明长陵土壤地球化学特征

陈出新，郭 莉，赵冬冬，吕金波

（北京市地质调查研究院，北京 100195）

0 引言

明长陵[1]位于北京昌平区十三陵镇天寿山主峰南麓，是明朝第三位皇帝成祖文皇帝朱棣（年号永乐）和皇后徐氏的合葬陵寝。长陵的陵宫建筑占地约12万m2。其平面布局呈前方后圆形状，其前面的方形部分，由前后相连的三进院落组成。第一进院落内，明朝时建有神厨（居左）、神库（居右）各5间，神厨之前建有碑亭1座。第二进院落内，北面正中位置建有高大巍峨的祾恩殿。再后是宝城，宝城上有明楼，宝城围着一座长满松柏的大土丘，称“宝顶”。

第一进院落和第二进院落地面铺满砖，已经无外露土壤，本项目对陵墓五供和宝城处的土壤，以及外围土壤特征开展地球化学研究。

1 方法技术

在明长陵宝城和五供东西两侧采集表层0～10cm土壤，五供院内地面杂草多，土壤含水量低，土质坚硬，仅能采集到0～10cm土壤。宝城内长满松柏，地面落叶多，土壤表层腐殖质丰富，除去表层腐殖质采集土壤剖面样品。在皇陵外围的东西南北向布设土壤剖面，采集表层0～40cm土壤样品，对皇陵内外的土壤特征进行地球化学研究。

土壤样品由安徽省地质实验研究中心测试，以国家一级土壤标准物质（GBW系列）进行准确度和精密度监控。经检验，样品分析质量符合DD2005-03《生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）》要求。

表1 陵墓表层土壤中元素含量特征

2 土壤元素地球化学特征研究

对明长陵陵墓土壤元素地球化学特征研究表明（表1），陵墓表层土壤中Cl、S、P、N、C、Hg、Au和有机质含量显著富集。宝顶西侧土壤Cl、S、P、N、C和有机质含量高于其它土壤样品点，宝城土壤Hg和Au含量接近土壤自然背景值0.15 μg/g[2]和1.4 μg/kg[3]，土壤pH值范围为6.09～7.34，为酸性-中性土壤。

陵墓五供东西两侧表层土壤Hg含量异常，西侧土壤Hg含量为1.623μg/g，东侧土壤Hg含量为4.067μg/g；五供西侧土壤中Au含量异常，为35.8μg/kg，远远高于陵墓其它土壤样品点Au含量值；东侧表层土壤中P含量为1425.6μg/g，高于宝城土壤P含量；陵墓五供区土壤pH值均大于8，为碱性土壤。皇陵石碑涂朱砂和建筑涂金颜料的使用，可能是造成表层土壤Hg和Au含量异常的主要原因[4]。

3 土壤稀土元素地球化学特征研究

对长陵陵墓土壤稀土元素地球化学研究表明，各采样点土壤稀土总含量范围为141.25～172.78μg/g，见表2，宝顶西侧土壤975样品稀土总含量略低于其它土壤样品，其它土壤样品之间稀土总含量略有差异，但是和土壤平均稀土总丰度171μg/g在同一数量级上[5]。

土壤镧系元素轻组和重组的比值低于中国土壤元素背景值（中国环境监测站，1990）。陵墓土壤δCe和δEu值均小于1，为负异常，土壤δCe略高于中国土壤元素背景值，土壤δCe与中国土壤元素背景值相近。从土壤稀土元素分布模式图1看出，各采样点土壤稀土元素分布模式相似，土壤为同源物质。

表2 陵墓土壤稀土元素含量特征表 μg/g

图1 长陵陵墓土壤稀土元素分布标准化图

4 土壤剖面地球化学特征研究

（1）垂直土壤剖面地球化学特征研究

在长陵陵墓宝城采集了3条垂直土壤剖面，对不同深度土壤元素地球化学特征开展研究，见表3。陵墓宝顶东侧土壤样品973的Cl 、S 、P、N、C、Hg、Au和有机质含量在表层富集，含量随着深度的增加而降低，但是在深度40-50cm的土壤中各元素的含量突然增加，Cl 、S 、P、N、C和有机质含量超过表层土壤，有机质含量达到13.36%；土壤pH值由6.91降到6.04，然后又升高到6.95，土壤由中性降到酸性，随着深度的增加土壤变为中性。

宝顶北侧土壤样品974的Cl 、S 、P、N、C 、Hg、Au和有机质含量也在表层富集，含量随着深度的增加而降低，土壤pH值均小于6.5，为酸性土壤。

宝顶东侧土壤样品975的Cl 、S 、P、N、C 、Hg、Au和有机质含量仍在表层富集，含量随着深度的增加而降低；土壤pH值在表层0～5cm和5～10cm分别为7.34和6.56，土壤为中性，10cm以下土壤pH值均小于6.5，为酸性土壤。

（2）水平土壤剖面地球化学特征研究

表3 陵墓宝城垂直土壤剖面元素含量特征

表4 陵墓外围水平土壤剖面元素含量特征

在长陵陵墓外围布设东西南北向水平剖面，对皇陵外土壤元素地球化学特征开展研究。外围土壤Cl、S、P、N、C、Hg、Au和有机质含量大部分低于皇陵内表层土壤，见表4，外围土壤pH值高于皇陵内土壤，均为碱性土壤。

靠近皇陵南向土壤Au含量（6.1μg/kg）和西南向土壤Au含量（6.9μg/kg和7.7μg/kg）高于陵墓宝城和外围其它土壤Au含量，表明皇陵内土壤Au向陵外迁移。

在陵墓外围北侧的土壤Hg含量低于土壤自然背景值，南侧土壤Hg含量略高于自然背景值，东侧土壤Hg含量自西向东先增加后逐渐降低，西侧土壤Hg含量自东向西也是先增加后逐渐降低，研究表明位于长陵陵墓正北、正南、正西和正东向土壤没有受到皇陵内高Hg土壤的影响。在皇陵外东南向和西南向的水平土壤剖面上，发现位于东南向，接近皇陵的土壤Hg含量为1.650μg/g，出现异常，然后土壤Hg含量逐渐降低到0.521μg/g，表明东南侧地区土壤Hg受到皇陵内土壤Hg影响；西南向土壤中Hg含量从0.483μg/g逐渐增加到3.631μg/g，表明有外来Hg物质影响土壤Hg含量，陵墓内土壤Hg含量不是影响西南向土壤Hg异常的原因。

5 结语

明长陵陵墓土壤Cl、S、P、N、C、Hg、Au和有机质含量显著富集，表明陵墓土壤经过百年历史，表现出特殊的土壤元素富集特征。几百年来，没有被扰动的陵墓土壤中富有高含量的N、C和有机质；陵墓建筑使用的Hg和Au在土壤中存留，并对陵墓外土壤环境造成影响。

[1]刘 鹏.北京明十三陵[J].北京档案，2006（11）：42～43.

[2]国家环境保护局.GB 15818-1995土壤环境质量标准[S].北京:中国环境科学出版杜，1995.

[3]迟清华，鄢明才.应用地球化学元素丰度数据手册[M].北京：地质出版社，2007.

[4]成杭新，庄广民，赵传冬等.北京市土壤Hg污染的区域生态地球化学评价[J].地学前缘（中国地质大学（北京）；北京大学），2008，15（9）：126～145.

[5]邢光熹，朱建国.土壤微量元素和稀土元素化学[M].北京：科学出版社，2003.