劉慶宇 馬瑛 姬丙艷 田興元 韓思琪

青海省第五地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810000

土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查主要研究土壤的地球化學(xué)性質(zhì)[1]，地形與地貌是形成大地的基本骨架，是土壤形成的重要自然因素，一定的表層巖石、地貌條件加上相關(guān)的氣候、植被、水文等要素，在反映土壤地球化學(xué)性質(zhì)上占有重要地位[2-5]。青藏高原地貌景觀復(fù)雜、成土母質(zhì)多樣，青海省在開(kāi)展土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查過(guò)程中布點(diǎn)原則也有所不同。2009 年之前以網(wǎng)格化布點(diǎn)為主，采樣點(diǎn)布設(shè)在格子中央位置，2009 年之后采樣點(diǎn)布置在土壤易于匯集的溝谷中，布點(diǎn)以考慮成土母質(zhì)來(lái)源為主。關(guān)于二者樣品代表性、差異性，目前地球化學(xué)依據(jù)支撐不足，兩種采樣方法對(duì)元素地球化學(xué)特征的影響未有明確結(jié)論，鑒于以上問(wèn)題，筆者針對(duì)布點(diǎn)方法開(kāi)展本次方法試驗(yàn)技術(shù)研究。

1 方法試驗(yàn)選區(qū)

方法試驗(yàn)選擇了門(mén)源縣皇城鄉(xiāng)和東川鎮(zhèn)兩塊具有不同地貌景觀、成土母質(zhì)、土壤類(lèi)型、和土地利用類(lèi)型的地區(qū)進(jìn)行方法試驗(yàn)（圖1，表1）。方法試驗(yàn)面積各64km2，共計(jì)128km2，表層土壤采樣點(diǎn)各128 個(gè)，共計(jì)254 個(gè)，組合分析樣各32件，共計(jì)64 件。

圖1 皇城試驗(yàn)區(qū)和東川試驗(yàn)區(qū)地形地貌圖Fig1 Topographic and Geomorphological map of Huangcheng and Dongchuan test areas

表1 試驗(yàn)區(qū)特征對(duì)比表Table 1 Features comparison table in the test area

1.1 皇城試驗(yàn)區(qū)

皇城試驗(yàn)區(qū)位于門(mén)源盆地西北部，地貌為流水侵蝕低山丘陵和沖洪積平原；土地利用類(lèi)型為天然牧草地為主，夾少量灌木林地（圖2）；流水侵蝕低山丘陵區(qū)土壤類(lèi)型為高山草甸土，沖洪積平原土壤類(lèi)型為黑鈣土；山地成土母質(zhì)以火山巖風(fēng)化物為主，溝谷中成土母質(zhì)以沖洪積物為主；植被以芨芨草屬、針茅屬、冰草屬、菊科的蒿屬等為優(yōu)勢(shì)種，植被覆蓋度45%～75%，草層高度15～20cm?；食窃囼?yàn)區(qū)面積為64km2，表層土壤采樣點(diǎn)128 個(gè)，4 個(gè)采樣點(diǎn)組合為1 件樣品，組合分析樣為32 件。

圖2 皇城試驗(yàn)區(qū)土地利用圖Fig 2 Land use map of Huangcheng test area

1.2 東川試驗(yàn)區(qū)

東川試驗(yàn)區(qū)位于門(mén)源盆地東部，地貌為流水侵蝕中低山和黃土覆蓋低山丘陵；黃土覆蓋低山丘陵區(qū)土地利用類(lèi)型以旱地為主，局部天然牧草地，西部為少量水澆地，流水侵蝕中低山區(qū)土地利用類(lèi)型為天然牧草地和灌木林地（圖3）；黃土覆蓋低山丘陵土壤類(lèi)型以栗鈣土為主，流水侵蝕中低山區(qū)以高山草甸土為主；山地土壤成土母質(zhì)以黃土為主，溝谷中土壤成土母質(zhì)以次生黃土為主；旱地作物主要有青稞、油菜、燕麥，天然牧草地植被以垂穗鵝觀草、短柄草、草地早熟禾、披堿草、蒿草為主，植被覆蓋度50%～80%，草層高度25～35cm。東川試驗(yàn)區(qū)面積為64km2，表層土壤采樣點(diǎn)128 個(gè)，4 個(gè)采樣點(diǎn)組合為1 件樣品，組合分析樣為32 件。

圖3 東川試驗(yàn)區(qū)土地利用圖Fig 3 Land use map of Dongchuan test area

2 采樣方法

“網(wǎng)格化”布點(diǎn)以均勻性為主要原則，按1km×1km 網(wǎng)格布點(diǎn)，采樣點(diǎn)布設(shè)在格子中央位置，采樣位置基本位于坡地，采樣時(shí)在設(shè)計(jì)點(diǎn)周?chē)?00m 范圍內(nèi)4 處多點(diǎn)采集組合[2]。

圖4 采樣點(diǎn)位對(duì)比圖Fig 4 Comparison map of sampling points

“匯水域”布點(diǎn)采用水系沉積物測(cè)量理念“最大限度控制匯水域面積”，采樣點(diǎn)布設(shè)在土壤易于匯集的溝谷地帶，且位于采樣格子下游位置，采樣深度為0～20cm，采樣時(shí)在設(shè)計(jì)點(diǎn)周?chē)?00m范圍內(nèi)4 處多點(diǎn)采集組合（圖4）。兩種方法均按4km2組合分析。樣品檢測(cè)由國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所）按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250000）》[6]和《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求(試行)》[7]完成。

3 元素含量特征對(duì)比

將兩種采樣方法采集的樣品按1 個(gè)樣品/4km2組合分析，并將元素含量平均值進(jìn)行對(duì)比，求取K 值（k=網(wǎng)格化布點(diǎn)元素評(píng)價(jià)含量/匯水域布點(diǎn)元素平均含量，皇城試驗(yàn)區(qū)用KHC表示，東川試驗(yàn)區(qū)用KDC表示）。

皇城試驗(yàn)區(qū)：

（1）從表2 可以看出，在皇城試驗(yàn)區(qū)KHC>1.2的為Corg、N、TC、As、Au、Hg、Ni、S、Sb、Cr、Bi；KHC<0.8 的為Sr、Cl、CaO。

（2）皇城試驗(yàn)區(qū)“網(wǎng)格化”采樣樣品中Cl、CaO、Sr 含量明顯比“匯水域”采樣樣品含量偏低，風(fēng)化作用較強(qiáng)時(shí)土壤中的CaO 和Sr 極易伴隨水流淋失[8]，CaO、Sr、Cl 通過(guò)地表徑流淋濾作用在溝系中明顯匯集，故匯溝谷中元素含量較山地含量偏高。

（3）皇城試驗(yàn)區(qū)“網(wǎng)格化”采樣樣品中N、Corg、TC 含量較“匯水域”采樣樣品中含量明顯偏高。土壤中的N、Corg、TC 與土壤中的微生物密切相關(guān)，研究表明坡地中的微生物含量明顯高于灘地和溝谷[9]，坡地的土壤在巖石風(fēng)化物基礎(chǔ)上發(fā)育的，土壤孔隙度較好，在土壤空隙中寄生大量的細(xì)菌、放線菌、固氮菌等，因此具有較強(qiáng)的固氮和有機(jī)質(zhì)分解作用[10]；而溝谷中土壤成土母質(zhì)以沖洪積物為主，土壤中砂礫石較多，土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，孔隙度低，微生物較少，因此微生物的固氮和有機(jī)質(zhì)分解作用就相對(duì)較弱。故土壤中微生物數(shù)量差異導(dǎo)致“匯水域”采樣樣品中N、Corg、TC 含量較“網(wǎng)格化”采樣樣品含量低。

（4）皇城試驗(yàn)區(qū)網(wǎng)格化采樣點(diǎn)Au、As、Sb、Cr、Ni、Hg、Bi 含量較匯水域內(nèi)采樣點(diǎn)含量偏高。皇城試驗(yàn)區(qū)位于Au、As、Sb、Cr、Ni、Hg、Bi 富集區(qū)。坡地土壤成土母質(zhì)主要為原巖風(fēng)化物，且坡地土壤厚度在30～70cm 左右，土壤對(duì)原巖地球化學(xué)繼承性更強(qiáng)，而溝谷土壤成土母質(zhì)以沖洪積物為主，元素在隨沖洪積物遷移過(guò)程中發(fā)生衰減，含量降低，土壤對(duì)原巖地球化學(xué)特征繼承性較低。故“網(wǎng)格化”采樣樣品中Au、As、Sb、Cr、Ni、Hg、Bi 含量較“匯水域”采樣樣品含量高。

東川試驗(yàn)區(qū)：

（1）從表2 可以看出，在東川試驗(yàn)區(qū)KDC>1.2的為Cl、S；無(wú)KDC<0.8 的元素。

（2）東川試驗(yàn)區(qū)“網(wǎng)格化”采樣樣品中Cl和S 含量較“匯水域”采樣樣品含量偏高。溝谷中土壤地表徑流相對(duì)較強(qiáng)，Cl-和SO2-4大部分通過(guò)地表徑流淋失并在沖洪積扇下部積累[11]；坡地地下水位較高、地表徑流小且蒸發(fā)量大，Cl-和SO2-4通過(guò)毛細(xì)上升作用在表層5cm 處作用形成“鹽痂”[11]。黃土中CaO 和Sr 相對(duì)較為穩(wěn)定，故兩種采樣方法元素含量未見(jiàn)明顯差異[9]。

（3）東川試驗(yàn)區(qū)兩種采樣方法元素含量較皇城試驗(yàn)區(qū)相對(duì)穩(wěn)定，是由于東川試驗(yàn)區(qū)坡地和溝谷中表層土壤成土母質(zhì)均以黃土或次生黃土為主，黃土的地球化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，從而使元素含量未發(fā)生明顯變化。

表2 方法試驗(yàn)元素含量特征對(duì)比表Table 2 Comparison table of characteristics of element content in method test

續(xù)表2

續(xù)表2

4 討論

從“匯水域”布點(diǎn)和“網(wǎng)格化”布點(diǎn)兩種方法取得的數(shù)據(jù)變異系數(shù)來(lái)看，“匯水域”布點(diǎn)樣品中元素含量的變異系數(shù)較“網(wǎng)格化”布點(diǎn)樣品含量變異系數(shù)普遍較低，意味著溝谷中采集的樣品元素含量數(shù)據(jù)更為穩(wěn)定，更具代表性。

通過(guò)對(duì)兩處試驗(yàn)區(qū)的分析對(duì)比，土壤中大部分元素的地球化學(xué)特征與成土母質(zhì)元素地球化學(xué)特征密切相關(guān)，N、TC、Corg 與土壤中的植被及微生物條件關(guān)系更為密切[12]。不同條件下S、Cl、Sr、CaO 含量變化較為明顯，通過(guò)表3 中門(mén)源縣全區(qū)784 件不同成土母質(zhì)、土壤類(lèi)型和土地利用類(lèi)型土壤樣品S、Cl、Sr、CaO 含量對(duì)比可以看出，土壤類(lèi)型和土地利用類(lèi)型對(duì)CaO 和Sr 地球化學(xué)特征影響更為明顯；成土母質(zhì)和土壤類(lèi)型對(duì)S 和Cl 的影響更為明顯。青藏高原土壤類(lèi)型受地貌景觀垂直分布規(guī)律十分明顯，另外成土母質(zhì)和土地利用類(lèi)型也與地貌景觀密切相關(guān)[13-15]，因此S、Cl、Sr、CaO 地球化學(xué)特征根本上受地貌景觀影響[16]。

表3 不同成土母質(zhì)、土壤類(lèi)型、土地利用類(lèi)型元素含量對(duì)比Table 3 Comparison of element content of different soil parent material, soil type and land use type

5 結(jié)論

（1）“網(wǎng)格化”布點(diǎn)和“匯水域”布點(diǎn)兩種工作方法對(duì)大多數(shù)元素地球化學(xué)特征無(wú)明顯影響；N、TC、Corg 與土壤中的植被及微生物條件影響十分明顯；巖石中呈地球化學(xué)異常的元素在不同地貌景觀土壤中含量差別較大；S、Cl、Sr、CaO地球化學(xué)特征變化受地貌景觀控制。

（2）以黃土及次生黃土為主要成土母質(zhì)的地區(qū)兩種采樣方法對(duì)元素地球化學(xué)特征無(wú)明顯影響，以巖石風(fēng)化物和沖洪積物為成土母質(zhì)的地區(qū)兩種采樣方法對(duì)個(gè)別元素有較為明顯的影響。

（3）鑒于兩種不同布點(diǎn)方法的元素地球化學(xué)特征，表層土壤樣布設(shè)應(yīng)兼顧代表性和均勻性。在以黃土和次生黃土為母質(zhì)的中低山區(qū)、丘陵區(qū)以及以沖洪積物為成土母質(zhì)的平原區(qū)布點(diǎn)以均勻性為主導(dǎo)，在格子中央布點(diǎn)，以能代表主要土壤類(lèi)型或土地利用類(lèi)型為輔進(jìn)行布點(diǎn)；在以巖石風(fēng)化物和沖洪積物為母質(zhì)的中低山區(qū)、丘陵區(qū)在更具代表性的溝谷中布點(diǎn)，兼顧主要土壤類(lèi)型或土地利用類(lèi)型為輔，盡量均勻布點(diǎn)。