稍器官）之间确实存在一个向量 （非均衡
性）关系，岩石<土壤<植物实为一向量大系统［=］
——这就是母岩对土壤的制约以及母岩、土壤对植
物生长繁衍的制约机制之所在，这就是 “农业地
质”、“生物地质”研究地质背景系统潜资源复杂综
合作用的理论基础。
（:）土壤母岩或成土母质是构成土壤物质的基
本材料，也是植物矿质营养元素的最初来源。母岩
的矿物组成影响着土壤的化学成分及土壤内部的
化学过程。母岩的许多性质长期保留在土壤中。土
壤从“娘胎”（母岩）带来的组成物质（无机物质）直
接影响到由它承载的植物体的生长繁衍、荣枯兴
衰。通过水、土环境和食物链因子等作用，地质背景
进一步对特定环境内的动物族群 （包括人）产生影
响。所以，研究植物、研究某些特定的生物的生长繁
衍时，要研究它所赖以存在的生态地质环境，即把岩
石<土壤<植物（生物）当做一个整体来研究——这
就是“农业地质”、“生物地质”的整体观。
成文过程中得到李正积教授、单孝全教授、冯宗
炜院士的指导和古自纯、张沐恩、吴信全老师的帮
助，在此一并致谢！
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第 ! 卷 第 ! 期
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汪振立等：岩石J土壤J铁芒萁系统中稀土元素的分布、迁移和累积
更 正
由于校对问题，本刊 !<应改为“伊海生”，特向文章作者及广大读者致歉。
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