孫忠戈

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)遼寧沈陽110866）

黃土中主要元素主成分和聚類分析

孫忠戈

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)遼寧沈陽110866）

本文就是通過主因子分析方法在黃土常量和微量元素中，找出幾個對土壤性質(zhì)起著決定性作用的因子。分析出在不同發(fā)生層化學(xué)組不同，因子作用也會有差異，因此算出因子在各發(fā)生層的得分，可以作為反應(yīng)沉積環(huán)境和物源的科學(xué)指標(biāo)。

黃土；主要元素；主成分；聚類分析

1　黃土中主量元素主因子分析

本文對黃土中主量元素氧化物和微量元素的含量進(jìn)行了主因子分析，選取特征值大于1的主因子，并且剔除了絕對值小于0.3的數(shù)值。從方差極大正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣中提取出3個主因子，累計方差貢獻(xiàn)為87.79%，基本上能夠代表整個剖面的的數(shù)據(jù)變化。

主因子F1的方差貢獻(xiàn)率為49.97%，明顯高于其他因子，是影響黃土沉積物地球化學(xué)組成的主要因素。因為正載荷元素較多，為了方便對比本文選擇正載荷較大的（>0.7）元素。正載荷的大于0.7的元素有Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、MnO2、P2O5、Co、Ni，其中主要包含了在表生環(huán)境下相對活躍的常量元素和微量元素，F(xiàn)1因子正載荷元素中MnO2、Fe2O3、Co、Ni都屬于鐵族元素，四者具有親疏性，且在沉積過程中經(jīng)常共生在風(fēng)化產(chǎn)物中富集。氧化物Fe2O3和MnO2對沉積環(huán)境的氧化還原條件非常敏感。CaO、MgO、Al2O3和P2O5等都是相對活潑的氧化物，風(fēng)化作用下極易淋漓并遷移，并極易受細(xì)粒粘土吸附或生物作用富集。該因子中的負(fù)載荷元素是Na2O是容易受到化學(xué)風(fēng)化作用影響的氧化物，而SiO2是黃土沉積物最主要的地球化學(xué)氧化物，SiO2含量的多少直接影響到其他元素的含量，所以SiO2與其他常量氧化物均呈不同程度負(fù)相關(guān)，即SiO2的“稀釋劑”作用。因此推測F1反映了風(fēng)化程度和沉積過程中的古氣候變化。

第二主成分F2的方差貢獻(xiàn)為27.42%。載荷絕對值大于0.7的元素有，K2O、V、Cr、Ba、Zn，這其中包含表生環(huán)境下地球化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，且這些元素在火山灰層中都表現(xiàn)出了含量的異常性，如Cr、V和Zn；以及化學(xué)性質(zhì)活躍的K2O。因此第二主成分F2反映了外來沉積的影響，其中活性成分反映了環(huán)境中物理、化學(xué)生物作用的變化。

第三主成分F3因子的方差貢獻(xiàn)為10.40%，元素載荷較大的有MnO2、Pb、V、Ba、Zn、Cu，該組元素大部分都屬于陸源物質(zhì)特征的標(biāo)志，說明該組分受陸源碎屑物質(zhì)沉積作用影響較大，反應(yīng)來源是廣泛的上部陸殼。

2　地球化學(xué)元素聚類分析

聚類分析是反映事物的相關(guān)性并把相關(guān)程度大的事物歸為一類的數(shù)理統(tǒng)計方法。這種做法能夠大大縮小以往全憑主觀的判斷所造成的誤差，使數(shù)據(jù)分析的結(jié)果更具客觀性。本文應(yīng)用R-型聚類分析方法，將黃土元素進(jìn)行分析。

圖1　黃土元素聚類譜系圖

如圖1所示，表現(xiàn)為黃土元素更可能是有相同的遷移和積累過程；Ⅰ組中的TiO2和Zr是不易移動、難于風(fēng)化相對穩(wěn)定的元素，在沉積物的源區(qū)多存在于相對較粗的風(fēng)化物中，是典型的親碎屑元素。TiO2和Zr兩者相關(guān)性較好，可能與土壤的沉積母質(zhì)中金紅石、鋯石礦物有關(guān)。Co、TFe2O3、MnO2、Ni、是具有親鐵性的元素，相關(guān)性較好，可以認(rèn)為在剖面的形成過程中鐵質(zhì)礦物具有較為穩(wěn)定的表生行為。據(jù)此可以判斷這組元素可能受沉積母質(zhì)影響較大的元素組合。第Ⅱ組元素中，V是周期表第五副族的第一個元素具有較強(qiáng)親氧性。Ba為易淋溶元素，Ba的含量和沉積風(fēng)化過程中元素淋失程度有關(guān)。第Ⅲ組只有FeO一種元素，F(xiàn)eO受土壤中的氧化還原條件影響較大。因此可以判斷Ⅱ、Ⅲ元素組合是受氧化還原條件影響較大的元素組合。

3　結(jié)語

通過上述分析，可以得出黃土沉積物化學(xué)組成主要受氣候因子和外來沉積物物源因子控制，在不同發(fā)生層化學(xué)組不同，因子作用也會有差異，因此算出因子在各發(fā)生層的得分，可以作為反應(yīng)沉積環(huán)境和物源的科學(xué)指標(biāo)。

[1]Rudnick R L,Gao S.2004.The composition of continental crust [A].In:Rudnick R L.Treatiseon Geochemistry,Vol.3,The Crust[C]. Amsterdam:ElsevierPress,1-64.

[2]Schaetzl,Randall,J.1998.Lithologic discontinuities in some soils ondrumlins:theory,detection,andapplication.Soil Science,163(163), 570-590.

[3]Takai Y,Kamura T.1966.Mechanismof reduction in waterlogged paddysoil[J].FoliaMicrobiol,11:304-313.

[4]Topp S E,Salbu B,Roaldset E,et al.1984.Vertical distribution of trace elements in laterite soil(Suriname)[J].Chemical Geology.47: 159-174.