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不同成土母质土壤重金属含量特征

范文

项力

摘要根据东至县地质背景和母岩类型，将成土母质可划分为8个类型。对这8种成土母质土壤中的Hg、Cd、Cu、Cr、Pb、As、Ni、Zn等重金属元素进行取样测试，分析其富集程度，并对比不同母质土壤中重金属含量。结果显示，研究区8种类型母质的土壤重金属元素含量基本表现为Cr> Zn > Pb > Cu ≈Ni >As>Cd>Hg的规律，但也有个别例外。湖泊沉积物、碳酸盐岩类残坡积物对重金属元素的富集作用较为显著。

关键词成土母质;重金属;含量;富集系数;东至县

Abstract According to the geological background and parent rock types of Dongzhi County， the soil forming parent material could be divided into eight types.Heavy metal elements including Hg， Cd， Cu， Cr， Pb， As， Ni， Zn in these eight parent soils were sampled and tested，their enrichment degree was analyzed， and the heavy metal contents in different parent soils were compared. The results showed that the content of heavy metal elements in the soil of the eight types of parent materials in the study area was Cr > Zn > Pb > Cu ≈ Ni >As > Cd > Hg， with some exceptions. The accumulation of heavy metals in lake sediments and carbonate residual slope deposits was significant.

Key words Parent materials;Heavy metals;Content;Enrichment coefficient;Dongzhi County

土壤重金属元素对农业生产、食品安全乃至区域生态环境都具有重要的意义。国内学者对不同地区的土壤重金属污染现状、防治方法、修复技术等方面进行了很多研究[1-4]。另外有学者则从土壤地球化学评价角度研究土壤元素的基准值和背景值[5]，但往往只是将土壤重金属元素作为评价中的一个部分来分析，不够突出。笔者着重根据研究区地质背景和母岩类型，以土壤成土母质为切入点将研究区成土母质划分为8个类型，对这8种成土母质土壤中的Hg、Cd、Cu、Cr、Pb、As、Ni、Zn等重金属元素进行取样测试，分析其富集程度，并对比不同母质土壤中重金属含量，找出其分布规律。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区东至县地处长江中下游南岸，地跨 116°39′～117°18′E、 29°34′～30°30′N，南北长约125 km，东西宽约82 km，县域總面积约3 250 km2。地形整体为北低南高，自北向南分别为沿江平原区、中部丘岗区、南部低山丘陵区。水域面积为1 023.6 km2，约占总面积的1/3。主要水系为长江水系和鄱阳湖水系，境内有7条独立河流。气候类型属亚热带湿润季风气候区。

研究区整体位于扬子陆块北缘，以高坦断裂为界，北部属下扬子前陆带，南部为江南隆起带。其中下扬子前陆带包括前陆盆地和前陆褶皱冲断带，前陆盆地多为第四系覆盖，局部出露晚近纪地层。前陆褶皱冲断带出露南华系至中生代沉积岩层，局部出露中生代中酸性岩浆岩;江南隆起带北侧江南过渡带出露中元古代至新生代第四纪的地层，南侧江南古陆基底隆起带出露青白口纪地层。区内地层发育较齐全，除上太古代、中生代侏罗纪及新生代早第三纪地层缺失外，从中元古代至新生代第四纪的地层均有出露[6]。

1.2 研究区成土母质类型

根据区内地质背景和母岩类型特征，区内成土母质可划分为8个分区[7]（图1）。

1.2.1 河流沉积物。分布在沿江东流镇小七里湖周边，多为长江冲积土，土层有层理，颗粒分选性明显，上下层砂、黏相间，厚薄相异。不同时期沉积质地不同，质地一般离江近粗远细。养分含量较高，土壤多呈碱性。

1.2.2 冰川堆积物。分布在胜利镇南部沿江地带，堆积物分选性较差，砾石大小不等，磨圆度较好，漂砾多与填隙物构成层理，填隙物粗大，黏土类物质较少，土壤养分一般叫贫瘠。

1.2.3 河流冲积物。分布在升金湖周边，土层深厚，有层理，分选型较好，颗粒岩石种类繁多，常有贝壳、砾石等冲积物。

1.2.4 湖泊沉积物。分布在北部沿江大渡口和胜利镇一带，土层深厚，含水性好，质地细腻，但通透性差，土壤多呈中性-碱性。有机质含量较高，但有效性低，保肥性能较差。

1.2.5 碎屑岩类残坡积物。位于花园乡以北张溪、尧渡镇、香隅镇等地，呈带状分布，由震旦纪、志留纪、泥盆纪、白垩纪地层砂岩、泥岩、页岩类碎屑岩的风化物组成，山脊或山顶多形成残积物，山坡和山谷地带多以坡积物出现，土壤养分视母岩类型有所差异。

1.2.6 碳酸盐岩类残坡积物。分布在东北部洋湖镇、葛公镇、尧渡镇等地，其中洋湖镇分布最广，由寒武纪、奥陶纪、二叠纪地层灰岩、白云岩等碳酸盐岩类风化物组成。质地较重，因植被差，极易产生地表径流，特别是在缓丘岗地边缘更为突出。由于长期坡面冲刷，地表塘沟纵横，红土层极少，主要岗丘上多为砾石祼露，红土和砾石掺合在一起，以砾石红土的面貌出现。

1.2.7 浅变质碎屑岩类残坡积物。广泛分布于花园以南官港—泥溪—昭潭—龙泉镇一带，呈面状分布，以南华纪浅变质碎屑岩类残坡积物为主。风化层一般较厚，可达0.5～1.0 m，质地中至重壤，粉砂含量较高，保水保肥性较好，土呈酸性至微碱性。（变）紫色页岩也易风化，但成土年幼，土层浅，植被差，岩石含量多，水分流失较重，质地中壤。微酸性，碳酸岩类成土少，植被差，除坡谷和岩缝内有土以外，多为光山，岩石裸露，质地重壤至黏，呈碱性。

1.2.8 花岗岩类残坡积物。零星分布在尧渡镇禾丰村一带，岩石类型为花岗闪长斑岩、花岗斑岩等，地表多以粗粒残坡积物为主，土层松散，一般养分较均衡，土壤以酸性为主。

1.3 样品采集与测试

此次研究以东至县全域为研究区，使用GPS结合1∶50 000地形图定位采样。按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016），采样密度为4～9点/km2，部分区域加密，总共采集样品3 353件。

采样方法：在确定采样点位后，利用不锈钢采样器采集0～20 cm的连续土柱，再用竹片去除与采样器接触的土壤，然后将土壤掰碎，挑出根系、石块等杂物，装入清洗过的棉布样品袋中[8]。采样时采用子样加主样的方式混合成一件样品，每个样点的子样在2～4个。野外样品的原始重量在2.0～2.5 kg。

样品的测试工作由内蒙古自治区矿产实验研究所按照DZ/T 0258—2014《多目标区域地球化学调查规范（1∶250 000）》以及DZ/T 0279—2016系列《区域地球化学样品分析方法》有关分析方法和检出限要求完成。

1.4 数据处理

对3 353个测试数据进行参数统计，包括样本数、平均值、标准离差、变异系数、最大值、最小值，剔除异常值，得到不同成土母质土壤重金属的丰度值（表1），并对比全国土壤[9]和研究区所在的江淮流域土壤[10]，计算出重金属元素的富集系数（表2）。

2 结果与分析

2.1 不同成土母质土壤重金属元素的富集程度

2.1.1 冰川堆积物母质土壤。较全国土壤元素含量水平，Hg、Cd元素的富集系数大于1.5，属于强烈富集;Cu、Cr、Pb元素富集系数接近1，无明显富集或贫化;As、Ni、Zn富集系数不大于0.9，略微贫化。较江淮流域土壤元素含量水平，除Hg元素富集系数接近1，Cd、Cu、Cr、Pb、As、Ni、Zn富集系数均不大于0.9，重金属元素含量低于流域水平。

2.1.2 河流沉积物母质土壤。较全国土壤元素含量水平，Hg、Cd元素的富集系数大于1.5，属于强烈富集; Cu、Cr、Pb元素富集系数接近1，无明显富集或贫化;As、Ni、Zn富集系数小于等于0.9，略微贫化。较江淮流域土壤元素含量水平，除Hg元素富集系数接近1，Cd、Cu、Cr、Pb、As、Ni、Zn富集系数均小于或接近0.9，重金属元素含量低于流域水平。

2.1.3 河流冲积物母质土壤。较全国土壤元素含量水平，Hg、Cd元素的富集系数大于1.5，尤其是Cd元素富集系数更是高达1.94，属于强烈富集; Cu、Cr、Ni、Pb元素富集系数接近1，无明显富集或贫化;As、Zn富集系数小于0.9，略微贫化。较江淮流域土壤元素含量水平，除Hg元素富集系数接近1，Cd、Cu、Cr、Pb、As、Ni、Zn富集系数均小于或接近0.9，重金属元素含量低于流域水平。

2.1.4 湖泊沉积物母质土壤。较全国土壤元素含量水平，Hg、Cd、Cu、Cr、Pb、As、Ni、Zn这8种重金属元素富集系数均大于1，呈现出普遍富集的现象，Hg、Cd、Cu元素富集系数大于1.5，尤其是Cd元素富集系数为3.24，强烈富集。较江淮流域土壤元素含量水平，除Pb元素富集系数为0.99，As、Hg、Cd、Cu、Cr、Zn、Ni元素富集系数均大于1，且小于1.5，表现为一定程度的富集，但没有较全国水平那么强烈，包括Cd元素在内。说明Cd元素含量在江淮流域普遍高于全国水平。

2.1.5 浅变质碎屑岩类残坡积物母质土壤。较全国土壤元素含量水平，Hg、Cd元素的富集系数大于1.5，强烈富集; Cu、Cr、Zn、Pb元素富集系数接近1，无明显富集或贫化;As、Ni富集系数小于0.9，略微贫化。较江淮流域土壤元素含量水平，除Hg、Zn元素富集系数接近1，Cd、Cu、Cr、Pb、As、Ni富集系数均小于0.9，重金属元素含量低于流域水平，Cd元素富集系数仅为0.67。

2.1.6 碎屑岩类残坡积物母质土壤。较全国土壤元素含量水平，Hg、Cd元素的富集系数大于1.5，强烈富集;As、Cu、Cr、Pb元素富集系数接近1，无明显富集或贫化;Ni、Zn富集系数小于0.9，略微贫化。较江淮流域土壤元素含量水平，除Hg元素富集系数接近1，Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、As、Ni富集系数均小于或接近0.9，重金属元素含量低于流域水平。

2.1.7 碳酸盐岩类残坡积物母质土壤。较全国土壤元素含量水平，Hg、Cd、Cu、Cr、Pb、As、Ni、Zn这8种重金属元素富集系数均大于1，呈现出普遍富集的现象，Hg、Cd元素富集系数大于1.5，尤其是Cd元素富集系数为2.92，强烈富集。较江淮流域土壤元素含量水平，除Cu元素富集系数为0.88，Hg、Cd、Zn、Cr、Pb、As、Ni元素富集系数均大于等于1，且小于1.5，表现为一定程度的富集，但没有较全国水平那么强烈，包括Cd元素在内。

2.1.8 花岗岩类残坡积物母质土壤。较全国土壤元素含量水平，As、Hg、Cd元素的富集系数大于1.5，尤其是As元素富集系数更是高达3.38，强烈富集; Cu、Cr、Pb元素富集系数接近1，无明显富集或贫化;Ni、Zn富集系数小于0.9，略微贫化。较江淮流域土壤元素含量水平， Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、Ni元素富集系數均小于或接近0.9，Hg元素富集系数为1.08，而As元素富集系数为3.19，这8种重金属元素含量低于流域水平。虽然前人研究表明花岗岩土壤与原岩相比许多重金属元素呈强富集状态，但此次调查中仅As元素呈现出强富集十分异常。需要指出的是由于花岗岩类残坡积物在研究区的分布面积十分有限，样品采集数量仅为8份，建议在今后的工作中进一步调查研究。

2.2 不同成土母质土壤重金属元素分布特点

虽然不同成土母质土壤重金属元素的含量各不相同，但也表现出一定的规律性。从绝对含量上来看，研究区8种类型母质的土壤重金属元素含量基本表现为Cr> Zn > Pb > Cu ≈Ni>As>Cd>Hg的规律，但在以湖泊沉积物、碳酸盐岩类残坡积物、浅变质碎屑岩类残坡积物为母质的土壤中，Zn元素不仅在含量上显著高于其他5类土壤，在与其他元素的比例关系上也显示出高值（表1），Cu、Ni元素在湖泊沉积物、碳酸盐岩类残坡积物母质土壤中含量超过Pb元素。湖泊沉积物母质土壤中各元素的含量普遍高于其他类型土壤母质，碳酸盐岩类残坡积物次之。可以推测水流的汇集和赋存对成土母质中重金属元素的富集起到了一定作用。

成土母质为冰川堆积物、河流沉积物、河流冲积物、碎屑岩类残坡积物的4类土壤中，重金属元素含量的曲线表现出高度的相似性，说明在这4类土壤中不同重金属元素含量的相对比例是十分接近的。通过不同成土母质土壤重金属含量的散点图（图2）也可以很好地印证这一点。此外，花岗岩类残坡积物母质土壤除了As元素较为异常之外，其他元素的比例关系也与上述4类土壤表现出相似性。

3 结论

该研究对安徽省东至县基本农田不同成土母质土壤中重金属元素含量进行了分析，结果表明，对比全国平均元素含量水平，研究区各类型母质土壤中Hg、Cd元素含量相对富集，其他元素在不同母质土壤中表现出分异性;对比江淮流域元素含量水平，以河流冲积物、冰川堆积物、河流沉积物、碎屑岩类残坡积物、花岗岩类残坡积物为母质的土壤中重金属元素相对贫化，而以湖泊沉积物、碳酸盐岩类残坡积物为母质的土壤中重金属元素相对富集;浅变质碎屑岩类残积物母质土壤中各元素含量差异较大。研究区8种类型母质的土壤重金属元素含量基本表现为Cr> Zn > Pb > Cu ≈Ni>As>Cd>Hg的规律，但也有个别例外。湖泊沉积物、碳酸盐岩类残坡积物对重金属元素的富集作用较为显著。该研究结果为区域生态环境评价和相关科学研究提供了基础数据。

参考文献

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[10]陈兴仁，陈富荣，贾十军，等.安徽省江淮流域土壤地球化学基准值与背景值研究[J].中国地质，2012，39（2）：302-310.

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