全 文 ：　 　 倡 中国地质大学（武汉 ）地球科学学院本科毕业论文特别资助
收稿日期 ：２００５唱１２唱０１ 　 改回日期 ：２００６唱０２唱１８
湖北秭归地区岩石唱土壤唱脐橙树系统中铜 、锌元素的分布特征 倡
李学彪
（中国地质大学地球科学学院 　 武汉 　 ４３００７４）
摘 　 要 　 对湖北秭归地区脐橙生态区岩石唱土壤唱脐橙树系统中 Cu 、Zn 元素分布特征的研究表明 ：脐橙果实中 Cu
和 Zn 的含量变化与母岩中的变化趋势相反 ，与土壤中 Cu 和 Zn的变化趋势相关性不明显 ；系统中 Cu 和 Zn的分布
普遍存在偶数规律 ，且 Zn／Cu 有岩石 → 土壤 → 脐橙果实 → 干逐渐增大的变化特征 ，Zn 和 Cu 元素在脐橙植物系统
中生物地球化学循环发生了分异 ，其方向是喜 Zn 厌 Cu 。 不同地区脐橙果实中 Cu和 Zn元素的生物富集系数之间
存在明显线性关系 ，其回归方程为 ：Zn ＝ ０畅００６ ＋ ０畅０２４ × Cu（ R ＝ ０畅９６） 。
关键词 　 岩石唱土壤唱脐橙树系统 　 Zn ／ Cu 比值 　偶数规律 　 生物富集系数 　湖北秭归
Distribution of Zn and Cu in rock ，soil and navel orange tree system in Zigui County ，Hubei Province ． LI Xue唱Biao（Col唱
lege of Geoscience ，China University of Geosciences ，Wuhan ４３００７４ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（４） ：４２ ～ ４４
Abstract 　 The dist ribu tion of Zn and Cu in rock ，soil and navel orange tree system in Zigui County was analyzed ．Results
show differing characteristics of Zn and Cu in navel orange f ruits ， rocks and soils of the system ． The distribution of Zn and
Cu follows the universal elect rochemical displacement series in the system ． Zn／Cu ratio in the system is in the order of
rock ＜ soil ＜ navel orange fruits ＜ navel orange stem ．Biogeochemical circulations of Zn and Cu are different in the system ，
with Zn always displacing Cu ． Biological enrichment coefficient of Cu and Zn can be represented by a linear regression
equation ：Zn ＝ ０畅００６ ＋ ０畅０２４ × Cu（ R ＝ ０畅９６） ．
Key words 　 Rock ，soil and navel orange system ；Zn／Cu ratio ；Electrochemical displacement series ；Coefficien t of biologi唱
cal enrichment ；Zigui County
（Received Dec ．１ ，２００５ ；revised Feb ．１８ ，２００６）
三峡大坝的建立改变了峡区区域气候 ，使该区垂直气候更加明显 ，更有利于脐橙生长 。 但水位的改变 、
局部小气候的变化和植被带的移动 ，给当地引种 、扩种 、优质产区规划带来一系列问题 。 目前 ，把岩石唱土壤唱
脐橙树看作一个系统来研究脐橙的品质与地质背景的关系还不深入 ，特别是微量元素的研究涉及甚
少［１ ～ ４］ 。 本研究以 Cu和 Zn 元素为例 ，从原子序数与丰度分布关系 、元素对比值和生物富集系数等探讨了
Cu 、Zn 元素在这一系统中的分布特征 。
1 　 研究区域概况与研究方法
研究区位于长江三峡的秭归县沿江南岸茅坪 、西陵峡和郭家坝一带 ，属亚热带季风气候 ，≥ １０ ℃ 的年活
动积温为 ５７２３畅６ ℃ ，最冷月平均气温为 ６畅５ ℃ ，年无霜期 ３０６d ，年降雨量 １０００mm ，空气相对湿度 ７２ ％ ，年日
照时数 １６３１畅５h 。 土壤母岩为晚元古宙三斗坪单元的中细粒角闪黑云英云闪长岩 、寒武唱奥陶统的灰岩 、中
侏罗统紫色砂岩 。 地层分属为三斗坪单元 、西陵峡组和秭归盆地的沙溪庙组 。 土壤类型为砂土 、石灰土和
紫色土 。 大坝建成后冬季平均增温 ０畅３ ～ １畅３ ℃ ，夏季平均降温 ０畅９ ～ １畅２ ℃ ，气候条件将更有利于脐橙生产 。
脐橙水果采自果园约 ６０m２ 脐橙树林中 ，随机采集 ３ 个样品 ，脐橙品种为“夏橙”和“罗脐” 。 土壤样品采
集 A 、B两层 ，采自脐橙果树滴水线以外 。 母岩取新鲜岩石 ，共采集样品 ３４ 件 。 岩样在破碎前用清水洗两
次 ，待风干后置于干燥箱中 ８５ ℃ 温控 １２h后冷却至室温 ，去表面风化层 ，取其新鲜样部分粉碎至 ２００ 目 。 土
样室内自然风干 ，除去生物碎屑 、人工制造物后粉碎至 ２００ 目 。 脐橙样用自来水清洗两遍后 ，待风干后去除
表层的果皮和核及不可食用部分 ，取 １ 果中的 ２ ～ ３ 瓣 ，共取 ２ 个水果 ，留 １ 果备用 ，并记录烘干前后重量 ，将
其放入小烧杯中置于干燥箱中烘干 ，温度控制在 ９５ ℃ 以下 ，去尽水分后用玛瑙研磨过 ６０ 目 ，在 ９５ ℃ 以下烘
第 １５卷第 ４ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．４
２ ０ ０ ７ 年 ７ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture July ，　 ２００７
到恒重 。 并用微波加速反应系统 MARS唱５（CEM）消解脐橙样品 ，微波消化方法为 EPA唱３０５２ 。
　 　 用 WFX唱１C 型原子吸收分光光度计测定岩石和土
壤中的 Cu 、Zn ，分析方法见文献［５］ 。 PHS唱２ 测定 pH ，
PE唱AA８００ 型原子吸收（火焰法）测定脐橙中的 Zn 、Cu ，
脐橙分析测试在中国地质大学地球化学实验室进行 。
在分析土壤和岩石时用地球化学标样 GSS唱１ 和 GSS唱２
进行质量控制 ，结果见表 １ 。
2 　 结果与分析
2畅1 　 岩石唱土壤唱脐橙树系统不同子系统中 Cu和 Zn 元
素的分布特征
表 1 　 土壤 、岩石 GSS唱1 、GSS唱2 的质量控制
Tab ．１ 　 The GSS唱１ ，GSS唱２ quantity control of the soils and rocks
项 　 目
I tem GSS
唱１
测试
GSS唱１
t est
GSS唱２
测试
GSS唱２
test
GSS唱１
推荐
GSS唱１
recommen唱
dat ion
GSS唱２
推荐
GSS唱２
recommen唱
dation
Cu／mg·kg － １ １８畅４ １６畅５ ２１ １６畅３
Zn／mg·kg － １ ６００畅７ ２５畅６ ６８０ ４２畅３
准确度 ／ ％ Cu ８７畅６ １０１畅２
　 　 　 　 　Zn ８８畅３ ６０畅５
表 2 　 湖北省秭归地区岩石唱土壤唱脐橙树系统中 Cu 、Zn 元素的分布 倡
Tab ．２ 　 Dist ribu tion of Cu and Zn in rock唱soil唱navel o range tree system
in Zigui Count y ，Hubei Province
子系统
Subsyst em
Cu含量／mg·kg － １ Cu cont ent Zn 含量／mg·kg － １ Zn content
母岩
Parent
rock
土壤
Soil
脐橙
Navel
o range
母岩
Parent
rock
土壤
Soil
脐橙
Navel
o range
土壤 pH
Soil pH
闪 长 岩 ３８畅８ ６４畅３ ０畅５３ ４５畅６ ７４畅６ ４畅１９ ６畅０
紫色砂岩 ２２畅０ ２３畅９ ０畅５７ ７０畅２ ５８畅４ ３畅３６ ６畅４
灰 　 　 岩 １９畅５ ２９畅５ ０畅７６ １９畅７ ６８畅４ ７畅０９ ８畅４
　 　 倡 表中数值为平均值 ，脐橙水果为湿重 。
　 　 岩石唱土壤唱脐橙树系统 ３ 个不
同子系统中 ，按脐橙的不同母岩生
态区 ，划分为闪长岩区 、灰岩区和
紫色砂岩区 。 由表 ２ 可知 ，土壤中
具有最高的 Cu 、Zn 含量 ，在脐橙果
实中并不表现为最高 ，植物吸收主
要是土壤中元素的有效态并非全
量 ，因此土壤中元素含量高并不意
味植物系统中也高 。 随 pH 的
升高 ，果实中的Cu 、Zn含量不同 ，
说明脐橙对土壤中的 Cu 、Zn 元素的吸收有所不同 。 这是由于 Zn 的有效态与 pH 变化有关 ，随 pH 的增大 ，
土壤中有效态锌降低 。 据林玉锁等研究［６］土壤 pH对土壤中 Zn 的有效态影响很大 ，随 pH 的升高 ，土壤 Zn
的有效性下降 ，缺 Zn 土壤大多数为 pH ＞ ６畅５ 的轻质土壤 ，而有效锌的含量同时也受成土母岩的影响 。 不同
土壤中的有效铜则与 pH 的关系不太明显 。 据袁可能研究［７］一般在酸性土壤中 Cu 的有效性较大 ，而在碱性
土中则降低 。 由此说明脐橙吸收土壤中 Zn 、Cu 元素的机制有所不同 ，这可能与土壤中的有机质含量 、土壤
微生物及土壤物理化学条件 、土体结构 、通气状况以及植物的生长期 、品种和不同植物器官等因素有关 。 果
实中的 Cu 、Zn 均表现出与母岩相反的变化规律 ，这可能是不同土壤中的有机质 、微生物对土壤中 Cu 和 Zn
起了某种作用 ，所形成的物理化学环境更有利于脐橙的生长 ，特别是果实的吸收 ，其机理尚待进一步研究 。
2畅2 　 脐橙树系统中 Cu 、Zn生物富集系数的相关性
引入生物富集系数是为了进一步研究脐橙对环境中 Zn和 Cu 的吸收特征 。 据文献［８］生物富集系数计
算公式为 ：
生物富集系数 ＝ 生物体中的元素含量／环境中该元素的背景 （１）
　 　 为更能说明植物对土壤中
Cu 、Zn 元素的吸收特性 ，以果实
中湿重含量计算 ，环境中该元素
的背景采用土壤背景值 。 生物
富集系数计算结果表明 ：在脐橙
果实中 Cu 和 Zn 的生物富集系
数有明显的相关性 ，其计算结果
见表 ３ 。 由表 ３ 可知 ，在低的
pH条件下脐橙果实中的 Cu 和
Zn的生物富集系数较大 。回归
表 3 　 不同母岩区脐橙果实的生物富集系数
Tab ．３ 　 The biology enrichments of the navel orange fruit in different paren t rock regions
土壤母岩类型
Parent
rock t ype
土壤背景值／mg·kg － １
Soil background
Zn Cu
脐橙背景值／mg·kg － １
Navel orange fruit background
Zn Cu
pH 富集系数
Enrichment coefficient
Zn Cu
岩浆岩类 倡 ６５畅４ ２３畅１４ ４畅１９ ０畅５３ ６畅０ ０畅０６４１ ０畅０２２９
砂泥 、页岩组合类 倡 ６８畅３ ３７畅５８ ３畅３６ ０畅５７ ６畅５ ０畅０４９２ ０畅０１５２
碳酸盐岩类 倡 １４２ ４３畅６８ ７畅０９ ０畅７６ ８畅４ ０畅０４９９ ０畅０１７４
红层区 倡 倡 ８６畅６ ３６畅７ ０畅７５ ０畅２５ ０畅００８７ ０畅００６８
花岗岩区 倡 倡 ６３畅６ ３２畅７ ０畅６３ ０畅３２ ０畅００９９ ０畅００９８
　 　 倡 为湖北秭归 ，数据来源于文献［１］ ；倡 倡为江西信丰 ，数据来源于文献［３］ 。
分析表明 ，不同地区脐橙果实中 Cu和 Zn生物富集系数之间存在明显的相关性 ，其回归方程为 ：
Zn ＝ ０畅００６ ＋ ０畅０２４ × Cu（ R ＝ ０畅９６） （２）
第 ４期 李学彪 ：湖北秭归地区岩石唱土壤唱脐橙树系统中铜 、锌元素的分布特征 ４３　
表 4 　 不同介质中 Cu 、Zn 元素及 Zn／Cu比值分析 倡
Tab ．４ 　 The Cu ，Zn contents and Zn／Cu ratio analyses
in differen t mediums
介 　 质
M edium
Cu／mg·kg － １ Zn／mg·kg － １ Zn／Cu
平均地壳 ５０ ７５ １畅５０
土壤 １ ３０畅０ ９０畅０ ３畅００
土壤 ２ ２２畅６ ７４畅２ ３畅２８
土壤 ３ ２４畅０ ８３畅１ ３畅４６
湖北秭归 ［ １］ 　 　 　
闪长岩区 　３８畅８ 　４５畅６ １畅１８
沙土 B层 ６９畅１５ ７３畅３５ １畅０６
沙土 A 层 ５９畅５ ７５畅９ １畅２８
脐橙 ０畅５３ ４畅１９ ７畅９１
紫色砂岩 ２１畅９６ ７０畅２２ ３畅２０
紫色土 ２３畅８８ ５８畅４ ２畅４５
脐橙 ０畅５７ ３畅３６ ５畅８９
灰岩 １９畅５ １９畅７ １畅０１
石灰土 ２９畅５ ６８畅４ ２畅３２
脐橙 ０畅７６ ７畅０９ ９畅３３
江西信丰 ［ ３］ 　 　 　
红层 　４３畅６ 　４６畅７ １畅０７
土壤 A 层 ４４畅６ ９２畅１ ２畅０７
土壤 B层 ２８畅８ ８１畅０ ２畅８１
脐橙 ０畅２５ ０畅７５ ３畅００
花岗岩 ２１畅０ ３９畅０ １畅８６
土壤 A 层 ３１畅０ ７０畅０ ２畅２６
土壤 B层 ３４畅３ ５７畅２ １畅６７
脐橙 ０畅３２ ０畅６３ １畅９７
　 　 　 　 奉节脐橙不同器官［ ４ ］
果实 ０畅６０ １畅９３ ３畅２２
叶 ６畅３６ １９畅３３ ３畅０４
干 ３畅５７ ２２畅１１ ６畅１９
根 ２畅３６ ５畅４１ ２畅２９
　 　 倡 平均地壳和土壤 １ 见 Bo wen ，１９７９ ；土壤 ２ 见中国土 壤背景
值 ，１９９０ ；土壤 ３ 见参考文献［９］ 。
2畅3 　 岩石唱土壤唱脐橙树系统中 Cu唱Zn元素的偶数规律
在脐橙树系统中对应的岩石 、土壤 、脐橙根 、干 、
叶 、果实等不同子系统中普遍存在 Zn 比 Cu 含量高的
偶数规律 。 为描述偶数规律在不同子系统中的变异程
度 ，计算了 Zn／Cu 的比值 。 由表 ４ 可知 ，偶数规律的
存在使 Zn／Cu 比值均大于 １ ，其范围为 １ ～ １０ ；湖北和
江西 ５ 个不同的母岩生态区岩石唱土壤唱脐橙中 Zn／Cu
比值变化特征为岩石 → 土壤 → 果实逐渐增大 ；脐橙树
不同 器 官 中 Zn／Cu 比 值 的 变 化 特 征 为 根 →
叶 → 果 → 干逐渐增大 。 因此可以推知 ，脐橙系统中不
同子系统 Zn／Cu 比值的变化顺序为岩石 → 土壤 → 果
实 → 干逐渐增大 ，说明 Zn 和 Cu 元素在脐橙系统的生
物地球化学循环中发生了分异 ，分异的方向是 Zn的保
留和 Cu 的舍弃 。
3 　 小结与讨论
研究表明 ，湖北秭归地区岩石唱土壤唱脐橙树系统
中母岩 、土壤 pH 可能是控制脐橙果实中 Cu 、Zn 含量
的因素之一 ；湖北秭归地区的灰岩母岩区具有较高的
Cu和 Zn生物积聚系数 ；Cu 与 Zn 元素的生物富集系
数近线性相关 ，回归方程为 Zn ＝ ０畅００６ ＋ ０畅０２４ × Cu
（ R ＝ ０畅９６） ，说明脐橙果实对 Cu 和 Zn 吸收具有某一
规律性 ；在脐橙植物系统 ，岩石 → 土壤 B 层 → 土壤 A
层 → 脐橙根 → 干 → 叶 → 果实中 Zn唱Cu 的偶数规律是普
遍存在的 ；在岩石 → 土壤 → 脐橙树系统不同介质中
Zn／Cu 比值的变化顺序为岩石 → 土壤 → 果实 → 干逐渐
增大 ，Zn 和 Cu元素在脐橙系统中的生物地球化学循
环中发生了分异 ，分异的方向是喜 Zn厌 Cu 。
本文岩石唱土壤唱脐橙树系统中 ，偶数规律和Zn／Cu
比值逐渐增大的变化特征的普遍性尚待进一步证实 。
不同母岩生态区脐橙中 Cu 和 Zn 的生物富集系数之间是否具有相关性亦有待证实 。 Cu 、Zn 元素在植物生
物地球循环过程中发生了分异 ，这是植物 、土壤与环境演化相互作用的结果 ；何种土壤环境最有利于脐橙生
长 ，其机理有待进一步研究 。 把气候唱植物唱土壤唱岩石作为一个系统来研究比单独研究更能获取有关生物地
球化学循环的其他信息 。
参 　 考 　 文 　 献
１ 　 陈德兴 ，胡国俊 ，柯爱蓉 ．湖北省优质柑橘林地质唱地球化学背景 ．地球科学唱中国地质大学学报 ，１９９４ ，１９（３） ：３６４ ～ ３７４
２ 　 刘应平 ．金堂县土壤地球化学特征 ．物探化探计算技术 ，２００１ ，２３（４） ：３５７ ～ ３５９
３ 　 张永忠 ，吕少伟 ，衷存堤 ．江西信丰脐橙农业地球化学特征探讨 ．资源调查与环境 ，２００４ ，２５（１） ：３１ ～ ３８
４ 　 唐 　 将 ，李 　 勇 ，付绍红 ，等 ．奉节脐橙不同器官元素含量分布特征 ．生态学报 ，２００５ ，２５（１） ：３１ ～ ３６
５ 　 叶家瑜 ，江宝林 ．区域地球化学勘查样品分析方法 ．北京 ：地质出版社 ，２００４ ．８
６ 　 林玉锁 ，薛家华 ．外加锌在土壤中形态的研究 ．农村生态环境 ，１９９３ （１） ：３０ ～ ３２ ，４８
７ 　 袁可能 ．植物营养元素的土壤化学 ．北京 ：科学出版社 ，１９８３
８ 　 徐瑞松 ，马跃良 ，何在成 ，等 ．遥感生物地球化学 ．广州 ：广东科技出版社 ，２００３ ．１２
９ 　 邢光熹 ，朱建国 ．土壤微量元素和稀土元素化学 ．北京 ：科学出版社 ，２００３ ．１
４４　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷