长期围垦下土壤La和Nd元素含量的空间分布规律研究

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目 录

摘要 1

Abstract. 2

1绪论 3

1.1. 研究背景与意义 3

1.2 国内外研究状况 3

2 研究区域概况 4

3 研究材料与方法 5

3.1 研究材料采集 5

3.2 样品处理 5

3.3 研究方法与数据处理 5

3.3.1 地统计学方法简介 5

3.3.2 数据处理 7

4结果分析 7

4.1 描述统计 7

4.2 相关性分析 9

4.3 方差分析与多重比较 10

4.4半方差函数模型分析 12

5 结论 13

参考文献 14

致谢 16

长期围垦下土壤La和Nd元素含量的空间分布规律研究

程明赫

，China

Abstract： Rare earth elements play an important role in the evolution of the soil and one of the important indicators of good soil development. Many soil scientists are very concerned about rare earth elements. Cixi coastal plains have thousands of years of reclamation history and the soil environment was artificially strongly interfered. In this study, 329 soil samples were collected from 11 reclamation areas in the region by nested sampling and cross-sectional methods. The contents of lanthanum and neodymium in the region were measured and the soil properties were measured, and mathematical statistics and geostatistical analysis were carried out. It was found that the content of lanthanum and neodymium in the study area was strongly affected by reclamation history and land use. There were significant differences in the content of elements between different reclamation areas. In the first and second reclamation areas, the average concentrations of these two elements are the highest, where have the longest reclamation, and soils are paddy soil. In the third-ninth reclamation area, lanthanum and neodymium in the space had a certain uniformity, here are dry land. In the tenth district, lanthanum and neodymium concentrations have increased slightly. In the eleventh area, the reclamation history of the region is the shortest and the element concentrations are the lowest. Through the geostatistical analysis, lanthanum and neodymium have a strong spatial dependence, their range of the mean value of 5000 meters, just the distance between the two seawalls, which show that human factors on its concentration greater impact. The soil properties were significantly correlated with the content of these two elements, and the pH value, electrical conductivity and sand content were negatively correlated with these two rare earth elements. Soil organic matter content, silt content and clay content were positively related to these two. And there was a significant positive correlation between lanthanum and neodymium. The study is helpful to evaluate the impact of human activities on soil evolution and contributes to the assessment of soil environmental quality, so as to achieve regional sustainable development.

Key words: lanthanum, neodymium, spatial characteristics, geostatistics, soil properties

1. 绪论
   1. 研究背景与意义

在自然界中，有17种特殊的元素，从镧（La）到镥（Lu）以及钪（Sc)和钇（Y），它们统称为稀土元素^[1]。其名字的来源是因为瑞典科学家在提取这些元素时运用了稀土化合物，所以将它们命名为稀土元素。这17种元素性质相似，在自然界中常共生在一起。镧（La）和钕（Nd）是稀土元素中分布比较广泛含量较高的两种元素。稀土元素与我们的生态环境息息相关，在很多方面都扮演重要角色。

在土壤方面，稀土元素可以通过改变土壤的理化性质使得土壤变得疏松、通透性增强，这样的土壤则更适用于栽培农作物^[2-4]。在土壤的演变过程中，稀土元素有着重要的指示意义。因为其在土壤中的分布取决于多方面因素，如成土环境，成土时间等。一般来说，土壤的成土时间越早，发育程度越高，则稀土元素含量越高，由此可见稀土元素与土壤的成土年龄呈显著正相关，所以稀土元素的总量可以作为土壤发育是否良好的一项重要指标^[5-6]。

在作物方面，稀土元素也扮演非常重要的角色，首先稀土元素可以提高叶绿素的含量，从而增强作物的光合作用。其次，镧离子（La ）可以改变膜电位和维持叶肉细胞的膨压，有利于细胞水分的运输和营养物质的维持。稀土元素亦可以对作物内源激素的含量产生^[7-8]。最为关键的是，稀土元素还可以通过提高作物的抗逆性来大大提高作物的存活率^[9]。

稀土元素不仅在土壤以及农业中发挥重要作用，在工业中，稀土元素的重要性也是不可小觑的，其被称为“工业维生素”。如今对稀土元素的研究不但对生态环境有重要意义，而且也能带来巨大的经济效益^[10]。

1.2 国内外研究状况

国内很多学者研究了土壤中稀土元素的含量与空间分布的关系。王孟等人在2012年研究了吉林延边地区土壤稀土元素的活化特性，发现环境因素对它们的活性有重要影响，其中部分稀土元素活性还受土壤pH影响^[11]。姜涛^[12]等人运用了地统计学等方法对贵州茅台地区进行分析研究，他们发现该地区稀土元素含量空间分布变异较大。刘铮、冉勇^[13]等研究了我国主要土壤中土壤可给态稀土元素的含量，稀土元素的分布规律以及影响它们分布的主要因素，研究表明，红壤中稀土元素含量最高，其余土壤中从高到低依次为黑钙土、黄棕土、黑土、灰化土、棕壤以及砖红壤。酸性土壤中，其含量变化幅度极大，中性和碱性土壤中，变化幅度略小。而且从全国范围来看，有效态稀土元素的含量由北向南有逐渐升高的趋势，酸性土壤的有效态稀土含量高于中性和碱性土壤。王玉琦和孙景信教授^[14]利用活化分析法对我国一些典型区域进行了土壤中稀土元素含量的测定，通过研究分析发现，不同地区的土壤中的稀土元素的含量差异主要受成土母质以及气候，时间等成土因素的影响。与世界土壤中稀土元素含量相比，我国土壤中稀土元素含量略高，分布模式为负斜率分布，轻稀土相对富集。

国外也有很多学者研究了稀土元素的分布。美国、澳州等发达国家很早就开始了针对稀土元素的研究。例如Barca研究了突尼斯磷石膏，他认为其是稀土元素的来源 ^[15]。Munksgaard研究了南大西洋中脊表层沉积物中稀土元素的含量以及其分布模式，研究表明此海域沉积物中稀土元素的含量低于近海和河口沉积物中的含量，而且轻稀土元素相对富集，重稀土相对亏损，它们之间有明显的分馏现象 ^[16]。

但是目前针对长期人类围垦活动对土壤稀土元素含量影响的研究的较少.这是由于一般情况下缺少长时间序列观测数据。而空间信息在一定程度上可以弥补这种时间上的不足，可以从空间分布特征间接推断其时间演变规律。本文选择了浙江省慈溪市滨海平原为例，分析表层土壤中La和Nd含量的空间变化规律，以便于评价长期的人类干扰对土壤演变过程的影响。

1. 研究区域概况

该实验的研究区域位于杭州湾南岸慈溪市（图1）。采样点纵跨整个滨海平原。此平原属于淤涨型海滩，海涂的分布呈弧状。海岸线因为泥沙的沉积不断向外移动。自公元1047年以来，为防海水入侵，民间开始用泥土搭建堤坝。近几十年来为了解决土地利用紧缺问题，海涂的围垦日益加剧。目前杭州湾南岸的滨海平原海塘所构筑的数量已达十一道。按照围垦的年代区分，研究区可以划分成三个亚区域，南部为区域最南端的沿山北麓至一塘以南，已有1500多年的围垦历史；中部为一塘以北一直到七塘，大约为11世纪到20世纪初围成；北部为七至十一塘之间，为20世纪后期至21世纪初围成。

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