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自上世纪末至今,在我国中、东部地区开展的多目标生态地球化学大调查,以高密度、多指标为特色,对深、浅层土壤进行了全面的“体检”,所获得的土壤元素含量数据正在广泛地应用于资源勘探、环境评价、农业规划、人体健康等方面。除此以外,作为一项公益性、基础性地质大调查项目,进一步开阔其在国民经济和科学研究方面的应用,甚有必要,而且完全可能。
多目标生态地球化学大调查采用的土壤分类是发生分类系统。众所周知,土壤的发生分类方案综合了土壤的成土条件、成土过程和土壤属性这三方面要素,其中,就包括了土壤的成土地球化学条件、地球化学过程和地球化学属性,如气候条件中水的因素、土壤的脱硅富铝过程、土壤中元素的含量特征等。因此,多目标大调查同样也能为土壤分类提供全新的资料。本文即以成都经济区多目标生态地球化学调查获取的面上浅层土壤地球化学资料为例,进行这方面的初步探索。
成都经济区位于四川盆地西部,属亚热带气候,地形上包括西部龙门山区、中部平原区和东部、西南部的丘陵区。土地利用方式有自然林地、旱耕地、水耕地和少量的工矿用地。区内成土母岩母质包括岩浆岩、沉积岩两大岩类以及第四纪冲(洪)积物。岩浆岩和元古代、古生代地层分布于龙门山区,中生代地层分布于中央平原的东南和西北两侧,新生代冲(洪)积物分布于中央平原。区内共有8种土壤发生分类类型,主要为水稻土,占80%,分布于中央盆地平原和南部丘陵地区的山间开阔平缓地带,其次为中生代红层发育成的紫色土,占10%,分布于龙门山与中央盆地的接合部以及东部、南部的丘陵地区,再次为黄壤,占8%,分布在西部龙门山山地与山前丘陵的过渡地带,其他有黄褐土、潮土、黄棕壤、暗棕壤和棕色针叶林土等,共占2%,分布于龙门山区的山地或中央还原区。各种土类呈北东向平行分布。
本研究采用Q型聚类方法,按照土壤发生分类数,得到样品的聚类分析空间分组图。结合气候、地形、成土母岩母质、土地利用方式等宏观成土条件和作用,深入剖析了土壤聚类分析结果与实际发生分类之间的关系,揭示了土壤的地球化学性质与不同土壤类型之间的内在联系。并利用富集因子的方法和理论,对区内两种主要类型的土壤——水稻土和紫色土,以岷江流域为例,进行了元素含量特征演化方面的探讨。
本文得出如下认识:
1.利用多目标生态地球化学大调查所获得的浅层土壤的地球化学数据,进行O型聚类分析,在一定程度上准确地反映了实际土类的分布情况,特别是紫色土一类的幼年土壤和受强烈人为活动水耕、旱耕熟化土壤(如水稻土)等,前者在很大程度上继承了母岩、
母质的地球化学特征,后者因外来物质的不断加入显著地改变了浅层土壤原有的地球化学特征。从另一个角度来看,如果在现行的土壤系统分类中更多地考虑到浅层土壤的地球化学性质(与工农业生产利用和环境评价等密切相关),则将大大丰富土壤分类的实践意义;
2.浅层土壤地球化学特征与土壤发生类型之间存在内在的、必然的成因联系。从元素的变异系数、R型聚类分析和因子分析的结果来看,不同类型土壤中的元素含量是土壤形成的母岩母质及其演化、人为作用叠加和元素内生、表生地球化学性质共同作用的结果。这些作用往前推演可得到各类土壤的元素地球化学特征,往后推演则是不同土壤类型的个性化使然。这就是土壤元素地球化学特征能指示土壤类型的根体所在;
3.分类与聚类分析结果存在着一定的差异,这一方面源自地球化学数据的获取方法,如取样深度与样品的组合分析方法。另一方面,纯数值的计算更强调土壤的现时地球化学性质,不可能完整地反映土壤发生的成土条件、成土过程和土壤属性,这是本质的差异所在。事实上,土壤的发生分类也难以把这三个分类原则完美地结合起来;
4.各组元素的地球化学特征显著,如第l组以最高ca和pH值为特征,而且pH值变化平稳,第5组的主要碱(土)金属含量和pH值最低,第3组部分、第6组全部对应水稻土,以高含量的有机和农作物肥料元素C、N、S、P、K、Ca,重金属元素Cd、Hg、Cu、Pb、Zn等为特征,变异较稳定,第7组的Cr、Fe、Mg元素含量均值最高,而且普遍性较好,这与其物源提供大量耐风化的造岩副矿物如磁铁矿等密切相关。这些特征充分说明了土壤的母岩母质和利用方式对土壤化学组成的控制作用,从而构成了土壤分类中两个因素(母质和人为作用)的参照系。反过来,也可以从土壤类型推断出土壤的地球化学特征;
5.富集因子、浅层与深层元素含量的平均值、标准差和变异系数的比值被用来区分土壤中元素含量形成的途径,对认识土壤类型与其元素含量之间的成因联系,明确土壤的历史演化等有明显的指示意义,并能有效判读土壤的地球化学异常成因。如岷江流域内Hg异常,浅层主要为人为作用造成,而深层可能是下部地层中的油气所致。
6.本研究揭示了浅层土壤地球化学特征与土壤发生类型之间的必然相关性。在土壤分类走向定量化、国际化、标准化和信息化的今天,土壤的地球化学性质一定能为土壤系统分类提供新的定量指标,多目标地球化学大调查也一定能为土壤科学的理论研究作出贡献。