秀山-酉陽地區(qū)土壤環(huán)境地球化學特征

曾琴琴，王永華，劉才澤，雷風華

秀山-酉陽地區(qū)土壤環(huán)境地球化學特征

曾琴琴，王永華，劉才澤，雷風華

（中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都，610081）

基于重慶秀山縣、酉陽縣土壤地球化學調(diào)查數(shù)據(jù)，對深、表層土壤中As、Cd、Cu、Cr、Hg、Ni、Pb、Zn等8個重金屬元素的分布特征，土壤的酸堿度、母巖對土壤地球化學特征的影響等進行了分析。結(jié)果表明，不同類型土壤中各元素富集特征不同；表、深層土壤均以酸性為主，土壤酸堿度影響重金屬的空間富集與貧化特征，適當提高土壤pH值使其呈弱酸性或弱堿性是降低重金屬污染的一項有效措施。通過分析，將研究區(qū)土壤環(huán)境背景分為三類，其中，重金屬元素高背景區(qū)空間分布的非自然源特征明顯，主要為人類活動形成的點狀或面狀異常，是該區(qū)生態(tài)環(huán)境面臨的主要問題。

土壤；地球化學背景；地球化學基準；富集系數(shù)。

重慶秀山-酉陽地區(qū)位于重慶市東南部，渝、鄂、湘、黔四省結(jié)合部位，介于東經(jīng)108°18′17″-109°19′12″，北緯28°09′43″-29°24′40″之間，面積7 630km2（圖1）。研究區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候，山地氣候垂直分異性明顯，立體氣候顯著。區(qū)內(nèi)喀斯特地貌發(fā)育典型，大致分為中山區(qū)（800~1 895m）、低山區(qū)（600~800m）和槽谷平壩區(qū)（263~600m）[1]。

圖1 研究區(qū)位置圖

該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件極具優(yōu)勢，為重慶市優(yōu)質(zhì)糧食基地縣，但其生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，是全國尤其是中西部地區(qū)生態(tài)脆弱與連片貧困重置的代表區(qū)域[2-4]。近年來，隨著秀山縣、酉陽縣社會經(jīng)濟快速發(fā)展，區(qū)內(nèi)土地資源環(huán)境安全面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

本文在分析重慶秀山-酉陽地區(qū)土壤構(gòu)成特點的基礎(chǔ)上，著重探討了土壤中重金屬元素分布相關(guān)特征，進而分析了區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境背景，為調(diào)查區(qū)土壤環(huán)境評價與規(guī)劃提供依據(jù)。

1 土壤分布特點

研究區(qū)土壤成因多為殘坡積、殘積形式，土壤以黃壤為主，分布范圍廣泛，其次是石灰（巖）土，水稻土、紫色土、黃棕壤和新積土相對較少，土壤分布明顯受成土母巖和地形地貌的影響和控制。

區(qū)內(nèi)黃壤是主要的旱糧和多經(jīng)用地，同時也是林業(yè)基地，具有明顯的發(fā)生層次，其農(nóng)業(yè)土壤剖面構(gòu)型為耕作層-心土層-母質(zhì)層。自然土表層有10~30cm的未分解或半分解枯枝落葉腐殖質(zhì)層，其下為粘重、緊實的沉積層，顏色為黃至棕黃色。黃壤的有機質(zhì)隨植被類型而異。在自然土中，有機質(zhì)由于腐殖質(zhì)層的存在，可高達5%以上，但心土層則迅速降低，耕作黃壤隨熟化程度提高而增加。

石灰（巖）土成土母質(zhì)是各類碳酸巖風化的殘積和坡積物，主要分布于海拔800m以上的石灰?guī)r山區(qū)。紫色土從山區(qū)過渡帶至淺丘區(qū)均有分布；水稻土主要分布于淺丘、平原和河谷地區(qū)；黃棕壤在重慶市屬山地垂直地帶性土壤，在溫涼濕潤的生物氣候條件下生成發(fā)育的，成土母質(zhì)為三疊系、二疊系、志留系、寒武系、奧陶系、震旦系地層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、砂頁巖和板巖風化的坡殘積物；新積土則主要分布于沿江河流階地上絕大多數(shù)已開辟為耕地，是肥力水平較高的農(nóng)耕地。

2 土壤環(huán)境地球化學特征

2.1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

表1 研究區(qū)土壤重金屬元素參數(shù)統(tǒng)計表

按照中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標準《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范 1:250000》（DZ/T0258-2014）要求，表層土壤采樣密度為1個樣/km2，取樣深度為0~20cm，每4km2組成一個分析樣；深層土壤采樣密度為1個樣/4km2，取樣深度為150~200cm，每16km2組成一個分析樣。土壤樣品用4酸（鹽酸、硫酸、硝酸、高氯酸）溶解，本文僅針對As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8個重金屬元素指標區(qū)域特征進行分析。各指標分析方法以X射線熒光光譜法（XRF）和電感耦合等離子光譜（ICP）為主，以氫化物-原子熒光法（AF）、極譜法（POL）為輔。樣品指標的測試由四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測試中心完成。

2.2 土壤酸堿度（pH值）特征

土壤酸堿度（pH值）是土壤的重要特征，對作物生長至關(guān)重要，直接影響到土壤養(yǎng)分的有效性和重金屬形態(tài)與活性。區(qū)內(nèi)表、深層土壤樣品分析結(jié)果顯示，表層與深層土壤pH值變化趨勢總體較為一致，局部變化差異較大。由于土壤淋溶強，鹽基飽和度低，本區(qū)土壤酸度大，以酸性為主（5.0≤pH＜6.5）（絕大多數(shù)黃壤pH值小于6.0），表、深層酸性土壤分別占調(diào)查區(qū)面積的59.29%和46.52%；其次為中性土壤（6.5≤pH＜7.5），表、深層中性土壤分別占調(diào)查區(qū)面積的23.49%和39.26%；少數(shù)為強酸性（pH＜5.0）或堿性土壤（7.5≤pH＜8.5）（參考《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范（DZ/T 0295-2016）》劃分標準）。

2.3 重金屬元素的分布

2.3.1 元素的基準值與背景值

土壤元素的基準值通常指土壤未受污染情況下，環(huán)境要素中化學元素的含量，反映了環(huán)境要素在自然界存在和發(fā)展過程中本底的化學組成特征[5]，通常以深層土壤樣品平均值作為土壤元素的基準值；土壤元素的背景值是指自然應力和人類活動共同作用條件下土壤元素的分布特征，通常以表層土壤樣品的算術(shù)平均值表示土壤元素的背景值。它不僅是計算污染指數(shù)和地質(zhì)積累指標的參照標準，更是建立環(huán)境質(zhì)量標準和環(huán)境立法的重要依據(jù)[6,7]。

圖2 表、深層土壤元素變異系數(shù)對比圖

背景值、基準值單位標注：Hg元素為μg/g，其他元素為mg/g

將表層和深層土壤樣品按照同一點、線距進行網(wǎng)格化，得到相同點位的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，用表層與深層土壤元素數(shù)據(jù)的比值作為元素的（相對）富集系數(shù)，可代表空間內(nèi)任意一點的富集特征，若系數(shù)大于1則表示表層土壤元素相對富集，反之則表示表層土壤元素相對貧化，可以用該參數(shù)分析判斷表層土壤富集（貧化）的影響因素。

2.3.2 元素參數(shù)統(tǒng)計特征

研究區(qū)土壤重金屬元素背景值、基準值等特征參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見下表1、圖2?？梢姡瑓^(qū)內(nèi)表、深層土壤重金屬元素變異系數(shù)變化具有統(tǒng)一性，表明土壤中重金屬的含量水平很大程度上繼承了母巖的特性[8]，多數(shù)元素分布較為均勻（變異系數(shù)＜0.4），僅As、Cd、Hg元素空間分布均勻性差異較大（變異系數(shù)≥0.4）。

圖3 AB剖面特征圖

2.3.3 不同表層土壤元素分布特征

表2 不同土壤類型元素分布特征統(tǒng)計表

截取調(diào)查區(qū)跨越多個地層、土壤類型及地貌單元的東西向綜合長剖面AB（剖面長48km）。通過對比圖3（a）、（b）發(fā)現(xiàn)，該剖面多數(shù)重金屬元素富集特征受土壤酸堿度影響較大，其中，As、Cd、Hg、Pb元素表層土壤較為富集，Cu、Ni、Zn元素表層土壤則相對貧化，而Cr元素總體分布較為均衡；當深、淺層土壤pH值同時升高，呈現(xiàn)中性時，除Hg、Cr、Zn元素外，其他重金屬元素富集系數(shù)均發(fā)生（明顯）降低，其中As、Ni、Pb、Zn元素出現(xiàn)貧化；當深、表層土壤pH值同時降低，土壤呈現(xiàn)酸性時，Cu元素貧化明顯。

對比圖3（a）、（b）、（c），結(jié)合全區(qū)土壤分布及重金屬分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同類型土壤中各元素富集特征不同。其中，石灰土中Pb、Cd、Zn、As等多種重金屬元素富集，而紫色土As、Pb、Hg等元素貧乏，詳見下表2。

其他資料顯示，區(qū)內(nèi)水田中元素As元素富集，Hg元素貧乏；旱地無明顯富集的元素，但Hg元素貧乏；林地、灌木林地無明顯富集的重金屬元素，Hg、Pb、Cd元素貧乏。

3 土壤環(huán)境背景評價

依據(jù)國家有關(guān)標準（表3），對研究區(qū)重金屬元素進行評價，進一步將研究區(qū)環(huán)境背景劃分為三等（圖4），其中，重金屬元素低背景區(qū)表示重金屬元素含量低，土壤環(huán)境清潔，各重金屬元素含量均在土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準控制范圍內(nèi)，土壤環(huán)境安全；重金屬元素中背景區(qū)由重金屬中含量達到二級標準值的1~2倍的元素確定，土壤環(huán)境相對安全；重金屬元素高背景區(qū)由重金屬元素中含量達到二級標準值的2倍以上的元素確定，土壤環(huán)境存在一定的污染，需要通過對農(nóng)作物等植物中重金屬元素的有效性分析等進一步確定土壤環(huán)境安全度。

表3 土壤環(huán)境質(zhì)量標準值（單位：mg/kg）

地球化學元素的化學遷移時刻都在進行著，這種表生地球化學作用使土地中化學元素組成發(fā)生分異。易溶解、易遷移的元素因向地下更深處或下游遷移而不斷貧化，不易遷移的元素則在原地聚集累積。除Cd、Hg、Pb元素外，大部分元素源于自然成壤作用[9]。人類工程經(jīng)濟活動越來越成為表生帶地球化學元素再分配的重要動力之一[10]。通過對比全區(qū)表層元素富集系數(shù)發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)重金屬元素低背景區(qū)、中背景區(qū)、高背景區(qū)分別占調(diào)查區(qū)面積的39.36%、45.15%，15.49%。重金屬元素高背景區(qū)主要由As、Cd、Hg三個重金屬元素引起，其富集系數(shù)均在等1.5以上，具有明顯的局部異常，非自然源特征明顯。這是由于表層土壤元素地球化學分布特征受多種因素影響，自然地質(zhì)背景是元素地球化學分布、分配的主控因素，決定了元素地球化學分布的宏觀性背景特征，而人類活動則在自然背景上形成了點狀或面狀異常。

4 結(jié)語

重慶秀山-酉陽地區(qū)土壤重金屬元素富集特征與土壤類型有關(guān)。研究區(qū)土壤以酸性為主，需要對酸性土壤實施改良以改善酸堿度來提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。重金屬元素分布受表、深層土壤酸堿度共同影響，且多數(shù)元素會隨土壤由酸性變?yōu)橹行远植控毣?/p>

圖4 土壤環(huán)境背景評價圖

土壤環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣對生物體的影響是間接的，具有延緩性和后續(xù)性，其危害一般通過食物鏈中生物逐級積累方能顯示出來[11]。區(qū)內(nèi)As、Cd、Hg等存在明顯的局部集聚，且多受人類活動（礦產(chǎn)企業(yè)、工業(yè)開發(fā)等）影響較大，需要引起重視，通過土壤重金屬治理與修復、合理規(guī)劃使用土地，正確處理好人與自然、經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，使國民經(jīng)濟健康、持續(xù)發(fā)展。

[1] 陳心佩，信桂新，魏朝富，貧困山區(qū)棄耕撂荒及其影響因素分析—以重慶市酉陽縣兩鄉(xiāng)四村為例[J]．西南大學學報（自然科學版），2016,38（9）：166-174.

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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

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“成渝地區(qū)1:25萬土地質(zhì)量地球化學調(diào)查”（DD2016314）

曾琴琴（1982- ），女，高級工程師，博士，主要從事區(qū)域物化探數(shù)據(jù)處理與解釋

[P67]

A

1006-0995（2019）02-0294-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.02.024