新疆葉爾羌河流域土壤中元素來源淺析

李惠 周軍 王剛 王慶軍

（①新疆地礦局物化探大隊 昌吉 831100 ②新疆地質調查院 烏魯木齊 830000）

新疆土地質量地球化學調查項目積累了大量的地球化學數據，處理和分析這些數據，并與區域化探成果相結合[1]，從中提取豐富的信息是進一步探討元素在環境中的分布、分配、演化規律研究的重要方向,也是生態環境評價的重要組成部分[2]。謝淑云等[3]運用多重分形分析方法對成都盆地表層土壤中不同種類元素，包括重金屬、主量元素等指標含量的多重分形進行了探討，指出不同種類的元素在表生環境中的多重分形特征顯示出有規律的變化，其分布模式能較好的判斷表層土壤中元素的來源等問題，為生態環境評價提供了新的視角。

1 研究區概況

葉爾羌河流域地處新疆維吾爾自治區的西南部，塔里木盆地的西緣。葉爾羌河發源于喀喇昆侖山，全長1097千米，在阿克蘇綠洲南部與阿克蘇河及和田河交匯，一起匯入塔里木河。

葉爾羌河流域上游面積約5.2萬平方千米，經上游匯水后，流經50千米的狹長地帶，在下游形成了一個典型且完整的山前沖洪積扇平原綠洲。下游主要農耕區面積約0.92 萬平方千米，區內土壤以輕壤和沙壤為主，土壤發育歷史相對較短。

流域內降水稀少、蒸發量強烈、空氣干燥、日照時間長，光熱資源豐富，區域農業生產條件良好。隨著社會經濟的不斷發展，葉爾羌河流域生態環境愈發脆弱，研究其成土母質的地球化學特征和元素來源，可為葉爾羌河流域調整生態系統提供理論參考。

2 數據來源和研究方法

2.1 數據來源

葉爾羌河上游基巖出露區已完成1∶50萬區域化探工作，在5.2萬平方千米的范圍內提取區域化探水系沉積物測量樣品分析數據1952個。下游綠洲區提取1∶25萬土地質量調查分析0～20cm表層土壤樣品數據2126 個，1.5～2 米深層土壤樣品數據593 個。以污染元素As、Pb、Hg 和營養元素P 為例，對葉爾羌河流域土壤中元素來源進行初步分析。

2.2 研究方法

通過19 級累積頻率劃分色區編制As、Pb、Hg、P四種元素的地球化學圖，同時配合元素含量中位數統計對比上下游元素含量與分布特征，直觀清晰地反映元素含量在空間上的分布規律。

利用濃度-面積分形方法（C-A 模型）。自然界中各種化學元素的分布和來源具有復雜性和多樣性，因此成秋明等[4]建立了濃度-面積分形模型：A（C＞υ）∝υ-β，式中A（C＞υ）表示元素含量大于υ 的區域的面積，β為分維數，代表正比的意思。顯然，隨υ 變化的規律取決于指數β 的大小，β 值定量地刻畫了地球化學元素含量分布在該無標度區內的變化復雜程度。在雙對數坐標圖上，高低含量變化特征對應于不同的分形維數，其多段分布的特點，突出表現了元素在地球化學過程中受到的影響，從而可以用來研究復雜環境中元素的分布、分配規律。

3 結果分析

與全疆水系沉積物比較，上游水系沉積物中As、Pb、Hg、P 的中值比值分別為1.17、1.34、0.92 和1.12，除Hg 外其它元素相對富集，Pb 屬明顯富集，表層土壤中As、Pb、P也呈富集趨勢。從圖1可以看出，下游表層土壤中的As、Pb、Hg 元素沿地表葉爾羌河主干徑流形成了狹長的帶狀高背景帶，在元素含量及分布特征上充分說明上游成土母質地球化學背景對下游土壤中元素的含量有著直接影響，尤其是在下游流域綠洲區土壤中，這些元素都在綠洲上游（相當于入水口）的位置形成了高含量區，并向下游逐漸減弱，這一特征也否定了綠洲區成土母質主要來源于風成物質的說法。

近年來由于受氣候的影響、人為因素的干擾和地表徑流的改變等，造成土壤中元素含量分布的變化，這種變化原因將通過濃度-面積分形方法，統計表、深層土壤中元素含量濃度-面積雙對數分布模式對變化和來源進行探討。

圖1 葉爾羌河流域As、Pb、Hg、P地球化學特征圖

從圖1 中的表、深層土壤元素含量濃度-面積雙對數分布模式曲線中可以看出，As、Pb、Hg從表層到深層的變化趨勢是在其前段基本吻合，顯示了從深層到淺層元素分異的繼承性，尤其是As、Pb 前段的一致性最為顯著。表、深層土壤中As 的擬合程度最高，只在高含量區間表層顯示輕微虧損。Pb在低含量區間表、深層土壤擬合，在高含量區間表層土壤中顯示有很明顯的叢集現象，分布更不均勻，比深部具有更多的富集異常，并且表層的含量中值高于深層。Hg在深層土壤中的中值低于表層，總體含量偏低，但在雙對數分布模式曲線中表層Hg在轉折段的含量變化趨勢明顯與深層不同，在向高含量變化過程中表、深土壤之間的繼承性出現差異，深層土壤中顯示有明顯的局部濃集，表層土壤中也表現出高值區分布相對廣泛的特征。在分布模式中差異最大的為P元素，高低含量區域沒有相似性，從深層到淺層含量變化和分異沒有繼承性，表層含量明顯高于深層。

因此，表、深層土壤中As、Pb、Hg、P四種元素，除As從深層到淺層的分異有很好的繼承性外，Pb、Hg、P元素的來源與分布受到的影響較大，變化來自于后期人為和自然共同作用的結果。Pb在地表的富集來源于近年來上游鉛鋅、煤等礦產的開發活動，Hg的變化與地表溫度、氣候干旱、灌溉水網改變以及地表土壤有機質缺乏有關，出現表層貧化但局部富集的特征，而P在地表的富集與后期農田施肥等密切相關，是人類耕作活動直接作用的結果。

4 結論

（1）葉爾羌河下游綠洲區土壤成壤物質來源于上游水系沉積物，土壤中元素主要來源于上游基巖。

（2）表、深層土壤中元素含量具有明顯多重分形特征，即在雙對數坐標下為一連續曲線，而不是簡單分形。濃度-面積分形所指示的元素富集和貧化能夠進一步揭示元素在表生土壤中的變化規律。

（3）葉爾羌河流域表層土壤中母質來源最為清晰的是As元素，而P、Hg來源不同程度的受到人類活動的影響，Pb 顯示母質來源的同時又有后期疊加的影響。

（4）對于新疆由高山河流形成的戈壁綠洲而言，上游地質背景、礦產開發活動對下游土壤的形成和影響最為直接，應是綠洲生態地質環境分析和評價的重要參考因素。