明長陵土壤地球化學(xué)特征

陳出新，郭 莉，趙冬冬，呂金波

（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，北京 100195）

0 引言

明長陵[1]位于北京昌平區(qū)十三陵鎮(zhèn)天壽山主峰南麓，是明朝第三位皇帝成祖文皇帝朱棣（年號永樂）和皇后徐氏的合葬陵寢。長陵的陵宮建筑占地約12萬m2。其平面布局呈前方后圓形狀，其前面的方形部分，由前后相連的三進院落組成。第一進院落內(nèi)，明朝時建有神廚（居左）、神庫（居右）各5間，神廚之前建有碑亭1座。第二進院落內(nèi)，北面正中位置建有高大巍峨的祾恩殿。再后是寶城，寶城上有明樓，寶城圍著一座長滿松柏的大土丘，稱“寶頂”。

第一進院落和第二進院落地面鋪滿磚，已經(jīng)無外露土壤，本項目對陵墓五供和寶城處的土壤，以及外圍土壤特征開展地球化學(xué)研究。

1 方法技術(shù)

在明長陵寶城和五供東西兩側(cè)采集表層0～10cm土壤，五供院內(nèi)地面雜草多，土壤含水量低，土質(zhì)堅硬，僅能采集到0～10cm土壤。寶城內(nèi)長滿松柏，地面落葉多，土壤表層腐殖質(zhì)豐富，除去表層腐殖質(zhì)采集土壤剖面樣品。在皇陵外圍的東西南北向布設(shè)土壤剖面，采集表層0～40cm土壤樣品，對皇陵內(nèi)外的土壤特征進行地球化學(xué)研究。

土壤樣品由安徽省地質(zhì)實驗研究中心測試，以國家一級土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW系列）進行準(zhǔn)確度和精密度監(jiān)控。經(jīng)檢驗，樣品分析質(zhì)量符合DD2005-03《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求（試行）》要求。

表1 陵墓表層土壤中元素含量特征

2 土壤元素地球化學(xué)特征研究

對明長陵陵墓土壤元素地球化學(xué)特征研究表明（表1），陵墓表層土壤中Cl、S、P、N、C、Hg、Au和有機質(zhì)含量顯著富集。寶頂西側(cè)土壤Cl、S、P、N、C和有機質(zhì)含量高于其它土壤樣品點，寶城土壤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值范圍為6.09～7.34，為酸性-中性土壤。

陵墓五供東西兩側(cè)表層土壤Hg含量異常，西側(cè)土壤Hg含量為1.623μg/g，東側(cè)土壤Hg含量為4.067μg/g；五供西側(cè)土壤中Au含量異常，為35.8μg/kg，遠遠高于陵墓其它土壤樣品點Au含量值；東側(cè)表層土壤中P含量為1425.6μg/g，高于寶城土壤P含量；陵墓五供區(qū)土壤pH值均大于8，為堿性土壤?；柿晔恐焐昂徒ㄖ拷痤伭系氖褂茫赡苁窃斐杀韺油寥繦g和Au含量異常的主要原因[4]。

3 土壤稀土元素地球化學(xué)特征研究

對長陵陵墓土壤稀土元素地球化學(xué)研究表明，各采樣點土壤稀土總含量范圍為141.25～172.78μg/g，見表2，寶頂西側(cè)土壤975樣品稀土總含量略低于其它土壤樣品，其它土壤樣品之間稀土總含量略有差異，但是和土壤平均稀土總豐度171μg/g在同一數(shù)量級上[5]。

土壤鑭系元素輕組和重組的比值低于中國土壤元素背景值（中國環(huán)境監(jiān)測站，1990）。陵墓土壤δCe和δEu值均小于1，為負異常，土壤δCe略高于中國土壤元素背景值，土壤δCe與中國土壤元素背景值相近。從土壤稀土元素分布模式圖1看出，各采樣點土壤稀土元素分布模式相似，土壤為同源物質(zhì)。

表2 陵墓土壤稀土元素含量特征表 μg/g

圖1 長陵陵墓土壤稀土元素分布標(biāo)準(zhǔn)化圖

4 土壤剖面地球化學(xué)特征研究

（1）垂直土壤剖面地球化學(xué)特征研究

在長陵陵墓寶城采集了3條垂直土壤剖面，對不同深度土壤元素地球化學(xué)特征開展研究，見表3。陵墓寶頂東側(cè)土壤樣品973的Cl 、S 、P、N、C、Hg、Au和有機質(zhì)含量在表層富集，含量隨著深度的增加而降低，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和有機質(zhì)含量超過表層土壤，有機質(zhì)含量達到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，隨著深度的增加土壤變?yōu)橹行浴?/p>

寶頂北側(cè)土壤樣品974的Cl 、S 、P、N、C 、Hg、Au和有機質(zhì)含量也在表層富集，含量隨著深度的增加而降低，土壤pH值均小于6.5，為酸性土壤。

寶頂東側(cè)土壤樣品975的Cl 、S 、P、N、C 、Hg、Au和有機質(zhì)含量仍在表層富集，含量隨著深度的增加而降低；土壤pH值在表層0～5cm和5～10cm分別為7.34和6.56，土壤為中性，10cm以下土壤pH值均小于6.5，為酸性土壤。

（2）水平土壤剖面地球化學(xué)特征研究

表3 陵墓寶城垂直土壤剖面元素含量特征

表4 陵墓外圍水平土壤剖面元素含量特征

在長陵陵墓外圍布設(shè)東西南北向水平剖面，對皇陵外土壤元素地球化學(xué)特征開展研究。外圍土壤Cl、S、P、N、C、Hg、Au和有機質(zhì)含量大部分低于皇陵內(nèi)表層土壤，見表4，外圍土壤pH值高于皇陵內(nèi)土壤，均為堿性土壤。

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）高于陵墓寶城和外圍其它土壤Au含量，表明皇陵內(nèi)土壤Au向陵外遷移。

在陵墓外圍北側(cè)的土壤Hg含量低于土壤自然背景值，南側(cè)土壤Hg含量略高于自然背景值，東側(cè)土壤Hg含量自西向東先增加后逐漸降低，西側(cè)土壤Hg含量自東向西也是先增加后逐漸降低，研究表明位于長陵陵墓正北、正南、正西和正東向土壤沒有受到皇陵內(nèi)高Hg土壤的影響。在皇陵外東南向和西南向的水平土壤剖面上，發(fā)現(xiàn)位于東南向，接近皇陵的土壤Hg含量為1.650μg/g，出現(xiàn)異常，然后土壤Hg含量逐漸降低到0.521μg/g，表明東南側(cè)地區(qū)土壤Hg受到皇陵內(nèi)土壤Hg影響；西南向土壤中Hg含量從0.483μg/g逐漸增加到3.631μg/g，表明有外來Hg物質(zhì)影響土壤Hg含量，陵墓內(nèi)土壤Hg含量不是影響西南向土壤Hg異常的原因。

5 結(jié)語

明長陵陵墓土壤Cl、S、P、N、C、Hg、Au和有機質(zhì)含量顯著富集，表明陵墓土壤經(jīng)過百年歷史，表現(xiàn)出特殊的土壤元素富集特征。幾百年來，沒有被擾動的陵墓土壤中富有高含量的N、C和有機質(zhì)；陵墓建筑使用的Hg和Au在土壤中存留，并對陵墓外土壤環(huán)境造成影響。

[1]劉 鵬.北京明十三陵[J].北京檔案，2006（11）：42～43.

[2]國家環(huán)境保護局.GB 15818-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版杜，1995.

[3]遲清華，鄢明才.應(yīng)用地球化學(xué)元素豐度數(shù)據(jù)手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，2007.

[4]成杭新，莊廣民，趙傳冬等.北京市土壤Hg污染的區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評價[J].地學(xué)前緣（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）；北京大學(xué)），2008，15（9）：126～145.

[5]邢光熹，朱建國.土壤微量元素和稀土元素化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.