成都平原土壤地球化学组成及其生态响应研究
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摘要
成都平原是四川盆地的核心区，是中国西南河网稠密和最大平原地区之一，又被称川西平原或盆西平原。是四川省经济社会最发达的地区。该区出露地层几乎全为第四系，属山前堆积盆地河流相，沉积碎屑岩物源主要由涪江、绵远河、石亭江、鸭子河、金马河、西河-南河、蒲江河和岷江（新津-乐山段）等8大水系输送。源区出露岩石/地层单元的不同，决定了沉积区碎屑物的化学成分，因此不同水系流域沉积物源各具特色；随着源区剥蚀风化地加深，又造成沉积区第四系各年代地层单位由老至新化学组分逐渐发生变化；对于同一流域同一地点同一时代地层单位，风化层受地质作用、生物作用和人类活动的影响，又在一定程度上造成风化层（第二环境）表层环境与深层环境碎屑物化学成份的差异。基于上述基本地质环境条件，本论文依据野外调查、室内分析所取得的地球化学成分分析成果，就成都平原第四系地球化学特征及其成因展开深入的研究，并利用土壤地球化学测量成果进行第四系物源区的划分和阶地的划分，同时研究了第四纪农业种植区区的地球化学响应。归纳起来，论文所取得的主要成果如下：
（1）系统收集整理了成都平原已有地质资料，厘定了成都平原第四纪地层单元，并划分了不同的成因相带。
（2）以典型剖面为例，较为深入地讨论了成都平原第四系土壤层第二环境的地球化学特征、地球化学丰度系数、标志元素、风化指数及其意义等；
（3）以典型剖面为例，进行深层环境（第一环境）与表层环境（第二环境）地球化学特征对比，讨论了相对丰度、富集成分、亏损成分及富集或亏损的成因；
（4）以典型流域为例，进行高阶地和低阶地土壤层地球化学对比，对剥蚀区源岩与沉积区土壤层地球化学特征的相关性进行了初步分析；
（5）以流域为单位，在全面分析成都平原第四系土壤层地球化学特征的基础上，以深层环境背景值（基准值）和表层土壤环境背景值（基线值）为标准，分析了龙门山隆升区源岩与第四系地层地球化学的相关性，得出的结论是：第四系地球化学特征主要受控于源岩，风化、淋失作用对土壤地球化学特征的影响则主要与化学成分的性质和土壤层的风化程度有关；
（6）依据上述成果，进行成都平原第四系横向、纵向地球化学特征及地球化学异常对比，从而发现，成都平原第四系在纵向上不同年代地层单位地球化学特征的差异，主要由龙门山的不断抬升并伴随源区剥蚀深度的加大及出露的源岩发生变化引起；横向上则主要随水系的不同和沉积物被搬运距离的不同而有所不同。
（7）研究了成都平原区土壤地球化学对地质的响应及农区生态地球化学响应。成都平原土壤质地优良，土壤环境质量总体较优，大宗农产品地球化学成分分析表明总体质量较好。土壤环境符合绿色、无公害农产品产地环境质量要求，农产品安全。但也发现Cd、Hg、Pb有部分样品的检测含量超过无公害食品的限量标准。超标农产品样点基本分布在土壤环境质量综合评价的污染土壤（Ⅴ、Ⅵ等土壤）分布区域，同时与土壤环境的酸碱度密切相关。
综上所述，本研究查明揭示了成都平原第四系地球化学的基本特征，探讨了沉积物与剥蚀区源岩的地球化学关系，探讨了地球化学地质响应及农区地球化学响应，为成都平原区土地资源科学规划利用、名特优农产品产地环境保护、扩种发展和经济社会可持续发展规划提供了科学依据。本论文亦告诉我们，以后从事研究成都平原第四系地球化学研究工作，不仅要紧紧抓住物源、水系和基底构造形态三大要素，同时要考虑风化、淋滤和元素活动性以及人类与生物活动等因素的综合影响。本研究由于缺乏源区原岩的系统地球化学成分资料，成都平原第四系地球化学的某些特征还难以进行科学合理的成因解释，有待今后进一步深入开展研究。
Chengdu Plain, the core area of Sichuan Basin, is one of areas with dense rivers and thelargest plain in southwestern China, also named Chuanxi Plain or Penxi Plain. It is the mostdeveloped area in economy and society of Sichuan Province. The strata exposing here almostall formed in Quaternary, belonging to piedmont accumulated basin fluvial facies. The materialsources of sedimentary clastic rocks are transported by eight water systems including Pei River,Mianyuan River, Shiting River, Yazi River, Jinma River, West Rive-South River, PujiangRiver and Min River(from Xinjin to Leshan). The differences of exposing rock/stratum units inthe original area decide the chemical components of clastic rocks in the sedimentary area.Therefore, the sedimentary sources of different water system basins have their owncharacteristics. With the deepening of denudation and weathering in the original area, thechemical components of each Quaternary stratigraphic units in the sedimentary area changedgradually from the old to the new. For the stratigraphic units in the same era at the same siteand same valley, the regolith was influenced by geological processes, biological effects andhuman activities, resulting in the differences of clastic materials’ chemical componentsbetween the regolith (the second environment) surface environment and the deep layerenvironment in a certain degree. Based on the basic geological environment conditions above,this thesis made futher study on Quaternary geochemical features of Chengdu Plain and itscauses according to the geochemical component analysis results acquired from field surveyand laboratory testing. With the application of soil geochemical testing results, it madeQuaternary source area division and terrace division, and studied the geochemical response inthe Quaternary agricultural area. Overall, this thesis received main achievements as follows:
(1) By collecting and sorting the available geological data of Chengdu Plain, it redefinedthe Quaternary stratum units of Chengdu Plain, and divided into facies belts of differentcauses.
(2) Taking typical sections for instance, it made profound discussion on the geochemicalfeatures, geochemical abundance coefficients, marker elements, weathering indexes and theirsignificances of Quaternary soil layer second environment of Chengdu Plain.
(3) Taking typical sections as example, it contrasted the geochemical features betweenthe deep environment (the first environment) and the surface environment (the secondenvironment), and discussed the relative abundance, enriching components, losing components,and their causes.
(4) Taking typical valley for instance, it contrasted the soil layer’s geochemistry betweenthe high terrace and the low terrace, and made preliminary analysis of correlation ofgeochemical features between original rocks in the weathering area and soil layer in thesedimentary area.
(5) Valley as unit, based on general analysis of Chengdu Plain Quaternary soil layers’geochemical features, it analyzed the geochemical correlation between original rocks andQuaternary strata in Longmeng Mountains uplift, taking deep layer environmental backgroundvalue (reference value) and topsoil environmental background value (baseline value) asstandards. The conclusions were as follows: the Quaternary geochemical features were mainlycontrolled by original rocks, while influence of weathering and leaching on soil geochemicalfeatures was mainly correlated with chemical components’ properties and soil layer’sweathering degree.
(6) According to the achievements above, it made transverse and vertical Quaternarygeochemical features and anomalies contrast of Chengdu Plain, and found that thegeochemical features’ vertical differences of stratigrafic units in different Quaternary ages ofChengdu Plain were mainly caused by the continuous uplift of Longmen Mountains, theincrease of denudation depth of the original area, and the change of exposing original rocks,while the transverse differences were mainly decided by the difference of water system andsediments’ carrying distance.
(7) It studied the soil’s geochemical response to the geology in Chengdu Plain andeco-geochemical response of the agricultural area. The soil texture of Chengdu Plain was fine,and the soil environment quality was relatively high in general. Geochemical componentstesting indicated the main agricultural products had fine overall quality. The soil environmentreached the producing environment quality demand of green or pollution-free agriculturalproducts. But it also found some samples had their testing contents of Cd, Hg, Pb over thepollution-free food limit standard. These samples generally distributed in the polluted soil(Class V and Class Ⅵ) area in soil environment quality comprehensive assessment.
In conclusions, this study found out basic Quaternary geochemical features of ChengduPlain, discussed the geochemical relationship between sediments and original rocks in thedenudation area, and explored the geochemical response to geology and geochemical responseof agricultural area, which provided scientific basis for the scientific planning and utilization ofland resources, producing environment protection of characteristic agricultural products,enlarging cultivation development and continuous development plan of economy and society.From this thesis, it also revealed that Quaternary geochemical study of Chengdu Plain shouldnot only focus on three important elements of material source, water system and Quaternarybasement structural shape, but also pay attention to the comprehensive influence of weathering,leaching, elements’ mobility and activities of human and organism. Attributed to absence ofsystemic geochemical component data of original rocks in the original area, some Quaternarygeochemical features of Chengdu Plain are also difficult to explain its cause reasonably, whichneeds further study in the future.
（1）系统收集整理了成都平原已有地质资料，厘定了成都平原第四纪地层单元，并划分了不同的成因相带。
（2）以典型剖面为例，较为深入地讨论了成都平原第四系土壤层第二环境的地球化学特征、地球化学丰度系数、标志元素、风化指数及其意义等；
（3）以典型剖面为例，进行深层环境（第一环境）与表层环境（第二环境）地球化学特征对比，讨论了相对丰度、富集成分、亏损成分及富集或亏损的成因；
（4）以典型流域为例，进行高阶地和低阶地土壤层地球化学对比，对剥蚀区源岩与沉积区土壤层地球化学特征的相关性进行了初步分析；
（5）以流域为单位，在全面分析成都平原第四系土壤层地球化学特征的基础上，以深层环境背景值（基准值）和表层土壤环境背景值（基线值）为标准，分析了龙门山隆升区源岩与第四系地层地球化学的相关性，得出的结论是：第四系地球化学特征主要受控于源岩，风化、淋失作用对土壤地球化学特征的影响则主要与化学成分的性质和土壤层的风化程度有关；
（6）依据上述成果，进行成都平原第四系横向、纵向地球化学特征及地球化学异常对比，从而发现，成都平原第四系在纵向上不同年代地层单位地球化学特征的差异，主要由龙门山的不断抬升并伴随源区剥蚀深度的加大及出露的源岩发生变化引起；横向上则主要随水系的不同和沉积物被搬运距离的不同而有所不同。
（7）研究了成都平原区土壤地球化学对地质的响应及农区生态地球化学响应。成都平原土壤质地优良，土壤环境质量总体较优，大宗农产品地球化学成分分析表明总体质量较好。土壤环境符合绿色、无公害农产品产地环境质量要求，农产品安全。但也发现Cd、Hg、Pb有部分样品的检测含量超过无公害食品的限量标准。超标农产品样点基本分布在土壤环境质量综合评价的污染土壤（Ⅴ、Ⅵ等土壤）分布区域，同时与土壤环境的酸碱度密切相关。
综上所述，本研究查明揭示了成都平原第四系地球化学的基本特征，探讨了沉积物与剥蚀区源岩的地球化学关系，探讨了地球化学地质响应及农区地球化学响应，为成都平原区土地资源科学规划利用、名特优农产品产地环境保护、扩种发展和经济社会可持续发展规划提供了科学依据。本论文亦告诉我们，以后从事研究成都平原第四系地球化学研究工作，不仅要紧紧抓住物源、水系和基底构造形态三大要素，同时要考虑风化、淋滤和元素活动性以及人类与生物活动等因素的综合影响。本研究由于缺乏源区原岩的系统地球化学成分资料，成都平原第四系地球化学的某些特征还难以进行科学合理的成因解释，有待今后进一步深入开展研究。
Chengdu Plain, the core area of Sichuan Basin, is one of areas with dense rivers and thelargest plain in southwestern China, also named Chuanxi Plain or Penxi Plain. It is the mostdeveloped area in economy and society of Sichuan Province. The strata exposing here almostall formed in Quaternary, belonging to piedmont accumulated basin fluvial facies. The materialsources of sedimentary clastic rocks are transported by eight water systems including Pei River,Mianyuan River, Shiting River, Yazi River, Jinma River, West Rive-South River, PujiangRiver and Min River(from Xinjin to Leshan). The differences of exposing rock/stratum units inthe original area decide the chemical components of clastic rocks in the sedimentary area.Therefore, the sedimentary sources of different water system basins have their owncharacteristics. With the deepening of denudation and weathering in the original area, thechemical components of each Quaternary stratigraphic units in the sedimentary area changedgradually from the old to the new. For the stratigraphic units in the same era at the same siteand same valley, the regolith was influenced by geological processes, biological effects andhuman activities, resulting in the differences of clastic materials’ chemical componentsbetween the regolith (the second environment) surface environment and the deep layerenvironment in a certain degree. Based on the basic geological environment conditions above,this thesis made futher study on Quaternary geochemical features of Chengdu Plain and itscauses according to the geochemical component analysis results acquired from field surveyand laboratory testing. With the application of soil geochemical testing results, it madeQuaternary source area division and terrace division, and studied the geochemical response inthe Quaternary agricultural area. Overall, this thesis received main achievements as follows:
(1) By collecting and sorting the available geological data of Chengdu Plain, it redefinedthe Quaternary stratum units of Chengdu Plain, and divided into facies belts of differentcauses.
(2) Taking typical sections for instance, it made profound discussion on the geochemicalfeatures, geochemical abundance coefficients, marker elements, weathering indexes and theirsignificances of Quaternary soil layer second environment of Chengdu Plain.
(3) Taking typical sections as example, it contrasted the geochemical features betweenthe deep environment (the first environment) and the surface environment (the secondenvironment), and discussed the relative abundance, enriching components, losing components,and their causes.
(4) Taking typical valley for instance, it contrasted the soil layer’s geochemistry betweenthe high terrace and the low terrace, and made preliminary analysis of correlation ofgeochemical features between original rocks in the weathering area and soil layer in thesedimentary area.
(5) Valley as unit, based on general analysis of Chengdu Plain Quaternary soil layers’geochemical features, it analyzed the geochemical correlation between original rocks andQuaternary strata in Longmeng Mountains uplift, taking deep layer environmental backgroundvalue (reference value) and topsoil environmental background value (baseline value) asstandards. The conclusions were as follows: the Quaternary geochemical features were mainlycontrolled by original rocks, while influence of weathering and leaching on soil geochemicalfeatures was mainly correlated with chemical components’ properties and soil layer’sweathering degree.
(6) According to the achievements above, it made transverse and vertical Quaternarygeochemical features and anomalies contrast of Chengdu Plain, and found that thegeochemical features’ vertical differences of stratigrafic units in different Quaternary ages ofChengdu Plain were mainly caused by the continuous uplift of Longmen Mountains, theincrease of denudation depth of the original area, and the change of exposing original rocks,while the transverse differences were mainly decided by the difference of water system andsediments’ carrying distance.
(7) It studied the soil’s geochemical response to the geology in Chengdu Plain andeco-geochemical response of the agricultural area. The soil texture of Chengdu Plain was fine,and the soil environment quality was relatively high in general. Geochemical componentstesting indicated the main agricultural products had fine overall quality. The soil environmentreached the producing environment quality demand of green or pollution-free agriculturalproducts. But it also found some samples had their testing contents of Cd, Hg, Pb over thepollution-free food limit standard. These samples generally distributed in the polluted soil(Class V and Class Ⅵ) area in soil environment quality comprehensive assessment.
In conclusions, this study found out basic Quaternary geochemical features of ChengduPlain, discussed the geochemical relationship between sediments and original rocks in thedenudation area, and explored the geochemical response to geology and geochemical responseof agricultural area, which provided scientific basis for the scientific planning and utilization ofland resources, producing environment protection of characteristic agricultural products,enlarging cultivation development and continuous development plan of economy and society.From this thesis, it also revealed that Quaternary geochemical study of Chengdu Plain shouldnot only focus on three important elements of material source, water system and Quaternarybasement structural shape, but also pay attention to the comprehensive influence of weathering,leaching, elements’ mobility and activities of human and organism. Attributed to absence ofsystemic geochemical component data of original rocks in the original area, some Quaternarygeochemical features of Chengdu Plain are also difficult to explain its cause reasonably, whichneeds further study in the future.
引文
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