重慶市云陽縣盤石地區(qū)表生環(huán)境中土壤地球化學(xué)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(zhì)隊 重慶401120）

重慶市云陽縣盤石地區(qū)表生環(huán)境中土壤地球化學(xué)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(zhì)隊 重慶401120）

本文依托1∶50000云陽縣幅、盤石鎮(zhèn)幅多目標(biāo)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項目，以農(nóng)業(yè)地球化學(xué)調(diào)查為基礎(chǔ)，通過對相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)的分析、研究，系統(tǒng)地闡述了盤石地區(qū)土壤地球化學(xué)元素在表生環(huán)境中的分布特征：（1）區(qū)內(nèi)各土壤元素平均含量和全國土壤元素豐度相近，調(diào)查區(qū)內(nèi)未缺失動植物營養(yǎng)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(zhì)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(shù)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(xiàn)象明顯；（4）泥巖、砂巖是調(diào)查區(qū)分布的母巖。砂巖區(qū)土壤元素含量相對泥巖區(qū)高的元素有：Ag、Ba、Cl、SiO2、Na2O、Sr、Zr；泥巖區(qū)土壤是大多數(shù)元素的富集區(qū)，尤以As、I、Li、Mo、U等元素較為顯著。

農(nóng)業(yè)地球化學(xué)分布特征土壤化學(xué)元素盤石

1　引言

運用區(qū)域地球化學(xué)資料服務(wù)于環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域在國外已早有研究與應(yīng)用，進入21世紀(jì)后，其發(fā)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(lǐng)域的探索，服務(wù)于生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)資源的基礎(chǔ)地學(xué)等多個領(lǐng)域為宗旨的多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查先后在多個省區(qū)開展起來，如浙江省、成都江漢平原多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查、重慶市沿江經(jīng)濟帶生態(tài)調(diào)查成果[2-6]等已公開發(fā)表。該項工作不僅為當(dāng)?shù)卣块T的土地環(huán)境質(zhì)量保護、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，還系統(tǒng)地展示了區(qū)域地球化學(xué)元素的分布和組成特征，為地學(xué)、農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域建立大信息量的、內(nèi)涵豐富的研究平臺[7]。

本文依托1∶50000云陽縣幅、盤石鎮(zhèn)幅多目標(biāo)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項目，以農(nóng)業(yè)地球化學(xué)調(diào)查為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地闡述了盤石地區(qū)土壤化學(xué)元素在不同表生環(huán)境的分布特征，為地方社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和規(guī)劃提供依據(jù)。

2　調(diào)查區(qū)概況

調(diào)查區(qū)位于云陽縣境內(nèi)。云陽地處川東平行嶺谷區(qū)，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(huán)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(qū)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(biāo)高較低處，山地中部主要為中性，山頂?shù)囟蝿t以酸性為主。粗骨土主要發(fā)育在東部三疊系較高地形分布區(qū)，水稻土等人工土主要分布在低洼地及平壩區(qū)。

3　工作方法

3.1樣品采集

多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查采集的樣品主要為表層土壤樣，采樣區(qū)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(qū)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(fù)樣取樣重量在一般樣品重量的基礎(chǔ)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(qū)共取表層土壤單點樣600件。

3.2測試元素及指標(biāo)

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(biāo)。樣品由合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)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(fā)射光譜等一整套大型精密儀器進行測試。采用了標(biāo)準(zhǔn)樣、密碼樣、監(jiān)控樣等多種監(jiān)控手段，保證了分析質(zhì)量的可靠性。

4　表生環(huán)境土壤元素的分布特征

4.1測區(qū)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(biāo)豐度相比，盤石地區(qū)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(zhì)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(nóng)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(shù)據(jù)可以看出：本調(diào)查區(qū)未缺失動植物營養(yǎng)元素或有益元素，這些元素指標(biāo)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(zhì)量。盤石地區(qū)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(tǒng)計比較后發(fā)現(xiàn)，各元素在不同類型土壤中有以下分布特征：

（1）測區(qū)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(qū)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(shù)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(jù)研究區(qū)富集系數(shù)，按土壤富集系數(shù)<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(dá)到富集和貧乏的元素并不多，富集系數(shù)均小于1.6，大多數(shù)元素富集系數(shù)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(jù)研究區(qū)富集系數(shù)，按土壤富集系數(shù)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(shù)折線圖

圖2　不同類型土壤元素富集系數(shù)折線圖

從總體上看，8類用地類型中達(dá)到富集和貧乏的元素并不多，大多數(shù)元素富集系數(shù)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(tǒng)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(qū)在200～800m高程段出露侏羅系沙溪廟組和遂寧組，屬丘陵地區(qū)，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(qū)地層土壤元素分布特征吻合。

（2）統(tǒng)計各個高程區(qū)土壤中元素的變異系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)有以下元素的變異系數(shù)大于1：

<300m：Hg（1.605）、Mo（2.191）；

300-600m：Hg（1.124）；

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

（3）統(tǒng)計各個高程區(qū)土壤中元素的富集系數(shù)，有以下元素的富集系數(shù)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(xiàn)象明顯，有5個元素在這個高程區(qū)內(nèi)富集。測區(qū)貧乏元素都沒有小于0.7的。

4.5不同pH環(huán)境元素分布特征

統(tǒng)計各個pH值區(qū)間各種元素的變異系數(shù)和富集系數(shù)，得到以下結(jié)果：

變異系數(shù)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(shù)大于0.8，其元素呈不均勻分布，測區(qū)各pH區(qū)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(shù)（1.4786～1.175），其次只有Bi元素在在pH7.5～8.5區(qū)間變異系數(shù)稍微高些（1.06），這些元素在廣泛的pH范圍內(nèi)分布均勻性都較差，是它們在表生環(huán)境中具有典型的地球化學(xué)分散特征原因之一。

富集系數(shù)大于1.3的有：大于8.5：CaO（2.112）。

富集系數(shù)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(shù)最大的元素是pH值大于8.5的CaO，其富集系數(shù)達(dá)到了2.112；而富集系數(shù)最小的元素是pH值小于5.5的CaO，其富集系數(shù)只有0.279。

此外發(fā)現(xiàn)，CaO元素的富集系數(shù)，在不同pH段兩極分化嚴(yán)重。CaO出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因與其元素或者化合物自身的物化性質(zhì)有關(guān)，比如說CaO在偏酸性環(huán)境中以離子形態(tài)存在，易于遷移流失，而在堿性環(huán)境中，CaO以沉淀的形態(tài)存在，不易于遷移，所以堿性環(huán)境下的土壤，CaO的富集系數(shù)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(zhì)來源，對不同母巖區(qū)域土壤元素分布特征的研究意義重大。測區(qū)屬低山、丘陵地貌區(qū)，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(yuǎn)，土壤理化性質(zhì)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(diào)查區(qū)分布的母巖。各種母巖區(qū)土壤的元素組合具有如下特征：

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

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

兩個母巖區(qū)土壤pH均顯堿性，泥巖區(qū)和砂巖區(qū)土壤較接近。

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

在各種母巖區(qū)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(qū)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(jié)語

通過對云陽縣盤石地區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查研究，可以得出如下結(jié)論。

（1）通過與全國土壤元素豐度對比后發(fā)現(xiàn)：本調(diào)查區(qū)未缺失動植物營養(yǎng)元素或有益元素，區(qū)內(nèi)各元素指標(biāo)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(zhì)量；

（2）不同土壤及用地類型中達(dá)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(shù)量隨高程增高而減少。絕大部分的元素在各個高程區(qū)分布都比較均勻，只有Hg元素的變異系數(shù)在兩個高程區(qū)（<300m,300～600m）都大于1，MO元素在低海拔地區(qū)(<300m)變異系數(shù)最大，在200～400m區(qū)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(xiàn)象明顯，Hg、Au、Sr、Mo、Na2O五個元素在這個高程區(qū)內(nèi)明顯富集。

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

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P624[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-304-3