重庆市云阳县盘石地区表生环境中土壤地球化学元素的分布特征研究

■陈彬彬 屈颖聪 李核良

（重庆市地勘局107地质队 重庆401120）

重庆市云阳县盘石地区表生环境中土壤地球化学元素的分布特征研究

■陈彬彬 屈颖聪 李核良

（重庆市地勘局107地质队 重庆401120）

本文依托1∶50000云阳县幅、盘石镇幅多目标基础地质调查项目，以农业地球化学调查为基础，通过对相关调查数据的分析、研究，系统地阐述了盘石地区土壤地球化学元素在表生环境中的分布特征：（1）区内各土壤元素平均含量和全国土壤元素丰度相近，调查区内未缺失动植物营养元素或有益元素，部分有害元素的背景值较低，有益于提高整体土地质量；（2）不同土壤及用地类型对元素的分布影响不大；（3）高含量土壤元素的数量随高程增高而减少，高程小于300m的土壤对各类元素的富集现象明显；（4）泥岩、砂岩是调查区分布的母岩。砂岩区土壤元素含量相对泥岩区高的元素有：Ag、Ba、Cl、SiO2、Na2O、Sr、Zr；泥岩区土壤是大多数元素的富集区，尤以As、I、Li、Mo、U等元素较为显著。

农业地球化学分布特征土壤化学元素盘石

1　引言

运用区域地球化学资料服务于环境、农业等领域在国外已早有研究与应用，进入21世纪后，其发展势头更加快速[1]，并取得了丰硕的研究成果。1999年，我国也开始了这个领域的探索，服务于生态环境、农业、矿产资源的基础地学等多个领域为宗旨的多目标地球化学调查先后在多个省区开展起来，如浙江省、成都江汉平原多目标地球化学调查、重庆市沿江经济带生态调查成果[2-6]等已公开发表。该项工作不仅为当地政府部门的土地环境质量保护、农业产业规划和产业结构调整提供科学依据，还系统地展示了区域地球化学元素的分布和组成特征，为地学、农学、生态学等学科领域建立大信息量的、内涵丰富的研究平台[7]。

本文依托1∶50000云阳县幅、盘石镇幅多目标基础地质调查项目，以农业地球化学调查为基础，系统地阐述了盘石地区土壤化学元素在不同表生环境的分布特征，为地方社会经济可持续发展和规划提供依据。

2　调查区概况

调查区位于云阳县境内。云阳地处川东平行岭谷区，地形近似以东南西北为顶点的菱形，地表由南北向中间倾斜，形成四面环山的盆地地貌。全县地形起伏大，山高坡陡，丘陵平坝少，海拔高度范围95m～1809m。

本区土壤以水稻土、紫色土为主，次为黄壤。土壤分布明显受基岩和地形地貌影响。土壤的垂直差异上，紫色土主要分布在海拔标高较低处，山地中部主要为中性，山顶地段则以酸性为主。粗骨土主要发育在东部三叠系较高地形分布区，水稻土等人工土主要分布在低洼地及平坝区。

3　工作方法

3.1样品采集

多目标地球化学调查采集的样品主要为表层土壤样，采样区面积为150km2，采样密度为4点/km2，采样深度为0～20cm。样品原始重量不低于500g，遇到含砾石较多的地区要保证筛取的粒径样品（<20目部分即小于0.84mm）重量不少于120g；重复样取样重量在一般样品重量的基础上加大一倍（即原始重量不低于1kg），样品加工过筛后，每个子样的重量不少于200g。全区共取表层土壤单点样600件。

3.2测试元素及指标

表层土壤样品测试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项指标。样品由合肥矿产资源监督检测中心采用X射线荧光光谱、等离子光谱、氢化物原子荧光光谱、发射光谱等一整套大型精密仪器进行测试。采用了标准样、密码样、监控样等多种监控手段，保证了分析质量的可靠性。

4　表生环境土壤元素的分布特征

4.1测区土壤元素的总体特征

与全国土壤A层（表层土壤）51种元素或指标丰度相比，盘石地区土壤背景值偏高（背景值/丰度>1.2）的元素有：Cd、Ni、S、N，其中有害元素Cd为全国土壤丰度的2.54倍，明显偏高.对土壤质量的影响较大，而土壤中的有益元素N含量为全国土壤丰度的1.55倍，为对某些农作物生长有促进作用；土壤背景值与全国丰度相差不大（0.6＜背景值/丰度≤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；土壤背景值明显低于全国丰度（背景值/丰度≤0.6）的元素有：As、Cr、Br、Sr、Co、Mo、I、CaO，其中Co的背景值最低，为全国丰度的18%，有害元素As、Cr分别为全国丰度的60%和44%。从分析数据可以看出：本调查区未缺失动植物营养元素或有益元素，这些元素指标和全国土壤相近，而部分有害元素的背景值较低，从而提高了整体的土地质量。盘石地区表层土壤背景值与全国丰度对比表。

4.2不同土壤类型元素的分布特征

通过对不同类型土壤中各元素的含量统计比较后发现，各元素在不同类型土壤中有以下分布特征：

（1）测区分布的3类土壤中，紫色土中高含量元素最多，其次是水稻土，而黄壤中贫乏元素最多。紫色土中的元素含量基本与区域元素背景值相同或略高于背景值，整体分布较均匀。水稻土中富集的元素有：S（254.58）、C（1.35）、Corg（1.10）；贫乏的元素有：CaO （1.12）。黄壤中富集的元素有：I（0.93）；贫乏的元素有：Ni（20.98）、Cu （13.86）、Zn（47.80）、Mn（304.64）、Bi（0.21）、CaO（0.91）、MgO（1.13）。

（2）各种土壤变异系数大于或近等于1的有：

紫色土：Hg（1.347）、Mo（0.983）；

水稻土：Bi（1.522）；

黄壤：CaO（1.003）；

根据研究区富集系数，按土壤富集系数<0.7为贫乏，0.7～1.2与背景值近似，1.2～1.6为略富集，1.7～2.0为富集，进行划分（见图2）。

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

从总体上看，3类土壤中达到富集和贫乏的元素并不多，富集系数均小于1.6，大多数元素富集系数都在1.0左右，基本与背景值持平。

4.3不同用地类型元素的分布特征

根据研究区富集系数，按土壤富集系数1.3～1.7为略富集，1.7～2.0为富集，>2.0为非常富集，<0.7为贫乏进行划分。

略富集：Sr（果园林地1.331）、I（低覆盖草地1.375）、CaO（未利用地1.387）；

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

非常富集:Mo（中覆盖草地2.142）

贫乏：Hg(灌林地0.589)、Hg(低覆盖草地0.697)、I（水田0.695）。

图1　不同类型土壤元素含量变异系数折线图

图2　不同类型土壤元素富集系数折线图

从总体上看，8类用地类型中达到富集和贫乏的元素并不多，大多数元素富集系数都在1.0左右。

4.4不同高程土壤中元素分布特征

（1）对各个高程段土壤的元素平均值进行统计，各个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

工作区在200～800m高程段出露侏罗系沙溪庙组和遂宁组，属丘陵地区，其土壤元素在小于600M含量最高，土壤元素随高程分布的变化特征与测区地层土壤元素分布特征吻合。

（2）统计各个高程区土壤中元素的变异系数，可以发现有以下元素的变异系数大于1：

<300m：Hg（1.605）、Mo（2.191）；

300-600m：Hg（1.124）；

Hg元素的变异系数在两个高程区都大于1，MO元素在低海拔地区变异系数最大，在200～400m区域分布非常不均匀。>600m的高海拔区变异系数都没有大于1的元素。

（3）统计各个高程区土壤中元素的富集系数，有以下元素的富集系数大于1.3：

<300m：Hg、Au、Sr、Mo、Na2O；

从总体上说，高程小于300m的土壤对各类元素的富集现象明显，有5个元素在这个高程区内富集。测区贫乏元素都没有小于0.7的。

4.5不同pH环境元素分布特征

统计各个pH值区间各种元素的变异系数和富集系数，得到以下结果：

变异系数大于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）；

变异系数大于0.8，其元素呈不均匀分布，测区各pH区间不均匀分布的元素较少。其中Hg元素在pH值6.5之上都保持着较高的变异系数（1.4786～1.175），其次只有Bi元素在在pH7.5～8.5区间变异系数稍微高些（1.06），这些元素在广泛的pH范围内分布均匀性都较差，是它们在表生环境中具有典型的地球化学分散特征原因之一。

富集系数大于1.3的有：大于8.5：CaO（2.112）。

富集系数小于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：

富集系数最大的元素是pH值大于8.5的CaO，其富集系数达到了2.112；而富集系数最小的元素是pH值小于5.5的CaO，其富集系数只有0.279。

此外发现，CaO元素的富集系数，在不同pH段两极分化严重。CaO出现这种现象的原因与其元素或者化合物自身的物化性质有关，比如说CaO在偏酸性环境中以离子形态存在，易于迁移流失，而在碱性环境中，CaO以沉淀的形态存在，不易于迁移，所以碱性环境下的土壤，CaO的富集系数是最高的。

4.6不同母岩土壤元素分布特征

不同类型的母岩类型形成不同类型的土壤，母岩作为土壤最基本、最直接的物质来源，对不同母岩区域土壤元素分布特征的研究意义重大。测区属低山、丘陵地貌区，土壤形成以残积、坡积和残～坡积成土类型为主，土壤在成土过程中迁移一般不远，土壤理化性质受母岩控制，其元素组合特征对母岩的继承性比较明显。泥岩、砂岩是调查区分布的母岩。各种母岩区土壤的元素组合具有如下特征：

砂岩区土壤元素含量相对泥岩区高的元素有：Ag、Ba、Cl、SiO2、Na2O、Sr、Zr；

泥岩区土壤是大多数元素的富集区，尤以As、I、Li、Mo、U等元素较为显著，本区土壤也有少数元素低于砂岩区，如Na2O、Sr、Ba、Ag、Cl、MgO等。

两个母岩区土壤pH均显碱性，泥岩区和砂岩区土壤较接近。

通过对两个母岩区土壤中各种元素含量平均值高低的比较，可以看出大多数元素的高值都集中在泥岩区的土壤中。

在各种母岩区域中最均匀、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，这些元素的含量在各种母岩区的土壤中没有明显差异、或者差异非常不明显，其中Ni元素为最典型的分布最均匀的元素（砂岩，泥岩）。

5　结语

通过对云阳县盘石地区多目标区域地球化学调查研究，可以得出如下结论。

（1）通过与全国土壤元素丰度对比后发现：本调查区未缺失动植物营养元素或有益元素，区内各元素指标和全国土壤丰度相近，而部分有害元素的背景值较低，有益于提高整体的土地质量；

（2）不同土壤及用地类型中达到富集和贫乏的元素并不多，土壤及用地类型对元素的分布影响不大；

（3）高含量土壤元素的数量随高程增高而减少。绝大部分的元素在各个高程区分布都比较均匀，只有Hg元素的变异系数在两个高程区（<300m,300～600m）都大于1，MO元素在低海拔地区(<300m)变异系数最大，在200～400m区域分布非常不均匀。从总体上说，高程小于300m的土壤对各类元素的富集现象明显，Hg、Au、Sr、Mo、Na2O五个元素在这个高程区内明显富集。

（4）泥岩、砂岩是调查区分布的母岩。砂岩区土壤元素含量相对泥岩区高的元素有：Ag、Ba、Cl、SiO2、Na2O、Sr、Zr；泥岩区土壤是大多数元素的富集区，尤以As、I、Li、Mo、U等元素较为显著。

[1]王喜宽等：内蒙古河套地区多目标区域地球化学调查成果及其意义.

[2]蔡分良，肖桂义.地表微量元素含量对环境及农业的影响［J］.物探与化探，1993，17(4)：251-256.

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P624[文献码]B

1000-405X（2016）-2-304-3