秀山-酉阳地区土壤环境地球化学特征

曾琴琴，王永华，刘才泽，雷风华

秀山-酉阳地区土壤环境地球化学特征

曾琴琴，王永华，刘才泽，雷风华

（中国地质调查局成都地质调查中心，成都，610081）

基于重庆秀山县、酉阳县土壤地球化学调查数据，对深、表层土壤中As、Cd、Cu、Cr、Hg、Ni、Pb、Zn等8个重金属元素的分布特征，土壤的酸碱度、母岩对土壤地球化学特征的影响等进行了分析。结果表明，不同类型土壤中各元素富集特征不同；表、深层土壤均以酸性为主，土壤酸碱度影响重金属的空间富集与贫化特征，适当提高土壤pH值使其呈弱酸性或弱碱性是降低重金属污染的一项有效措施。通过分析，将研究区土壤环境背景分为三类，其中，重金属元素高背景区空间分布的非自然源特征明显，主要为人类活动形成的点状或面状异常，是该区生态环境面临的主要问题。

土壤；地球化学背景；地球化学基准；富集系数。

重庆秀山-酉阳地区位于重庆市东南部，渝、鄂、湘、黔四省结合部位，介于东经108°18′17″-109°19′12″，北纬28°09′43″-29°24′40″之间，面积7 630km2（图1）。研究区属亚热带湿润季风气候，山地气候垂直分异性明显，立体气候显著。区内喀斯特地貌发育典型，大致分为中山区（800~1 895m）、低山区（600~800m）和槽谷平坝区（263~600m）[1]。

图1 研究区位置图

该区农业生产条件极具优势，为重庆市优质粮食基地县，但其生态环境敏感脆弱，是全国尤其是中西部地区生态脆弱与连片贫困重置的代表区域[2-4]。近年来，随着秀山县、酉阳县社会经济快速发展，区内土地资源环境安全面临着严峻的挑战。

本文在分析重庆秀山-酉阳地区土壤构成特点的基础上，着重探讨了土壤中重金属元素分布相关特征，进而分析了区内土壤环境背景，为调查区土壤环境评价与规划提供依据。

1 土壤分布特点

研究区土壤成因多为残坡积、残积形式，土壤以黄壤为主，分布范围广泛，其次是石灰（岩）土，水稻土、紫色土、黄棕壤和新积土相对较少，土壤分布明显受成土母岩和地形地貌的影响和控制。

区内黄壤是主要的旱粮和多经用地，同时也是林业基地，具有明显的发生层次，其农业土壤剖面构型为耕作层-心土层-母质层。自然土表层有10~30cm的未分解或半分解枯枝落叶腐殖质层，其下为粘重、紧实的沉积层，颜色为黄至棕黄色。黄壤的有机质随植被类型而异。在自然土中，有机质由于腐殖质层的存在，可高达5%以上，但心土层则迅速降低，耕作黄壤随熟化程度提高而增加。

石灰（岩）土成土母质是各类碳酸岩风化的残积和坡积物，主要分布于海拔800m以上的石灰岩山区。紫色土从山区过渡带至浅丘区均有分布；水稻土主要分布于浅丘、平原和河谷地区；黄棕壤在重庆市属山地垂直地带性土壤，在温凉湿润的生物气候条件下生成发育的，成土母质为三叠系、二叠系、志留系、寒武系、奥陶系、震旦系地层灰岩、白云质灰岩、砂页岩和板岩风化的坡残积物；新积土则主要分布于沿江河流阶地上绝大多数已开辟为耕地，是肥力水平较高的农耕地。

2 土壤环境地球化学特征

2.1 数据来源及研究方法

表1 研究区土壤重金属元素参数统计表

按照中国地质调查局地质调查技术标准《多目标区域地球化学调查规范 1:250000》（DZ/T0258-2014）要求，表层土壤采样密度为1个样/km2，取样深度为0~20cm，每4km2组成一个分析样；深层土壤采样密度为1个样/4km2，取样深度为150~200cm，每16km2组成一个分析样。土壤样品用4酸（盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸）溶解，本文仅针对As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8个重金属元素指标区域特征进行分析。各指标分析方法以X射线荧光光谱法（XRF）和电感耦合等离子光谱（ICP）为主，以氢化物-原子荧光法（AF）、极谱法（POL）为辅。样品指标的测试由四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心完成。

2.2 土壤酸碱度（pH值）特征

土壤酸碱度（pH值）是土壤的重要特征，对作物生长至关重要，直接影响到土壤养分的有效性和重金属形态与活性。区内表、深层土壤样品分析结果显示，表层与深层土壤pH值变化趋势总体较为一致，局部变化差异较大。由于土壤淋溶强，盐基饱和度低，本区土壤酸度大，以酸性为主（5.0≤pH＜6.5）（绝大多数黄壤pH值小于6.0），表、深层酸性土壤分别占调查区面积的59.29%和46.52%；其次为中性土壤（6.5≤pH＜7.5），表、深层中性土壤分别占调查区面积的23.49%和39.26%；少数为强酸性（pH＜5.0）或碱性土壤（7.5≤pH＜8.5）（参考《土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295-2016）》划分标准）。

2.3 重金属元素的分布

2.3.1 元素的基准值与背景值

土壤元素的基准值通常指土壤未受污染情况下，环境要素中化学元素的含量，反映了环境要素在自然界存在和发展过程中本底的化学组成特征[5]，通常以深层土壤样品平均值作为土壤元素的基准值；土壤元素的背景值是指自然应力和人类活动共同作用条件下土壤元素的分布特征，通常以表层土壤样品的算术平均值表示土壤元素的背景值。它不仅是计算污染指数和地质积累指标的参照标准，更是建立环境质量标准和环境立法的重要依据[6,7]。

图2 表、深层土壤元素变异系数对比图

背景值、基准值单位标注：Hg元素为μg/g，其他元素为mg/g

将表层和深层土壤样品按照同一点、线距进行网格化，得到相同点位的网格数据，用表层与深层土壤元素数据的比值作为元素的（相对）富集系数，可代表空间内任意一点的富集特征，若系数大于1则表示表层土壤元素相对富集，反之则表示表层土壤元素相对贫化，可以用该参数分析判断表层土壤富集（贫化）的影响因素。

2.3.2 元素参数统计特征

研究区土壤重金属元素背景值、基准值等特征参数统计结果见下表1、图2。可见，区内表、深层土壤重金属元素变异系数变化具有统一性，表明土壤中重金属的含量水平很大程度上继承了母岩的特性[8]，多数元素分布较为均匀（变异系数＜0.4），仅As、Cd、Hg元素空间分布均匀性差异较大（变异系数≥0.4）。

图3 AB剖面特征图

2.3.3 不同表层土壤元素分布特征

表2 不同土壤类型元素分布特征统计表

截取调查区跨越多个地层、土壤类型及地貌单元的东西向综合长剖面AB（剖面长48km）。通过对比图3（a）、（b）发现，该剖面多数重金属元素富集特征受土壤酸碱度影响较大，其中，As、Cd、Hg、Pb元素表层土壤较为富集，Cu、Ni、Zn元素表层土壤则相对贫化，而Cr元素总体分布较为均衡；当深、浅层土壤pH值同时升高，呈现中性时，除Hg、Cr、Zn元素外，其他重金属元素富集系数均发生（明显）降低，其中As、Ni、Pb、Zn元素出现贫化；当深、表层土壤pH值同时降低，土壤呈现酸性时，Cu元素贫化明显。

对比图3（a）、（b）、（c），结合全区土壤分布及重金属分析数据发现，不同类型土壤中各元素富集特征不同。其中，石灰土中Pb、Cd、Zn、As等多种重金属元素富集，而紫色土As、Pb、Hg等元素贫乏，详见下表2。

其他资料显示，区内水田中元素As元素富集，Hg元素贫乏；旱地无明显富集的元素，但Hg元素贫乏；林地、灌木林地无明显富集的重金属元素，Hg、Pb、Cd元素贫乏。

3 土壤环境背景评价

依据国家有关标准（表3），对研究区重金属元素进行评价，进一步将研究区环境背景划分为三等（图4），其中，重金属元素低背景区表示重金属元素含量低，土壤环境清洁，各重金属元素含量均在土壤环境质量二级标准控制范围内，土壤环境安全；重金属元素中背景区由重金属中含量达到二级标准值的1~2倍的元素确定，土壤环境相对安全；重金属元素高背景区由重金属元素中含量达到二级标准值的2倍以上的元素确定，土壤环境存在一定的污染，需要通过对农作物等植物中重金属元素的有效性分析等进一步确定土壤环境安全度。

表3 土壤环境质量标准值（单位：mg/kg）

地球化学元素的化学迁移时刻都在进行着，这种表生地球化学作用使土地中化学元素组成发生分异。易溶解、易迁移的元素因向地下更深处或下游迁移而不断贫化，不易迁移的元素则在原地聚集累积。除Cd、Hg、Pb元素外，大部分元素源于自然成壤作用[9]。人类工程经济活动越来越成为表生带地球化学元素再分配的重要动力之一[10]。通过对比全区表层元素富集系数发现，区内重金属元素低背景区、中背景区、高背景区分别占调查区面积的39.36%、45.15%，15.49%。重金属元素高背景区主要由As、Cd、Hg三个重金属元素引起，其富集系数均在等1.5以上，具有明显的局部异常，非自然源特征明显。这是由于表层土壤元素地球化学分布特征受多种因素影响，自然地质背景是元素地球化学分布、分配的主控因素，决定了元素地球化学分布的宏观性背景特征，而人类活动则在自然背景上形成了点状或面状异常。

4 结语

重庆秀山-酉阳地区土壤重金属元素富集特征与土壤类型有关。研究区土壤以酸性为主，需要对酸性土壤实施改良以改善酸碱度来提高农业产量。重金属元素分布受表、深层土壤酸碱度共同影响，且多数元素会随土壤由酸性变为中性而局部贫化。

图4 土壤环境背景评价图

土壤环境质量的优劣对生物体的影响是间接的，具有延缓性和后续性，其危害一般通过食物链中生物逐级积累方能显示出来[11]。区内As、Cd、Hg等存在明显的局部集聚，且多受人类活动（矿产企业、工业开发等）影响较大，需要引起重视，通过土壤重金属治理与修复、合理规划使用土地，正确处理好人与自然、经济的协调发展关系，使国民经济健康、持续发展。

[1] 陈心佩，信桂新，魏朝富，贫困山区弃耕撂荒及其影响因素分析—以重庆市酉阳县两乡四村为例[J]．西南大学学报（自然科学版），2016,38（9）：166-174.

[2] 陈兰，信桂新，袁晓燕．贫困山区农村居民点整理潜力及其空间分异[J]．西南大学学报（自然科学版），2012,34(1):99-105．

[3] 卓仁贵，信桂新，喻鸥．西南丘陵山区县级土地利用分区研究—以重庆市酉阳县为例[J]．西南大学学报（自然科学版），2009,31(11):81-86．

[4] 花晓波，阎建忠，袁小燕．劳动力务农机会成本上升对丘陵山区农地弃耕的影响—以重庆市酉阳县为例[J]．西南大学学报（自然科学版），2014,36(1):111-119．

[5] 成杭新，李括，李敏，等，中国城市土壤化学元素的背景值与基准值[J]．地学前缘，2014,21（3）：265-306.

[6] 张秀芝，杨志宏，马忠社，等，地球化学背景与地球化学基准[J]．地质通报，2006,25（5）：626-629.

[7] Meybeck M, Horowitz A J, Grosbois C. The geochemistry of Seine River Basin particulate matter: distribution of an integrated metal pollution index [J]. Science of the Total Environment.2004,328:219-236.

[8] 唐诵六，土壤重金属地球化学背景值影响因素的研究[J]．环境科学学报，1987,7（3）：245-252.

[9] 张秀芝，裴晓东，马忠社，等，翼东平原元素地球化学分布模式及其在区域环境资源评价中的营养[J]．地质科技情报，2010,29（5）：89-95.

[10] 李瑞敏，候春堂，刘永生，等，农业地质地球化学评价的理论与方法初探[J]．地质科技情报，2005,24（4）：83-86.

[11] 毛大发，鄢新华，刘小兵，等，试论南昌-莲塘一带土壤环境地球化学特征及其环境质量[J]．地质与勘探，2003,39（3）：72-77.

Pedogeochemistry in the Xiushan-Youyang Region

ZENG Qin-qin WANG Yong-hua LIU Cai-ze LEI Feng-hua

(Chengdu Center, China Geological Survey, Chengdu 610081)

This paper has a discussion on distribution of heavy metallic elements such as As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb and Zn in surface and deep soil, soil pH value and effect of parent rock on soil geochemistry in Xiushan and Youyang, Chongqing based on pedogeochemical survey. The study shows that element enrichment is different in different soil types. Heavy metal content in soil is controlled by pH value. pH values for the surface and deep soils in the studied area are less than 7. Heavy metallic element content backgrounds in soil of this region may be divided into 3 types. High heavy metal element content background is characterized by point or facial anomalies due to human activities which is main ecological environment problem in this region.

soil; environmental geochemistry; geochemical background; geochemical baseline; enrichment coefficient.

2018-07-28

中国地质调查局项目“成渝地区1:25万土地质量地球化学调查”（DD2016314）

曾琴琴（1982- ），女，高级工程师，博士，主要从事区域物化探数据处理与解释

[P67]

A

1006-0995（2019）02-0294-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.02.024