劉慶宇 馬瑛 姬丙艷 田興元 韓思琪

青海省第五地質勘查院，青海 西寧 810000

土地質量地球化學調查主要研究土壤的地球化學性質[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、地貌條件加上相關的氣候、植被、水文等要素，在反映土壤地球化學性質上占有重要地位[2-5]。青藏高原地貌景觀復雜、成土母質多樣，青海省在開展土地質量地球化學調查過程中布點原則也有所不同。2009 年之前以網(wǎng)格化布點為主，采樣點布設在格子中央位置，2009 年之后采樣點布置在土壤易于匯集的溝谷中，布點以考慮成土母質來源為主。關于二者樣品代表性、差異性，目前地球化學依據(jù)支撐不足，兩種采樣方法對元素地球化學特征的影響未有明確結論，鑒于以上問題，筆者針對布點方法開展本次方法試驗技術研究。

1 方法試驗選區(qū)

方法試驗選擇了門源縣皇城鄉(xiāng)和東川鎮(zhèn)兩塊具有不同地貌景觀、成土母質、土壤類型、和土地利用類型的地區(qū)進行方法試驗（圖1，表1）。方法試驗面積各64km2，共計128km2，表層土壤采樣點各128 個，共計254 個，組合分析樣各32件，共計64 件。

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

表1 試驗區(qū)特征對比表Table 1 Features comparison table in the test area

1.1 皇城試驗區(qū)

皇城試驗區(qū)位于門源盆地西北部，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)土壤類型為高山草甸土，沖洪積平原土壤類型為黑鈣土；山地成土母質以火山巖風化物為主，溝谷中成土母質以沖洪積物為主；植被以芨芨草屬、針茅屬、冰草屬、菊科的蒿屬等為優(yōu)勢種，植被覆蓋度45%～75%，草層高度15～20cm?；食窃囼瀰^(qū)面積為64km2，表層土壤采樣點128 個，4 個采樣點組合為1 件樣品，組合分析樣為32 件。

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

1.2 東川試驗區(qū)

東川試驗區(qū)位于門源盆地東部，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；山地土壤成土母質以黃土為主，溝谷中土壤成土母質以次生黃土為主；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。東川試驗區(qū)面積為64km2，表層土壤采樣點128 個，4 個采樣點組合為1 件樣品，組合分析樣為32 件。

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

2 采樣方法

“網(wǎng)格化”布點以均勻性為主要原則，按1km×1km 網(wǎng)格布點，采樣點布設在格子中央位置，采樣位置基本位于坡地，采樣時在設計點周圍100m 范圍內4 處多點采集組合[2]。

圖4 采樣點位對比圖Fig 4 Comparison map of sampling points

“匯水域”布點采用水系沉積物測量理念“最大限度控制匯水域面積”，采樣點布設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，采樣時在設計點周圍100m范圍內4 處多點采集組合（圖4）。兩種方法均按4km2組合分析。樣品檢測由國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心（安徽省地質實驗研究所）按照《多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范（1∶250000）》[6]和《生態(tài)地球化學評價樣品分析技術要求(試行)》[7]完成。

3 元素含量特征對比

將兩種采樣方法采集的樣品按1 個樣品/4km2組合分析，并將元素含量平均值進行對比，求取K 值（k=網(wǎng)格化布點元素評價含量/匯水域布點元素平均含量，皇城試驗區(qū)用KHC表示，東川試驗區(qū)用KDC表示）。

皇城試驗區(qū)：

（1）從表2 可以看出，在皇城試驗區(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，風化作用較強時土壤中的CaO 和Sr 極易伴隨水流淋失[8]，CaO、Sr、Cl 通過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，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化物基礎上發(fā)育的，土壤孔隙度較好，在土壤空隙中寄生大量的細菌、放線菌、固氮菌等，因此具有較強的固氮和有機質分解作用[10]；而溝谷中土壤成土母質以沖洪積物為主，土壤中砂礫石較多，土壤結構緊實，孔隙度低，微生物較少，因此微生物的固氮和有機質分解作用就相對較弱。故土壤中微生物數(shù)量差異導致“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）皇城試驗區(qū)網(wǎng)格化采樣點Au、As、Sb、Cr、Ni、Hg、Bi 含量較匯水域內采樣點含量偏高?；食窃囼瀰^(qū)位于Au、As、Sb、Cr、Ni、Hg、Bi 富集區(qū)。坡地土壤成土母質主要為原巖風化物，且坡地土壤厚度在30～70cm 左右，土壤對原巖地球化學繼承性更強，而溝谷土壤成土母質以沖洪積物為主，元素在隨沖洪積物遷移過程中發(fā)生衰減，含量降低，土壤對原巖地球化學特征繼承性較低。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。

東川試驗區(qū)：

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

（2）東川試驗區(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較強，Cl-和SO2-4大部分通過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通過毛細上升作用在表層5cm 處作用形成“鹽痂”[11]。黃土中CaO 和Sr 相對較為穩(wěn)定，故兩種采樣方法元素含量未見明顯差異[9]。

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

表2 方法試驗元素含量特征對比表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”布點和“網(wǎng)格化”布點兩種方法取得的數(shù)據(jù)變異系數(shù)來看，“匯水域”布點樣品中元素含量的變異系數(shù)較“網(wǎng)格化”布點樣品含量變異系數(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。

通過對兩處試驗區(qū)的分析對比，土壤中大部分元素的地球化學特征與成土母質元素地球化學特征密切相關，N、TC、Corg 與土壤中的植被及微生物條件關系更為密切[12]。不同條件下S、Cl、Sr、CaO 含量變化較為明顯，通過表3 中門源縣全區(qū)784 件不同成土母質、土壤類型和土地利用類型土壤樣品S、Cl、Sr、CaO 含量對比可以看出，土壤類型和土地利用類型對CaO 和Sr 地球化學特征影響更為明顯；成土母質和土壤類型對S 和Cl 的影響更為明顯。青藏高原土壤類型受地貌景觀垂直分布規(guī)律十分明顯，另外成土母質和土地利用類型也與地貌景觀密切相關[13-15]，因此S、Cl、Sr、CaO 地球化學特征根本上受地貌景觀影響[16]。

表3 不同成土母質、土壤類型、土地利用類型元素含量對比Table 3 Comparison of element content of different soil parent material, soil type and land use type

5 結論

（1）“網(wǎng)格化”布點和“匯水域”布點兩種工作方法對大多數(shù)元素地球化學特征無明顯影響；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的地區(qū)兩種采樣方法對元素地球化學特征無明顯影響，以巖石風化物和沖洪積物為成土母質的地區(qū)兩種采樣方法對個別元素有較為明顯的影響。

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