李惠 周軍 王剛 王慶軍

（①新疆地礦局物化探大隊 昌吉 831100 ②新疆地質(zhì)調(diào)查院 烏魯木齊 830000）

新疆土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查項目積累了大量的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，處理和分析這些數(shù)據(jù)，并與區(qū)域化探成果相結(jié)合[1]，從中提取豐富的信息是進一步探討元素在環(huán)境中的分布、分配、演化規(guī)律研究的重要方向,也是生態(tài)環(huán)境評價的重要組成部分[2]。謝淑云等[3]運用多重分形分析方法對成都盆地表層土壤中不同種類元素，包括重金屬、主量元素等指標(biāo)含量的多重分形進行了探討，指出不同種類的元素在表生環(huán)境中的多重分形特征顯示出有規(guī)律的變化，其分布模式能較好的判斷表層土壤中元素的來源等問題，為生態(tài)環(huán)境評價提供了新的視角。

1 研究區(qū)概況

葉爾羌河流域地處新疆維吾爾自治區(qū)的西南部，塔里木盆地的西緣。葉爾羌河發(fā)源于喀喇昆侖山，全長1097千米，在阿克蘇綠洲南部與阿克蘇河及和田河交匯，一起匯入塔里木河。

葉爾羌河流域上游面積約5.2萬平方千米，經(jīng)上游匯水后，流經(jīng)50千米的狹長地帶，在下游形成了一個典型且完整的山前沖洪積扇平原綠洲。下游主要農(nóng)耕區(qū)面積約0.92 萬平方千米，區(qū)內(nèi)土壤以輕壤和沙壤為主，土壤發(fā)育歷史相對較短。

流域內(nèi)降水稀少、蒸發(fā)量強烈、空氣干燥、日照時間長，光熱資源豐富，區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件良好。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，葉爾羌河流域生態(tài)環(huán)境愈發(fā)脆弱，研究其成土母質(zhì)的地球化學(xué)特征和元素來源，可為葉爾羌河流域調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)提供理論參考。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

葉爾羌河上游基巖出露區(qū)已完成1∶50萬區(qū)域化探工作，在5.2萬平方千米的范圍內(nèi)提取區(qū)域化探水系沉積物測量樣品分析數(shù)據(jù)1952個。下游綠洲區(qū)提取1∶25萬土地質(zhì)量調(diào)查分析0～20cm表層土壤樣品數(shù)據(jù)2126 個，1.5～2 米深層土壤樣品數(shù)據(jù)593 個。以污染元素As、Pb、Hg 和營養(yǎng)元素P 為例，對葉爾羌河流域土壤中元素來源進行初步分析。

2.2 研究方法

通過19 級累積頻率劃分色區(qū)編制As、Pb、Hg、P四種元素的地球化學(xué)圖，同時配合元素含量中位數(shù)統(tǒng)計對比上下游元素含量與分布特征，直觀清晰地反映元素含量在空間上的分布規(guī)律。

利用濃度-面積分形方法（C-A 模型）。自然界中各種化學(xué)元素的分布和來源具有復(fù)雜性和多樣性，因此成秋明等[4]建立了濃度-面積分形模型：A（C＞υ）∝υ-β，式中A（C＞υ）表示元素含量大于υ 的區(qū)域的面積，β為分維數(shù)，代表正比的意思。顯然，隨υ 變化的規(guī)律取決于指數(shù)β 的大小，β 值定量地刻畫了地球化學(xué)元素含量分布在該無標(biāo)度區(qū)內(nèi)的變化復(fù)雜程度。在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上，高低含量變化特征對應(yīng)于不同的分形維數(shù)，其多段分布的特點，突出表現(xiàn)了元素在地球化學(xué)過程中受到的影響，從而可以用來研究復(fù)雜環(huán)境中元素的分布、分配規(guī)律。

3 結(jié)果分析

與全疆水系沉積物比較，上游水系沉積物中As、Pb、Hg、P 的中值比值分別為1.17、1.34、0.92 和1.12，除Hg 外其它元素相對富集，Pb 屬明顯富集，表層土壤中As、Pb、P也呈富集趨勢。從圖1可以看出，下游表層土壤中的As、Pb、Hg 元素沿地表葉爾羌河主干徑流形成了狹長的帶狀高背景帶，在元素含量及分布特征上充分說明上游成土母質(zhì)地球化學(xué)背景對下游土壤中元素的含量有著直接影響，尤其是在下游流域綠洲區(qū)土壤中，這些元素都在綠洲上游（相當(dāng)于入水口）的位置形成了高含量區(qū)，并向下游逐漸減弱，這一特征也否定了綠洲區(qū)成土母質(zhì)主要來源于風(fēng)成物質(zhì)的說法。

近年來由于受氣候的影響、人為因素的干擾和地表徑流的改變等，造成土壤中元素含量分布的變化，這種變化原因?qū)⑼ㄟ^濃度-面積分形方法，統(tǒng)計表、深層土壤中元素含量濃度-面積雙對數(shù)分布模式對變化和來源進行探討。

圖1 葉爾羌河流域As、Pb、Hg、P地球化學(xué)特征圖

從圖1 中的表、深層土壤元素含量濃度-面積雙對數(shù)分布模式曲線中可以看出，As、Pb、Hg從表層到深層的變化趨勢是在其前段基本吻合，顯示了從深層到淺層元素分異的繼承性，尤其是As、Pb 前段的一致性最為顯著。表、深層土壤中As 的擬合程度最高，只在高含量區(qū)間表層顯示輕微虧損。Pb在低含量區(qū)間表、深層土壤擬合，在高含量區(qū)間表層土壤中顯示有很明顯的叢集現(xiàn)象，分布更不均勻，比深部具有更多的富集異常，并且表層的含量中值高于深層。Hg在深層土壤中的中值低于表層，總體含量偏低，但在雙對數(shù)分布模式曲線中表層Hg在轉(zhuǎn)折段的含量變化趨勢明顯與深層不同，在向高含量變化過程中表、深土壤之間的繼承性出現(xiàn)差異，深層土壤中顯示有明顯的局部濃集，表層土壤中也表現(xiàn)出高值區(qū)分布相對廣泛的特征。在分布模式中差異最大的為P元素，高低含量區(qū)域沒有相似性，從深層到淺層含量變化和分異沒有繼承性，表層含量明顯高于深層。

因此，表、深層土壤中As、Pb、Hg、P四種元素，除As從深層到淺層的分異有很好的繼承性外，Pb、Hg、P元素的來源與分布受到的影響較大，變化來自于后期人為和自然共同作用的結(jié)果。Pb在地表的富集來源于近年來上游鉛鋅、煤等礦產(chǎn)的開發(fā)活動，Hg的變化與地表溫度、氣候干旱、灌溉水網(wǎng)改變以及地表土壤有機質(zhì)缺乏有關(guān)，出現(xiàn)表層貧化但局部富集的特征，而P在地表的富集與后期農(nóng)田施肥等密切相關(guān)，是人類耕作活動直接作用的結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）葉爾羌河下游綠洲區(qū)土壤成壤物質(zhì)來源于上游水系沉積物，土壤中元素主要來源于上游基巖。

（2）表、深層土壤中元素含量具有明顯多重分形特征，即在雙對數(shù)坐標(biāo)下為一連續(xù)曲線，而不是簡單分形。濃度-面積分形所指示的元素富集和貧化能夠進一步揭示元素在表生土壤中的變化規(guī)律。

（3）葉爾羌河流域表層土壤中母質(zhì)來源最為清晰的是As元素，而P、Hg來源不同程度的受到人類活動的影響，Pb 顯示母質(zhì)來源的同時又有后期疊加的影響。

（4）對于新疆由高山河流形成的戈壁綠洲而言，上游地質(zhì)背景、礦產(chǎn)開發(fā)活動對下游土壤的形成和影響最為直接，應(yīng)是綠洲生態(tài)地質(zhì)環(huán)境分析和評價的重要參考因素。