重慶市云陽縣盤石地區表生環境中土壤地球化學元素的分布特征研究

■陳彬彬 屈穎聰 李核良

（重慶市地勘局107地質隊 重慶401120）

重慶市云陽縣盤石地區表生環境中土壤地球化學元素的分布特征研究

■陳彬彬 屈穎聰 李核良

（重慶市地勘局107地質隊 重慶401120）

本文依托1∶50000云陽縣幅、盤石鎮幅多目標基礎地質調查項目，以農業地球化學調查為基礎，通過對相關調查數據的分析、研究，系統地闡述了盤石地區土壤地球化學元素在表生環境中的分布特征：（1）區內各土壤元素平均含量和全國土壤元素豐度相近，調查區內未缺失動植物營養元素或有益元素，部分有害元素的背景值較低，有益于提高整體土地質量；（2）不同土壤及用地類型對元素的分布影響不大；（3）高含量土壤元素的數量隨高程增高而減少，高程小于300m的土壤對各類元素的富集現象明顯；（4）泥巖、砂巖是調查區分布的母巖。砂巖區土壤元素含量相對泥巖區高的元素有：Ag、Ba、Cl、SiO2、Na2O、Sr、Zr；泥巖區土壤是大多數元素的富集區，尤以As、I、Li、Mo、U等元素較為顯著。

農業地球化學分布特征土壤化學元素盤石

1　引言

運用區域地球化學資料服務于環境、農業等領域在國外已早有研究與應用，進入21世紀后，其發展勢頭更加快速[1]，并取得了豐碩的研究成果。1999年，我國也開始了這個領域的探索，服務于生態環境、農業、礦產資源的基礎地學等多個領域為宗旨的多目標地球化學調查先后在多個省區開展起來，如浙江省、成都江漢平原多目標地球化學調查、重慶市沿江經濟帶生態調查成果[2-6]等已公開發表。該項工作不僅為當地政府部門的土地環境質量保護、農業產業規劃和產業結構調整提供科學依據，還系統地展示了區域地球化學元素的分布和組成特征，為地學、農學、生態學等學科領域建立大信息量的、內涵豐富的研究平臺[7]。

本文依托1∶50000云陽縣幅、盤石鎮幅多目標基礎地質調查項目，以農業地球化學調查為基礎，系統地闡述了盤石地區土壤化學元素在不同表生環境的分布特征，為地方社會經濟可持續發展和規劃提供依據。

2　調查區概況

調查區位于云陽縣境內。云陽地處川東平行嶺谷區，地形近似以東南西北為頂點的菱形，地表由南北向中間傾斜，形成四面環山的盆地地貌。全縣地形起伏大，山高坡陡，丘陵平壩少，海拔高度范圍95m～1809m。

本區土壤以水稻土、紫色土為主，次為黃壤。土壤分布明顯受基巖和地形地貌影響。土壤的垂直差異上，紫色土主要分布在海拔標高較低處，山地中部主要為中性，山頂地段則以酸性為主。粗骨土主要發育在東部三疊系較高地形分布區，水稻土等人工土主要分布在低洼地及平壩區。

3　工作方法

3.1樣品采集

多目標地球化學調查采集的樣品主要為表層土壤樣，采樣區面積為150km2，采樣密度為4點/km2，采樣深度為0～20cm。樣品原始重量不低于500g，遇到含礫石較多的地區要保證篩取的粒徑樣品（<20目部分即小于0.84mm）重量不少于120g；重復樣取樣重量在一般樣品重量的基礎上加大一倍（即原始重量不低于1kg），樣品加工過篩后，每個子樣的重量不少于200g。全區共取表層土壤單點樣600件。

3.2測試元素及指標

表層土壤樣品測試As、Cd、Hg、Ni、Cr、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Cl、S、Ba、Ti、Ga、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、B、Sn、Be、Ce、La、Li、Mn、Sc、V、Co、Tl、Th、U、Sb、Bi、Ge、W、Mo、F、Se、I、N、P、C、SiO2、Al2O3、TFe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Corg、pH，共54項指標。樣品由合肥礦產資源監督檢測中心采用X射線熒光光譜、等離子光譜、氫化物原子熒光光譜、發射光譜等一整套大型精密儀器進行測試。采用了標準樣、密碼樣、監控樣等多種監控手段，保證了分析質量的可靠性。

4　表生環境土壤元素的分布特征

4.1測區土壤元素的總體特征

與全國土壤A層（表層土壤）51種元素或指標豐度相比，盤石地區土壤背景值偏高（背景值/豐度>1.2）的元素有：Cd、Ni、S、N，其中有害元素Cd為全國土壤豐度的2.54倍，明顯偏高.對土壤質量的影響較大，而土壤中的有益元素N含量為全國土壤豐度的1.55倍，為對某些農作物生長有促進作用；土壤背景值與全國豐度相差不大（0.6＜背景值/豐度≤1.2）的元素有：Hg、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Cl、Ba、Ti、Ga、Rb、Y、Zr、Nb、B、Sn、Be、Ce、La、Li、Mn、Sc、V、Tl、Th、U、Sb、Bi、Ge、W、F、Se、P、SiO2、Al2O3、TFe2O3、K2O、Na2O、MgO；土壤背景值明顯低于全國豐度（背景值/豐度≤0.6）的元素有：As、Cr、Br、Sr、Co、Mo、I、CaO，其中Co的背景值最低，為全國豐度的18%，有害元素As、Cr分別為全國豐度的60%和44%。從分析數據可以看出：本調查區未缺失動植物營養元素或有益元素，這些元素指標和全國土壤相近，而部分有害元素的背景值較低，從而提高了整體的土地質量。盤石地區表層土壤背景值與全國豐度對比表。

4.2不同土壤類型元素的分布特征

通過對不同類型土壤中各元素的含量統計比較后發現，各元素在不同類型土壤中有以下分布特征：

（1）測區分布的3類土壤中，紫色土中高含量元素最多，其次是水稻土，而黃壤中貧乏元素最多。紫色土中的元素含量基本與區域元素背景值相同或略高于背景值，整體分布較均勻。水稻土中富集的元素有：S（254.58）、C（1.35）、Corg（1.10）；貧乏的元素有：CaO （1.12）。黃壤中富集的元素有：I（0.93）；貧乏的元素有：Ni（20.98）、Cu （13.86）、Zn（47.80）、Mn（304.64）、Bi（0.21）、CaO（0.91）、MgO（1.13）。

（2）各種土壤變異系數大于或近等于1的有：

紫色土：Hg（1.347）、Mo（0.983）；

水稻土：Bi（1.522）；

黃壤：CaO（1.003）；

根據研究區富集系數，按土壤富集系數<0.7為貧乏，0.7～1.2與背景值近似，1.2～1.6為略富集，1.7～2.0為富集，進行劃分（見圖2）。

略富集：S（水稻土1.29）、C（水稻土1.206）、Corg（水稻土1.249）、I（黃壤1.227），貧乏：CaO（水稻土0.673）、Ni（黃壤0.648）、Cu（黃壤0.687）、Zn（黃壤0.686）、Mn（黃壤0.657）、Bi（黃壤0.687）、CaO（黃壤0.55）、MgO（黃壤0.665）。

從總體上看，3類土壤中達到富集和貧乏的元素并不多，富集系數均小于1.6，大多數元素富集系數都在1.0左右，基本與背景值持平。

4.3不同用地類型元素的分布特征

根據研究區富集系數，按土壤富集系數1.3～1.7為略富集，1.7～2.0為富集，>2.0為非常富集，<0.7為貧乏進行劃分。

略富集：Sr（果園林地1.331）、I（低覆蓋草地1.375）、CaO（未利用地1.387）；

富集：Hg（中覆蓋草地1.768）、CaO（其他林地1.846）、CaO（低覆蓋草地1.915）；

非常富集:Mo（中覆蓋草地2.142）

貧乏：Hg(灌林地0.589)、Hg(低覆蓋草地0.697)、I（水田0.695）。

圖1　不同類型土壤元素含量變異系數折線圖

圖2　不同類型土壤元素富集系數折線圖

從總體上看，8類用地類型中達到富集和貧乏的元素并不多，大多數元素富集系數都在1.0左右。

4.4不同高程土壤中元素分布特征

（1）對各個高程段土壤的元素平均值進行統計，各個高程中含量最高的元素有：

<300m：Hg、Cr、Cu、Zn、Au、Ag、Ba、Ti、Ga、Sr、Y、Nb、Sn、Be、La、Mn、V、U、Bi、Mo、P、Al2O3、TFe2O、K2O、Na2O

300～600m：Cd、Ni、Cr、Pb、Cl、S、Br、Rb、Nb、B、Ce、Li、Sc、Co、Tl、Th、Bi、Ge、W、F、N、C、CaO、MgO、Corg、pH

>600m：As、Zr、Sb、Se、I、SiO2

工作區在200～800m高程段出露侏羅系沙溪廟組和遂寧組，屬丘陵地區，其土壤元素在小于600M含量最高，土壤元素隨高程分布的變化特征與測區地層土壤元素分布特征吻合。

（2）統計各個高程區土壤中元素的變異系數，可以發現有以下元素的變異系數大于1：

<300m：Hg（1.605）、Mo（2.191）；

300-600m：Hg（1.124）；

Hg元素的變異系數在兩個高程區都大于1，MO元素在低海拔地區變異系數最大，在200～400m區域分布非常不均勻。>600m的高海拔區變異系數都沒有大于1的元素。

（3）統計各個高程區土壤中元素的富集系數，有以下元素的富集系數大于1.3：

<300m：Hg、Au、Sr、Mo、Na2O；

從總體上說，高程小于300m的土壤對各類元素的富集現象明顯，有5個元素在這個高程區內富集。測區貧乏元素都沒有小于0.7的。

4.5不同pH環境元素分布特征

統計各個pH值區間各種元素的變異系數和富集系數，得到以下結果：

變異系數大于0.8的元素有：

6.5-7.5：Hg（1.478）；

7.5-8.5：Hg（1.175）、Bi（1.06）；

大于8.5：Hg（1.175）；

變異系數大于0.8，其元素呈不均勻分布，測區各pH區間不均勻分布的元素較少。其中Hg元素在pH值6.5之上都保持著較高的變異系數（1.4786～1.175），其次只有Bi元素在在pH7.5～8.5區間變異系數稍微高些（1.06），這些元素在廣泛的pH范圍內分布均勻性都較差，是它們在表生環境中具有典型的地球化學分散特征原因之一。

富集系數大于1.3的有：大于8.5：CaO（2.112）。

富集系數小于0.7的元素有：

小于5.5：Cd（0.646）、CaO（0.279）、MgO（0.671）；

5.5-6.5：CaO（0.403）；

6.5-7.5：CaO（0.489）；

7.5-8.5：

富集系數最大的元素是pH值大于8.5的CaO，其富集系數達到了2.112；而富集系數最小的元素是pH值小于5.5的CaO，其富集系數只有0.279。

此外發現，CaO元素的富集系數，在不同pH段兩極分化嚴重。CaO出現這種現象的原因與其元素或者化合物自身的物化性質有關，比如說CaO在偏酸性環境中以離子形態存在，易于遷移流失，而在堿性環境中，CaO以沉淀的形態存在，不易于遷移，所以堿性環境下的土壤，CaO的富集系數是最高的。

4.6不同母巖土壤元素分布特征

不同類型的母巖類型形成不同類型的土壤，母巖作為土壤最基本、最直接的物質來源，對不同母巖區域土壤元素分布特征的研究意義重大。測區屬低山、丘陵地貌區，土壤形成以殘積、坡積和殘～坡積成土類型為主，土壤在成土過程中遷移一般不遠，土壤理化性質受母巖控制，其元素組合特征對母巖的繼承性比較明顯。泥巖、砂巖是調查區分布的母巖。各種母巖區土壤的元素組合具有如下特征：

砂巖區土壤元素含量相對泥巖區高的元素有：Ag、Ba、Cl、SiO2、Na2O、Sr、Zr；

泥巖區土壤是大多數元素的富集區，尤以As、I、Li、Mo、U等元素較為顯著，本區土壤也有少數元素低于砂巖區，如Na2O、Sr、Ba、Ag、Cl、MgO等。

兩個母巖區土壤pH均顯堿性，泥巖區和砂巖區土壤較接近。

通過對兩個母巖區土壤中各種元素含量平均值高低的比較，可以看出大多數元素的高值都集中在泥巖區的土壤中。

在各種母巖區域中最均勻、或最分散的元素有依次有Al2O3、Au、Be、Bi、Ga、Ge、K2O、P、Rb、Se、SiO2、Tl、W等，這些元素的含量在各種母巖區的土壤中沒有明顯差異、或者差異非常不明顯，其中Ni元素為最典型的分布最均勻的元素（砂巖，泥巖）。

5　結語

通過對云陽縣盤石地區多目標區域地球化學調查研究，可以得出如下結論。

（1）通過與全國土壤元素豐度對比后發現：本調查區未缺失動植物營養元素或有益元素，區內各元素指標和全國土壤豐度相近，而部分有害元素的背景值較低，有益于提高整體的土地質量；

（2）不同土壤及用地類型中達到富集和貧乏的元素并不多，土壤及用地類型對元素的分布影響不大；

（3）高含量土壤元素的數量隨高程增高而減少。絕大部分的元素在各個高程區分布都比較均勻，只有Hg元素的變異系數在兩個高程區（<300m,300～600m）都大于1，MO元素在低海拔地區(<300m)變異系數最大，在200～400m區域分布非常不均勻。從總體上說，高程小于300m的土壤對各類元素的富集現象明顯，Hg、Au、Sr、Mo、Na2O五個元素在這個高程區內明顯富集。

（4）泥巖、砂巖是調查區分布的母巖。砂巖區土壤元素含量相對泥巖區高的元素有：Ag、Ba、Cl、SiO2、Na2O、Sr、Zr；泥巖區土壤是大多數元素的富集區，尤以As、I、Li、Mo、U等元素較為顯著。

[1]王喜寬等：內蒙古河套地區多目標區域地球化學調查成果及其意義.

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P624[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-304-3