五台山土壤环境背景值及其垂直分异规律樊文华，张毓庄，郭新波，张乃明，杨永刚（山西农业大学 土化系）摘要本文分析了五台山区土壤中Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ａ ｓ等９种重金属元素的背景值及其垂直分异规律，结果表明：１、五台山区土壤中９种化学元素的 含量均在中国和世界土壤含量范围之内，就平均含量而言：Ｃｒ、Ｐｂ低于中国、世界土壤的平均 含量及地壳丰度；Ｆｅ低于世界土壤的平均含量而与中国土壤相近；Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ低于中国土 壤而与世界土壤下限接近；Ｃｏ、Ｎｉ高于中国及世界土壤而低于地壳丰度；ＡＳ高于世界土壤而 低于中国土壤。整体属清洁理想水平，达到了自然保护区的标准。２、五台山土壤中９种化学元素 背景值的变异系数为１４．６２～４４．６７％。元素含量顺序为Ｆｅ＞Ｍｎ＞Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ｃｒ ＞Ｃｕ＞Ｃｏ＞Ｐｂ＞Ａｓ，这与中国及世界土壤中含量顺序不完全一致。３、在垂直分并规律上 ，总趋势是随海拔的升高，化学元素含量增高，但各元素的分异特征是不一致的；在土体内除Ｃｕ 、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｉ外，其它元素的垂直分异并不明显。关键词五台山，土壤环境背景值，重金属 元素ＳＴＵＤＹＯＮＴＨＥＢＡＣＫＧＲＯＵＮＤＬＥＶＥＬＳＡＮＤＶＥＲＴＩＣＡＬＤＩＳＴ ＲＩＢＵＴＩＯＮＩＮＳＯＩＬＳＯＦＷＵＴＡＩＭＯＵＮＴＡＩＮＡＲＥＡ￥ＦａｎＷｅｎｈｕ ａｅｔａｌ．（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌａｎｄＡｇｒｏ－ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｔａ ｉｇｕ，Ｓｈａｎｘｉ，０３０８０１）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｃｏｎｔｅｎ ｔｓｏｆ９ｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｔｙｐｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄ：１）．Ｓｏｉｌｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｌｅｖｅｌｓｆｏ ｒＣｒ，Ｐｈ，Ｆｅｗｅｒｅｂｅｌｏｗｗｏｒｄ’ｓａｖｅｒａｇｅｓ；ｆｏｒＣｏ，Ｎｉｗｅ ｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎＣｈｉｎｅｓｅａｎｄｗｏｒｌｄ’ｓａｖｅｒａｇｅ；ｆｏｒＡｓｗ ａｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｗｏｒｌｄ’ｓａｖｅｒａｇｅｂｕｔｂｅｌｏｗＣｈｉｎｅｓｅａｖ ｅｒａｇｅ；ｆｏｒＣｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，ｗｅｒｅａｒｏｕｎｄｔｈｅｌｏｗｅｒｌｉｍｉｔｓｏ ｆｔｈｅｗｏｒｌｄ’ｓａｖｅｒａｇｅｓ；２）．Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｏｎｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｏｆｔｈｅｓｏｉｌｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｓｏｉｌｂａｃｋｇｒｏｕｎ ｄｃｏｎｔｅｎｔｖａｌｕｅｓｗｅｒｅｆｒｏｍ１４．６２％ｔｏ４４．６７％．Ｔｈｅｏｒｄ ｅｒｏｆｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｓｏｉｌｓｗａｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ：Ｆ ｅ＞Ｍｎ＞Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ｃｒ＞Ｃｏ＞Ｐｂ＞Ａｓ．３）．Ｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔ ｉｏｎｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｓｏｉｌｓｗａｓｔｈａｔｔｅｎｄｅｄｉｎｃｒｅａｓ ｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｅｌｅｖａｔｉｏｎ，ｂｕｔｅｖｅｒｙｅｌｅｍｅｎ ｔｗａｓｎｏｔｓａｍｅ；ｅｘｃｅｐｔＣｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｎｉ，ｏｔｈｅｒｅｌｅｍｅｎｔｓ ｈａｖｅｎｏｏｂｖｉｏｕｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｓｏｉｌｐｒｏｆｉｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏ ｒｄｓ：ＷｕｔａｉＭｏｕｎｔａｉｎ，Ｓｏｉｌｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｖａｌｕｅ，Ｈｅａｖｙ ｅｌｅｍｅｎｔ土壤环境背景值，是指在不受或很少受人类活动影响和工业污染的情况下，土壤本 身固有的化学组成与结构特征。但人类社会发展至今天，很难找到未受人类活动影响的地方，因此 ，所谓土壤环境背景值是一个具有一定时空概念的相对含量，此外，由于发育于不同母质、母岩及 受不同生物、气候、水文等自然条件影响而形成的各种土壤亦有很大差异，故土壤环境背景值不是 一个确定值，而是具有统计规律的测定范围值。土壤环境背景值是环境科学中的一项基础工作，是 开展区域环境质量评价，进行环境污染趋势预测预报，以及制定地方环境质量标准和环境保护措施 、工农业合理布局不可缺少的基本数据，同时也是研究土壤一植物系统中化学元素（包括污染元素 ）生物循环的基础资料，对人类健康有极为密切的联系。由于五台山远离工业区，遭人为活动破坏 很小，同时又是我国最早建立的两个草地自然保护区之一，是我国华北地区山地草甸生态系统保持 较为完好的、相对稳定的典型地区之一，因而对其土壤环境背景值的研究有着极为重要的意义。本 文就五台山土壤中Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｈ、Ａｓ、Ｃｏ等９种重金属元素的 含量区域特征及垂直分异规律进行探讨。且五台山的自然概况我国四大佛教名山之—一五台山，位 于山西省五台县东北，北台叶斗峰海拔３０６１米，②现在山西省环境保护研究所是华北地区最高 峰，素有“华北屋脊”之称。五台山地处黄土高原东缘，属暖温带大陆性季风气候。本区气候特征 是：垂直分异明显，夏短而凉爽，冬长而严寒，雨量充沛，光照充足。山顶年均温一４．ＩＣ，平 均无霜期＜７０天，年降雨量在９００多毫米，是我省降雨最多的地区之一。随海拔降低，年均温 升高（由一４Ｃ、ｇＣ），年降雨量减少（由９００、４５０ｍｍ），无霜期延长（由＜７０天、 １６０天）。五台山地貌从高到低依次为亚高山（＞２７００米，多为缓坡平台）一高中山（１８ ００～２７００米）主要为石质山地）一低中山（１０００～１８００米，土石山地）一山麓丘陵 一倾斜平原一河谷阶地。岩性以千枚岩、片麻岩、花岗岩、变质砾岩等一套变质岩系为主，外围土 石山地则为第四系黄土质、黄土状及近代沉积物所覆盖。成土母质从高到低的分异特点为：残积物 （岩石风化物）一残积、坡积物一坡积物（多混有黄土）一风积坡积物（黄土质）一洪冲积物（黄 土状）一近代沉积物。由于该区高差悬殊，地形多样，气候多变，因而其植被也较繁杂。植被垂直 分布从高到低依次为：亚高山草甸带一山地五花草甸带一常绿针叶林草灌带一夏绿阔叶林草灌带一 早生灌木草本农垦带。因随海拔的增高，地形、气候、植被、母质呈明显的垂直规律分布，从而造 成了土壤类型的垂直分布由高到低为：亚高山草甸土（海拔２７００～３０６１米）一山地草甸土 （２２００～２７００米）一山地棕壤［１８００～２４００米（甫坡），一２３００米（北坡） 〕一淋溶褐土（１５００～１９００米）一（山地）褐土（１３００～１６００米）一揭土性土（ ９００～１３００米）一石灰性褐土（６００～９００米）。２土壤样品的采集与分析方法２．ｌ 土壤样品的采集及处理根据五台山土壤垂直分布特点，按土壤环境背景值采样要求，在阳坡及阴坡 不同海拔高度的六个土壤带谱内采集土样，每个剖面按发生层次用竹剖面刀采集。共采集２４个剖 面，ｇｉ个土样。土样经自然风干，去除土壤侵入物，全部过２０目尼龙筛后，取一少部分再过１ ００目尼龙筛装瓶备用。２·２分析方法土壤Ｃｒ、Ｐｈ、Ｆｅ、Ｍ。、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ等７种 元素用王水一高氯酸消化后，用日本岛津ＡＡ—６５０型原子吸收分光光度计测定；Ｃｏ：亚硝基 Ｒ盐比色法；Ａｓ：ＤＤＣ—Ａｇ法测定。３结果与讨论３．１五台山土壤中９种元素的背景值对 背景值的表示方法国内外很不一致。为了便于比较，本文列出五台山土壤中各元素的算术平均值（ Ａ）、标准差与变异系数，将五台山土壤各化学元素含量与中国“’、世界土壤‘”中元素含量及 地壳丰度（Ｄ）”‘相比（见表１）可得如下特征：３．１．１五台山区土壤中９种元素含量均在 中国和世界土壤含量范围之内。就平均含量而言，Ｃｒ、Ｐｈ低于中国、世界土壤下限及地壳丰度 ；Ｆｅ低于世界土壤而与中国土壤相近；Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ低于中国土壤而与世界土壤下限接近； ＣＯ、Ｎｉ高于中国及世界土壤而低于地壳丰度；ＡＳ高于世界土壤而低于中国土壤。各元素含量 按全国土壤背景值研究中所建议的土壤环境标准’“，均低于一级标准，这表明五台山土壤环境整 体属清洁理想水平，达到了自然保护区的标准。亲１五台山区土壤中９种化学元素的背景值（Ｖｅ ／ｋＲ）３．１．２除ＡＳ外，其它８种元素的Ａ／Ｄ均小干１，说明各元素在自然成土因素作用 下有一定的淋溶，这反映了本区半湿润的气候特征。３．１．３五台山土壤背景值各元素的变异系 数为１４．６～４４．７％，除＊ｒ、＊ｓ外，其它均在１５～２５％之间，变异系数变化幅度小 ，这可能与土壤母质中都不同程度地混有黄土有关。３．１．４五台山土壤中各元素含量顺序为Ｆ ｅ＞Ｍｎ＞Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ｃｒ＞Ｃｕ＞Ｃｏ＞Ｐｂ＞Ａｓ，与中国及世界土壤含量顺序不完全一致 ，反映了本区成土条件和成土过程的特殊性。３．２五台山土壤环境背景值的垂直分异特征３．２ ．ｌ随海拔的垂直分异特征图１五台山土壤背景值垂直分异总趋势１、亚高山草甸土２、山地草甸 土３、山地棕壤４、淋溶褐土５、山地褐土６、石灰性褐土为了研究五台山土壤背景值垂直分异， 以五台山整个山体土壤背景值作为元素的分布量，各土类的背景值则属元素的分配量，用分配量除 以分布量称为分异系数，各元素及整个土壤背景值分异大小，以分异系数表示，各土类元素背景值 及分异系数列表２。从表２中可看出，五台山土壤环境背景值垂直分异的趋势是：随着海拔高度的 上升，土壤中元素含量水平有增加的趋势（见图１），这可能与成土母质、土壤有机质含量、元素 运移、生物富集有关。山上成土母质多为变质岩系，而山下的成土母质多为黄土；山上土壤有机质 含量高达百分之十几，较山下的褐土高８～１０倍，对土壤中化学元素的吸附固定作用强，山体上 部土壤植被好，水土流失轻，属侵蚀不显露地带，元素运移慢，生物富集作用较强所致。图２五台 山土壤中各化学元素的垂直分异特征１、亚高山草甸土２、山地草甸土３、山地棕壤４、淋溶褐土５、（山地）褐土６、石灰性褐土此外，五台山土壤中各微量元素的分异并不一致，规律不是十分清楚（见图２）。这说明五台山土壤环境背景值垂直分异受母质干扰较强。３·２·２元素含量在土壤剖面中的分异特征五台山土壤元素背景值垂直分异不仅表现在随海拔高度土壤类型间的变化，
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