Representative study of different genesis soils in hilly and mountain area multi-purpose regional geochemical survey: a case study of Shaoxing, Zhejiang Province
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摘要:
当前, 多目标区域地球化学调查工作已逐步进入丘陵山区, 与平原区不同, 丘陵山区地质背景更复杂, 土壤成因类型和土地利用方式多变, 土壤类型多样。如何布设土壤样点以客观真实地反映区域土壤地球化学分布特征是值得关注的问题。选择浙江绍兴市区以南40 km2的丘陵山区, 按照多目标区域地球化学调查规范样品布设原则及采样要求, 以4点/km2密度采集表层土壤样品, 测定了38项元素指标含量。通过对比不同采样密度及不同成因土壤元素含量及其空间分布特征, 开展丘陵山区表层土壤采样代表性研究。结果表明, 多目标区域地球化学调查规范中的小格采样、大格组合分析方案能够很好地反映土壤元素区域地球化学分布模式; 对于大多数元素指标而言, 在丘陵山区以1点/km2密度采集能够代表采样单元格物质组成的冲积成因土壤, 可更好地满足样品代表性要求。在评价As、Mn、Mo、Al2O3、MgO、K2O等元素指标异常时, 可倾向性地采集残坡积成因土壤。研究成果为丘陵山区多目标区域地球化学调查土壤样品采集方法的完善提供了理论依据。
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关键词:
- 多目标区域地球化学调查 /
- 表层土壤 /
- 代表性 /
- 丘陵山区 /
- 浙江绍兴
Abstract:Currently, the multi-purpose regional geochemical survey has extended into hilly and mountain areas, which has a relatively complicated geological background, soil genetic type, land use type and soil type compared to plain areas.How to lay out surface soil samples, so as to objectively and truly reflect the soil region geochemical characteristics has become a key issue.We collected soil samples in the hilly and mountain area of 40 km2 south of Shaoxing, Zhejiang Province.According to the sample layout principle and sampling requirements of multi-purpose regional geochemical survey, collecting surface soil samples by 4 point/km2 density and measuring 38 components.We evaluate the representativeness of different genesis soils through comparing the elements content and their spatial distribution.The results showed that, the mode of small lattice sampling and large lattice combination analysis could well reflect the element regional geochemical distribution; for most elements index, sampling alluvial soils which could represent the material composition of sample cell could better meet the requirements of representativeness.In the evaluation of As, Mn, Mo, Al2O3, MgO and K2O geochemical anomalies, the residual slope soil can be collected.This study can provide theoretical basis for the improvement of soil sample collettion methods for multi-purpose region geochemical survey in hilly and mountain areas.
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表 1 元素分析测试方法及检出限
Table 1. Analysis methods and detection limits of different elements
分析项目 分析方法 仪器型号 检出限 单位 Cr、Mn、P、Ti、V、Zr X射线荧光光谱法(XRF) PW4400/40 5(Cr、V)，10(Mn、P、Ti)，2(Zr) 10-6 SiO2、TFe2O3、CaO、K2O X射线荧光光谱法(XRF) PW4400/40 0.1(SiO2、TFe2O3)，0.05(CaO、K2O) % S 等离子体光谱法(ICP-OES) IRIS Intrepid Ⅱ XSP 50 10-6 Al2O3、MgO、Na2O 等离子体光谱法(ICP-OES) IRIS Intrepid Ⅱ XSP 0.1(Al2O3)，0.05(MgO、Na2O) % Bi、Co、Cu、Ge、La、Mo、Ni、
Pb、Sb、Sc、Tl、W、Zn等离子体质谱法(ICP-MS) I cap Qc 0.05(Bi、Sb)，0.1(Ge、Tl)，0.2(Mo、W)，
1(Co、Cu、La、Sc)，2(Ni、Pb、Zn)10-6 Cd 等离子体质谱法(ICP-MS) I cap Qc 20 10-9 As、Se 氢化物-原子荧光光谱法(HG-AFS) XGY-1011A 1(As)，0.01(Se) 10-6 Hg 冷蒸气-原子荧光光谱法(CV-AFS) XGY-1011A 2 10-9 Ag 发射光谱法(ES) WP-1 20 10-9 Sn 发射光谱法(ES) WP-1 1 10-6 F 离子选择性电极(ISE) PXSJ-226 100 10-6 N 氧化燃烧-气相色谱法(GC) EA3000 20 10-6 TC 氧化燃烧-气相色谱法(GC) EA3000 0.1 % Corg. 氧化热解-电位法(POT) YZYT-4 0.1 % pH 电位法(POT) 雷磁PHB-4 无量纲 无量纲 
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表 2 不同成因表层土壤元素含量特征
Table 2. Elements concentration of different genesis soils
分析指标 残坡积样品(n=79) 冲积样品(n=81) 全国均值 均值 中位数 标准差 变异系数 中位数/全国均值 均值 中位数 标准差 变异系数 中位数/全国均值 Ag 203 146 212 1.1 1.8 381 194 1174 3.1 2.4 80 As 20.3 12.0 22.1 1.1 1.2 12.7 11.1 10.8 0.86 1.1 10 Bi 0.48 0.42 0.34 0.70 1.38 0.45 0.43 0.15 0.34 1.43 0.3 Cd 180 99 239 1.3 1.1 385 272 397 1.03 3.0 90 Co 14.7 12.3 9.6 0.65 0.95 12.2 11.5 4.4 0.36 0.89 13 Cr 56.8 47.5 33.5 0.59 0.7 66.6 61.4 40.5 0.61 0.9 65 Cu 48.8 26.1 47.3 0.97 1.1 41.3 35.4 26.2 0.63 1.5 24 F 466 443 197 0.42 0.9 406 402 90 0.22 0.8 480 Ge 1.56 1.54 0.22 0.14 1.2 1.45 1.46 0.15 0.10 1.1 1.3 Hg 140 101 134 0.96 2.5 353 221 343 0.97 5.5 40 La 32.7 33.5 14.1 0.43 0.9 35.7 37.4 7.8 0.22 1.0 38 Mn 786 620 663 0.84 1.0 573 494 283 0.49 0.8 600 Mo 2.09 1.25 3.34 1.6 1.6 1.43 1.13 0.88 0.61 1.4 0.8 N 1406 1300 700 0.50 2.0 2186 2295 978 0.45 3.6 640 Ni 21.7 18.6 13.6 0.63 0.7 21.5 19.7 5.8 0.27 0.8 26 P 539 465 355 0.66 0.9 761 649 407 0.54 1.2 520 Pb 52.8 40.2 56.3 1.1 1.7 62.6 52.2 34.4 0.55 2.3 23 S 267 253 99 0.37 1.7 330 326 136 0.41 2.2 150 Sb 2.55 2.07 2.12 0.83 2.6 2.23 1.97 2.31 1.03 2.5 0.8 Sc 15.1 11.9 8.8 0.58 1.08 12.6 11.8 5.0 0.39 1.07 11 Se 0.88 0.87 0.39 0.45 4.3 0.66 0.65 0.22 0.33 3.3 0.2 Sn 18.0 8.8 39.7 2.2 3.5 31.2 23.7 32.2 1.03 9.5 2.5 Ti 5297 5096 1538 0.29 1.19 5189 5075 643 0.12 1.18 4300 Tl 0.66 0.63 0.31 0.47 1.05 0.56 0.58 0.18 0.32 0.96 0.6 V 129 100 78 0.60 1.21 105 96 39 0.38 1.17 82 W 2.30 2.00 1.30 0.56 1.67 2.03 2.05 0.48 0.24 1.71 1.2 Zn 95.5 84.1 67.1 0.70 1.2 124.6 93.1 79.7 0.64 1.4 68 Zr 260 285 85.2 0.33 1.1 289 293 59.5 0.21 1.2 250 SiO2 63.6 64.4 8.3 0.13 0.99 67.6 67.1 5.1 0.08 1.03 65 Al2O3 14.15 13.65 3.20 0.23 1.1 12.10 11.76 1.98 0.16 0.9 12.6 TFe2O3 5.91 4.93 2.75 0.47 1.0 4.37 4.36 1.48 0.34 0.9 4.7 MgO 0.98 0.80 0.56 0.57 0.44 0.78 0.72 0.25 0.32 0.40 1.8 CaO 0.46 0.21 0.57 1.3 0.1 0.55 0.51 0.39 0.71 0.2 3.2 Na2O 0.52 0.29 0.54 1.0 0.2 0.56 0.54 0.28 0.51 0.3 1.6 K2O 1.92 1.88 0.75 0.39 0.8 1.77 1.79 0.37 0.21 0.7 2.5 Corg. 1.67 1.50 0.96 0.57 4.3 2.08 2.05 0.94 0.45 5.9 0.35 TC 1.71 1.58 1.00 0.59 \ 2.11 2.11 0.95 0.45 \ \ pH 4.92 4.69 0.73 0.15 \ 5.16 4.99 0.68 0.13 \ \ 注：Ag、Cd、Hg含量单位为10-9，其他微量元素含量单位为10-6，主量元素、Corg.和TC含量单位为%
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表 3 试验区岩石样品元素含量特征
Table 3. Elements concentration of rock samples in study area
分析指标 Ag Cd Hg N Pb S Sb Se Sn MgO CaO Na2O 岩石样品(n=6) 120 112 11.6 192 14 83 4.41 0.08 1.52 2.18 2.38 1.26 中国东部大陆地壳[23] 55 82 7 60 15 250 0.18 0.07 1.40 3.17 5.38 3.44 注：Ag、Cd、Hg含量单位为10-9，其他微量元素含量单位为10-6，主量元素含量单位为%
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表 4 不同元素半变异函数理论模型及其拟合参数
Table 4. Semivariogram model and fitting parameter of different elements
元素 样品密度 变换 理论模型 块金值 基台值 块基比 决定系数 变程/m Cu 4点/km2 0.04 0.18 0.20 0.92 10392 1点/km2(残坡积) log 高斯模型 0.05 0.11 0.43 0.94 5679 1点/km2(冲积) 0.02 0.21 0.10 0.94 14561 La 4点/km2 0.01 0.05 0.15 0.98 11130 1点/km2(残坡积) log 球状模型 0.001 0.06 0.02 0.99 9940 1点/km2(冲积) 0.01 0.01 0.45 0.93 6108 Cd 4点/km2 0.09 0.18 0.48 0.91 4560 1点/km2(残坡积) log 球状模型 0.01 0.12 0.08 0.90 2322 1点/km2(冲积) 0.08 0.27 0.31 0.95 7794 Hg 4点/km2 0.03 0.19 0.16 0.94 4770 1点/km2(残坡积) log 指数模型 0.03 0.16 0.22 0.98 11220 1点/km2(冲积) 0.03 0.17 0.17 0.78 2658 Cr 4点/km2 0.85 0.85 1.00 0.72 4195 1点/km2(残坡积) 正态得分 球状模型 0.02 0.99 0.02 0.30 1757 1点/km2(冲积) 0.82 0.97 0.84 0.48 4194 Zn 4点/km2 0.69 1.91 0.36 0.69 25620 1点/km2(残坡积) 正态得分 指数模型 0.001 1.08 0.0009 0.96 2538 1点/km2(冲积) 0.23 2.42 0.09 0.99 18315 As 4点/km2 0.06 0.20 0.27 0.70 63300 1点/km2(残坡积) log 指数模型 0.04 0.15 0.26 0.77 30330 1点/km2(冲积) 0.0009 0.07 0.01 0.91 3093 Al2O3 4点/km2 4.69 14.39 0.33 0.63 35610 1点/km2(残坡积) 无 指数模型 4.01 13.85 0.29 0.90 19698 1点/km2(冲积) 0.001 5.48 0.0002 0.59 4740
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表 5 不同元素指标代表性评价结果
Table 5. Representative evaluation results of different elements
元素指标 残坡积 冲积 Bi、Cd、Co、Cu、F、Hg、La、Ni、P、Pb、S、Sb、
Sc、Se、Sn、Ti、Tl、V、Zr、SiO2、
TFe2O3、CaO、Na2O、pH(24项元素指标)√ √ Ag、Cr、Ge、N、W、Zn、Corg.、TC(8项元素指标) × √ As、Mn、Mo、Al2O3、MgO、K2O(6项元素指标) √ × 注：√为代表性好，×为代表性不好
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[1] 奚小环. 多目标区域地球化学调查与生态地球化学——第四纪研究与应用的新方向[J]. 第四纪研究, 2005, 25(3): 269-274. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.2005.03.001
[2] 杨忠芳, 奚小环, 成杭新, 等. 区域生态地球化学评价核心与对策[J]. 第四纪研究, 2005, 25(3): 275-284. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.2005.03.002
[3] 杨忠芳, 成杭新, 奚小环, 等. 区域生态地球化学评价思路及建议[J]. 地质通报, 2005, 24(8): 687-693. doi: 10.3969/j.issn.1671-2552.2005.08.002 http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=200508140&flag=1
[4] 奚小环. 多目标的地质大调查——21世纪勘查地球化学的战略选择[J]. 物探与化探, 2007, 31(4): 283-288. doi: 10.3969/j.issn.1000-8918.2007.04.001
[5] 杨晓波, 王文清, 马力, 等. 加强多目标调查成果转化与应用为社会经济与生态环境的协调发展服务[J]. 岩矿测试, 2007, 6(4): 343-346. doi: 10.3969/j.issn.0254-5357.2007.04.021
[6] 王喜宽, 朱锁, 刘东, 等. 内蒙古河套地区多目标区域地球化学调查成果及其意义[J]. 现代地质, 2008, 22(6): 1064-1070. doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2008.06.027
[7] 奚小环, 杨忠芳, 夏学齐, 等. 基于多目标区域地球化学调查的中国土壤碳储量计算方法研究[J]. 地学前缘, 2009, 16(1): 194-205. doi: 10.3321/j.issn:1005-2321.2009.01.022
[8] 李括, 彭敏, 赵传东, 等. 全国土地质量地球化学调查二十年[J]. 地学前缘, 2019, 26(6): 128-158. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DXQY201906020.htm
[9] 奚小环, 李敏. 现代地质工作重要发展领域: "十一五"期间勘查地球化学评述[J]. 地学前缘, 2013, 20(3): 161-169. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DXQY201303021.htm
[10] 邓宾, 陈彪, 郑国东, 等. 基于多目标区域地球化学调查的稀土资源潜力评价[J]. 桂林理工大学学报, 2016, 36(1): 118-123. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GLGX201601016.htm
[11] 奚小环, 李敏. 现代勘查地球化学科学体系概论: "十二五"期间勘查成果评述[J]. 物探与化探, 2017, 41(5): 779-793. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WTYH201705001.htm
[12] Cahn M D, Hummel J W, Brouer B H. Spatial analysis of soil fertility for site-specific crop management[J]. Soil Science Society America Journal, 1994, 58: 1240-1248. doi: 10.2136/sssaj1994.03615995005800040035x
[13] Xie X J, Yin B C. Geochemical patterns from local to global[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1993, 47: 109-129. doi: 10.1016/0375-6742(93)90061-P
[14] 朱立新, 周国华, 任天祥. 农业地球化学调查研究的基本工作方法[J]. 有色金属矿产与勘查, 1994, 3(6): 368-373. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSJS406.013.htm
[15] 刘文辉. 兰州—白银多目标地球化学调查野外工作方法浅析[J]. 甘肃地质, 2008, 17(2): 89-93. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GSDZ200802018.htm
[16] 周国华. 多目标区域地球化学调查: 分析测试面临的机遇和挑战[J]. 岩矿测试, 2010, 29(3): 296-300. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS201003023.htm
[17] 朱立新, 周国华, 任天祥, 等. 浙江杭嘉湖平原区农业环境地球化学调查和研究成果[J]. 矿物岩石地球化学通讯, 1999, (3): 151-153. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KYDH403.010.htm
[18] 周国华, 郑文, 刘占元, 等. 平原区中大比例尺土壤地球化学调查采样方法——浙江省平湖市试验研究[J]. 第四纪研究, 2005, 25(3): 306-315. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DSJJ200503005.htm
[19] 崔玉军, 时永明, 李延生, 等. 松嫩平原沼泽地区多目标地球化学调查方法实验[J]. 现代地质, 2008, 22(6): 1055-1058. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XDDZ200806026.htm
[20] 刘德鹏, 应祥熙, 丁峰. 合肥市多目标地球化学调查方法技术试验效果[J]. 物探与化探, 2004, 28(3): 249-256. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WTYH200403017.htm
[21] 鄢新华, 言会, 谢勇, 等. 江西潘阳湖周边地区多目标区域地球化学调查方法技术探讨[C]//地质与可持续发展——华东六省一市地学科技论坛文集, 2003: 221-224.
[22] DZ/T 0258—2014. 多目标区域地球化学调查规范(1:250 000)[S]. 中华人民共和国国土资源部, 2014.
[23] 迟清华, 嫣明才. 应用地球化学元素丰度数据手册[M]. 北京: 地质出版社, 2007: 82-83.
[24] 吴启堂. 环境土壤学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2015: 208-213.
[25] 王景华. 海南岛土壤和植物中的化学元素[M]. 北京: 科学出版社, 1987: 133-136.
[26] 刘秀金, 杨柯, 成杭新, 等. 四川泸州市页岩和碳酸盐岩区水稻根系土Se含量和生物有效性控制因素[J]. 地质通报, 2020, 39(12): 1919-1931. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20201206&flag=1
[27] Yu T, Yang Z F, Lv Y Y, et al. The origin and geochemical cycle of soil selenium in a Se-rich area of China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2014, 139: 97-108.
[28] 谢邦廷, 贺灵, 江官军, 等. 中国南方典型富硒区土壤硒有效性调控与评价[J]. 岩矿测试, 2017, 36(3): 273-281. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS201703010.htm
[29] 黄园英, 魏吉鑫, 刘久臣, 等. 江西赣州瑞金—石城地区土壤与白莲果实中Se及其他有益元素地球化学特征[J]. 地质通报, 2020, 39(12): 1944-1951. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20201208&flag=1
[30] 余慧敏, 郭熙. 潘阳湖平原区农田土壤重金属Cd、Hg空间特征及潜在风险影响因素探讨[J]. 核农学报, 2020, 34(8): 1785-1795. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HNXB202008021.htm
[31] 臧亮, 张贵军, 张慧, 等. 黄骅市土壤重金属空间变异特征及污染评价[J]. 水土保持研究, 2017, 24(5): 337-342. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STBY201705053.htm
[32] 刘斌, 郭星, 朱宇恩. 基于随机森林模型的土壤重金属源解析——以晋中盆地为例[J]. 干旱区资源与环境, 2019, 33(1): 106-111. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHZH201901017.htm
[33] 郭鹏, 徐丽萍, 常存. 北疆小尺度滴灌棉田土壤全氮半变异函数建模及空间变异特征[J]. 西北农业学报, 2013, 22(6): 79-84. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XBNX201306016.htm
① 浙江省区域地质测量大队. 诸暨幅1:20万区域地质调查报告. 1975.
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