青藏高原特殊景观区土壤样品代表性方法试验研究①

刘庆宇 马瑛 姬丙艳 田兴元 韩思琪

青海省第五地质勘查院，青海 西宁 810000

土地质量地球化学调查主要研究土壤的地球化学性质[1]，地形与地貌是形成大地的基本骨架，是土壤形成的重要自然因素，一定的表层岩石、地貌条件加上相关的气候、植被、水文等要素，在反映土壤地球化学性质上占有重要地位[2-5]。青藏高原地貌景观复杂、成土母质多样，青海省在开展土地质量地球化学调查过程中布点原则也有所不同。2009 年之前以网格化布点为主，采样点布设在格子中央位置，2009 年之后采样点布置在土壤易于汇集的沟谷中，布点以考虑成土母质来源为主。关于二者样品代表性、差异性，目前地球化学依据支撑不足，两种采样方法对元素地球化学特征的影响未有明确结论，鉴于以上问题，笔者针对布点方法开展本次方法试验技术研究。

1 方法试验选区

方法试验选择了门源县皇城乡和东川镇两块具有不同地貌景观、成土母质、土壤类型、和土地利用类型的地区进行方法试验（图1，表1）。方法试验面积各64km2，共计128km2，表层土壤采样点各128 个，共计254 个，组合分析样各32件，共计64 件。

图1 皇城试验区和东川试验区地形地貌图Fig1 Topographic and Geomorphological map of Huangcheng and Dongchuan test areas

表1 试验区特征对比表Table 1 Features comparison table in the test area

1.1 皇城试验区

皇城试验区位于门源盆地西北部，地貌为流水侵蚀低山丘陵和冲洪积平原；土地利用类型为天然牧草地为主，夹少量灌木林地（图2）；流水侵蚀低山丘陵区土壤类型为高山草甸土，冲洪积平原土壤类型为黑钙土；山地成土母质以火山岩风化物为主，沟谷中成土母质以冲洪积物为主；植被以芨芨草属、针茅属、冰草属、菊科的蒿属等为优势种，植被覆盖度45%～75%，草层高度15～20cm。皇城试验区面积为64km2，表层土壤采样点128 个，4 个采样点组合为1 件样品，组合分析样为32 件。

图2 皇城试验区土地利用图Fig 2 Land use map of Huangcheng test area

1.2 东川试验区

东川试验区位于门源盆地东部，地貌为流水侵蚀中低山和黄土覆盖低山丘陵；黄土覆盖低山丘陵区土地利用类型以旱地为主，局部天然牧草地，西部为少量水浇地，流水侵蚀中低山区土地利用类型为天然牧草地和灌木林地（图3）；黄土覆盖低山丘陵土壤类型以栗钙土为主，流水侵蚀中低山区以高山草甸土为主；山地土壤成土母质以黄土为主，沟谷中土壤成土母质以次生黄土为主；旱地作物主要有青稞、油菜、燕麦，天然牧草地植被以垂穗鹅观草、短柄草、草地早熟禾、披碱草、蒿草为主，植被覆盖度50%～80%，草层高度25～35cm。东川试验区面积为64km2，表层土壤采样点128 个，4 个采样点组合为1 件样品，组合分析样为32 件。

图3 东川试验区土地利用图Fig 3 Land use map of Dongchuan test area

2 采样方法

“网格化”布点以均匀性为主要原则，按1km×1km 网格布点，采样点布设在格子中央位置，采样位置基本位于坡地，采样时在设计点周围100m 范围内4 处多点采集组合[2]。

图4 采样点位对比图Fig 4 Comparison map of sampling points

“汇水域”布点采用水系沉积物测量理念“最大限度控制汇水域面积”，采样点布设在土壤易于汇集的沟谷地带，且位于采样格子下游位置，采样深度为0～20cm，采样时在设计点周围100m范围内4 处多点采集组合（图4）。两种方法均按4km2组合分析。样品检测由国土资源部合肥矿产资源监督检测中心（安徽省地质实验研究所）按照《多目标区域地球化学调查规范（1∶250000）》[6]和《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》[7]完成。

3 元素含量特征对比

将两种采样方法采集的样品按1 个样品/4km2组合分析，并将元素含量平均值进行对比，求取K 值（k=网格化布点元素评价含量/汇水域布点元素平均含量，皇城试验区用KHC表示，东川试验区用KDC表示）。

皇城试验区：

（1）从表2 可以看出，在皇城试验区KHC>1.2的为Corg、N、TC、As、Au、Hg、Ni、S、Sb、Cr、Bi；KHC<0.8 的为Sr、Cl、CaO。

（2）皇城试验区“网格化”采样样品中Cl、CaO、Sr 含量明显比“汇水域”采样样品含量偏低，风化作用较强时土壤中的CaO 和Sr 极易伴随水流淋失[8]，CaO、Sr、Cl 通过地表径流淋滤作用在沟系中明显汇集，故汇沟谷中元素含量较山地含量偏高。

（3）皇城试验区“网格化”采样样品中N、Corg、TC 含量较“汇水域”采样样品中含量明显偏高。土壤中的N、Corg、TC 与土壤中的微生物密切相关，研究表明坡地中的微生物含量明显高于滩地和沟谷[9]，坡地的土壤在岩石风化物基础上发育的，土壤孔隙度较好，在土壤空隙中寄生大量的细菌、放线菌、固氮菌等，因此具有较强的固氮和有机质分解作用[10]；而沟谷中土壤成土母质以冲洪积物为主，土壤中砂砾石较多，土壤结构紧实，孔隙度低，微生物较少，因此微生物的固氮和有机质分解作用就相对较弱。故土壤中微生物数量差异导致“汇水域”采样样品中N、Corg、TC 含量较“网格化”采样样品含量低。

（4）皇城试验区网格化采样点Au、As、Sb、Cr、Ni、Hg、Bi 含量较汇水域内采样点含量偏高。皇城试验区位于Au、As、Sb、Cr、Ni、Hg、Bi 富集区。坡地土壤成土母质主要为原岩风化物，且坡地土壤厚度在30～70cm 左右，土壤对原岩地球化学继承性更强，而沟谷土壤成土母质以冲洪积物为主，元素在随冲洪积物迁移过程中发生衰减，含量降低，土壤对原岩地球化学特征继承性较低。故“网格化”采样样品中Au、As、Sb、Cr、Ni、Hg、Bi 含量较“汇水域”采样样品含量高。

东川试验区：

（1）从表2 可以看出，在东川试验区KDC>1.2的为Cl、S；无KDC<0.8 的元素。

（2）东川试验区“网格化”采样样品中Cl和S 含量较“汇水域”采样样品含量偏高。沟谷中土壤地表径流相对较强，Cl-和SO2-4大部分通过地表径流淋失并在冲洪积扇下部积累[11]；坡地地下水位较高、地表径流小且蒸发量大，Cl-和SO2-4通过毛细上升作用在表层5cm 处作用形成“盐痂”[11]。黄土中CaO 和Sr 相对较为稳定，故两种采样方法元素含量未见明显差异[9]。

（3）东川试验区两种采样方法元素含量较皇城试验区相对稳定，是由于东川试验区坡地和沟谷中表层土壤成土母质均以黄土或次生黄土为主，黄土的地球化学性质相对稳定，从而使元素含量未发生明显变化。

表2 方法试验元素含量特征对比表Table 2 Comparison table of characteristics of element content in method test

续表2

续表2

4 讨论

从“汇水域”布点和“网格化”布点两种方法取得的数据变异系数来看，“汇水域”布点样品中元素含量的变异系数较“网格化”布点样品含量变异系数普遍较低，意味着沟谷中采集的样品元素含量数据更为稳定，更具代表性。

通过对两处试验区的分析对比，土壤中大部分元素的地球化学特征与成土母质元素地球化学特征密切相关，N、TC、Corg 与土壤中的植被及微生物条件关系更为密切[12]。不同条件下S、Cl、Sr、CaO 含量变化较为明显，通过表3 中门源县全区784 件不同成土母质、土壤类型和土地利用类型土壤样品S、Cl、Sr、CaO 含量对比可以看出，土壤类型和土地利用类型对CaO 和Sr 地球化学特征影响更为明显；成土母质和土壤类型对S 和Cl 的影响更为明显。青藏高原土壤类型受地貌景观垂直分布规律十分明显，另外成土母质和土地利用类型也与地貌景观密切相关[13-15]，因此S、Cl、Sr、CaO 地球化学特征根本上受地貌景观影响[16]。

表3 不同成土母质、土壤类型、土地利用类型元素含量对比Table 3 Comparison of element content of different soil parent material, soil type and land use type

5 结论

（1）“网格化”布点和“汇水域”布点两种工作方法对大多数元素地球化学特征无明显影响；N、TC、Corg 与土壤中的植被及微生物条件影响十分明显；岩石中呈地球化学异常的元素在不同地貌景观土壤中含量差别较大；S、Cl、Sr、CaO地球化学特征变化受地貌景观控制。

（2）以黄土及次生黄土为主要成土母质的地区两种采样方法对元素地球化学特征无明显影响，以岩石风化物和冲洪积物为成土母质的地区两种采样方法对个别元素有较为明显的影响。

（3）鉴于两种不同布点方法的元素地球化学特征，表层土壤样布设应兼顾代表性和均匀性。在以黄土和次生黄土为母质的中低山区、丘陵区以及以冲洪积物为成土母质的平原区布点以均匀性为主导，在格子中央布点，以能代表主要土壤类型或土地利用类型为辅进行布点；在以岩石风化物和冲洪积物为母质的中低山区、丘陵区在更具代表性的沟谷中布点，兼顾主要土壤类型或土地利用类型为辅，尽量均匀布点。