海南岛砖红壤中微量元素含量及其分布特征研究

王军广，李晨晨，赵志忠，赵广孺，毕 华，张忠伟

（海南师范大学 地理与旅游学院，海南 海口 571158）

海南岛砖红壤中微量元素含量及其分布特征研究

王军广，李晨晨*，赵志忠，赵广孺，毕 华，张忠伟

（海南师范大学 地理与旅游学院，海南 海口 571158）

以海南岛发育典型的砖红壤为研究对象，对其不同剖面微量元素的组成特征和分异变化规律进行研究，发现不同剖面微量元素的含量变化趋势具有一定的相似性，土壤母质是决定砖红壤微量元素含量和分异的主要原因；而人类活动对砖红壤剖面中的部分微量元素的含量与分异具有一定影响，导致少量Cr、As、Pb等有害外源微量元素进入土壤并趋于在土壤的浅层富集.

微量元素；砖红壤；分布特征；海南岛

土壤是由各种岩石风化产物、松散沉积物（成土母质）发育而形成的近地表自然介质，土壤中常量元素、微量元素的组成及其变化特征是反映土壤发育、成土过程及其演化的重要指标.土壤中微量元素是土壤的重要组成成分，是表征土壤质量的重要因子.土壤微量元素的组成及其空间变化特征直接反映了土壤发育、成土及其演化过程.不管是由宏观还是微观的尺度观测，土壤微量元素的空间变异性均存在.因此，研究土壤中微量元素含量的空间变化对认识本区土壤微量元素的空间变异结构、流域农业生产合理布局、土壤资源综合治理都具有重要的意义［1］.近年来，人们在重视土壤中微量元素含量的横向变化研究的同时［2-4］，也对土壤中微量元素含量的垂向变化研究予以了高度重视［5-7］.本文选择海南岛占地面积最大、发育典型的砖红壤作为研究对象，探讨区内砖红壤发育演化过程中微量元素的分布特征，在此基础上分析不同剖面微量元素含量的纵向变化特点及其形成机理.

1 研究区概况

海南岛是中国仅次于台湾岛的第二大岛，地处北纬18°10′～20°10′，东经108°37′～111°03′之间，总面积约3.39×104km2，是一个穹形山体的海岛，四周低平，中间高耸，由山地、丘陵、台地、平原组成环形层状地貌.海南岛地处热带，属热带季风气候，是我国最具有热带海洋气候特色的地区，全年暖热，雨量充沛，干湿季节明显.

研究区内的土壤发育较成熟，可分为黄壤、砖黄壤、砖红壤、赤红壤、燥红土等5大类型，其中本次研究对象—砖红壤是区内最主要的土壤类型，占全岛土壤面积的63.85％，主要分布于阶地、台地及海拔400 m以下的低丘地带，按其成土母质特征又可分为玄武岩砖红壤、浅海沉积物砖红壤、花岗岩砖红壤、砂页岩砖红壤，其中又以后两者分布最广［8］.

2 样品采集与分析方法

研究区位于海南岛内，包括乐东县、东方市、昌江县、儋州市、白沙县、五指山市、文昌县、定安县等市县.本次研究主要选择研究区内砖红壤发育较好的11个剖面进行研究.其中7个剖面分别采集了淋溶层（A层）、淀积层（B层）、母质层（C层）3层土壤样品，4个剖面采集了淀积层（B层）、母质层（C层）2层土壤样品，同一层位采集多个样品充分混合，得到的土样在室内经自然晾干，风干后用玛瑙研钵磨细，然后过200目尼龙筛，选取20 g用于Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Cd、Pb等微量元素含量的测定.土壤微量元素含量分析采用ICP-MS方法进行，全部分析项目由中科院贵阳地球化学研究所资源与环境测试分析中心完成.

3 分析与讨论

3.1 微量元素的组成特征

本次研究中，昌江车站、五指山庄、琼海长坡和嘉积、琼中城北等5个采样点的土壤类型属于花岗岩砖红壤，其余的6个属于砂页岩砖红壤，各剖面样品的部分微量元素平均含量见表1.

表1 海南岛各砖红壤剖面的微量元素平均含量及与其他土壤的对比 mg/kgTab.1 The concentrations of trace elements in the soils derived froMdifferent latosol profiles in Hainan Island and their comparasion With other soils of China mg/kg

根据表1所列的各剖面微量元素的含量，并与中国南方砖红壤、中国土壤、世界土壤平均含量进行对比，可以发现研究区内微量元素分布存在以下规律：1）区内砖红壤剖面中Cu、Zn、Cd、Pb等4种微量元素的平均含量普遍高于中国南方砖红壤的平均值，除Zn外，其他3种元素的平均含量基本上高于或接近全国土壤平均值（安定仙沟的Cd平均含量接近0.097）；除昌江车站As的平均含量略低于世界土壤平均值外，其他各剖面的Cu、As、Pb平均含量多高于世界土壤平均值，其中Pb高于世界土壤平均值2～4倍；而文昌抱罗剖面As和乐光农场剖面Pb的平均含量偏高，分别高于世界土壤平均值的8倍、5倍.2）除了儋州那大剖面的Cr、文昌抱罗剖面的Mo、琼中城北剖面的Co外，各剖面的Cr、Co、Ni、Mo、Cd等微量元素的平均含量则普遍低于或稍微高于中国南方砖红壤的平均值和世界土壤平均值；其中各剖面Mo的平均含量比中国南方砖红壤平均值低的多.3）不同母质土壤的部分微量元素含量有一定的差别，如由砂页岩风化而成的砖红壤中As等元素的平均含量明显高于花岗岩砖红壤；同一母质的五指山庄花岗岩砖红壤剖面各微量元素含量均高于昌江车站，这说明土壤母质对土壤微量元素的含量有一定的决定作用.4）儋州那大剖面Cr的平均含量明显偏高，高出中国土壤平均值和世界土壤平均值2倍多.

由以上可以看出，区内砖红壤中微量元素的平均含量与中国南方砖红壤平均值存在明显的差异，而且不同剖面、不同母质砖红壤之间，其元素组成也存在明显的区别，结合微量元素的形态特征，可以认为土壤母质是决定区内土壤微量元素分布的重要因素之一.与中国南方砖红壤相比，作为农作物主要营养元素之一的Mo在区内土壤原始储备中明显不足，而Cu、Pb、Zn、Cd等5种微量元素含量偏高，Cr、Co、Ni、As等元素则在不同地区、不同剖面显示出不同的组成特征［8］.

表2 海南岛砖红壤剖面的微量元素组成 mg/kgTab.2 The contents of trace elements in the soils derived froMthe latosol profiles in Hainan Island mg/kg

3.2 微量元素的垂直结构特征分析

不同砖红壤剖面中微量元素不同层位的含量见表2，不同剖面上下层位微量元素的变化趋势见图1.由图1可以发现砖红壤剖面中微量元素在垂直分布上存在以下规律：

1）昌江车站、文昌城北、定安仙沟、文昌抱罗等土壤剖面中，淀积层中的9种微量元素含量全部高于下层母质层微量元素含量，这说明微量元素在淀积层中富集，其中As、Mo等元素富集程度相对较高；文昌抱罗、定安仙沟土壤剖面中，母质层中的9种微量元素含量全部高于上层淋溶层微量元素含量，说明淋溶层受淋溶作用影响大，微量元素在其下层富集；其余剖面中淋溶层、淀积层、母质层微量元素的含量变化各不相同.

2）除乐东卫校、琼中城北土壤剖面不甚明显外，同一剖面淋溶层、淀积层、母质层微量元素变化趋势有一定的相似性，说明土壤微量元素含量的垂直变化从根本上是取决于土壤母质的特征.一般认为，同一剖面砖红壤的浅、深层土壤是在同一地貌单元、同一成土母质的基础上发育而成，因而其微量元素含量特征及上下层变化趋势应一致.当然，不同砖红壤剖面由于母质的差别而可以造成微量元素的含量与变化趋势有所不同（见表2）［9］.

3）除乐东卫校和其他剖面个别元素外，砖红壤剖面淀积层中的微量元素含量均高于下部母质层的含量，而母质层微量元素的含量又高于淋溶层中微量元素的含量，即可以表示为：淀积层＞母质层＞淋溶层.造成这一现象的主要原因是区内岩石在风化成土演化过程中，继承母质微量元素特征的淋溶层微量元素经地表水淋溶后大量迁移至淀积层中富集，从而造成淋溶层微量元素相对亏损而淀积层相对富集，并在剖面上显示出微量元素含量分布具有B层＞C层＞A层的特征［10］.

4）花岗岩砖红壤9个微量元素在各层中的分异规律不甚明显，如Cr、As、Zn在各剖面中的母质层含量相对较低，Ni则在淋溶层中含量较低，而Cd则在淀积层中含量最低.究其原因是由于花岗岩耐风化作用较强，使得土壤发育程度相对较弱，土壤中微量元素的分异程度较差.如在琼海嘉积、琼中城北、五指山庄的砖红壤剖面中，Cr、Co、Ni、Zn、Cd等元素在剖面上显示的分异规律明显不一，其中Cr、Zn、Cd等元素因为相对难以淋溶而在淋溶层中残存，而淋溶层内其他易溶物质被优先迁移，从而表现出上述元素在该层相对富集的特征，即其淋溶层含量高于淀积层或母质层.而Co、Ni等元素则不同，其中Ni反而是在母质层含量较高［9-11］.

5）所有的砖红壤剖面中，As元素均表现出上层富集的特征，造成这一现象的主要原因是区内的人类活动使土壤表层发生了As的叠加富集.近年以来，由于农民大量使用了农药及老鼠药，致使大量有毒的As元素进入土壤表层，经淋溶后，大部分As又迁移至淀积层富集.需引起重视的是，区内的人类活动已引起部分地段土壤中As含量超标，已成为区内环境安全的主要隐患.

6）儋州那大砖红壤剖面中Cr、Pb元素、文昌城北的Cr元素和五指山庄的Pb元素上层富集程度极高，主要是由于该剖面受区内工业污染，废气中的Pb回落到土壤表层，所以该剖面土壤表层Pb高于淀积层和母质层，工业废水中的Cr通过直接排放或者是一些含Cr矿物露天堆放，在化学风化和大气降水的作用下，使其进入土壤，在淋溶层或淀积层聚集［12］.

4 结论

通过对海南岛不同砖红壤剖面微量元素含量特征及变化趋势进行分析研究，可以得出如下几点结论：

1）海南岛砖红壤中微量元素含量及其分异变化从本质上来说是取决于土壤母质的特征.除极个别剖面元素外，各剖面中Cu、As、Pb平均含量多高于世界平均值，而Cr、Ni、Mo、Cd等微量元素的平均含量普遍低于世界土壤平均值；同一剖面砖红壤的浅、深层土壤是在同一地貌单元、同一成土母质的基础上发育而成，因而其微量元素含量特征及上下层变化趋势基本一致，不同砖红壤剖面由于母质的差别而可以造成常量元素与微量元素的含量与变化趋势有所不同.

2）砖红壤中的微量元素含量主要受到成土母质的制约，其浅层土壤微量元素含量与深层土壤微量元素含量具有一定的继承关系，土壤微量元素在发育程度较好的剖面中具有明显的B层＞C层＞A层的特征，但土壤发育程度较差的花岗岩砖红壤剖面，土壤元素的分异现象较差，元素迁移富集的规律性不甚明显.此外，区内人类生产活动可导致部分有害元素如As在土壤浅层富集并最终影响着土壤的环境质量，因此，应该重视和加强土壤的污染治理和环境保护［13-16］.

3）人类活动对海南岛砖红壤剖面中的微量元

book=228,ebook=116人员或高等学校教师编写海南少数民族体育旅游导游手册或相关资料，加快培养和培训民俗体育旅游专门人才等等，使少数民族体育旅游在海南国际旅游岛建设中成为国内外极具竞争力的产业之一.

通控制方法比传统的固定相序定时控制在车辆延时方面有较好地改进，可有效地克服由于道路交通不确定性所带来的车辆延误等问题，为实现城市交通系统智能化提供极为重要的参考.

［1］陈铁明，龚荣盛，Samuel H Huang.G一种新的快速模糊规则提取方法[J].控制与决策2008，23（9）：1015-1020.

［2］袁兵，江丽，朱宏辉.基于粗糙集理论的模糊控制规则的获取方法[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2005，29（3）：453-454.

［3］刘智勇.智能交通控制理论及其应用 [M].北京：科学出版社，2003.

［4］杨佩昆.交通管理与控制 [M].北京：人民交通出版社，1995.

［5］王艳娜，周子力，王新伟.基于模糊控制的多相位交叉口交通信号控制[J].计算机工程，2006，32（2）：229-231.

［6］史开泉，崔玉泉.S-粗集和它的一般结构[J].山东大学学报：理学版，2002，37（6）：471-474.

［7］Shi K Q.S-rough sets and application in diagnosis-recognition for disease[J].IEEE Proceedings of the First International Conference on Machine Learning and Cybemetics，2002，4（1）：50-54.

［8］Shi K Q，Chang T C.One direction S-rough sets[J].International Journal of Fuzzy Mathematics，2003，11（2）：525-543.

［9］PaWlak Z.Rough Sets[J].International Journal of International Sciences，1982（11）：341-356.

［10］张达，吕智林，何小阳.基于粗糙集理论的公交优先控制算法[J].广西大学学报，2007，32（增刊3）：48-51.

［11］董超俊，刘智勇，刘贤坤.基于粗糙集的区域交通控制交通量属性约简[J].系统仿真学报，2006，18（6）：1524-1528.

［12］杨立才，贾磊，赵建立，等.基于粗集理论的交通控制系统研究[J].中国公路学报，2005，18（2）：79-83.

［13］胡慧，刘丽莎，刘国荣.基于粗集理论的模糊交通控制器的设计与实现[J].电子质量，2003（12）：22-24.

［14］张文修，吴伟志，梁吉业，等.粗糙集理论与方法[M].北京：科学出版社，2001.

［15］刘清.Rough集及Rough推理[M].北京：科学出版社，2001.

［16］吴晓莉，林哲辉.MATLAB辅助模糊系统设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

［17］肖伟，刘忠，曾新勇，等.MATLAB程序设计与应用[M].北京：清华大学出版社，2006.

参考文献

［1］夏敏慧.海南体育旅游开发研究[M].北京：北京体育大学出版社，2005：140-147.

［2］吴必虎.区域旅游规划原理[M].北京：中国旅游出版社，2001：30-31.

［3］黄震方.海滨生态旅游开发模式的研究[D].南京：南京师范大学博士论文，2003.

［4］鲍明晓.体育产业—新的经济增长点[M].北京：人民体育出版社，2002.

［5］王天军.少数民族体育旅游的特征及其开发原则[J].新疆大学学报：自然科学版，2000，17（2）：93-96.

［6］王天军.少数民族体育与旅游经济互补研究[J].新疆大学学报：自然科学版，2000，17（4）：89-92.

责任编辑：毕和平

Study on Distribution Pattern and Contents of Trace Elements of Latosol in Hainan Island

This paper takes typically developed latosol in Hainan island as research object.The study on content features of the trace elements of different soils froMdifferent latosol profiles indicated that the trace elements of soils shoWa similar variation trend，the contents of the trace elements of the soils and their change tendency are determined by the parent material of the soils.On the other hand，some contents and change of latosol profiles have been impacted by human activity，the trace elements of the soils such as Cr、As、Pb can be enriched in the lower layer of the latosol profiles because of human activities.

trace elements；latosol；distribution pattern；Hainan Island

S 159

A

1674-4942（2010）02-0188-05

2010-02-17

海南省自然科学基金项目（40879）；教育部留学回国人员科研启动基金项目；海南师范大学“遥感与地理信息系统”重点学科联合资助项目；海南省教育厅高等学校科研项目（H jkj2010-28）

*通讯作者

WANG Junguang，LI Chenchen*，ZHAO Zhizhong，ZHAO Guangru，BI Hua，ZHANG Zhongwei

（College of Geography and Tourism，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）