范汝海,林清梅,李庚華,唐嘉俊,倪戰(zhàn)旭
(廣西壯族自治區(qū)二七一地質(zhì)隊(duì),廣西 桂林 541199 )
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)環(huán)境提出了更高的要求,鎘的地球化學(xué)行為及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)一直是包括地球化學(xué)在內(nèi)的各相關(guān)學(xué)科持續(xù)關(guān)注的學(xué)術(shù)熱點(diǎn)[1],近年來(lái)隨著我國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)的開(kāi)展[2],廣西高背景鎘的地球化學(xué)特征引起了大量學(xué)者的關(guān)注[3,4],本文從鎘的含量及分布進(jìn)行了地球化學(xué)特征總結(jié),以期為廣西鎘重金屬地球化學(xué)異常區(qū)的研究利用提供科學(xué)依據(jù)。
研究區(qū)位于永??h境內(nèi),分東西兩大區(qū)塊近南北向展布,東區(qū)主要位于駕橋嶺山脈和大崇山山脈之間,沿江兩岸而成的長(zhǎng)廊一帶;西區(qū)主要位于大崇山山脈和大霧山山脈之間,由百壽鎮(zhèn)至三皇鎮(zhèn)一帶的山間盆地組成,總面積達(dá)796km2。研究區(qū)地處亞熱帶溫帶交界處,屬中亞熱帶季風(fēng)氣候,據(jù)永??h氣象局統(tǒng)計(jì)資料,極端低溫-3.8℃,極端高溫38.8℃,歷年平均降水量1937.3mm,是全國(guó)水資源豐富地區(qū)之一,氣候條件對(duì)土壤形成影響很大,區(qū)內(nèi)土壤主要為紅壤(約占研究區(qū)總面積的45%),其次為石灰土(27%)和水稻土(25%),少量紫色土和沖積土,總體呈酸性。區(qū)內(nèi)以耕地、園地、林地為主,農(nóng)作物主要有水稻、柑橘、西紅柿、羅漢果、百香果、甘蔗等。
在大地構(gòu)造位置上研究區(qū)位于羌塘—揚(yáng)子—華南板塊桂中-桂東北坳陷東部,永福縣境內(nèi)出露地層主要有震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、白堊系和第四系,研究區(qū)內(nèi)除震旦系之外,其他地層均有分布。其中寒武系主要沿研究區(qū)邊緣分布,泥盆系、石炭系廣泛分布于區(qū)內(nèi),白堊系主要位于研究區(qū)東部區(qū)塊的永??h城一帶,第四系主要沿洛清江和大小河溝谷地帶分布。
樣品布設(shè)及采集按《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)規(guī)范執(zhí)行,主要布設(shè)于農(nóng)用地上,分3~5個(gè)子樣點(diǎn)采集0~20cm的連續(xù)土柱,組合為一個(gè)樣品。樣品分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS),由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行分析,數(shù)據(jù)結(jié)果按規(guī)定程序通過(guò)質(zhì)量評(píng)估驗(yàn)收。
本區(qū)共采集3888件表層土壤樣品,分析結(jié)果顯示鎘含量 最 大 值6.54×10-6、最 小 值0.01×10-6、中 值0.26×10-6、眾值0.15×10-6、平均值0.54×10-6,是全國(guó)土壤鎘含量平均值(0.097×10-6)[5]的5.58倍,局部鎘含量偏高,相對(duì)富集。其中,大于全國(guó)土壤鎘含量平均值30倍的樣點(diǎn)占比1.0%,按照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-2018),鎘的污染趨勢(shì)較大,有一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)表層土壤樣品所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)背景單元進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),得出各類(lèi)地質(zhì)背景單元控制的樣點(diǎn)比例,其中,泥盆系(D)占比最大,達(dá)47.38%;石炭系(C)次之,為25.80%;白堊系(K)少量,占比5.35%;寒武系(∈)最少,僅為0.13%??傮w以泥盆系(D)、石炭系(C)和第四系(Q)為主,反映了研究區(qū)土壤地質(zhì)背景以海相和河流相為主的地質(zhì)環(huán)境。鎘在融縣組(D3r)中含量最高,均值為1.38×10-6,其次為額頭村組(D3e)、堯云嶺組(C1y)、東村組(D3d)、桂林組(D3g),含量均值分別為0.98、0.90、0.90、0.89;這些高值點(diǎn)所在的地質(zhì)單元區(qū)主要為碳酸巖區(qū)。在鹿寨組(C1lz)、信都組(D2x)、永福群(K1y)、蓮花山組(D1l)中含量較低,均值分別為0.21、0.21、0.15、0.12,這些低值的地質(zhì)單元主要為碎屑巖區(qū)??傮w上, 碳酸鹽地區(qū)表層土壤中的鎘含量要高于碎屑巖區(qū)(圖1)。
圖1 不同地質(zhì)單元表層土壤中鎘均值含量
全區(qū)共有6個(gè)土類(lèi),13個(gè)亞類(lèi),以紅壤、潴育性水稻土、紅色石灰土、棕色石灰土、紅壤性土為主。將表層土壤采樣點(diǎn)按照土壤類(lèi)型單元進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)(圖2),結(jié)果顯示,鎘在紅色石灰土和鹽漬性水稻土中含量最高,均值分別達(dá)到了1.20×10-6、1.05×10-6,在沼澤性水稻土中最低,為0.19×10-6。
圖2 不同土壤類(lèi)型鎘均值含量
區(qū)內(nèi)土地利用類(lèi)型主要有耕地、園地、林地、草地等,以耕地、園地、林地為主,三者共占區(qū)內(nèi)總面積的83%。將表層土壤樣按照土地利用類(lèi)型進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(圖3),結(jié)果顯示,灌木林地中鎘含量最高,均值達(dá)到1.68×10-6;其次為裸地、其他草地、旱地均值分別為0.81×10-6、0.73×10-6、0.63×10-6,這些區(qū)域在地貌上多為巖溶地貌,在巖性上主要為碳酸鹽巖。水田、果園、其他園地、其他林地中鎘含量較低,均值分別為0.38×10-6、0.30×10-6、0.18×10-6、0.14×10-6。
圖3 不同土地利用類(lèi)型鎘均值含量
鎘的分布特征可通過(guò)元素的變異系數(shù)進(jìn)行分類(lèi)總結(jié),即變異系數(shù)<0.5,表示分布均勻;變異系數(shù)位于0.5~1.0之間,表示分布基本均勻;變異系數(shù)位于1.0~2.0之間,表示分布不均勻,變異系數(shù)>2.0,表示分布極不均勻。本區(qū)鎘含量變異系數(shù)為1.24,表明鎘在本區(qū)分布不均勻。根據(jù)鎘的地球化學(xué)圖(圖4),表層土壤鎘分布具有明顯的地域特征,明顯表現(xiàn)出西部區(qū)塊高、東部區(qū)塊低的特點(diǎn),其高值區(qū)主要集中在研究區(qū)西部的永安鄉(xiāng)、三皇鎮(zhèn)、百壽鎮(zhèn)及羅錦鎮(zhèn)南東部巖溶區(qū)一帶。對(duì)比研究區(qū)巖組圖,結(jié)合鎘在不同成土母質(zhì)單元中的含量特征,可以發(fā)現(xiàn)鎘的富集與碳酸鹽巖密切相關(guān),高值區(qū)多分布在石炭系、泥盆系的碳酸鹽巖區(qū),低值區(qū)則主要分布在第四系覆蓋區(qū)和碎屑巖區(qū)。
圖4 鎘地球化學(xué)圖與巖組對(duì)比圖
(1)研究區(qū)表層土壤鎘含量平均值為0.54×10-6,是全國(guó)土壤鎘含量平均值(0.097×10-6)的5.58倍,在本區(qū)相對(duì)富集,局部鎘含量偏高,有一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
(2)研究區(qū)鎘分布不均勻,變異系數(shù)為1.24,高值區(qū)與碳酸鹽巖分布密切相關(guān),碳酸鹽地區(qū)鎘的含量明顯要高于碎屑巖區(qū)。