亞熱帶不同母巖成壤過程中金屬元素的遷移和積累特點

徐穎菲，張耿苗，張麗君，章明奎，*

(1.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.諸暨市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 諸暨 311800； 3.平陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 平陽 325400)

近年來，農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)問題引起了廣泛關(guān)注。研究表明[1-3]，農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的超標(biāo)主要與土壤受重金屬污染有關(guān)，土壤中重金屬的高含量是導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品重金屬高積累的主要原因，農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬含量與土壤中相應(yīng)的重金屬含量常呈不同程度的正相關(guān)[4-7]。因此，如何防止土壤重金屬污染一直被認(rèn)為是防控農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)的重要途徑。土壤中重金屬的積累除與人為活動有關(guān)外，還深受成壤因素的影響[8-11]，其中成壤母質(zhì)(母巖)是土壤重金屬的重要來源[12]。一般認(rèn)為，母質(zhì)重金屬背景在較大程度上左右著土壤重金屬的水平，但近期的研究表明，土壤與母質(zhì)(母巖)重金屬含量的關(guān)系并非是簡單的對應(yīng)關(guān)系。一些區(qū)域調(diào)查表明，石灰?guī)r本身重金屬含量并不高，但其形成的土壤可含有較高的重金屬含量，產(chǎn)生明顯的富集現(xiàn)象，石灰?guī)r地區(qū)土壤普遍存在鎘的高背景現(xiàn)象[13-17]，如歐洲西南部某些地區(qū)土壤中鎘含量可高達(dá)22.3 mg·kg-1[18]。相同母質(zhì)發(fā)育的土壤由于氣候等的差異，其重金屬積累也有較大的變化，某些風(fēng)化強烈的土壤也可富集某些微量元素。也就是說，由母巖風(fēng)化為土壤的過程中元素含量會因母巖類型與成壤環(huán)境而有較大的變化。然而，目前關(guān)于土壤重金屬污染問題的研究仍多關(guān)注于人為污染途徑和機理方面[8-10]，對不同母巖風(fēng)化成壤過程中不同重金屬元素的變化規(guī)律了解不多[15，17，19]。為明確亞熱帶地區(qū)代表性母巖在成壤過程中重金屬等元素的消長規(guī)律，及巖石風(fēng)化成壤過程中向環(huán)境釋放重金屬的特點，深入理解區(qū)域土壤重金屬的空間差異與成土環(huán)境的關(guān)聯(lián)，為區(qū)域重金屬污染農(nóng)田污染源識別、分類預(yù)防和治理提供科學(xué)依據(jù)，在浙江省丘陵地區(qū)選擇受人為影響較小的區(qū)域采集了5種代表性母巖類型殘留風(fēng)化形成的土壤剖面，從土壤剖面重金屬的垂直分異和元素質(zhì)量平衡角度，探討不同母巖成壤過程中金屬元素的遷移和積累特點。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土樣采自浙江省丘陵地區(qū)，海拔在50～120 m。采集的剖面成壤母巖包括玄武巖、花崗巖、泥頁巖、石灰?guī)r和碳質(zhì)頁巖共5類。為避免各類母巖風(fēng)化物在地表搬遷過程中同其他物質(zhì)混雜，所采集的土壤均形成于母巖風(fēng)化的殘積物上，地形部位為丘陵上坡(坡度較小，5°～15°，地表侵蝕不明顯)。各采樣點土地利用方式為林地，遠(yuǎn)離村莊和居民區(qū)，受人為活動影響不明顯。采樣區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候，年均溫度15～17 ℃，年降水量1 400～1 600 mm。各類母巖發(fā)育的土壤剖面分別采集于該類母巖在浙江省分布的集中區(qū)域，有較好的代表性，采樣信息詳見表1。

1.2 分析方法

表1 各類母巖發(fā)育土壤剖面的信息

Table1Information on soil profiles of various parent rocks

剖面編號母巖地點海拔坡度土地利用方式Profile No.RockLocationAltitude/mSlope/(°)Land use1玄武巖Basalt紹興市嵊州市三界鎮(zhèn)Sanjie Town, Shengzhou City, Shaoxing City10010林地Forestland2花崗巖Granite 麗水市云和縣緊水灘鎮(zhèn)Jingshuitan Town, Yunhe County, Lishui City12015林地Forestland3泥頁巖Shale杭州市臨安區(qū)於潛鎮(zhèn)Yuqian Town, Linan District, Hangzhou City855林地Forestland4石灰?guī)rLimestone杭州市桐廬縣瑤琳鎮(zhèn)Yaolin Town, Tonglu County, Hangzhou City5015林地Forestland5碳質(zhì)頁巖Carbonaceous shale杭州市臨安區(qū)龍崗鎮(zhèn)Longgang Town, Linan District, Hangzhou City11015林地Forestland

富集系數(shù)指某元素土壤中含量與母巖中含量的比值。母巖風(fēng)化成壤過程中，元素遷移率(T，%)的計算公式如下：

(1)

(2)

式中：m0和m1分別為母巖和土壤中某一元素的含量；Z0和Z1分別為母巖和土壤中Zr的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 母巖演變?yōu)橥寥肋^程中大量元素的變化與損失

風(fēng)化是土壤形成的基礎(chǔ)，是化學(xué)元素生物地球化學(xué)循環(huán)過程的重要組成部分。由于不同元素化學(xué)行為與穩(wěn)定性的差異，在自然成壤環(huán)境(氣候、生物、母質(zhì)、地形、時間)和人為活動的共同作用下，由母巖演變?yōu)橥寥赖倪^程中土壤元素組成發(fā)生了很大的變化，但不同元素的變化差異也很大，有些元素發(fā)生了明顯的富集，而有些元素則發(fā)生了明顯的淋失。由表2可知，5個剖面中，碳質(zhì)頁巖發(fā)育土壤中除Ca外，其他元素變化均較小，這與該土風(fēng)化強度較弱有關(guān)。其他4個剖面元素組成在土壤與母巖之間均有一定的差異。由母巖轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥肋^程中，Zr無一例外地發(fā)生了明顯的富集。Zr是一種惰性元素，具有較高的穩(wěn)定性，一般不會發(fā)生溶解遷移，由母巖轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥肋^程中Zr含量的增加說明在土壤形成過程中存在著其他元素的損失。Ti的變化與Zr相似，在母巖轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥赖倪^程中均發(fā)生了明顯的增加。Si的變化在各剖面中有所差異：石灰?guī)r發(fā)育的土壤中Si含量較母巖明顯增加；玄武巖發(fā)育的土壤中Si含量略高于母巖，表明該類土壤中Si也存在著輕微的富集；花崗巖與泥頁巖發(fā)育的土壤中Si含量低于母巖，說明存在明顯淋失。Al和Fe在玄武巖、花崗巖和石灰?guī)r發(fā)育的土壤中均有明顯的積累，但在泥頁巖發(fā)育的土壤中與母巖的差異較小。Ca和K在玄武巖、花崗巖和石灰?guī)r發(fā)育的土壤中發(fā)生了明顯的淋失。在石灰?guī)r發(fā)育的土壤上，Ca發(fā)生了明顯的淋失，但K卻發(fā)生了明顯的積累。結(jié)果表明，由母巖至土壤，石灰?guī)r發(fā)育土壤的元素變化最為突出，其次為玄武巖、花崗巖發(fā)育的土壤，而泥頁巖和碳質(zhì)頁巖發(fā)育的土壤變化相對較小。

以上對母巖與土層之間元素變化的分析只能反映土壤與母巖之間元素組成的最終差異，實際上，在由母巖演變?yōu)橥寥赖倪^程中許多元素都發(fā)生著一定的損失，但由于元素之間損失程度的相對差異，某些元素即使發(fā)生了損失，但其總體上還是表現(xiàn)為相對富集。元素?fù)p失可以通過比較土層與母巖之間元素組成的差異來計算。一般以Zr、Ti、Nb或石英等在成壤過程中穩(wěn)定且不參與風(fēng)化反應(yīng)的物質(zhì)作為參照來進行計算(本文以Zr為參比)，并用遷移率表示。表2括號內(nèi)數(shù)據(jù)為由母巖風(fēng)化為土壤過程中各元素的遷移率，正值表明該元素存在凈損失，負(fù)值表明該元素存在凈積累。可以看出，在由母巖轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥赖倪^程中幾乎所有元素都存在凈損失，以Ca的凈損失最大，遷移率多在50%以上，其中，玄武巖、花崗巖和石灰?guī)r發(fā)育的土壤中Ca的遷移率可達(dá)95%以上。K的遷移率也較高，其中，玄武巖、花崗巖和石灰?guī)r發(fā)育的土壤中多數(shù)土層K的遷移率在50%以上。玄武巖和花崗巖發(fā)育土壤中Si的遷移率也較高，顯示其具有較強的脫硅強度；但在石灰?guī)r發(fā)育的土壤中，由于其母巖本身Si含量很低，其成壤過程中脫硅較弱；泥頁巖和碳質(zhì)頁巖發(fā)育的土壤因風(fēng)化較弱，脫硅也不明顯，Si遷移率較小。在5個剖面中，Ti的遷移率很低，說明其具有較高的穩(wěn)定性。除個別情況外，Al、Fe的遷移率也較低，說明它們也具有相對較高的穩(wěn)定性。

表2 不同母質(zhì)發(fā)育土壤鋯、鈦和主要元素的組成及其淋失量

Table2Composition and leaching amount of Zr， Ti and major elements in soils with different parent materials

母巖Rock土壤Soil土層Horizon采樣深度Depth/cmZr/(mg·kg-1)SiO2/(g·kg-1)TiO2/(g·kg-1)Al2O3/(g·kg-1)Fe2O3/(g·kg-1)CaO/(g·kg-1)K2O/(g·kg-1)玄武巖Basalt紅壤Red soilA0～18318.2502.5(44.45)25.4(5.95)224.3(16.89)129.7(0.85)0.51(99.22)6.4(78.50)B118～48316.5511.6(43.14)25.2(6.19)232.5(13.39)126.5(2.77)0.63(99.03)7.1(76.02)B248～73321.6516.6(43.50)26.42(3.28)204.6(24.99)118.6(10.29)0.87(98.69)8.7(71.21)C73～174254.3552.3(23.61)21.42(0.85)205.5(4.72)104.6(-0.06)0.97(98.15)8.98(62.25)D174～173.2492.4(0)14.72(0)146.9(0)71.2(0)35.7(0)16.2(0)花崗巖Granite紅壤Red soilA0～21311.0563.8(60.93)7.42(10.42)208.5(18.57)42.5(25.05)2.1(84.97)13.6(85.53)B121～49314.3571.5(60.81)8.32(0.58)197.6(23.64)44.2(22.87)0.21(98.51)28.5(69.99)B249～83297.6687.6(50.20)7.87(0.44)214.5(12.46)42.6(21.49)0.62(95.36)31.4(65.09)C83～274224.8649.5(37.73)6.23(-4.34)198.4(-7.19)35.4(13.63)1.68(83.36)48.9(28.02)D274～158.5735.4(0)4.21(0)130.5(0)28.9(0)7.12(0)47.9(0)泥頁巖Shale黃紅壤Yellow-red soilA0～17267.4699.8(10.95)9.78(6.67)145.3(9.71)57.4(12.30)2.44(52.87)27.8(20.49)B117～44273.5687.5(14.46)9.84(8.19)146.2(11.18)53.2(20.53)2.56(51.66)29.5(17.51)B244～63255.9692.4(7.93)9.93(0.98)144.1(6.44)51.4(17.94)3.18(35.82)28.7(14.23)C63～138254.3711.5(4.80)9.56(4.07)148.5(2.97)59.4(4.57)2.98(39.48)30.5(8.28)D138～238.6701.2(0)9.35(0)143.6(0)58.4(0)4.62(0)31.2(0)石灰?guī)rLimestone石灰土Limestone soilA0～17279.0675.3(23.13)16.7(8.22)145.2(14.98)56.2(61.05)9.8(99.94)21.6(70.83)B17～49258.0695.4(14.40)15.92(5.39)149.5(5.34)58.24(56.35)10.5(99.93)20.14(70.59)C49～6742.5125.2(6.44)2.58(6.92)25.24(2.98)17.51(20.33)165.4(93.37)10.56(6.40)D67～8.7427.52(0)0.57(0)5.35(0)4.52(0)513.4(0)2.32(0)碳質(zhì)頁巖Carbonaceous紅壤性土Young red soilA0～20149.6558.4(12.47)11.35(1.94)132.56(9.01)58.52(24.86)1.54(56.61)32.56(40.26)shaleB120～49152.4561.2(13.62)11.21(4.90)134.52(9.34)57.41(27.62)1.35(62.65)31.56(43.14)B249～63142.5564.8(7.05)10.88(1.31)135.88(2.08)56.89(23.30)1.29(61.84)40.25(22.47)C63～127146.5572.4(8.36)11.14(1.69)132.14(7.37)67.58(11.37)1.99(42.73)41.33(22.55)D127～132.4564.4(0)10.24(0)128.9(0)68.9(0)3.14(0)48.22(0)

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為各土層對應(yīng)元素的遷移率。表4同。

The data in parentheses were leaching percentages of corresponding elements in each soil layer. The same as in Table 4.

2.2 由母巖風(fēng)化為土壤過程中重金屬元素含量的變化

表3為5類母巖發(fā)育土壤各土層重金屬的富集系數(shù)。富集系數(shù)高于1，說明由母巖至土壤重金屬含量增加，發(fā)生富集；富集系數(shù)低于1，表明由母巖至土壤重金屬含量下降。從表3可以看出，富集系數(shù)大小因重金屬元素種類和母巖不同而有較大的變化，總體上以Pb和Cr最高，除泥頁巖發(fā)育土壤中的Pb外，都大于1，表明它們在成壤過程中多呈現(xiàn)明顯的富集。除花崗巖發(fā)育土壤中的Ni外，Ni和Co的富集系數(shù)也高于1，說明多數(shù)情況下它們在成壤過程中呈現(xiàn)富集。Cu、Zn、Hg和As的富集系數(shù)一般較低，多數(shù)情況下其富集系數(shù)小于1，顯示出它們在由母巖風(fēng)化為土壤的過程中存在明顯的淋失。Cd的富集系數(shù)界于Pb、Cr與Cu、Zn、Hg、As之間。石灰?guī)r發(fā)育土壤的重金屬富集系數(shù)明顯高于其他母巖，且除Cu外，其他元素均呈現(xiàn)明顯的富集，其中，Pb和Cr的富集多在10倍以上，Cd和Co的富集在5倍左右。在5類母巖中，以泥頁巖和碳質(zhì)頁巖發(fā)育土壤的重金屬富集系數(shù)最低。

表3 不同母質(zhì)發(fā)育土壤各土層重金屬元素的富集系數(shù)

Table3Enrichment coefficients of heavy metals in soils with different parent materials

母巖Rock土壤Soil土層HorizonCdCrCuZnHgAsPbNiCo玄武巖Basalt紅壤Red soilA1.311.580.930.830.700.741.811.671.58B11.351.600.880.870.680.851.771.641.41B21.261.520.970.960.820.721.831.611.53C1.191.381.071.051.031.071.461.281.30花崗巖Granite紅壤Red soilA1.101.210.830.960.790.701.151.001.07B11.231.260.941.010.850.871.170.941.22B21.151.141.060.931.000.781.110.880.94C1.321.261.121.110.691.041.361.121.14泥頁巖Shale黃紅壤A0.751.150.750.780.811.090.721.041.12Yellow-red soilB10.811.180.690.830.610.970.841.161.06B20.881.050.970.840.640.930.951.031.01C1.031.091.121.040.911.061.021.161.14石灰?guī)rLimestone石灰土A5.8216.140.392.611.561.2220.101.884.34Limestone soilB6.0916.170.432.901.251.0618.662.055.00C2.823.660.792.261.071.164.511.834.57碳質(zhì)頁巖紅壤性土A0.901.150.690.770.370.381.171.151.09Carbonaceous shaleYoung red soilB10.841.180.640.810.570.321.091.141.07B20.861.040.570.790.410.581.021.071.02C1.091.110.961.030.660.841.031.101.08

2.3 由母巖風(fēng)化為土壤過程中重金屬元素含量的損失

由表4可知，5類巖石在成壤過程中都存在重金屬的不同損失。遷移率最高的是Hg和As，5個剖面土壤中平均遷移率為54.94%和48.26%，其次為Cu和Zn，5個剖面土壤中平均遷移率為44.89%和40.52%，Cd也具有較高遷移率，5個剖面土壤中平均遷移率為31.00%。Cr、Pb、Ni、Co的遷移率較低，5個剖面土壤中平均遷移率分別為15.18%、16.16%、24.82%和22.10%。從以上結(jié)果可知，雖然石灰?guī)r成壤過程中土壤重金屬具有明顯的富集，但該過程中重金屬的損失也非常顯著，其遷移率也是5類母巖中最高的。

表4 不同母質(zhì)發(fā)育土壤重金屬元素組成及其淋失量

Table4Composition and leaching percentages of heavy metals in soils derived from different parent materials

母巖Rock土壤Soil土層HorizonCd/(mg·kg-1)Cr/(mg·kg-1)Cu/(mg·kg-1)Zn/(mg·kg-1)Hg/(mg·kg-1)As/(mg·kg-1)Pb/(mg·kg-1)Ni/(mg·kg-1)Co/(mg·kg-1)玄武巖Basalt紅壤Red soilA0.189(28.56)112.40(14.23)45.3(49.58)98.24(54.76)0.054(61.83)7.14(59.73)31.20(1.32)81.24(9.12)30.77(14.20)B10.194(26.28)114.30(12.31)43.2(51.66)103.20(52.22)0.052(63.04)8.21(53.44)30.50(3.02)79.60(10.48)27.51(22.88)B20.182(31.93)108.60(18.00)47.3(47.91)113.60(48.24)0.063(55.94)6.98(61.05)31.50(1.43)78.40(13.23)29.80(17.78)C0.172(18.65)98.60(5.85)52.3(27.16)124.20(28.43)0.079(30.12)10.35(26.95)25.10(0.67)62.50(12.52)25.40(11.38)D0.144(0)71.33(0)48.9(0)118.20(0)0.077(0)9.65(0)17.21(0)48.66(0)19.52(0)花崗巖Granite紅壤Red soilA0.145(44.02)55.3(38.46)13.4(57.84)78.6(51.33)0.049(59.72)6.63(64.51)33.8(41.21)32.50(48.88)15.30(45.47)B10.162(38.11)57.9(36.25)15.3(52.37)83.5(48.84)0.053(56.89)8.25(56.30)34.2(41.14)30.50(52.53)17.50(38.29)B20.152(38.67)52.1(39.41)17.2(43.45)76.4(50.56)0.062(46.74)7.46(58.27)32.5(40.92)28.50(53.15)13.50(49.72)C0.174(7.06)57.9(10.87)18.2(20.79)91.3(21.78)0.043(51.10)9.88(26.83)39.8(4.23)36.20(21.22)16.30(19.63)D0.132(0)45.8(0)16.2(0)82.3(0)0.062(0)9.52(0)29.3(0)32.40(0)14.30(0)泥頁巖Shale黃紅壤Yellow-red soilA0.228(33.08)118.6(-2.21)23.65(33.09)84.25(30.80)0.052(27.50)24.15(3.11)31.54(35.36)51.32(7.56)17.30(-0.24)B10.245(29.69)122.5(-3.21)21.85(39.56)89.74(27.94)0.039(46.84)21.54(15.51)36.52(26.83)57.54(-1.33)16.35(7.38)B20.266(18.42)108.9(1.93)30.66(9.36)91.56(21.42)0.041(40.27)20.65(13.43)41.25(11.66)51.26(3.52)15.56(5.79)C0.314(3.09)113.2(-2.58)35.26(-4.89)113.20(2.22)0.058(14.97)23.56(0.60)44.56(3.98)57.56(-9.02)17.55(-6.93)D0.304(0)103.5(0)31.54(0)108.60(0)0.064(0)22.24(0)43.54(0)49.54(0)15.40(0)石灰?guī)rLimestone石灰土Limestone soilA0.640(81.77)64.23(49.45)51.60(98.78)64.20(91.82)0.092(95.12)12.14(96.19)84.60(37.05)42.50(94.11)14.11(86.40)B0.670(79.37)64.35(45.23)56.85(98.55)71.24(90.19)0.074(95.75)10.58(96.41)78.56(36.79)46.25(93.07)16.25(83.06)C0.310(42.04)14.56(24.77)104.20(83.82)55.64(53.49)0.063(78.04)11.56(76.18)18.98(7.29)41.32(62.40)14.85(6.04)D0.110(0)3.98(0)132.40(0)24.60(0)0.059(0)9.98(0)4.21(0)22.60(0)3.25(0)碳質(zhì)頁巖Carbonaceous紅壤性土Young red soilA4.12(20.41)112.3(-1.59)52.30(38.96)135.2(32.19)0.035(67.40)23.52(66.31)27.50(-3.53)32.10(-2.16)17.65(3.90)shaleB13.87(26.60)115.2(-2.33)48.50(44.42)142.3(29.92)0.054(50.62)19.87(72.06)25.54(5.59)31.56(1.38)17.32(7.41)B23.94(20.09)101.5(3.60)43.25(47.00)139.5(26.54)0.039(61.87)35.64(46.41)24.04(4.98)29.87(0.20)16.56(5.34)C5.01(1.15)108.2(0.03)72.56(13.50)181.3(7.13)0.063(40.08)52.14(23.72)24.14(7.18)30.56(0.67)17.56(2.35)D4.58(0)97.8(0)75.80(0)176.4(0)0.095(0)61.77(0)23.50(0)27.80(0)16.25(0)

3 討論

3.1 重金屬元素之間遷移和積累的差異

本研究表明，在土壤形成過程中不同重金屬元素在遷移與積累能力方面有較大的差異。從富集系數(shù)來看，積累能力以Pb和Cr為最高，5個土壤剖面(不包括母質(zhì)層)的平均富集系數(shù)分別為3.81和3.38；其次為Cd、Ni和Co，5個土壤剖面的平均富集系數(shù)分別為1.74、1.68和1.30；Cu、Zn、Hg和As的富集系數(shù)一般較低，5個土壤剖面的平均富集系數(shù)分別為0.77、1.13、0.79和0.80，接近于1或小于1。相應(yīng)地，不同重金屬元素在土壤形成過程中的遷移率也有較大的變化，損失最高的是Hg、As、Cu和Zn，5個剖面土壤中平均遷移率分別為54.94%、48.26%、44.89%和40.52%，其次為Cd、Ni、Co，5個剖面土壤中平均遷移率分別為31.00%、24.82%和22.10%；Cr、Pb的遷移率較低，5個剖面土壤中平均遷移率分別為15.18%和16.16%。在土壤形成過程中各重金屬元素的積累與遷移的差異，與元素的活潑性有關(guān)。在地表環(huán)境下，土壤中的Cu、Zn、Hg和As多以非殘留態(tài)形式存在，易受溶解作用、還原作用、絡(luò)合作用等的影響而轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇軕B(tài)，隨降水和地表徑流發(fā)生遷移；而Pb、Cr、Ni和Co多以殘留態(tài)存在，與土壤礦物質(zhì)結(jié)合緊密，不易隨環(huán)境發(fā)生變化，因此在地表環(huán)境中不易發(fā)生遷移。

3.2 母質(zhì)對重金屬元素遷移與積累的影響

在本研究中，不同母質(zhì)發(fā)育土壤中重金屬元素發(fā)生遷移的大小也有很大的差異。雖然石灰?guī)r成壤過程中土壤重金屬具有明顯的富集，但該過程中重金屬的損失也非常顯著，其遷移率也是5類母巖中最高的。這顯然與石灰?guī)r成壤過程較為特殊有關(guān)。石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣，在亞熱帶濕熱成壤環(huán)境下，含有CO2的水對巖石進行溶解和溶蝕的化學(xué)風(fēng)化是其主要的成壤過程[21]，結(jié)果是其中的CaCO3隨時間損失殆盡，最后成壤的物質(zhì)主要是母巖中的副成分，Cd也是其中的副成分之一，從而使土壤中的Cd含量遠(yuǎn)高于相應(yīng)的母巖，這是石灰?guī)r風(fēng)化成壤后Cd富集的重要機理。這些結(jié)果表明，碳酸鹽巖風(fēng)化土壤重金屬Cd的明顯富集特征很大程度上與碳酸鹽巖風(fēng)化過程中Ca離子的大量淋失有關(guān)。石灰?guī)r風(fēng)化成壤過程一般可分為2個階段：第一個階段為碳酸鹽巖礦物的淋溶過程，此過程中除Ca、Mg明顯淋失外，其他元素一般主要呈現(xiàn)富集增加，但賦存于碳酸鹽巖礦物之中的某些元素也可隨碳酸鹽(Ca、Mg)的淋失而損失；第二階段主要是石灰?guī)r中雜質(zhì)礦物(如硅酸鹽礦物)的風(fēng)化過程，這一階段類似于玄武巖、花崗巖和泥頁巖的風(fēng)化，在亞熱帶濕熱氣候條件下多種元素(包括重金屬元素)發(fā)生明顯的釋放、降低。但由于硅酸鹽礦物的分解較慢，因此，石灰?guī)r成壤過程中元素可發(fā)生持續(xù)的變化。石灰?guī)r特殊的風(fēng)化成壤過程是導(dǎo)致其與其他母巖在重金屬富集與淋失程度上存在差異的主要原因。近期研究表明，我國西部地區(qū)為重金屬高背景地區(qū)[12，13，17，22]，農(nóng)田土壤中具有較高含量的Cd等重金屬元素，這可能與該區(qū)有大量的石灰?guī)r分布有關(guān)。

另外，風(fēng)化程度對成壤過程中重金屬損失的影響也非常明顯，一般是風(fēng)化強的土壤中重金屬的遷移率較高(如表4中花崗巖和玄武巖發(fā)育土壤)，而風(fēng)化弱的遷移率較低(如表4中泥頁巖和碳質(zhì)頁巖發(fā)育土壤)。其原因是，多數(shù)重金屬主要存在于黏土礦物晶格內(nèi)，這些重金屬元素只有當(dāng)黏土礦物分解時才會釋放，而亞熱帶成土環(huán)境下土壤風(fēng)化強度的增加、土壤酸化正是促進黏土礦物風(fēng)化的動力。在礦物風(fēng)化過程中，可溶態(tài)和膠體態(tài)的重金屬可隨風(fēng)化流體淋溶遷出土體，但泥頁巖和碳質(zhì)頁巖因剖面風(fēng)化較低重金屬損失較少。

4 結(jié)論

通過對浙江省典型母巖風(fēng)化剖面元素地球化學(xué)行為特征的分析，得到以下結(jié)論：(1)不同元素因其活潑程度的差異，在巖石風(fēng)化成壤過程中淋失和積累也有較大的差別。成壤過程重金屬的平均淋失比例由高至低依次為Hg>As>Cu>Zn>Cd>Ni>Co>Pb>Cr，Cr和Pb的穩(wěn)定性最高。母巖不同是導(dǎo)致亞熱帶丘陵土壤相同重金屬元素淋失和積累存在差異的主要原因。(2)與其他巖石相比，石灰?guī)r具有更高的元素釋放潛能。石灰?guī)r特殊的風(fēng)化和成壤過程是造成石灰?guī)r石地區(qū)土壤重金屬異常的原因之一。(3)亞熱帶地區(qū)土壤風(fēng)化程度的增加，導(dǎo)致其向環(huán)境釋放的重金屬的量也呈現(xiàn)增加的趨勢。多數(shù)情況下，元素的淋失比例由表土向母質(zhì)層降低。