陳學(xué)剛，張玉虎，楊 涵，權(quán)曉燕，胡江玲

(1 新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830054；2 新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；3 首都師范大學(xué) 資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048)

烏魯木齊市土壤磁學(xué)特征及其與粒度的關(guān)系

陳學(xué)剛1,2，張玉虎3，楊 涵1,2，權(quán)曉燕2，胡江玲2

(1 新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830054；2 新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；3 首都師范大學(xué) 資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048)

【目的】 分析烏魯木齊市市區(qū)、郊區(qū)表層土壤磁性和粒徑分布特征的差異性，揭示土壤粒度與礦物磁性特征的關(guān)系，測(cè)試土壤磁性參數(shù)作為粒徑代用指標(biāo)的可行性，為未來(lái)運(yùn)用磁學(xué)方法監(jiān)測(cè)城市土壤污染提供參考?！痉椒ā?采集烏魯木齊市市區(qū)建設(shè)用地及郊區(qū)農(nóng)用地和未利用地表層(0～10 cm)土壤樣品45個(gè)，采用磁測(cè)和激光衍射粒度儀測(cè)量土壤磁性參數(shù)和粒度，利用Pearson相關(guān)性分析和GIS技術(shù)計(jì)算磁性參數(shù)低頻質(zhì)量磁化率(χLF)、高頻質(zhì)量磁化率(χHF)、百分頻率磁化率(χFD)、硬剩磁(HIRM)、軟剩磁(SOFTIRM)和飽和等溫剩磁(SIRM)與粒徑含量的相關(guān)系數(shù)，并繪制空間分布圖。【結(jié)果】 除χFD外，市區(qū)建設(shè)用地土壤磁性參數(shù)均值均高于郊區(qū)農(nóng)用地和未利用地，多疇粗顆粒亞鐵磁性礦物主導(dǎo)了土壤樣品的磁學(xué)性質(zhì)；市區(qū)表土黏土含量低于郊區(qū)，粉砂、砂粒含量略高于郊區(qū)；研究區(qū)土壤粒度組成以粉砂為主，其次為黏土和砂；通過比較市區(qū)表土磁性參數(shù)與不同粒徑含量間的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值發(fā)現(xiàn)，χLF與2～8 μm粒級(jí)，HIRM與8～16 μm、>63 μm粒級(jí)，χFD與16～32 μm、32～63 μm粒級(jí)含量的相關(guān)性最強(qiáng)。郊區(qū)農(nóng)用地、未利用地土樣的磁性參數(shù)與粒級(jí)含量無(wú)顯著相關(guān)性；黏土和極細(xì)粉砂含量與χLF和SOFTIRM、SIRM、HIRM在西部、東北、中部和南部區(qū)域空間上存在正相關(guān)，與χFD的相關(guān)區(qū)域位于市區(qū)中部。細(xì)粉砂與SIRM和HIRM在西北部、東北部以及東南部存在正相關(guān)，與χFD在空間上分布一致性較少。中粉砂、粗粉砂和砂含量與χFD在西部、東北部和中部偏西南區(qū)域存在正相關(guān)?！窘Y(jié)論】 烏魯木齊市市區(qū)、郊區(qū)表土磁性和粒徑分布特征不同。市區(qū)建設(shè)用地表土的χLF、HIRM和χFD分別可作為2～8 μm粒級(jí)、細(xì)粉砂和砂粒級(jí)、中粉砂和粗粉砂含量的代用指標(biāo)。在圈定的西部、東北、中部、南部、西北、東北、東南和西南區(qū)域，χLF、HIRM和χFD能更準(zhǔn)確地反映粒級(jí)含量的高低。

磁性特征；土壤粒徑分布；土壤污染；烏魯木齊

環(huán)境磁學(xué)通過研究磁性顆粒的生成、轉(zhuǎn)化以及在地球不同圈層之間的遷移規(guī)律，揭示過去的環(huán)境變化以及人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響[1]。自20世紀(jì)80年代Thompson等開展了沉積物磁性特征研究以來(lái)，因其測(cè)量方法具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、無(wú)破壞性等特點(diǎn)[2]，已廣泛應(yīng)用于古氣候與古環(huán)境變化、土壤發(fā)生過程以及河流沉積物來(lái)源判別等領(lǐng)域[3]。近年來(lái)，學(xué)者們借助磁測(cè)技術(shù)和地球化學(xué)方法，對(duì)土壤、沉積物、大氣降塵、街道塵埃和樹葉等環(huán)境物質(zhì)進(jìn)行磁性測(cè)量，了解磁性礦物特征，進(jìn)而確定污染區(qū)域，監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量和解析污染源[4-11]。城市土壤環(huán)境質(zhì)量與人類健康和福利密切相關(guān),日益受到關(guān)注[12]。城市土壤是各種重金屬和有機(jī)污染物的“匯”[13]。研究表明，匯入城市土壤的人為成因污染物富含磁性顆粒，改變了土壤中磁性物質(zhì)的循環(huán)形式和存在狀況，而且特定磁參數(shù)與污染物(尤指重金屬)含量間呈正相關(guān)[14]，因而磁性參數(shù)常被用作反映重金屬污染狀況的替代指標(biāo)[15-18]。

然而礦物磁性除了受礦物種類及其含量等因素控制外，還與其粒度大小密切相關(guān)，不同晶粒大小的磁性礦物的磁性特征存在差異[19]。在評(píng)價(jià)污染狀況時(shí),必須修正粒度對(duì)磁性參數(shù)的影響。大量研究探討了環(huán)境物質(zhì)磁性與沉積物或土壤粒度之間的相關(guān)性。Chaddha等[20]研究發(fā)現(xiàn)，燃煤飛灰中磁性礦物含量是粒徑的函數(shù)，并強(qiáng)調(diào)粒徑分析的重要性。Oldfield等[21]在對(duì)愛爾蘭海濱岸沉積物的研究中發(fā)現(xiàn)，非磁滯剩磁磁化率與細(xì)粒級(jí)組分含量高度相關(guān),并提出這一參數(shù)可作為沉積物細(xì)顆粒含量的代用指標(biāo)。張衛(wèi)國(guó)等[22]研究認(rèn)為，粒度是影響長(zhǎng)江口潮灘沉積物磁性特征的重要因素。Booth等[23]對(duì)河口沉積物研究證明，礦物磁性可以用來(lái)作為粒徑代用參數(shù)。Clifton等[24]研究指出,沉積物的細(xì)粉砂(8～16 μm)和磁化率密切相關(guān)，非磁滯剩磁磁化率與黏土(<2 μm)和極細(xì)粉砂(4～8 μm)強(qiáng)烈相關(guān)，飽和等溫剩磁與極細(xì)粉砂和細(xì)粉砂存在相關(guān)。Booth等[25-26]在小尺度上分析了街道塵埃礦物磁性和粒度的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磁性參數(shù)與粒徑間存在緊密關(guān)系。從已有研究看，前人主要探討了湖泊、潮灘沉積物、街塵和飛灰中粒徑與磁性特征相關(guān)性的問題，但對(duì)干旱區(qū)城市不同用地類型下土壤磁性指標(biāo)和粒度的關(guān)系研究相對(duì)較少。為此，本試驗(yàn)以烏魯木齊市為研究區(qū)，采用磁測(cè)、激光衍射粒度分析和統(tǒng)計(jì)方法，在分析市、郊區(qū)表土磁性和粒徑分布特征的差異性基礎(chǔ)上，探討土壤粒徑分布與礦物磁性參數(shù)的關(guān)系，以期評(píng)價(jià)磁性參數(shù)作為粒徑替代指標(biāo)的可行性及普遍性。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

烏魯木齊市位于中國(guó)西北部，是新疆維吾爾自治區(qū)的首府，屬典型的沖洪積扇綠洲城市，為中溫帶大陸干旱氣候區(qū)，年平均溫度7.3 ℃，年平均降水量236 mm。全市平均海拔800 m，三面環(huán)山，地勢(shì)東南高、西北低，城區(qū)北部郊區(qū)有大量耕地，南部郊區(qū)分布有廣泛的未利用裸地，土壤母質(zhì)為沖洪積物狀母質(zhì)。自1980年以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，烏魯木齊市城市化進(jìn)程不斷加快，城市建設(shè)區(qū)面積急速擴(kuò)大，從1985年的49 km2增加到2009年的339 km2。

1.2 采樣與試驗(yàn)方法

為了比較市區(qū)與郊區(qū)不同土地利用方式對(duì)磁性參數(shù)的不同影響，本次選取烏魯木齊市市區(qū)、郊區(qū)表土進(jìn)行布點(diǎn)采集，樣點(diǎn)的選擇主要考慮空間分布的均勻性、土地利用類型與實(shí)際土壤分布情況。市區(qū)(U采樣區(qū))24個(gè)建設(shè)用地采樣點(diǎn)主要分布在工業(yè)、商業(yè)、居住、公園和交通運(yùn)輸區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地；郊區(qū)(S采樣區(qū))21個(gè)未利用地和農(nóng)用地采樣點(diǎn)主要位于城市北邊的農(nóng)用地和城市東、西南和南部區(qū)域的未利用地。研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)具體分布如圖1所示。2012-11-07-14采集研究區(qū)表層(0～10 cm)土壤樣品，每個(gè)樣品均由5個(gè)按對(duì)角線法采取的小樣混合成1 kg左右的樣品，將其裝入聚乙烯采樣袋中編號(hào)。采樣過程中對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行GPS定位，最終獲取表層土壤樣品45個(gè)。

將采集的土樣放在陰涼干燥、通風(fēng)無(wú)灰塵污染的室內(nèi)自然風(fēng)干。待樣品風(fēng)干后，揀出枯枝落葉、植物根、塑料袋、礫石等雜物，過1 mm尼龍篩，稱一定質(zhì)量樣品用塑料保鮮膜包緊后裝入10 cm3的磁學(xué)專用樣品盒內(nèi)并壓實(shí)，供測(cè)試用。采用Bartington MS2磁化率儀，測(cè)定樣品低頻質(zhì)量磁化率(χLF，0.47 kHz)和高頻質(zhì)量磁化率(χHF，4.7 kHz)，并計(jì)算百分頻率磁化率(χFD=(χLF-χHF)/χLF×100%)。等溫剩磁(IRM)利用ASCIM-10脈沖磁化儀和Molspin小旋轉(zhuǎn)磁力儀室溫下獲得,依次對(duì)樣品施加20，30，50，100，300和1 000 mT的磁場(chǎng)，使用小旋轉(zhuǎn)磁力儀分別測(cè)量對(duì)應(yīng)的IRM，并設(shè)1 000 mT磁場(chǎng)下的IRM作為飽和等溫剩磁(SIRM)。然后測(cè)量樣品在-20，-30，-100，-300 mT反向磁場(chǎng)下的IRM。根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果計(jì)算硬剩磁(HIRM= (SIRM+IRM-300 mT)/2)、軟剩磁(SOFTIRM=(SIRM-IRM-20 mT)/2),軟剩磁百分含量(SOFT=SOFTIRM/SIRM×100%)和硬剩磁百分含量(HARD=HIRM/SIRM×100%)。

粒度測(cè)量時(shí)首先采用過氧化氫(H2O2)進(jìn)行去除有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽的處理，然后加入六偏磷酸鈉((NaPO3)6)使樣品充分分離后測(cè)量,使用Malvern MS 2000測(cè)定顆粒的體積百分比，顆粒范圍為0.2～2 000 μm[26]。

2 結(jié)果與分析

2.1 烏魯木齊市不同區(qū)域的土壤磁性特征

土壤磁性是土壤物理屬性的重要研究?jī)?nèi)容，可反映母質(zhì)、氣候、植被、水文和人類活動(dòng)等綜合信息[27]。城市不同區(qū)域的土地利用類型對(duì)土壤磁性的干擾不同，表土的磁性特征往往隨著土地利用方式變化而表現(xiàn)出明顯差異。烏魯木齊市區(qū)、郊區(qū)不同土地利用方式下土壤樣品磁性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

χLF表示土壤樣品中亞鐵磁性礦物的總體貢獻(xiàn)。SIRM主要反映亞鐵磁性和不完全反鐵磁性礦物的貢獻(xiàn)，與磁化率不同，SIRM不受順磁性和抗磁性礦物的影響[28]。Thompson等[29]研究發(fā)現(xiàn)，SOFTIRM指示樣品中較粗的多疇(MD)顆粒的亞鐵磁性礦物含量，基本不受不完整反鐵磁性礦物的影響。Oldfield等[21]提出HIRM用于粗略估計(jì)樣品中不完整反鐵磁性礦物含量。SOFT和HARD可近似用來(lái)估算樣品中多疇亞鐵磁性礦物和不完全反鐵磁性礦物的相對(duì)含量[30]。χFD反映細(xì)小的超順磁性顆粒物(SP，粒徑<0.03 μm)，能夠區(qū)別土壤顆粒物是來(lái)源于人類活動(dòng)還是自然生成。從表1可以看出，烏魯木齊市區(qū)(建設(shè)用地)與郊區(qū)(農(nóng)用地、未利用地)土樣χLF的均值分別為107.9×10-8，63.7×10-8m3/kg。不同土地利用方式下表土χLF均值大小表現(xiàn)為市區(qū)>郊區(qū)。采樣區(qū)域表土的SIRM均值變化與χLF相同。市區(qū)SOFTIRM變幅為(401.9～1 870.1)×10-5Am2/kg，均值為913.3×10-5Am2/kg；郊區(qū)SOFTIRM變幅是(176.6～1 083.0)×10-5Am2/kg，均值為508.9×10-5Am2/kg。HIRM均值表現(xiàn)出市區(qū)(87.4×10-5Am2/kg)略微大于郊區(qū)(50.4×10-5Am2/kg)的特征。市區(qū)SOFT為29.2%～42.2%，HARD為0.7%～6.3%；郊區(qū)SOFT為28.1%～38.6%，HARD為1.6%～5.6%，表明土樣磁性中主要由亞鐵磁性礦物主導(dǎo)，并有少量不完整反鐵磁性礦物的貢獻(xiàn)。根據(jù)Dearing[31]提出的應(yīng)用χFD半定量估算SP顆粒濃度的半定量化模型可知，χFD<2 %時(shí)，樣品中基本沒有SP顆粒，χFD為≥2%～<10 %時(shí)，樣品中SP和粗顆?；旌洗嬖?；χFD為≥10%～<14%時(shí)，樣品基本都是SP顆粒。與半定量混合模型比較，烏魯木齊市區(qū)χFD均值為1.6%，郊區(qū)χFD均值為2.6%，表明土壤樣品中SP顆粒含量低，市區(qū)土樣中基本不含SP顆粒。通過上述參數(shù)分析可知，土壤磁性主要是多疇(MD)粗顆粒亞鐵磁性礦物占主導(dǎo)，郊區(qū)磁性顆粒主要由SP顆粒和粗顆粒共同構(gòu)成。已有研究表明，有一定發(fā)育的自然土壤磁化率主要受成土過程中形成的SP顆粒礦物主導(dǎo)，質(zhì)量磁化率與頻率磁化率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系[32]。市區(qū)高的土壤質(zhì)量磁化率和低的百分頻率磁化率指示其與自然土壤成土過程不同，可能受人類活動(dòng)產(chǎn)生的粗顆粒亞鐵磁性礦物影響較大。郊區(qū)磁性顆粒主要由自然和人為形成的SP顆粒和粗顆粒共同構(gòu)成。

2.2 烏魯木齊市不同區(qū)域的土壤粒徑分布特征

粒徑分布(PSD)是土壤最基本的物理屬性。根據(jù)張衛(wèi)國(guó)等[22]土粒分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)劃分，研究區(qū)表土樣品的粒徑分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。由表2可以看出，全部樣品黏土(<4 μm)含量為15.51%～40.19%，均值為25.08%，64.6%的樣品黏土含量在20%～30%;市區(qū)黏土含量為15.51%～31.58%，均值為23.84%，其中75%的樣品黏土含量為20%～30%；郊區(qū)黏土含量為15.83%～40.19%，均值為26.51%，其中黏土含量在20%～30%的樣品所占比例減少到50%，黏土含量大于30%土樣所占比例增加到33%，郊區(qū)黏土含量略高于市區(qū)。全部土樣粉砂(4～63 μm)含量為58.22%～82.85%，其中極細(xì)粉砂(4～8 μm)含量均值為22.28%，細(xì)粉砂(8～16 μm)含量均值為20.36%，中粉砂(16～32 μm)含量均值為16.31%，粗粉砂(32～63 μm)含量均值為9.77%，顯示極細(xì)粉砂、細(xì)粉砂主導(dǎo)了粉砂粒級(jí)含量，市區(qū)土壤粉砂含量均值略高于郊區(qū)。全部土樣砂(>63 μm)含量為0.32%～20.57%，均值6.19%,砂含量變幅大。市區(qū)砂含量為0.57%～20.57%，均值為6.81%，郊區(qū)砂含量均值為5.48%，市區(qū)含量稍高于郊區(qū)，表土砂含量遠(yuǎn)低于黏土和粉砂?？傮w而言，研究區(qū)土壤粒度組成以粉砂為主，其次為黏土，砂最少。

2.3 烏魯木齊市土壤磁性特征與粒級(jí)含量的關(guān)系

表3是不同土地利用方式下，土壤磁性參數(shù)與不同粒徑含量間的Pearson相關(guān)系數(shù)值。

注：*表示在P<0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**表示在P<0.01水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)。

Note:*.Significant at theP<0.05 level;**.Significant at theP<0.01 level.

從表3可以看出，對(duì)建設(shè)用地土樣，χLF與黏土(2～4 μm)、極細(xì)粉砂(4～8 μm)極顯著正相關(guān)，與粗粉砂(32～63 μm)、砂(>63 μm)粒級(jí)含量顯著或極顯著負(fù)相關(guān),與其他粒級(jí)含量不具顯著相關(guān)性；除了細(xì)粉砂(8～16 μm)外，HIRM、SIRM與粒級(jí)含量的關(guān)系和χLF趨勢(shì)相同，而SOFTIRM與粒級(jí)含量的關(guān)系則與χLF趨勢(shì)完全相同；χFD與4～16 μm粒級(jí)含量間存在極顯著或顯著負(fù)相關(guān)性,與 16～63 μm粒級(jí)含量呈顯著正相關(guān)，與其他粒級(jí)含量不具顯著相關(guān)性。而郊區(qū)農(nóng)用地、未利用地土樣的磁性參數(shù)與粒級(jí)含量無(wú)顯著相關(guān)性。上述結(jié)果也表明，粗顆粒亞鐵磁性礦物和少量不完整反鐵磁性礦物主要富集于粒徑2～16 μm的細(xì)粒級(jí)土壤中。此外，通過比較相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值的大小發(fā)現(xiàn)，χLF與2～8 μm粒級(jí)含量相關(guān)性均較大，HIRM與8～16 μm、>63 μm的相關(guān)性均較大，χFD與16～32 μm、32～63 μm的相關(guān)性均較大。因此，在市區(qū)建設(shè)用地背景下，上述磁性參數(shù)最適應(yīng)作為相應(yīng)粒級(jí)含量的代用指標(biāo)，圖2是市區(qū)建設(shè)用地描述磁性參數(shù)作為粒級(jí)函數(shù)的散點(diǎn)圖。

相關(guān)系數(shù)刻畫的是土壤屬性值間的總體關(guān)系，說明可能存在空間相互關(guān)聯(lián)的情況，但不能圈定出空間依賴性的范圍與程度。為進(jìn)一步探查磁性參數(shù)與粒度的空間相關(guān)性，根據(jù)磁性參數(shù)與粒級(jí)間統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)后顯著相關(guān)與否和相關(guān)系數(shù)大小，將粒徑劃分為2～8 μm、8～16 μm和>16 μm 3個(gè)級(jí)別，并采用反距離權(quán)重插值法(IDW)分別對(duì)粒徑含量和磁性參數(shù)進(jìn)行空間插值，得到空間分布圖(圖3)。如圖3所示，χLF、SOFTIRM、SIRM和HIRM的空間分布特征較相似，基本以工業(yè)區(qū)(點(diǎn))和中城區(qū)為中心，向北部的農(nóng)田及東、西和南部的未利用地遞減。χFD空間分布趨勢(shì)與其他參數(shù)大致相反，分布呈東西方向低，且向南北方向遞增的趨勢(shì)。黏土和極細(xì)粉砂(4～8 μm)空間分布呈西北、東北、正南向高，且向中部遞減的趨勢(shì)，主要分布在近郊區(qū)，與χLF、SOFTIRM、SIRM和HIRM磁性參數(shù)在西部、東北、中部和南部區(qū)域存在空間正相關(guān)，但與χFD的相關(guān)區(qū)域位于市區(qū)中部。細(xì)粉砂(8～16 μm)與SIRM和HIRM在西北部的頭屯河區(qū)和東北部米東區(qū)以及東南部天山區(qū)內(nèi)存在正相關(guān)，與χFD在空間分布不一致。中粉砂(16～32 μm)、粗粉砂(32～63 μm)和砂(>63 μm)含量主要分布在中部，且向西北和南部遞減，西北部含量最低，北部粒徑含量小于中部和南部，與χLF、SIRM、SOFTIRM和HIRM的分布格局呈逆向分布趨勢(shì)，但與χFD在西部、東北部和中部偏西南區(qū)域存在正相關(guān)。

3 結(jié) 論

本研究通過對(duì)烏魯木齊市市區(qū)和近郊區(qū)不同用地類型的表層土壤采樣，分析了土壤樣品磁性參數(shù)、土壤粒度組成特征及兩者之間的關(guān)系，得到的主要結(jié)論如下。

1)研究區(qū)土壤中磁性礦物組成以多疇(MD)粗顆粒亞鐵磁性礦物占主導(dǎo)，并伴有少量不完整反鐵磁性礦物和超順磁性礦物顆粒物。除χFD外，市區(qū)建設(shè)用地土壤的其他磁性參數(shù)均值均高于郊區(qū)的農(nóng)用地和未利用地，市區(qū)高土壤磁性礦物含量表明其可能由人類活動(dòng)形成的污染物引起。

2)市區(qū)表土黏土含量低于郊區(qū)，粉砂、砂粒含量均值略高于郊區(qū)?？傮w而言，研究區(qū)土壤粒級(jí)組成中粉砂含量最高，其次為黏土，含量最低的是砂粒,黏土、粉砂和砂粒含量的均值分別為25.08%，68.72%，6.19%，其中極細(xì)粉砂、細(xì)粉砂主導(dǎo)了粉砂級(jí)含量。

3)從磁性參數(shù)與粒級(jí)含量的相關(guān)性結(jié)果來(lái)看，磁性礦物主要富集于粒徑2～16 μm的土壤細(xì)顆粒中，市區(qū)建設(shè)用地表土的χLF可作為2～8 μm，HIRM可作為細(xì)粉砂(8～16 μm)、砂(>63 μm)粒級(jí)含量的代用指標(biāo)。χFD可作為中粉砂(16～32 μm)、粗粉砂(32～63 μm)粒級(jí)含量的代用指標(biāo)。郊區(qū)農(nóng)用地、未利用地表土磁性參數(shù)對(duì)粒徑的依賴性不高。

4)研究區(qū)磁性參數(shù)與土壤粒度分布的空間變化為評(píng)價(jià)兩者間的空間相關(guān)性奠定了基礎(chǔ)。χLF和SOFTIRM、SIRM、HIRM與細(xì)顆粒組分(2～16 μm)在西部、東北、中部、南部、西北、東北和東南部區(qū)域呈正相關(guān)。χFD與粗顆粒組分(>16 μm)在西部、東北和西南區(qū)域存在正相關(guān)。在上述圈定的區(qū)域內(nèi)，χLF、HIRM和χFD能更加準(zhǔn)確地反映粒級(jí)含量的高低。

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Magnetic properties and the relationship with particle size of topsoil in Urumqi

CHEN Xue-gang1,2,ZHANG Yu-hu3,YANG Han1,2, QUAN Xiao-yan2,HU Jiang-ling2

(1KeyLaboratoryofAridRegionLakeEnvironmentandResourceofXinjiang,Urumqi,Xinjing830054,China; 2SchoolofGeographyScienceandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi,Xinjing830054，China;3CollegeofResourcesEnvironment&Tourism,CapitalNormalUniversity,Beijing100048,China)

【Objective】 This study investigated the differences in magnetic properties and particle size distribution of urban and suburban topsoil in Urumqi.The relationships between the magnetic properties and particle size distribution and the feasibility of using particular magnetic properties as soil particle size proxy were also explored to provide reference for future monitoring of urban soil pollution using magnetic methods.【Method】 In Urumqi,45 topsoil samples at depth of 0-10 cm were collected from urban and suburban areas with different land use types and spatial uniformity.Soil magnetic parameters including low field magnetic susceptibility (χLF),high frequency magnetic susceptibility (χHF),the percentage frequency magnetic susceptibility (χFD),hard isothermal remanent magnetization (HIRM),soft isothermal remanent magnetization (SOFTIRM) and saturation isothermal remanent magnetization (SIRM) and particle size were measured using magnetic measurement instrument and laser diffraction particle size analyzer.The Pearson correlation analysis method and GIS technology were used to determine the correlation between magnetic parameters and particle size.【Result】 The average values of magnetic parameters except χFDof urban construction land were higher than those of agricultural land and unused suburban land.Multi-domain ferromagnetic minerals dominated magnetic properties soil samples.Clay content in urban topsoil was less than that in suburban topsoil,while silt and sand contents were slightly higher than those in suburban topsoil.The silt content was the highest,followed by clay and sand in Urumqi.Comparison of absolute values of Pearson correlation coefficients between magnetic parameters and different particle size fractions in urban topsoil showed that there were strong linear correlations between the following magnetic parameters and particle size fractions:χLFwith 2-8 μm,HIRM with 8-16 μm,>63 μm,and χFDwith 16-32 μm and 32-63 μm.There was no linear correlation between magnetic parameters and different particle size fractions in soil samples from agricultural land,and unused land in suburb.The contents of clay and very fine silty sand were moderately related to the values of χLF,SOFTIRM,SIRM and HIRM in west,northeast,central and southern regions and the values of χFDin urban central region.The fine silty sand content and values of SIRM and HIRM had positive correlation in northwest,northeast and southeast regions.The fine silty sand was less consistent with χFDin spatial distribution.The silty sand,coarse silt,sand content and χFDhad positive correlation in northwest,northeast and southeast regions.【Conclusion】 The magnetic properties and particle size distribution of urban and suburban topsoil in Urumqi had different distribution features.Three magnetic parameters including χLF,HIRM and χFDcan be used as proxies of 2-8 μm,fine silty and sand,and silty sand and coarse silty contents in topsoil of urban construction land,respectively.In addition,χLF,HIRM and χFDcan accurately reflect the particle fractions in western,northeastern,central,south,northwest,northeast,southeast and southwest regions.

magnetic property;soil particle size distribution;soil pollution;Urumqi

2014-09-01

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41161029，41461033，41161074)

陳學(xué)剛(1977-)，男，四川內(nèi)江人，副教授，博士，主要從事城市地理與環(huán)境研究。E-mail：caschxg@126.com

時(shí)間:2015-06-10 08:40

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.07.016

S152.3

A

1671-9387(2015)07-0168-09

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150610.0840.016.html