地球科学进展

地球科学进展 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (6): 627 -640. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.029

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基于地统计学及 GIS的西昌地区中生代红层区紫色土营养元素空间变异性及影响因素研究
李樋 1( ), 刘洪 1 , 2, 李佑国 1( ), 李夔洲 1, 李随民 3, 欧阳渊 2, 张景华 2, 张腾蛟 2   
  1. 1.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059
    2.中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 601181
    3.河北地质大学 资源与环境工程研究所，河北 石家庄 050031
  • 收稿日期:2021-10-30 修回日期:2022-03-19 出版日期:2022-06-10
  • 通讯作者: 李佑国 E-mail:tongli1024@163.com;lyguo@cdut.edu.cn
  • 基金资助:
    中国地质调查局“甘孜断层普查”(DG0027);“长江上游水土流失区生态地质调查与综合评价”(DD20221776)

Study on Spatial Variability and Influencing Factors of Nutrient Elements in Purple Soil in Mesozoic Red Layer Region in Xichang Area Based on Geostatistics and GIS

Tong LI 1( ), Hong LIU 1 , 2, Youguo LI 1( ), Kuizhou LI 1, Suimin LI 3, Yuan OUYANG 2, Jinghua ZHANG 2, Tengjiao ZHANG 2   

  1. 1.College of Geosciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
    2.Chengdu Geological Survey Center of China Geological Survey, Chengdu 601181, China
    3.Institute of Resources and Environment Engineering, Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China
  • Received:2021-10-30 Revised:2022-03-19 Online:2022-06-10 Published:2022-06-20
  • Contact: Youguo LI E-mail:tongli1024@163.com;lyguo@cdut.edu.cn
  • About author:LI Tong (1994-), male, Jianping City, Liaoning Province, Ph. D student. Research areas include environmental geochemistry and ecological geology. E-mail: tongli1024@163.com
  • Supported by:
    the China Geological Survey “General survey of Ganzi fault”(DG0027);“Ecological geological survey and comprehensive evaluation of soil and water loss area in the upper reaches of the Yangtze River”(DD20221776)
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基于大凉山生态地质调查获取的48个岩石—土壤剖面数据，通过地质建造单元调查、土壤类型划分及元素地球化学测试，采用地统计学方法和GIS技术对西昌地区中生代泥质岩类地质建造区紫色土中4种微量营养元素Cu、Zn、Mo和B的空间变异及分布特征展开研究，并讨论了不同影响因素下4种营养元素的含量特征。结果表明： ① 4种营养元素整体属于中等强度变异，高斯模型和指数模型可以很好地反映研究区4种营养元素的空间变异特征； ② 4种营养元素整体处于丰富等级，Cu、Zn和B营养元素含量高值区主要集中分布在西昌地区东北—西南带状区域内，Mo元素含量在全区范围内含量较高； ③ 不同地质条件（海拔高度、地层、岩性、地质时代）和不同植被覆盖类型共同制约着Cu、Zn、Mo和B植物生长所需的营养元素含量及空间分布特征。此外，紫色土剖面土壤层4种营养元素的含量特征还受到一定的人类活动影响。研究结果可以对当地农林业发展及土地资源的合理利用提供一定参考。

关键词: 地统计学, GIS, 地质建造, 营养元素, 空间变异, 生态地质

Based on the data of 48 rock-soil profiles obtained from the ecological, geological survey of Daliang Mountain, the geological formation unit survey, soil type division, and geochemical element test, the spatial variation and distribution characteristics of four micronutrient elements, Cu, Zn, Mo, and B, in purple soil in a Mesozoic argillaceous rock geological formation zone in Xichang area were studied by geostatistics and GIS technology, The content characteristics of four nutrient elements under different influencing factors were discussed. The results show that ① the four nutrient elements belong to medium intensity variation, and the Gaussian and exponential models can accurately reflect the spatial variation characteristics of the four nutrient elements in the study area; ② the four nutrient elements are at a rich level. The high-value areas of Cu, Zn, and B nutrient elements are mainly distributed in the northeast—southwest belt zone of the study area; the Mo content is high in the whole area; ③ different geological conditions (altitude, stratum, lithology, and geological age) and vegetation cover types jointly restrict the content and spatial distribution characteristics of nutrient elements required for the growth of Cu, Zn, Mo, and B plants. In addition, the content characteristics of the four nutrient elements in the soil layer of the purple soil profile were also affected by human activities. These results can provide a reference for developing local agriculture and forestry and the rational utilization of land resources.

Key words: Geostatistics, GIS, Geological formation, Nutrition elements, Spatial variation, Ecogeology.

中图分类号: 

图1 西昌地区大地构造位置图（据参考文献［ 31 - 33 ］修改）
（b）虚线框为研究区范围
Fig. 1 Geotectonic location map of Xichang area（modified after references ［31-33］）
（b）The dotted line box indicates the scope of the study area
图2 大凉山区地质建造构造简图（据参考文献［ 5 ］修改）
Fig. 2 Brief map of geological formation and structure in Daliangshan Mountain area（modified after reference ［ 5 ］）
图3 西昌地区土壤类型分布及采样点位图
Fig. 3 Soil type distribution and sampling location map in Xichang area
表1 西昌地区土壤、岩石元素含量基本统计参数
Table 1 Basic statistical parameters of soil and rock elements content in Xichang area
元素 层位 极小值 极大值 均值 标准差 变异系数/% 分布类型
Cu 土壤层 11.40 74.50 30.02 12.61 41.99 正态
母质层 8.47 211.00 31.13 29.89 96.02 正态
岩石层 5.59 329.00 29.55 45.88 155.23 正态
Zn 土壤层 25.20 182.00 88.79 31.28 35.23 正态
母质层 17.50 144.00 79.12 30.77 38.89 正态
岩石层 15.20 117.00 63.01 27.68 43.92 正态
Mo 土壤层 0.47 8.76 2.40 1.63 67.78 对数正态
母质层 0.34 2.01 1.09 0.39 35.64 对数正态
岩石层 0.20 1.54 0.72 0.36 50.46 对数正态
B 土壤层 17.60 104.00 73.29 20.41 27.85 对数正态
母质层 29.10 122.00 77.78 20.11 25.86 对数正态
岩石层 7.85 92.70 45.24 20.78 45.92 对数正态
表2 土壤营养元素半方差函数特征
Table 2 Semi-variance function characteristics of soil nutrient elements
营养元素 层位 块金值（C0） 基台值（C0+C） 块金系数［C0/（C0+C）］/% 变程/km 模型 决定系数 残差
Cu 土壤层 0.048 2 0.191 40 25.18 0.003 0 指数 0.851 0.175 0
母质层 0.246 9 0.499 80 49.39 0.003 0 指数 0.967 2.730 0
岩石层 0.396 0 0.822 00 48.17 0.003 0 指数 0.984 11.70 0
Zn 土壤层 0.000 1 0.130 20 0.08 0.024 2 高斯 0.414 0.014 8
母质层 0.000 1 0.235 20 0.04 0.132 0 指数 0.811 9.758×10-3
岩石层 0.006 3 0.294 60 2.14 0.041 6 高斯 0.828 0.017 3
Mo 土壤层 0.001 0 0.379 00 0.26 0.024 2 高斯 0.402 0.129 0
母质层 0.095 3 0.258 60 36.85 0.239 0 高斯 0.631 6.858×10-3
岩石层 0.007 0 0.454 00 1.54 0.192 0 指数 0.872 0.021 1
B 土壤层 0.000 1 0.127 20 0.08 0.029 4 高斯 0.585 8.741×10-3
母质层 0.000 1 0.087 20 0.11 0.031 2 高斯 0.607 4.425×10-3
岩石层 0.000 1 0.307 95 0.03 0.034 6 高斯 0.580 0.069 0
表3 土壤营养元素等级划分标准 (mg/kg)
Table 3 Classification standard of soil nutrient elements
营养元素 一级（很丰） 二级（丰） 三级（适中） 四级（稍缺） 五级（缺） 过量
Cu >29 24~29 21~24 16~21 ≤16 ≥50
Zn >84 71~84 62~71 50~62 ≤50 ≥200
Mo >0.85 0.65~0.85 0.55~0.65 0.45~0.55 ≤0.45 ≥4.00
B >65 55~65 45~55 30~45 ≤30 ≥3 000
图4 西昌东部地区不同层位营养元素空间分布图
Fig. 4 Spatial distribution map of nutrient elements in different layers in the eastern part of Xichang
表4 紫色土剖面不同植被覆盖条件下营养元素含量特征 (mg/kg)
Table 4 Characteristics of nutrient elements content in purple soil profiles under different vegetation cover conditions
层位 植被 Cu Zn Mo B
土壤层 草地 24.54 81.16 3.03 66.02
农作物 35.44 90.28 2.63 77.90
乔木 27.48 86.18 2.07 69.54
灌木 31.40 104.62 2.30 85.64
乔灌混杂 33.40 88.99 2.69 75.13
母质层 草地 23.28 50.12 0.91 65.78
农作物 33.60 94.21 1.11 87.61
乔木 25.53 71.78 1.13 74.97
灌木 25.56 96.90 1.05 92.74
乔灌混杂 49.43 89.04 1.12 73.93
岩石层 草地 16.65 46.72 0.45 2.40
农作物 28.76 66.19 0.79 1.43
乔木 20.74 61.37 0.75 41.33
灌木 22.47 65.96 0.68 36.80
乔灌混杂 61.93 71.44 0.75 44.71
表5 紫色土剖面不同海拔高度下营养元素含量特征 (mg/kg)
Table 5 Characteristics of nutrient elements content in purple soil profiles at different elevations
层位 海拔/m Cu Zn Mo B
土壤层 ≤1 800 30.38 101.43 1.34 83.15
1 800~2 100 24.23 73.83 2.36 76.69
2 100~2 500 27.44 78.97 2.15 76.11
2 500~3 000 36.02 101.91 2.65 70.30
>3 000 15.13 65.17 3.49 59.00
母质层 ≤1 800 33.28 107.70 0.91 83.48
1 800~2 100 19.62 69.01 1.03 74.14
2 100~2 500 25.99 73.99 1.13 85.29
2 500~3 000 40.88 87.23 1.19 75.52
>3 000 14.07 34.43 0.69 58.60
岩石层 ≤1 800 18.65 86.08 0.82 52.85
1 800~2 100 17.23 61.59 0.75 49.10
2 100~2 500 23.95 57.26 0.65 40.81
2 500~3 000 42.58 67.22 0.81 46.30
>3 000 12.20 34.37 0.25 39.73
表6 紫色土剖面不同地层中营养元素含量特征 (mg/kg)
Table 6 Characteristics of nutrient elementscontent in different strata of purple soil profiles
层位 地层 Cu Zn Mo B
土壤层 小坝组 30.60 93.14 2.180 74.26
飞天山组 18.43 60.57 3.100 58.96
雷打树组 44.40 100.02 2.992 86.56
昔格达组 43.20 143.00 0.540 104.00
母质层 小坝组 32.47 79.97 1.150 79.47
飞天山组 15.79 54.11 0.790 66.39
雷打树组 46.02 105.5 1.372 82.24
昔格达组 50.40 144.00 0.490 102.00
岩石层 小坝组 31.67 68.47 0.770 45.23
飞天山组 16.31 34.60 0.420 34.22
雷打树组 39.24 74.96 0.974 55.70
昔格达组 30.50 79.00 0.360 92.70
表7 紫色土剖面不同地质时代中营养元素含量特征 (mg/kg)
Table 7 Characteristics of nutrient elements content in different geological age of purple soil profiles
层位 地质时代 Cu Zn Mo B
土壤层 晚白垩世 35.09 100.01 2.03 82.23
早白垩世 18.93 62.59 3.21 53.52
母质层 晚白垩世 38.04 90.22 1.27 86.50
早白垩世 16.66 51.25 0.78 59.36
岩石层 晚白垩世 36.23 77.27 0.87 50.53
早白垩世 16.80 36.82 0.46 33.03
表8 紫色土剖面不同岩性中营养元素含量特征 (mg/kg)
Table 8 Characteristics of nutrient elements content in different lithology of purple soil profiles
层位 岩性 Cu Zn Mo B
土壤层 泥岩 29.89 93.22 2.15 77.39
砂岩 30.46 73.85 3.28 59.50
母质层 泥岩 31.85 84.46 1.12 82.91
砂岩 28.69 61.14 1.01 60.51
岩石层 泥岩 30.53 66.41 0.76 45.92
砂岩 26.26 51.60 0.75 42.96
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