閩東南丘陵區地質背景對土壤金屬元素影響研究

林俊英

（福建省197地質大隊，福建 泉州 362011）

表層土壤中金屬元素含量超過一定數值,會對土壤造成不同程度的污染,從而影響農作物的生長、產量及品質等。除了人為因素外，土壤中的金屬元素含量還受成土母質、成土過程、地形地貌、氣候環境等各種元素的影響，土壤金屬元素含量進一步影響土壤質量。Cd、Hg、As、Pb、Cr、Ni是土壤中主要金屬元素，查明影響其含量的地質背景因素，對科學改良土壤，合理利用土壤資源具有現實意義。

1 地質背景

1.1 自然地理

研究區位于福建省永春縣，地形地貌屬中山地帶，為閩東南地區典型丘陵地貌。地處晉江東溪上游，主要河流有桃溪、坑仔口溪等，面積1451.8km2。屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫和。

1.2 地層及侵入巖

永春縣境內大面積分布著中生界地層，地層自古生界至第四系均有出露。中生代以前的地層，零星分布，以沉積巖、變質巖為主；中生界及以后的地層分布廣，出露面積廣，厚度大，以侏羅系火山巖為主，遍及全區，約占全縣面積的60%，巖性以流紋巖、流紋質凝灰熔巖、英安巖等火山巖為主，少量砂礫巖、粗砂巖、砂巖、粉、細砂巖、泥頁巖、泥巖。其它地層僅零星可見。

研究區位于歐亞板塊中國東南沿海陸緣近弧頂處，環太平洋巖漿活動帶兩側。巖漿侵入活動頻繁，其中以燕山期強度大，分布廣，活動次數多，種類繁雜而著稱，侵入巖以酸性和中酸性為主。主要分布于中部蓬壺、達埔、蘇坑等地，約占全縣面積的32%，出露的侵入巖主要為晚侏羅世和白堊世的產物。主要有燕山早期、燕山晚期侵入巖。燕山早期侵入巖巖性為正長花崗巖；燕山晚期侵入巖有正長花崗巖、花崗閃長巖和石英閃長巖等。

1.3 土壤

永春縣土壤以磚紅壤性紅壤和紅壤為主。其中磚紅壤性紅壤的分布區域以低山區為主，優以桃溪、湖洋溪兩岸分布最廣；紅壤的分布區域以東部低山、高丘陵地帶為主；黃紅壤則多分布在中山地帶，以海拔在700m～1230m的西部為主；黃壤的分布區域主要是在西部的山峰上部。成土母巖主要有火山巖類（占85%）和沉積巖類（15%）組成；耕地成土母質主要有殘坡積（占93.17%）、沖積母質（占1.53%）以及沖積、殘坡積二元覆蓋母質（占5.3%）組成。

2 樣品采集和測試

2.1 土壤樣品采集

以250×250m布設測量網格，以土壤樣品布置圖為工作手圖，使用便攜式GPS作為定點工具。以野外實際確定的采樣點為中心，結合地形、海拔、土壤等因素采用X”形或棋盤形或“S”形布設分樣點。子樣點在同一地塊內布設，土壤樣品采樣深度為0cm～20cm，由4個～6個子樣等量混合組成1件樣品。共采集樣品1807個。

2.2 樣品分析測試

樣品在野外經晾干、過篩等粗加工后送化驗測試中心完成檢測。土壤Pb、Cd、Mo等的測定步驟為：準確稱取0.1000g于50mL聚四氟乙烯燒杯中,水潤濕,用硝酸、氫氟酸、高氯酸在電熱板上溶解樣品，溶解完全后將溶液轉入25.0mL有刻度值帶塞的聚乙烯試管中,用去離子水稀釋至刻度,搖勻,澄清。移取清液1.00mL于聚乙烯試管中,用硝酸稀釋至10.0mL,搖勻,在等離子體質譜儀上測定Pb、Cd、Mo含量。

3 結果與分析

3.1 不同地層背景下土壤金屬元素含量特征

地層背景的不同，導致土壤元素來源的不同。根據統計分析不同地層土壤中各金屬元素含量狀況，結果顯示，與侏羅紀、白堊紀地層背景土壤中金屬元素含量相比，二疊紀、三疊紀地層背景的指標含量較高。特別對于元素砷、鎘，鎳，二疊紀、三疊紀地層背景中的含量明顯高于白堊紀、侏羅紀；鉛元素則在二疊紀及侏羅紀地層背景下含量較高；其他金屬元素在不同地層背景下含量中值差異不大。各地層背景下土壤酸度相當，均呈強酸性和酸性。

表1 研究區不同地層中土壤金屬元素含量特征統計表

3.2 不同侵入巖背景下土壤金屬元素指標特征

成土母巖的成分對土壤的元素指標含量影響很大，土壤中金屬元素含量也與成土母巖密切相關。研究區內侵入巖主要以白堊紀和侏羅紀火山巖體為主、其次為侏羅紀脈巖（花崗斑巖、閃長玢巖、碎斑熔巖）和三疊紀火山侵入巖體。對研究區不同侵入巖取樣分析金屬元素含量，從表中可以看出，總體上，侏羅紀石英閃長玢巖侵入巖體中元素含量普遍較高，其次為三疊紀巖體和侏羅紀碎斑熔巖。鎘、汞元素在不同侵入巖背景下含量相近，其他元素在不同侵入巖背景下含量相差可達2-4倍。不同侵入巖背景下土壤pH值接近5.0，呈現酸性和強酸性。

表2 研究區不同侵入巖中土壤金屬元素含量特征統計表

3.3 不同土壤質地金屬元素指標含量特征

土壤質地的不同代表著土壤元素的差異性，研究區土壤質地主要以壤土為主，包括紅壤、黃壤等，占比93.19%，土地面積186.58km2；其次為沙土和粘土，合計占比12.38%，土地面積12.38km2。對研究區不同土壤質地取樣分析金屬元素中值統計，不同土壤質地土壤中金屬元素含量特征統計可知，評價區不同質地表層土壤中，除鎘、鉻、鎳和pH值含量基本持平，其它元素指標均在壤土、粘土中較高，在沙土中含量較低。

表3 研究區不同土壤質地中金屬元素含量特征統計表

3.4 不同地質成因金屬元素指標含量特征

研究區土壤地質成因有殘坡積和沖洪積，其中主要以殘坡積為主，包括殘積、坡積和殘坡積，占比65.41%，土地面積128.54km2，其次為沖洪積，占比34.59%，土地面積69.95km2。

對殘坡積層和沖洪積層中元素含量中值的統計分析顯示，評價區不同土壤地質成因表層土壤中，各金屬元素含量基本持平。

表4 研究區不同地質成因土壤金屬元素含量特征統計表

3.5 研究區土壤環境質量

研究區表層土壤中鎘、汞含量高于全國豐度值（0.09mg·kg-1、10.00mg·kg-1），但低于自然背景值（一級）的限值（0.20mg·kg-1、0.15mg·kg-1），屬于相對低鎘、低汞的地球化學土壤環境；表層土壤中砷、鉻、鎳含量明顯低于全國土壤背景值（10mg·kg-1、65 mg·kg-1、26mg·kg-1），及自然背景值（一級）的限值（15mg·kg-1、90mg·kg-1、40mg·kg-1），屬于相對低砷、低鉻、低鎳的地球化學土壤環境。

表層土壤中鉛的含量高于全國土壤背景值和自然背景值（一級）限值，但遠小于二級標準值限值，屬于相對較高鉛的地球化學土壤環境。

按照土壤環境質量標準分級顯示，研究區金屬元素鎘、汞、砷、鉛、鉻、鎳含量處于二級土壤環境質量標準值以下的占95%以上，說明區內絕大部分地區處于二級土壤環境質量范疇，維持自然背景的土壤環境質量的限值范圍內，顯示出良好的表層土壤環境質量。

4 結論

（1）研究區土壤環境地球化學綜合等級主要以“一等”（清潔）為主，占比78.86%，土地面積157.18km2，其次為“二等”（尚清潔），占比13.45%，土地面積26.58km2，而不同程度污染（輕度～重度）占比合計7.69%，土地面積15.21km2。區內絕大部分地區土壤環境地球化學綜合等級處于一等-二等，顯示出清潔-尚清潔的土壤環境質量，局部零星小范圍區域出現不同程度的污染狀況。應進行合理治理及規避。

圖1 土壤環境地球化學綜合等級結果統計直方圖

（2）通過對評價區的取樣成果進行統計，按照不同的地質年代，不同時期的侵入巖，不同的土壤類型和不同的地質成因，分析各金屬元素的含量中值。根據不同地層元素富集特征可以看出土壤礦物的金屬元素具有明顯的母質繼承性。

土壤中金屬元素的含量與地層背景、侵入巖巖體呈現出較強的相關性，與土壤質地及土壤地質成因呈現出較弱相關性。二疊紀、三疊紀地層背景土壤中金屬元素的指標含量較高；侏羅紀石英閃長玢巖侵入巖體中金屬元素含量普遍較高，其次為三疊紀巖體和侏羅紀碎斑熔巖；大多金屬元素指標在壤土、粘土中較高，在沙土中含量較低。

通過對影響本區表層土壤金屬元素的地質背景影響因子的研究，可為土地資源的開發利用提供可靠的地質依據。