河南商丘地區(qū)土壤元素基準值與背景值研究

王春松 盛奇 裴瑞亮

摘要 中國地質調查局2013—2015年對河南商丘地區(qū)部署開展了1∶25萬多目標區(qū)域地球化學調查，結果表明：河南商丘地區(qū)土壤元素基準含量普遍偏低;不同土壤類型背景值差異明顯;區(qū)內大部分地區(qū)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關的營養(yǎng)元素P等偏高及重金屬Cr、Hg低，適合發(fā)展綠色農(nóng)業(yè);受人類活動影響，城市周邊P、Cd、S、Br、Hg、N、Se、Corg 等表生富集作用明顯。

關鍵詞 河南商丘;土壤背景值;土壤基準值

中圖分類號 S153 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）12-0001-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.12.001

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract From 2013 to 2015，the China Geological Survey conducted a geochemical survey of 1∶250 000 multitarget region in Shangqiu Area of Henan Province.The results showed that the soil element reference content in Shangqiu Area of Henan Province was generally low，the background values of different soil types were significantly different.The nutrient elements related to agricultural production were high in P and low in heavy metals， such as Cr and Hg， which were suitable for the development of green agriculture.Under the influence of human activities， the supergene enrichment effects of P， Cd， S， Br， Hg， N， Se， Corg around the city were obvious.

Key words Shangqiu， Henan;Soil background value;Soil reference value

河南商丘地區(qū)位于河南省東部，屬黃淮沖積平原的一部分，北部與山東省相鄰，東部及南部與安徽省接壤，面積約10 000 km2。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，一般春旱秋雨，夏熱冬寒，四季分明。年平均氣溫為13.9～14.3 ℃，年平均日照時數(shù)為2 204.4～2 427.6 h，無霜期平均為207～214 d。區(qū)內地勢相對平坦，總體表現(xiàn)為西北高東南低，海拔為20～60 m，坡度1/5 000～1/7 000。由于歷史上黃河多次泛濫、決口和改道，加之長期雨水、風力作用及人們生產(chǎn)活動的影響，區(qū)內形成了許多沙丘、灘地、湖洼地、槽形地和蝶形洼地，相互交替分布，構成了較為復雜的平原地貌?？傮w可分為決口扇、洼地、泛流平地、低緩平原和極少量殘丘5種地貌類型。區(qū)內土壤類型以潮土為主，堿土次之，砂姜黑土分布在永城市南部，草甸風砂土僅在崗地極少量零星分布?！昂幽仙糖鸬貐^(qū)多目標地球化學調查”項目是由中國地質調查局組織，中央財政出資開展的一項基礎性、公益性、多目標國土資源與環(huán)境調查工程，旨在通過系統(tǒng)采集，分析研究區(qū)土壤等介質中有益、有害元素含量的分布及分配狀況，進而全面掌握河南商丘地區(qū)土地質量狀況，挖掘土地資源潛力，為國土開發(fā)與環(huán)境保護提供可靠的基礎地學資料。

1 樣品采集及測試方法

按照中國地質調查局的工作部署，2013—2015年對河南商丘地區(qū)開展了1∶25萬多目標區(qū)域地球化學調查。

此次土壤樣品分別采自0～20 cm表層土壤和150～200 cm深層土壤。根據(jù)中國地質調查局《多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范（1∶25萬）》（DZ/T 0258—2014）要求，利用標準地形圖（1∶10萬）的方里網(wǎng)，將工作區(qū)按1 km×1 km規(guī)格劃分為網(wǎng)格狀，基本網(wǎng)格為1 km2，野外調查時以基本網(wǎng)格為單元采集表層土壤樣品與深層土壤樣品。

1.1 樣品采集 表層土壤樣品采集方法：每個基本網(wǎng)格內采集有代表性樣品1件，采集0～20 cm連續(xù)土柱，樣重1.0 kg，點間距50 m以上，以最大限度地代表基本網(wǎng)格內土壤的地球化學特征，共采集土壤樣品10 447件。根據(jù)多目標地球化學調查規(guī)范要求，將相鄰的2 km×2 km大格內的4個基本網(wǎng)格內的野外采集原始樣品自然風干過20目尼龍篩后等重量縮分[1]，組合成1件分析樣品（200 g），分析土壤全量元素含量，共分析表層土壤樣品2 597件。深層樣品采集方法：每4個基本網(wǎng)格內取1件，用洛陽鏟垂直下挖采集150～200 cm土壤巖芯，共采集土壤樣品2 688件。根據(jù)規(guī)范（DZ/T 0258—2014）要求，將相鄰的4 km×4 km大格內的4個基本網(wǎng)格內的野外采集原始樣品自然風干過20目尼龍篩后等重量縮分，組合成1件分析樣品（200 g），分析土壤全量元素含量，共分析深層樣品674件。

1.2 分析測試 樣品分析測試由河南省巖礦測試中心完成。此次工作采用以X熒光、ICP-OES為主，GF-AAS、ES、AFS、POL等方法相配合的54種元素的配套分析方案（表1）。樣品分析各項質量參數(shù)均達到《生態(tài)地球化學評價樣品分析技術要求》（DD 2005-03）的要求。

2 土壤元素基準值與背景值研究

2.1 深層土壤地球化學基準值 土壤地球化學基準值[2]指未受人類影響并能反映土壤原始沉積環(huán)境的地球化學元素含量。地球化學元素含量如滿足正態(tài)分布，統(tǒng)計采樣單元的土壤地球化學基準值可以用本單元的地球化學元素背景均值表示。并規(guī)定統(tǒng)一采用區(qū)域地球化學調查中的深層土壤樣品作為土壤地球化學基準值統(tǒng)計的樣品。商丘土壤基準值是指將整個調查區(qū)10 000 km2范圍內所有深層土壤樣品分析數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。首先對深層土壤樣品（深度≥150 cm）地球化學數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，按算術平均值加減2倍標準離差（±2S）經(jīng)循環(huán)剔除特高及特低值后所取得的背景均值作為該單元土壤地球化學基準值（表2）。

與全國土壤元素含量[3]相比較，商丘地區(qū)土壤元素基準值含量普遍偏低，Se、Hg、Br、N含量小于全國的0.5倍，其中生命必需元素Se全量較缺乏，含量僅為全國含量的0.28倍，S、I、Mo、Corg、Bi含量位于0.50～0.75倍。高于全國含量的有Sn、Be、Ni、Sb、F、MgO、P、Sr、Na2O、B、Cl、CaO等，其中最高的為CaO，為全國含量的1.96倍，其次是Cl，為1.50倍，反映出中原地區(qū)干旱、偏堿性土壤的地球化學特點。與河南省黃淮平原基準值[4]相比，元素含量總體差別不大，高于河南省基準值的元素有MgO、P、Cl、C、CaO，低于河南省基準值的有Au、Zr、W、Nb、Sn、Hg、Rb等元素。深層土壤54項地球化學參數(shù)詳細情況見表2。

商丘地區(qū)地貌主要為泛流平原、決口扇、洼地、低緩平原[5]4類，各地貌單元的地球化學基準值特征如下：泛流平原區(qū)約占調查區(qū)總面積50%，土壤類型以壤質潮土、黏質潮土、砂質潮土為主。與河南省基準值及商丘地區(qū)基準值相比，泛流平原區(qū)主要表現(xiàn)為高Cl、CaO、C，低Br、Se、Hg的特征，其元素分布特點與該區(qū)成土物質來源為黃河沖積物有關，高Cl、CaO與地勢低洼元素易遷移有關，Se、Hg含量低可能與該區(qū)有色金屬加工業(yè)分布較少有關。區(qū)內分布多個決口扇，以民權縣和商丘北部最為明顯，決口扇的物質主要為近代黃河沖積物，與河南省土壤基準值相比，總體表現(xiàn)為高Corg、MgO、Sr、P、Na2O、C、CaO、Cl，低I、Br、Se、Hg、Au、Bi。與全區(qū)相比，土壤基準值變化不大，總體表現(xiàn)為低I、Bi、Al，高Si、S、Ag、Zr、Cd、B、Cl、Corg。洼地主要分布在民權至商丘一帶，近東西向展布，與黃河故道分布一致。該區(qū)地勢低洼，地下水位淺，土壤類型以堿土為主。與河南省土壤基準值相比，Br、Hg、S、I、Bi、Au、Co、N、Se、Sn、Fe2O3、Cr、Mn偏低，pH、Mo、U、MgO、Sr、P、C、Na2O、CaO、Cl偏高，其中最低Br為0.60倍，其次Hg為0.69倍，最高Cl為1.78倍，CaO次之為1.56倍。洼地元素基準值總體反映出，洼地由于富含各種鹽類，造成區(qū)內K2O、CaO、Na2O含量相對偏高，同時洼地的地勢低洼，造成易溶、易遷移的Cl 含量偏高。調查區(qū)低緩平原主要分布在永城市南部，地勢較為平坦低洼，成土物質屬湖沼相沉積，土壤類型為砂姜黑土。表2統(tǒng)計了區(qū)內54項指標基準值情況，與河南省一期土壤基準值相比，總體表現(xiàn)為Se、S、Hg、Mo、P偏低，Al2O3、Ni、V、I、MgO、Sb、F、Li、U、As、Sc、Au偏高，其中最低Se為0.47倍，其次S為0.63倍，最高為As、Sc、Au，均為1.21倍，其次Li、U為1.18倍。與此次調查區(qū)土壤基準值相比，除P、Se、Cl、CaO、Mo、Na2O、S、C、Sr、Cd、pH、Corg、SiO2、Hg、K2O偏低外，其他均偏高，其中最低為P、Se、Cl，均為0.64倍，其次CaO為0.71倍，最高的為Au，為1.64倍。

2.2 表層土壤地球化學背景

環(huán)境背景值[6]一般指在不受污染的情況下，環(huán)境組成要素（大氣、水體、土壤、巖石、河流沉積物和植物等）的平均化學成分。由于人類活動及現(xiàn)代工業(yè)污染的影響十分普遍，嚴格意義上的土壤自然背景已很難確定。土壤環(huán)境背景值只是一個相對的概念，即土壤在一定自然歷史時期，一定地域內元素的豐度[7]。此次以區(qū)域地球化學調查中的表層土壤樣品作為環(huán)境背景值統(tǒng)計的樣品，統(tǒng)計計算方法同地球化學基準值。

2.2.1 全區(qū)土壤背景特征。商丘地區(qū)土壤背景值總體表現(xiàn)為低Hg、Zr、Au、Cr，高Sr、F、Cl、Na2O、C、MgO、P、CaO、S，鹵族元素含量高與商丘地區(qū)地勢低洼、地下水位淺有關，重金屬Hg、Cr含量低與區(qū)內70%的土壤屬農(nóng)業(yè)種植區(qū)、工業(yè)活動影響小有關。與全省土壤背景值（表3）對比，主要表現(xiàn)如下特征：①明顯偏高的元素（K★≥1.10）Cd、Sr、F、Cl、Na2O、C、MgO、P、CaO，其中CaO最高，為全省的1.51倍，其次是P，為1.43倍;②偏低的有元素（K★≤0.95）Hg、Zr、Au、Cr、S、Nb、Sn、B、Bi、Mo、Pb、Y、Ga、Se、Th，其中Hg為全省的0.77倍，Zr為0.79倍;③稍偏低的元素（0.95

2.2.2 主要土壤類型元素背景值。將商丘地區(qū)5個主要土壤類型元素背景值列于表4，其中分布最廣的是潮土，其次是石灰性土。

2.2.2.1 壤質潮土類型土壤背景特征。商丘地區(qū)潮土主要包括壤質潮土、砂質潮土和黏質潮土3類，分布在沖積平原區(qū)，土壤pH大于8，表現(xiàn)為堿性土壤。潮土中除親石元素與鹵族元素Cl、Sr、Ca、 Ba、Br、C、Cd、F、I、Mo、P、S、Zn、Mg、Na、K等含量較高外，多數(shù)元素背景值低于全區(qū)土壤背景均值。這種特點除與以沖洪積物質為成土母質的土壤多數(shù)元素易溶失有關外，還反映出黃淮沖洪積平原成土母質受到來自上游成熟度較高的黃土物質的稀釋，使多數(shù)元素含量較低。

2.2.2.2 鹽堿土類型土壤背景特征。鹽堿土主要呈點狀分布于黃河故道間的背河洼地中，面積不大，土壤pH 8.17。鹽堿土中大部分親鐵、親硫元素低于區(qū)域背景值，尤以N、Se、Zr、Crog等含量較低;含量較高的有Cl、Ca 、Br、C、S、Sr、Mg及As、Cr、F、I、Li、Mo、Ni、P、Sb、Sc、Na、K等鹵族元素及堿土金屬元素，尤以富集Cl、Ca 及Br、C、S、Sr、Mg等為顯著特征，這與鹽堿土形成環(huán)境中排水不暢的地貌條件及干旱的氣候環(huán)境有關。

2.2.2.3 石灰性砂漿黑土型土壤背景特征。石灰性砂姜黑土主要分布于永城市西南部，分布面積不大，土壤pH 7.87。該土壤絕大部分指標高于區(qū)域背景值，尤其以富Br、Cd、Se、Ca和高B、Bi、C、F、Hg、I、Li、Mo、Pb、S、U、Fe、Mg、Corg等為特點。Sr、Na、Ba、Nb、P、Zr、Si等含量較低。這與成土母質地球化學特征近似。

2.3 基準值與背景值比較

土壤地球化學基準值和背景值分別反映深層、表層2類土壤的地球化學環(huán)境[8]，兩者之間存在一定的聯(lián)系及差異。為了更加直觀地表述某一地區(qū)表層土壤中元素（指標）相對于該區(qū)深層土壤中的含量差異，用表生富集系數(shù)[9]這一概念來描述它，定義為（某地某元素的）表生富集系數(shù)=（該地該元素）背景值/基準值。

由表5可以看出，全區(qū)Zr、Sr等元素（指標）富集系數(shù)在0.90～<1.10，說明這些指標基本保持了原生背景狀態(tài)，受表生環(huán)境影響后，含量變化不大;而Sn、Co等指標，比值在1.10～<1.50;P、Cd、S、Br、Hg、N、Se、Corg 這8項指標表生富集作用最強。表生富集現(xiàn)象較為明顯的元素大致分為2組，其一為N、P、C、Corg等，主要是受人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（生活）活動影響所致;其二為Hg、Cd、Bi、S等，與工業(yè)污染關系密切。這也充分印證了這樣一個事實，即強烈的且無處不在的人類生產(chǎn)以及生活活動已經(jīng)成為引起表層土壤中某些元素（指標）出現(xiàn)富集或異常的主要原因。尤其是人類活動產(chǎn)生的某些難溶重金屬元素在表土環(huán)境中不斷累積富集，而土壤具有較強的吸附離子的能力[10]，離子不易解析，最后可能產(chǎn)生災難性后果。目前，全區(qū)表層土壤環(huán)境中Hg元素富集已達到基準值的2倍以上，局部地區(qū)更高，該元素富集（污染）可能造成的危害應引起人們的高度重視。

3 結論

黃淮海平原地區(qū)干旱、偏堿性土壤的地球化學性質決定了商丘地區(qū)土壤元素基準含量普遍偏低，Se、Hg、Br、N含量小于全國的0.5倍，其中生命必需元素Se全量較缺乏，含量僅為全國平均含量的0.28倍，S、I、Mo、Corg、Bi含量位于0.50～0.75倍。高于全國含量的有Sn、Be、Ni、Sb、F、MgO、P、Sr、Na2O、B、Cl、CaO等，其中最高的為CaO，為全國含量的1.96倍，其次是Cl，為1.50倍。

商丘地區(qū)土壤背景值總體表現(xiàn)為低Hg、Zr、Au、Cr，高Sr、F、Cl、Na2O、C、MgO、P、CaO、S，重金屬Hg、Cr含量低與區(qū)內70%的土壤屬農(nóng)業(yè)種植區(qū)，工業(yè)活動影響范圍小有關。區(qū)內與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關的營養(yǎng)元素P等偏高，重金屬Cr、Hg低，適合發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)。

石灰性砂姜黑土絕大部分指標高于區(qū)域背景值，以富Br、Cd、Se、Ca等為特點。Sr、Na、Ba、Nb、P、Zr、Si等含量較低;鹽堿土中大部分親鐵、親硫元素低于區(qū)域背景值，以N、Se、Zr、Crog等含量較低為特點;砂質潮土中元素含量普遍偏低，且元素含量變化較劇烈，以富Br、Cd、Se、Ca等為特點。

受人類活動影響，P、Cd、S、Br、Hg、N、Se、Corg 這8項表生富集作用明顯，其中Hg、Cd、Bi、S等與工業(yè)污染關系密切，尤其是難溶重金屬元素在表土環(huán)境中不斷累積富集，全區(qū)表層土壤環(huán)境中Hg元素富集已達到基準值的2倍以上，商丘市城區(qū)周邊土壤背景明顯高于其他地區(qū)，該元素富集（污染）可能造成的危害應引起高度重視。

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