新安江流域土壤元素地球化学特征：来自岩石建造类型的约束.pdf

第44卷第2 期2023年6 月DOI:10.16788/j.hddz.32-1865/P.2023.02.006引用格式：唐志敏，张晓东，张明，等.新安江流域土壤元素地球化学特征：来自岩石建造类型的约束J.华东地质，2 0 2 3，44(2):172-185.(TANG Z M,ZHANG X D,ZHANG M,et al.Geochemical characteristics of soil elements in Xinan River Ba-sin:constraints from rock formation typesJ.East China Geology,2023,44(2):172-185.)来自岩石建造类型的约束华东地质EAST CHINA GEOLOGY新安江流域土壤元素地球化学特征：Vol.44No.2Jun.2023唐志敏1，张晓东1，张王冲1,张洁1，牛晓楠，宗乐丽，黄丁伶（1.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京2 10 0 16；2.中国人民解放军陆军工程大学，江苏南京2 10 0 0 7)摘要：成土母岩是土壤形成发育的物质基础，其岩石建造类型为土壤的元素地球化学特征提供重要约束。针对新安江流域各类岩石建造发育的土壤，以小流域为调查单元开展了生态地球化学调查，系统开展了不同地质背景下不同层位的土壤及相应母岩的对比研究，获取了该流域主要岩石建造土壤层、成土母质层以及成土母岩等介质中的主量元素、养分元素、重金属元素及其他有益元素的分布及分配特征。结果表明：各类元素在同一土壤-成土母质-成土母岩体系中的地球化学特征表现出一致性，除部分主量元素及pH值在不同岩石建造发育的土壤中存在较小差异外，大部分元素在新安江流域土壤中的组成及分布显著受其成土母岩的岩石建造类型控制。其中，黑色岩系及碳酸盐岩发育的土壤与全区背景差异最大，显著富集Cd、Cu、Se、M o 等亲硫元素，存在一定的环境质量风险；红层发育的土壤普遍缺乏N、P、有机质等养分元素，火山岩与侵人岩发育的土壤普遍富K元素，碎屑岩与变质岩发育的土壤元素地球化学特征与全流域背景差异较小。关键词：土壤；岩石建造；元素；地球化学；新安江流域中图分类号：P595;P642.13文献标识码：A明,周墨，田福金，王尚晓1,马青山，文章编号：2 0 9 6-18 7 1（2 0 2 3)0 2-17 2-14土壤中的元素组成影响着人类的生产及生活方式，关键元素的缺乏或过量富集可直接或间接地对人体健康构成威胁1-2。因此，认识土壤中有益元素或有害元素的来源、成因以及地球化学迁移过程，对于解决土壤环境质量问题具有重要意义3-4。土壤作为地球关键带的重要组成部分，其元素地球化学特征是地质背景、表生地球化学作用、生物地球化学作用以及人类活动等综合作用的结果，其中地质背景决定了土壤中化学元素的自然状况5。随着人们对土壤元素成因机理认识的不断深入，地质背景对土壤元素分布及分配的影响越来越受到重视6-9 。在各类地质背景要素中，成土母岩是土壤形成及发育的基础，土壤中的元素地球化学特征与其所处的地质环境具有密切联系，成土母岩经风化、淋滤、成壤作用形成土壤，致使土壤的元素组成特征在一定程度上继承了母岩的特性10-13 。岩石建造是指在特定的大地构造条件下所形成的具有成因联系的一套岩石共生组合14，它反映成土母岩隶属的岩石组合类型，成因相似的成土母岩可归并为同一类岩石建造。成土母岩作为土壤剖面结构中的关键组成部分，体现了岩石建造与土壤之间的对应关系，反映出岩石建造在土壤形成发育过程中的重要作用，不同类型的岩石建造往往塑造具有显著差异的土壤元素地球化学特征15-16 1，因此，岩石建*收稿日期：2 0 2 3-0 2-0 9基金项目：中国地质调查局 华东地区自然资源动态监测与风险评估（编号：DD20230103）”、国家自然科学基金武功山地区早古生代不同成分花岗质岩石的成因与地壳熔融机制研究（编号：42 0 0 2 0 58）”和国家自然科学基金“基于空间先验与贝叶斯决策的高分遥感影像城市地表覆盖变化检测（编号：419 0 13 10）项目联合资助。第一作者简介：唐志敏，19 9 2 年生，男，工程师，硕士，主要从事生态地球化学研究工作。Email：8 9 443 112 1 q q.c o m。修订日期：2 0 2 3-0 3-2 5责任编辑：谭桂丽第44卷第2 期造类型为认识土壤中元素的成因机制提供了重要的视角。新安江流域是我国首个生态补偿试点区17，土壤地球化学质量是关系流域生态环境的重要因素。以往对新安江流域土壤元素地球化学特征的研究，主要关注特殊区域或特殊地质单元，特别是浙西地区黑色岩系和碳酸盐岩发育的高硒高镉土壤18-2 0 1，而从全流域尺度研究土壤元素地球化学特征却鲜有报道。因此，本文以新安江流域各类岩石建造发育的土壤为研究对象，以小流域为调查单元开展了生态地球化学调查，厘清全流域尺度土壤元素地球化学特征及其控制因素，进一步有效支撑新安江流域的生态补偿机制建设。1区域地质概况新安江流域包括安徽省黄山市、宣城市部分区域及浙江省杭州市部分区域，流域面积约118 3 1km；区内水系发达，上游水系经新安江河道汇入下游新安江水库。在大地构造上，研究区地处上扬子板块东缘，流域上游为新元古代江南古岛弧，下游为早古生代怀玉山一天目山被动边缘盆地2 1。该区除三叠系外，从前寒武系至第四系均有出露。区内岩浆活动剧烈，发育燕山期及晋宁期侵人岩和火山岩。按照岩石组合特征并兼顾特殊岩石建造类型，将区内岩石归并为第四系、红层、碎屑岩、黑色岩唐志敏，等：新安江流域土壤元素地球化学特征：来自岩石建造类型的约束N173系、碳酸盐岩、变质岩、侵人岩和火山岩等8 类岩石建造（图1。第四系主要发育晚更新世芜湖组，岩性为一套细粉砂夹砾石的松散沉积物，主要分布于流域上游盆地内；红层为白垩纪晚期断陷盆地内沉积的一套陆源碎屑岩（区别于其他类型的碎屑岩），岩性为紫色、红色、紫红色砂岩、粉砂岩、泥岩、砾岩等，发育地貌为低丘岗地，主要分布于流域上游休宁县一徽州区一歙县一带以及下游建德市；碎屑岩为除红层外的其他碎屑岩类，除三叠系外，前寒武系一白垩系中均有发育，岩性以灰色、黄绿色砂岩及泥岩为主；黑色岩系为寒武纪荷塘组，是土壤Se、Cd元素的地质高背景岩石建造类型2 2-2 4，岩性主要有含煤碳质泥岩、页岩，分布于流域中部黄山市与杭州市交界地带以及绩溪、县等地区；碳酸盐岩主要见于寒武系，其次为震旦系和奥陶系，包括泥晶灰岩、白云质灰岩以及含锰白云岩，空间上伴随黑色岩系分布；变质岩主要出露于前寒武系中，岩性组合为板岩、千枚岩以及变质砂岩，主要分布于流域上游；侵人岩包括青白口纪黑云母花岗闪长岩、三叠纪一侏罗纪中细粒花岗岩、侏罗纪中粒花岗闪长岩以及白垩纪中细粒花岗岩，主要分布于流域北部县、歙县、绩溪等地区；火山岩主要发育青白口纪井潭组，岩性为流纹质和英安质凝灰岩、凝灰熔岩以及安山岩，岩石存在轻微变质现象，呈带状分布于流域中部地区。徽州区淳安县杭州市休宁具黄山市新安江水库江水建德市第四系红层碎屑岩黑色岩系火山岩图1新安江流域岩石建造类型分布图Fig.1 Rock formation types in Xinan River Basin碳酸盐岩变质岩侵人岩040km1742研究方法2.1样品采集根据新安江流域的地形特点，结合区内数字高程模型（DEM)数据，同时参考当地水文等区位条件，利用地理信息技术提取分水岭信息，据此将该流域切分为多个小流域。以小流域为调查单元进行样品部署采集，在单个小流域内部署的样点以“控制最大汇水域”为原则，兼顾控制不同的岩石建造类型、地貌类型、地形部位以及土地利用类型；在土壤成因复杂的区域，适当加大采样密度来兼顾不同的成因类型（图2）。样品采集按照土壤发生层进华东地质行分层取样，按照至少1个样/层的采样密度进行控制；在土壤剖面不发育的区域采集1个表层土壤样，根据土壤剖面发育情况同时对应采集成土母岩样品，确保采集到流域内分布的每类成土母岩样品。在第四系分布区，土地利用类型多为耕地，选取耕作土壤剖面取样，取样层位包括A层（耕作层）、B层（犁底层）、C层（生土层）；在其他岩石建造分布区，土地利用类型多为林地，选取自然土壤剖面取样,取样层位包括A层（腐殖质层）、B层（淀积层）、C层（成土母质层)以及D层（成土母岩层）。共采集7 8 4件A层土壤，2 7 9 件B层土壤，19 0 件C层土壤，采集7 7 件成土母岩样品（表1）。N2023年宜城市杭州市富春江水建德市淳安县黄山市溪区采样点小流域边界新安江流域边界Fig.2Sampling location in the study area表1研究区土壤与成土母岩样品统计结果Table 1 Statistics of soil and pedogenic rock samples in the study area层位第四系/件红层/件碎屑岩/件黑色岩系/件碳酸盐岩/件A层37B层14C层17D层一2.2样品测试采集的土壤样品经阴干并过10 目尼龙筛后与原状成土母岩样品一同送国土资源部华东矿产资源监督检测中心做进一步处理分析。各类样品分析包括SiO2、A l,O 3、T Fe 2 O 3、M g O、Ca O、Na 2 O、K,O、M n O、P2Os、S、N、有机碳、Cr、Ni、Cu、Z n、M o、Cd、Pb、B、Se、0图2 研究区采样点位图变质岩/件侵人岩/件火山岩/件12520557535327142040km4769112871999As、H g 等2 3 项指标，土壤样品增加分析TiO2、全碳、Sr、Ba、p H 等5项指标。样品分析按照DD200503生态地球化学样品分析技术要求（试行)2 51的方法及流程,其中主量元素及Cr元素的测定采取粉末压片法进行样品处理,采用X射线荧光光谱法(XRF)进行分析；S、有机碳、全碳等指标的测定采取粉末氧化热解法合计/件164836837372413554116778427919077第44卷第2 期进行样品处理,采用红外碳硫仪进行分析;N元素的测定采用硫酸酸溶法进行样品处理，通过凯氏定氮仪采用凯氏蒸馏-容量法进行分析;Cr、Ni、C u、Z n、Sr、M o、Cd、Ba、Pb 等指标的测定采取 HF十HNO3酸溶法进行样品处理,采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)进行分析As、H g、Se 等指标采用原子荧光光谱仪(AFS)进行分析,其中分析As、H g 的样品采取HF十HNO3酸溶法进行处理，分析Se元素的样品采取HNO十HCIO4酸溶法进行处理;B元素的测定采用粉末电极法进行样品处理,采取发射光谱仪(ES)进行分析；土壤pH值采取水溶法进行样品处理,采取离子选择电极法(pH计)进行分析。实验分析过程中通过插入标样或重复样进行质量监控,分析质量满足规范要求2 5。3分析结果3.1土壤元素地球化学参数将获取的新安江流域土壤地球化学数据按3 倍标准差迭代剔除异常值，以异常剔除后元素的描述Table 2Descriptive statistical results of soil element content in layer A of Xinan River Basin指标平均值SiO263.28Al20313.68TFe2O:4.70Mgo0.91Cao0.24Na200.44K202.65Mno0.07P2O50.11TiO20.86S0.01N0.15有机碳1.59全碳1.71Cr57Ni26Cu28Zn99Sr58Mo0.74Cd0.207Ba540Pb38As10.7Hg0.116Se0.36B50pH值5.77注：SiO2、A l 2 O 3、T Fe 2 O 3、M g O.Ca O、Na 2 O、K 2 O、M n O、P2 O 5、T i O 2、S、N、有机碳、全碳等指标含量单位为%，pH值为无量纲，其余指标含量单位为10-6；K值为A层平均值与全国土壤背景值比值。唐志敏，等：新安江流域土壤元素地球化学特征：来自岩石建造类型的约束国土壤背景值比值仅为0.0 8（表2）。表2 新安江流域A层土壤元素含量描述统计结果中位数最大值63.5579.0013.5421.364.648.070.871.930.200.690.321.352.635.030.070.200.110.260.861.390.010.030.140.371.434.111.554.27581272561276198187521360.681.990.1850.544515111036669.230.00.1030.2850.310.97501205.618.20175统计量表征该流域土壤元素含量特征。在对统计数据进行特征分析时，以全国土壤背景值作为参照值，将新安江流域A层土壤元素平均值与之对比；以新安江流域A层土壤元素平均值为参照值，将该流域B层及C层土壤元素平均值与之对比。K值为元素平均值与参照值之间的比值,K值 1.2 认为相对参照值显著偏高,K值60%的指标仅 CaO、Na 2 O、A s,Si O 2 的变异系数(10%)最低。A层土壤pH值为3.3 8 8.2,平均值为5.7 7；土壤中有机碳含量为0.11%4.11%，平均值为1.59%。与全国土壤背景值2 7 相比，A层土壤中有机碳、N、Z n、Cd、Pb、H g 等指标含量显著较高，尤以有机碳含量偏高最显著，其与全国土壤背景值比值达4.53；而MgO、C a O、Na 2 O、Sr 等指标含量显著较低,其中CaO偏低最显著,其与全最小值标准差变异系数/%全国土壤背景值2 745.066.196.312.791.521.270.160.350.050.150.090.300.330.790.000.040.010.050.330.180.000.010.010.070.110.850.180.87423212511182910270.030.420.0050.113841901390.46.50.020.0570.010.212243.380.83K值10652012.6274.6381.8643.2691.6302.5560.075430.119210.717410.015490.064530.355141454130465755352561495947140.971.091.020.510.080.281.060.990.961.190.872.364.53610.94261.0022.61.24681.451700.340.80.920.0972.135001.08231.6311.20.950.0651.780.291.23401.25176B层土壤变异系数 6 0%的指标包括CaO、Cd、A s。B层土壤pH值为4.2 58.2,平均值为5.77；有机碳含量为0.0 4%1.6 1%。与A层土壤平均值相比，B层土壤中大部分指标与A层土壤含Table 3Descriptive statistical results of soil element content in layer B of Xinan River Basin指标平均值SiO262.29Al20314.80TFe2 O35.07MgO0.96Cao0.32Na200.45K202.69Mno0.10P2O50.09TiO20.89S0.01N0.07有机碳0.55全碳0.68Cr56Ni25Cu27Zn94Sr63Mo0.67Cd0.16Ba582Pb32As11.6Hg0.083Se0.20B53pH值5.77注：SiO2、A l 2 O 3、T Fe 2 O：、M g O、Ca O、Na 2 0、K 2 0、M n O、P2 O s、T i O 2、S、N、有机碳、全碳等指标含量单位为%，pH值为无量纲，其余指标含量单位为10-6；K值为B层平均值与A层平均值比值。成土母质是成土母岩风化后形成的疏松碎屑物，是土壤矿物质的来源。统计结果显示，成土母质层(C层)各指标变异系数总体均低于10 0%，但相对A层略高,变异系数 6 0%的指标有NaO、有华东地质量相当或低于A层土壤含量平均值，仅MnO含量显著高于A层土壤；P2O5、S、N、有机碳、全碳、Cd、Hg、Se 等指标显著低于A层,其中有机碳偏低最显著,其与A层平均值比值仅0.35（表3)。表3新安江流域B层土壤元素含量描述统计结果中位数最大值62.3880.2014.7721.775.108.910.911.950.260.970.411.202.704.730.090.250.080.200.901.240.010.020.060.170.451.610.561.79581222657275995160571410.661.780.120.48558122031559.833.80.0740.20.160.66551265.608.202023年最小值标准差变异系数/%K值44.306.216.872.951.601.370.210.340.050.220.090.260.740.720.000.060.010.040.430.160.000.000.010.040.040.360.100.41923311211212713260.030.380.0270.108452181381.17.40.0160.0440.010.162254.250.88机碳、全碳、Cd、A s、Se;其中 Se变异系数最高，为97%，含量为（0.0 10.45）10-6，平均含量为0.12X10-6。它们的pH值为4.2 8 8.52，平均值为5.92,有机质含量为0.0 0 3%0.8 7%，平均值为102027357058275643183251665941434029415768372664528148150.981.081.081.051.321.021.011.310.761.040.690.460.350.400.970.980.970.951.090.910.771.080.841.090.720.561.061.00第44卷第2 期0.26%。与A层平均值相比，C层大部分指标与A层相当或低于A层平均值,其中P,O5、S、N、有机碳、全碳、Cd、H g、Se 等指标与A层平均值比值(K值)均 1.2,其中CaO偏最大值标准差变异系数/%K值76.845.1820.722.348.961.411.860.311.020.221.460.325.290.800.250.050.200.041.240.150.020.000.120.030.870.200.900.21119235912521015927138252.110.470.3310.078117021951833.57.90.1290.0280.450.12118258.520.88流域各类岩石建造中Na2O含量总体偏低，含量为0.18%1.63%;N、Cd、Se、A s、H g 等指标显著偏高,其中N含量为0.0 47%0.0 95%，Cd含量为(0.130.495)10-6,Se 含量为(0.0 57 9.196)81629335763285848193356796343464030385872372771539750151.001.061.021.031.571.171.101.230.750.960.620.300.160.190.940.970.890.901.121.110.531.090.791.040.460.331.001.0317810-6,As含量为（3.2 37.9）10-6,Hg含量为（0.0 30.2 2 5）10-6。对比不同类型岩石建造的元素含量平均值，发现红层以高MnO为特点(0.117%);碳酸盐岩以高Ca低Al为特征,其CaO含量为17.7 7%，Al20：含量为7.96%；变质岩以高Zn、Fe、A l、P为主要特征，Zn含量为10 3X10-6，TFe2O：含量为6.6 2%，Al2O3含量为16.7 5%，P2O含量为0.10 9%；侵人岩以高Hg、A s、Pb、KTable 5Statistical results of avarage element content of various rock formation in Xinan River Basin指标红层SiO264.38Al2O313.78TFe2 O33.86MgO1.16Cao1.44Na201.63K203.00Mno0.117P2O50.083S0.012N0.095有机碳2.04Cr44Ni23Cu20Zn61Mo0.41Cd0.208Pb22B44Se0.057As3.2Hg0.030注：SiO2、A l 2 O 3、T Fe 2 O 3、M g O、Ca O、Na 2 O、K 2 O、M n O、P2 O 5、T i O 2、S、N、有机碳等指标含量单位为%，其余指标含量单位为10-6。4讨论4.1不同岩石建造发育的土壤元素分配差异新安江流域土壤与其对应的岩石建造中的元素分配特征呈现高度的相似性（图3,图4)，表明岩石建华东地质为主要特征，Hg含量为0.2 2 510-6，As含量为37.910-6,Pb含量为6 2 10-6，K含量为3.62%；黑色岩系以高Se、M o、S、Cd、B、Cr 为特征，Se含量为9.196 10-6,Mo含量为35.2 X10-6,S含量为0.8 2 5%，Cd含量为0.49510-6，B含量为84X10-6,Cr含量为118 X10-；碎屑岩与火山岩相较其他类型岩石建造的各元素含量总体偏低(表5)。表5新安江流域各类岩石建造元素平均含量统计结果碎屑岩黑色岩系碳酸盐岩62.7560.2514.239.115.833.021.581.840.595.550.700.263.253.430.1160.0300.0980.0290.0160.8250.0790.0671.531.57831184034323390410.4835.20.2010.495272163840.1059.1964.822.40.0390.0812023年变质岩侵岩火山岩43.9558.367.9616.753.106.622.211.3117.770.140.430.652.723.470.0240.1120.0490.1090.2940.0090.0630.0493.080.38558630423342471033.190.340.1650.130142135660.9760.06417.214.70.0470.030造的元素地球化学组成在一定程度上控制了所形成的土壤的化学性质。分析不同建造下A层土壤元素含量特征（图4)，发现SiO2、A l 2 O 3、T Fe 2 O 3、M g O、P2Os、T i O 2、Zn、p H 值等指标在不同岩石建造发育的土壤中含量差异不显著，而Mo、Cd、A s、H g、Se、Cu 等亲硫元素在不同岩石建造发育的土壤中含量差异最中国东部上陆壳 2 6 67.2562.7215.1513.144.482.360.500.630.085.350.181.373.623.510.0450.0890.0790.0360.0180.0440.0840.0471.890.595422141178857472.910.890.1440.154621428300.1600.06137.913.20.2250.03063.2714.154.42.314.783.142.950.0770.1370.0160.01一442117630.60.07518160.052.80.009第44卷第2 期显著。黑色岩系与碳酸盐岩发育的土壤元素平均含量与全区土壤背景值(A层平均值)差异最显著，表现为Mo、Cd、Ba、A s、H g、Se、B、Cu、Ni 等元素含量显著高于全区土壤背景值。两者相较而言，黑色岩系发育的土壤亲硫元素富集程度更高,其中Mo元素呈极端富集，与全区土壤背景值比值高达15.9；此外，它们的Cr、S含量也显著高于全区土壤背景值,Na2O、K2O、M n O 含量则显著低于全区土壤背景值。碳酸盐岩发育的土壤中CaO含量显著高于全区土壤背景值。其余类型的岩石建造发育土壤的元素含量与全区土壤背景值相比总体差异相对较小，特别是变质岩发育的土壤，其元素平均含量与全区土壤背1 000红层碎屑岩100黑色岩系碳酸盐岩变质岩侵入岩10唐志敏，等：新安江流域土壤元素地球化学特征：来自岩石建造类型的约束B含量显著低于全区土壤背景值。火山岩179景值无显著差异。此外，碎屑岩发育的土壤元素含量与全区土壤背景值差异也较小，仅CaO、Na 2 O 含量显著低于全区土壤背景值。红层发育的土壤中仅CaO含量显著高于全区土壤背景值，有机碳和Se含量显著低于全区土壤背景值。第四系土壤中N、有机碳、全碳含量显著低于全区土壤背景值，Sr、Mo、C d、Ba 等指标含量显著高于全区土壤背景值。火山岩发育的土壤中CaO、Na 2 O、M n O、M o 含量显著高于全区土壤背景值，B含量显著低于全区土壤背景值。侵人岩发育的土壤中CaO、Na 2 O、Sr、K,O含量显著高于全区土壤背景值，Cr、Ni、Cu、A s、Se、0.1图3不同类型岩石建造元素平均含量与全区岩石建造元素平均值比值折线图Fig.3 Ratio line chart between the average content of elements in different types of rock formation and the average value ofelments in the whole region4第四系红层碎屑岩黑色岩系碳酸盐岩变质岩侵人岩火山岩有机图4不同岩石建造发育土壤元素平均值与全区土壤背景值比值折线图Fig.4 Ratio line chart between the average value of soil elements developed in different rock formations and the backgroundvalue of soil in the whole region180土壤元素地球化学特征与成土母质具有密切联系，对新安江流域不同岩石建造类型发育的成土母质元素含量进行统计分析表明（图5），总体而言，成土母质与土壤中的元素配分模式具有一致性（图4），这说明元素地球化学特征在较大程度上受地质背景的约束。其中，SiO2、A l 2 O 3、T Fe 2 O 3、P2 O 5、TiO2、p H 值等指标在不同岩石建造发育的成土母质中含量差异不显著，亲硫元素的差异最显著。与全区成土母质元素平均值比较，黑色岩系与碳酸盐岩发育的成土母质元素差异最显著。黑色岩系发育的成土母质S、N、有机碳、Cr、Ni、Cu、Zn、M o、Cd、Ba、A s、H g、Se、B等指标显著高于全区平均值，其中Mo呈极端富集，其K值达12.3；显著较低的指标有Na2O、M n O、Sr。碳酸盐岩发育的成土母质中,CaO、有机碳、Cr、Ni、M o、Cd、Ba、A s、Se 等指标5F432华东地质显著高于全区平均值。相比土壤层，火山岩成土母质的元素配分变异增强，Na2O、M n O、S、N、有机碳、全碳、Cu、M o、C d、H g、Se 等指标显著高于全区平均值,MgO、A s、B显著低于全区平均值。第四系成土母质中CaO、Na 2 O、N、Sr、M o、Cd、Ba、H g 等指标显著高于全区平均值，As、Se、B显著低于全区平均值。红层发育的成土母质中仅有机碳、全碳、Se等指标显著低于全区平均值，其余指标含量与全区平均值大致相当。碎屑岩发育的成土母质中N、有机碳、全碳、Hg、Se 显著高于全区平均值，CaO、Na2O显著低于全区平均值。变质岩发育的成土母质中仅CaO、M o、C d 显著低于全区平均值，其余指标与全区相当。侵人岩发育的成土母质中CaO、Na2O、K 2 O、有机碳、全碳、Sr等指标显著高于全区平均值,Cr、Ni、Cu 显著低于全区平均值。第四系红层碎屑岩黑色岩系碳酸盐岩变质岩侵入岩火山岩2023年图5不同岩石建造发育成土母质元素平均值与全区成土母质平均值比值折线图Fig.5 Ratio line chart of the average value of parent material elements of soil developed from different rock formations tothe average value of soil parent material in the whole region4.2岩石建造类型对土壤元素空间分布的控制4.2.1养分元素新安江流域土壤养分元素的分布与其岩石建造类型之间具有显著的相关性。基于新安江流域A层土壤数据，依据DZ/T0295一2 0 16 土地质量地球化学评价规范2 9 对土壤中N、P、K、有机质等养分进行评价，结合养分指标含量，将养分划分为丰富、较丰富、中等、较缺乏、缺乏等5个等级。评价结果显示：新安江流域土壤N元素以中等-较丰富等级为主，主要分布于流域中部以及北西部丘陵山地区，较缺乏-缺乏等级的区域面积较小，主要分布于黄山市徽州区、屯溪区以及县等红层发育的盆地区（图6（a)；土壤P元素总体以较缺乏等级为主，较缺乏-缺乏等级的区域集中分布于上游黄山大部分地区以及下游建德市大部分地区，较丰富-丰富等级的区域面积相对较小，集中分布于黄山市与杭州市交界带，该地带以发育黑色岩系和碳酸盐岩为特征（图6（b)）)；土壤K元素总体以较丰富等级为主，多分布于流域中部地区，与侵人岩、火山岩的分布具有密切关系（图6（c)）；土壤有机质总体以中等等级为主，主要分布于休宁县西部、徽州区北部以及歙县西部等丘陵山地区，有机质较缺乏区域与区内红层分布趋势较一致(图 6(d)。第44卷第2 期唐志敏，等：新安江流域土壤元素地球化学特征：来自岩石建造类型的约束181(a)N(b)N绩溪徽州区徽县休宁县惠溪丰富区较丰富区中等区较缺乏区缺芝区(c)徽州区钦县淳安县建德市060 km绩溪具建德市丰富区较丰富区中等区较缺乏区缺芝区N(d)060 km绩溪N县徽州区县微州徽县休宁县休宁县中溪区电溪区淳安具建德市丰富区较丰富区中等区较缺乏区缺乏区淳安县建德市丰富区较丰富区中等区060kmL较缺乏区缺乏区0L60 km图6 研究区土壤N（a)、P(b)、K（c)和有机质(d)丰缺分级图Fig.6 Grading map of nutrient abundance and deficiency of nitrogen(a)、p h o s p h o r u s(b)、p o t a s s i u m(c)a n d o r g a n i c ma t t e r(d)in the study area4.2.2重金属元素地质背景是影响土壤环境质量的重要因素 30 ，区域性的重金属元素异常通常受岩石建造类型的约束。依据GB15618一2 0 18 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)31，将重金属元素含量低于风险筛选值的区域划分为优先保护区，高于风险筛选值但低于风险管制值的区域划分为安全利用区，高于风险管制值的区域划分为严格管控区。在单指标评价的基础上，综合等级采用“一票否决法”进行评价，即以评价单元中单指标的最差等级表征综合等级。评价结果显示：新安江流域优先保护区面积为6 59 5.49km，占流域总面积的55.24%，主要分布于黄山市休宁县、黔县、徽州区、屯溪区以及杭州市淳安县南部、建德市等地区；安全利用区面积为50 0 9.6 5km，占流域总面积的41.96%，主要分布于流域中部，在黄山市与杭州市交界带、歙县、绩溪以及休宁县一黔县一带等地区呈集中分布；严格管控区面积为335.2 8 km，占流域总面积的2.8 1%，分布于歙县一绩溪一带以及淳安县西部。安全利用区和严格管控区的分布主要受土壤中Cd元素含量超标的影响，从空间分布来看,环境质量综合等级的分布（图7（b)）与Cd元素的空间分布相一致(图7（a)）。C d 元素安全利用区面积为4455.49km，占流域总面积的37.31%；严格管控区面积为2 8 6.2 8 km，占流域总面积的2.4%。大量研究表明黑色岩系与碳酸盐岩发育的土壤具备高度富集Cd元素的特性2-2 4.2.3。新安江流域土壤中Cd元素的超标区域与流域内黑色岩系及碳酸盐岩分布一致，说明土壤环境地球化学质量在较大程度上受黑色岩系及碳酸盐岩的约束。4.2.3其他有益元素地质背景对富硒土壤的分布具有较强的约束作用 34-35。新安江流域拥有丰富的富硒、富锌土壤，表层土壤中Se元素平均含量为0.36 10-6，按D Z/T 0 2 9 5一2 0 16 土地质量地球化学评价规范2 9,Se元素含量为（0.43）10-6 的富硒土壤182华东地质2023年(a)N(b)N徽州区休宁微州区从之享安县德市淳安县德市优先保护区安全利用区0严格管控区图7 土壤Cd元素环境质量等级图(a)及环境质量综合等级图(b)Fig.7 Grading map of soil cadmium environmental quality(a)and comprehensive environmental quality(b)面积为6 12 9.12 km，占流域总面积的51.33%，富硒土壤主要分布于黄山市与杭州市交界带、县南部以及绩溪县南部等地区，与流域内黑色岩系及碳酸盐岩的分布具有一致性(图8(a)。新安江流域表层土壤中Zn元素平均含量为99X(a)N(b)量溪徽州区款县休宁县惠溪区过剩区富硒区适量区边缘区缺芝区优先保护区安全利用区60km0严格管控区10-6，高于全国土壤Zn元素丰富界限值（8 4X10-6）。评价结果显示，全区绝大部分区域土壤Zn元素表现为丰富，富锌土壤面积达9143.98 km，占流域总面积的7 6.58%，各类岩石建造发育的土壤中Zn元素富集差异不明显（图8(b)）。N绩溪徽州区款县淳安县建德市060kmJ60 km丰富区较丰富区中等区较缺之区缺乏区建德市060 km图8 研究区土壤Se元素(a)和Zn元素(b)丰缺分级图Fig.8 Grading map of abundance and deficiency of selenium(a)and zinc(b)in the study area是黑色岩系和碳酸盐岩发育的土壤，差异最小的是5结论碎屑岩和变质岩发育的土壤。(2)土壤养分元素的分布及分配受岩石建造类(1)新安江流域土壤-成土母质-成土母岩体系中元素地球化学特征具有一致性，成土母岩的岩石建造类型对土壤中的元素组成提供重要约束。除SiO2、A l 2 O:、T Fe 2 O 3、T i O 2 等主量元素以及pH值在不同类型岩石建造发育的土壤中差异较小外，其余养分元素、重金属元素以及有益元素在不同类型岩石建造发育的土壤中地球化学特征差异明显。元素地球化学特征与全区土壤背景值差异最大的型控制显著。红层发育的土壤普遍存在N、P、有机质等养分元素的缺乏现象，侵人岩和火山岩发育的土壤中显著富集K元素，土壤P元素呈丰富等级的区域与黑色岩系和碳酸盐岩的分布存在密切联系。(3)黑色岩系和碳酸盐岩塑造了新安江流域土壤的Cd、C u、Se、M o 等亲硫元素的地质高背景区，两者分布区存在一定的环境质量风险，流域内土壤第44卷第2 期环境地球化学质量以及富硒土壤的分布均受两者控制。参考文献1王学求，柳青青，刘汉粮，等.关键元素与生命健康：中国耕地缺硒吗？J.地学前缘，2 0 2 1，2 8（3）：412-42 3.WANG X Q,LIU Q Q,LIU H L,et al.Keyelements and human health:Is Chinas arable land se-lenium-deficient