摘要
碳酸盐岩风化土壤是我国西南喀斯特地区重要的土壤类型，碳酸盐岩风化和成土过程中重金属超常富集现象以及土壤重金属超标问题逐渐受到学术界的关注，但是对于喀斯特区土壤中重金属富集成因的认识目前尚不十分清楚。为了探究碳酸盐岩在风化成土过程中重金属元素迁移规律及富集特征，本论文以黔南地区为主要研究区，选择不同地层（寒武系、二叠系和石炭系）典型碳酸盐岩风化土壤剖面为研究对象，采用碳酸盐岩酸不溶物的提取试验研究重金属在基岩中的赋存特征，并结合质量平衡法探索重金属的迁移特征，通过对比不同地层碳酸盐岩及其风化土壤的重金属元素地球化学特征，初步讨论了碳酸盐岩风化剖面中重金属迁移、富集特点，揭示影响碳酸盐岩风化成土过程中重金属迁移富集的因素及其环境影响，主要研究结果如下： （1）不同地层发育的碳酸盐岩中重金属元素有一定的差异性，但总体上碳酸盐岩中重金属含量与酸不溶物含量的分布特征相反；而土壤的重金属含量与酸不溶物含量的分布特征相似。碳酸盐岩风化成土过程中，土壤中的重金属含量可能在一定程度上受碳酸盐岩中酸不溶物重金属含量影响较大。 （2）碳酸盐岩风化剖面中多种重金属元素自上而下整体表现出强烈淋溶的特征。不同地层碳酸盐岩风化剖面中重金属迁移程度存在显著差异，为石炭系和二叠系中重金属迁移程度较强，寒武系次之。在不同剖面中元素的迁移特征表现出一定的规律性，Ni、Cr的迁移程度较强，As、Pb的迁移程度相对较弱，这表明某些元素独特的地球化学性质在一定程度上影响了其在表生环境中的迁移能力。同时各种重金属并不会趋向赋存于碳酸盐岩的某种单一矿物相中，这种重金属在碳酸盐岩的赋存差异导致的风化速率的差异，使在岩石酸可溶物中占比越大的重金属元素越容易在风化过程中被大量淋失。 （3）研究区碳酸盐岩风化和成土过程具有（岩石）低背景、（土壤）高富集的特征。碳酸盐岩风化土壤重金属相对于母岩超常富集的现象很可能是由于碳酸盐岩风化过程中Ca、Mg元素大量淋失所导致的体积和质量的巨大损失，从而造成了碳酸盐岩风化土壤中重金属元素的相对富集。同时碳酸盐岩风化过程中释放的一部分重金属会以多种形式滞留于残积土中，有助于土壤中重金属的富集。 （4）大部分酸不溶物重金属元素含量与土壤中该重金属含量之间显著正相关，这表明碳酸盐岩酸不溶物中重金属元素含量很可能在控制风化土壤中重金属含量方面发挥了关键作用；而部分土壤与酸不溶物中重金属元素含量之间的相关性较低，表明碳酸盐岩的风化过程受到其它因素的影响，而这种影响因素可能与酸可溶态矿物相中重金属元素含量释放并在土壤中次生富集过程有关。 （5）研究区部分碳酸盐岩风化剖面重金属含量严重超标，不同地层碳酸盐岩风化土壤重金属超标程度存在较大差异，二叠系和石炭系碳酸盐岩风化土壤重金属含量超标情况尤为突出。就元素种类而言，以Cd超标程度最为严重。鉴于碳酸盐岩独特的风化作用过程和重金属富集特征，鉴于政府和有关部门应当加强对碳酸盐岩风化土壤重金属超标状况的关注，尤其是特殊地层，并加大对喀斯特地区地表径流和地下水重金属污染的监控力度。
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