测试结果分析显示, 湖沼平原区铀含量总体大于滨海平原区, 滨海平原区又大于河口沙岛区(图 3, 表1).钍元素的空间分布特征和铀类似, 湖沼平原区和滨海平原区中钍含量差异不大, 但均高于河口沙岛区(图 3, 表1).其中, 位于贝壳砂堤区的H3剖面和位于湖沼洼地且靠近天马山的H11剖面铀平均含量最高, H3剖面中的钍平均含量也表现为最高, H11剖面次之, 而位于最新围垦的滨海平原区的H9剖面中铀, 钍均表现为最低值, 位于河口沙岛区的H1剖面均为次低(图 3, 表1).从图3中还可以看到, 各剖面铀, 钍含量的垂向变化较小, 未见表土富集现象.随深度平均变异系数计算结果显示, 铀含量的仅为0.06, 而钍含量的仅为0.05, 表明两者在垂向上均属于弱变异.虽然H1和H11剖面中铀, 钍的含量随深度发生了一定的波动, 但也没有表现出明显的数据拐点.此外, 铀, 钍含量在各剖面土壤层(A层和B层)和下伏生土层之间也没有明显差异(图 3), 说明土壤中的铀, 钍含量尚未受到人类活动影响.

图3

Fig.3

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	图3 上海郊区12个土壤--沉积物剖面铀, 钍含量分布Fig.3 Uranium and thorium distribution of 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai

图4

Fig.4

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	图4 上海郊区12个土壤--沉积物剖面pH值和有机碳含量分布Fig.4 pH and organic carbon distribution in 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai

对所有剖面铀, 钍含量的统计结果还显示, 本区表层土壤(A层)中铀含量为2.08~2.68 μ g/g, 钍含量为10.9~14.2 μ g/g(表 2), 中值(即出现频率达到50%的元素含量)和平均值分别见表2, 两元素含量的标准差各为0.15和0.79, 显示数据离散程度较低.

各剖面之间及各剖面垂向上有机碳含量变化明显(图 4), 其中, 湖沼平原区有机碳含量明显高于滨海平原区和河口沙岛区, H10剖面含量最高, H12剖面次之, H9剖面最低, 次低的H8剖面有机碳仅富集在表层, 另外, H1, H3和H4剖面也较低(表 1).pH值的平均变化范围为7.2~8.52(图 4, 表1), 表明所有剖面总体呈弱碱性.其中, 靠近海岸的H8, H9, H1和H4这4个剖面的pH值明显偏大, 位于湖沼平原区的H10剖面最小, 另外, H5和H12剖面也较小.各剖面pH值随深度变化不大.

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 上海郊区12个土壤--沉积物剖面铀, 钍和有机碳含量及pH平均值 Table 1 Average values of uranium, thorium, organic carbon and pH in 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai 剖面 样品数 铀 /μ g· g-1 钍 /μ g· g-1 pH值 有机碳 /% 河口 沙岛 H1 18 2.23 11.42 8.45 0.50 H2 18 2.28 12.54 7.82 1.08 滨海 平原 H3 18 2.45 14.34 8.06 0.60 H4 18 2.29 13.61 8.37 0.55 H5 18 2.34 13.32 7.38 1.18 H6 18 2.37 13.39 7.88 1.02 H7 18 2.31 13.56 8.09 0.64 H8 18 2.33 13.54 8.52 0.43 H9 18 2.11 10.95 8.47 0.39 湖沼 平原 H10 18 2.42 13.43 7.20 1.39 H11 18 2.45 14.22 7.68 1.00 H12 18 2.36 13.53 7.48 1.27 注:粗体为该列中的最高值

表1 上海郊区12个土壤--沉积物剖面铀, 钍和有机碳含量及pH平均值 Table 1 Average values of uranium, thorium, organic carbon and pH in 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 上海郊区12个土壤--沉积物剖面表土铀, 钍含量基本统计 Table 2 Statistics of uranium and thorium content in surface soil of 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai 元素 最大值 /μ g· g-1 最小值 /μ g· g-1 中值 /μ g· g-1 平均值 /μ g· g-1 标准差 铀 2.68 2.08 2.34 2.36 0.15 钍 14.20 10.90 13.25 13.16 0.79

表2 上海郊区12个土壤--沉积物剖面表土铀, 钍含量基本统计 Table 2 Statistics of uranium and thorium content in surface soil of 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai

从图5和表3可以看出, 沉积物中铀含量和有机碳含量之间的关系在各剖面情况不一.其中, H1, H2, H9这3个剖面显示了铀和有机碳之间具有良好的正相关性(图 5-b), H3, H10和H11剖面却显示了铀和有机碳之间为负相关, 尤其在H3剖面中最为显著(图 5-c), 其余剖面中两者不存在明显的相关关系(图 5-d).另外, 铀含量低的沉积物中有机碳含量也均低, 但铀含量高的沉积物中, 有机碳含量差异很大.

图5

Fig.5

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	图5 上海郊区12个土壤--沉积物剖面铀, 有机碳简单相关关系散点图Fig.5 Simple scatter of uranium and organic carbon of 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai

钍和有机碳之间的关系略有区别(图 6, 表3).H2, H9剖面中两者显示良好的正相关(图 6-b), H3, H7, H10--H12各剖面中则显示较强的负相关(图 6-c), 其余各剖面中两者没有明显相关关系(图 6-d).类似地, 钍含量低的沉积物中有机碳含量一般也呈现明显低值, 但钍含量高的沉积物中有机碳含量差异较大.

图6

Fig.6

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	图6 上海郊区12个土壤--沉积物剖面钍, 有机碳简单相关关系散点图Fig.6 Simple scatter of thorium and organic carbon of 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 上海郊区12个土壤--沉积物剖面铀, 钍和有机碳含量的相关系数 Table 3 Correlation coefficients of U-Org.C and Th-Org.C of 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai 剖面 铀-有机碳 钍-有机碳 H1 0.741 0.150 H2 0.582 0.494 H3 -0.632 -0.760 H4 0.288 0.132 H5 0.087 -0.346 H6 -0.226 -0.289 H7 0.126 -0.586 H8 -0.034 0.031 H9 0.826 0.844 H10 -0.521 -0.461 H11 -0.401 -0.793 H12 -0.102 -0.561 注:粗体表示相关性较为显著

表3 上海郊区12个土壤--沉积物剖面铀, 钍和有机碳含量的相关系数 Table 3 Correlation coefficients of U-Org.C and Th-Org.C of 12 soil-sediment sections in suburbs of Shanghai

魏复盛和杨国治(1991)对中国土壤元素背景值的研究显示, 微量元素近似于对数正态分布, 可使用均值(GM)表示背景值的集中趋势, 用标准差(D)表示其分散程度, 用GM/D²~GM× D²表示95%的背景值置信范围.其中铀, 钍的各统计特征值见表4.

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 中国及中国上海地区表土铀, 钍背景值 Table 4 Background values of uranium and thorium in surface soil of China and Shanghai area in China 中 国 中 国 上 海 元素 平均值/μ g· g-1 标准差 中值/μ g· g-1 95%范围值 平均值/μ g· g-1 标准差 中值/μ g· g-1 95%范围值 铀 2.79 1.497 2.72 1.24~6.24 2.59 1.202 2.62 1.79~3.74 钍 12.80 1.451 12.40 6.08~26.93 14.84 1.308 13.90 8.67~25.39 注:表中数据来自中国环境监测总站(1990), 魏复盛和杨国治(1991)

表4 中国及中国上海地区表土铀, 钍背景值 Table 4 Background values of uranium and thorium in surface soil of China and Shanghai area in China

同时, 中国环境监测总站(1990)也公布了当时上海表层土壤中的铀, 钍含量特征值(表 4).因此, 对比表2和表4, 上海郊区表层土壤中的铀, 钍含量均处于中国和中国上海地区土壤的背景值范围之内, 反映了研究区土壤--沉积物剖面中的铀, 钍分布均是自然迁移过程所致.

从前述各种复杂关系来看, 研究区土壤和沉积物中铀, 钍元素的迁移, 分布并不受某个单一因子的控制.由于地貌环境与沉积物, 土壤的物质成分, 有机质含量, 氧化还原条件等有密切联系, 因此认为铀, 钍的迁移特征可从地貌单元差异入手分析.

1)所处地貌位置不同, 铀, 钍富集程度也不同.铀, 钍最为富集的H3和H11剖面在地貌位置上都比较特殊(图 1).H3剖面位于贝壳砂堤区, 该区沉积物中富含贝壳碎屑, 甚至局部地区完全由贝壳组成(章申民等, 1987), 而贝壳往往是铀的富集体(罗杰斯和亚当斯, 1976).钍由于和铀的共生关系, 因此也在该区沉积物中富集.H11剖面紧邻天马山, 天马山基岩为酸性--中酸性火成岩.前人研究显示, 绝大部分铀, 钍都伴随着中, 酸性岩浆活动与硅, 铝, 钠, 钾等轻元素一起富集在地壳中, 酸性火成岩中铀, 钍含量最高(杨振团, 1980; 胡恭任和于瑞莲, 2002), 因此酸性火成岩的风化产物(土壤)中也必然富集铀, 钍.

2)沉积物颗粒的粗细不同影响了铀, 钍的富集程度.H1, H2, H9这3个剖面的底部皆为粉, 细沙(图 2), 中上部为较厚的潮间带沉积物, 因此沉积物颗粒明显比其他剖面要粗, 对微量元素的吸附能力较弱.而湖沼平原以黏土沉积为主(图 2), 吸附作用较强, 因而有利于铀, 钍的富集.

3)由于处于不同的地貌位置, 地下水溶液的pH值也存在一定差异(图 4, 表1), 河口沙岛和滨海平原区各剖面中pH值明显偏大.在碱性介质条件下(pH> 8~10.6), 铀易形成易溶性的碳酸铀酰络合物Na₄[UO₂(CO₃)₃]和Na₄[UO₂(HCO₃)₆]而发生迁移(张虎才, 1997).同时, 钍也易形成易溶于水的碳酸络合物Th[(CO₃)₅]^6- 而发生迁移(张虎才, 1997).因此铀, 钍在受海水作用影响明显的地区含量较低.

4)不同地貌单元有机碳含量不同, 对铀, 钍分布的影响不同.湖沼平原和较老的滨海平原区铀, 钍含量总体偏高, 同时有机碳含量也较高, 而河口沙岛和最新围垦的滨海平原区铀, 钍及有机碳含量均偏低(表1), 反映了有机物质有一定的聚铀, 钍能力(张虎才, 1997).但是, 有机碳和铀, 钍的关系也因地貌环境差异而不同.H1, H2, H9剖面处于海岸带, 主要由近代长江挟带的冲积物淤积而成, 因此不断有包含铀, 钍的风化物质补充, 被当地的有机质吸附后进入沉积物中, 从而显示了较好的正相关关系(图 5-b, 图6-b; 表3).而湖沼平原和较老的滨海平原地区, 由于沉积速率较慢而成土作用较强, 外来物质的输入量很低, 铀, 钍相对处于流失状态, 而使相对增加的有机碳没有更多的铀, 钍可吸附, 可能导致了与有机碳之间呈现出负相关的趋势(图 5-c, 图6-c; 表3).对于H3剖面来说, 由于贝壳砂堤系由风暴作用而成(许世远, 1997), 导致其中有机质含量很低, 而其下伏的潮滩沉积物和上覆的土壤中, 有机质含量都较高(图 4), 因此造成铀, 钍和有机碳含量呈显著负相关(图 5-c, 图6-c).