天津市寶坻區(qū)土壤質(zhì)量調(diào)查與評(píng)價(jià)

沈忱忱　沈光銀

摘 要：由于地質(zhì)作用及人類活動(dòng)的綜合影響，天津市寶坻區(qū)土壤中的營養(yǎng)元素及有毒有害元素的分布明顯不均衡。根據(jù)寶坻區(qū)1∶5萬綜合地質(zhì)調(diào)查工作中的土壤地球化學(xué)測量成果，對(duì)寶坻區(qū)土壤質(zhì)量現(xiàn)狀、土壤元素含量特征及成因、重金屬污染狀況進(jìn)行了綜合分析，并對(duì)寶坻特色農(nóng)業(yè)種植區(qū)土壤營養(yǎng)元素的含量特征進(jìn)行了歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：寶坻區(qū)；土壤質(zhì)量；元素背景值；重金屬污染；特色農(nóng)業(yè)區(qū)

中圖分類號(hào)：S151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.06.013

土壤為農(nóng)作物的生長提供了礦物質(zhì)，土壤地球化學(xué)測量是研究土壤化學(xué)演化、生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容。土壤元素背景值是研究土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的重要內(nèi)容，也是檢驗(yàn)土壤環(huán)境質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；土壤污染特征揭示了土壤重金屬元素表生富集、農(nóng)作物毒害性、生態(tài)化學(xué)污染及潛在的生態(tài)危險(xiǎn)。在分析研究寶坻區(qū)農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，為科學(xué)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量現(xiàn)狀、提高土壤生產(chǎn)力提供科學(xué)依據(jù)。

1∶5萬綜合地質(zhì)調(diào)查區(qū)位于天津市北部寶坻區(qū)，南北長65 km，東西寬45 km，面積約1 510 km2。寶坻區(qū)地處“九河下梢”，歷史上曾因眾多河流攜帶大量沖積物的不斷淤積，形成了土壤的主要物質(zhì)。本區(qū)土壤類型為潮土，又可細(xì)分為普通潮土、濕潮土、鹽化潮土和鹽化濕潮土4個(gè)亞類。

1 材料和方法

1.1 土壤樣品采集

為查明寶坻區(qū)土壤中化學(xué)元素的分布特征，在充分考慮土壤特征、成土母質(zhì)、地形地貌、土地利用現(xiàn)狀等因素基礎(chǔ)上，系統(tǒng)采集了表層及深層土壤樣品。表層土壤采樣密度為1個(gè)·km-2，采樣深度0～20 cm，按每4 km2 采集1個(gè)進(jìn)行組合樣品分析；深層土壤采樣密度每4 km2采集1個(gè)，采樣深度80～100 cm，采集50 cm的土柱，按每16 km2采集1個(gè)進(jìn)行組合樣品分析[1]。

1.2 樣品分析方法

對(duì)所有樣土進(jìn)行有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、pH 值等常規(guī)化驗(yàn)；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；全氮采用半微量開氏法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀依據(jù)速效鉀和緩效鉀含量的測定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定；pH值用玻璃電極法測定；用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測單元素含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

2.1.1 土壤酸堿程度 寶坻區(qū)土壤大部分呈堿性和弱堿性。弱堿性土壤面積1 289.41 km2，占土壤總面積的83.42%；堿性土壤面積250.17 km2，占土壤總面積的16.58%，主要分布在新開口-口東地區(qū)。

2.1.2 鹽漬化土壤分布特征 寶坻區(qū)分布有大面積的鹽漬化土壤，含鹽量大于0.1%的鹽漬化土壤約占總面積的56.91%[2]，鹽漬化類型主要為硫酸鹽-氯化物鹽漬土和氯化物-硫酸鹽鹽漬土（表1）。

2.2 土壤元素背景值特征及成因分析

2.2.1 表層與深層土壤元素背景值對(duì)比 從表2看出，常量元素分布特征是表層土Si、Na元素背景值高于深層土；表層土中Fe、Ca、Mg、K等元素背景值低于深層土。微量元素含量在土壤中的分布具有分帶性，表層土中P、N、S、Se、Pb、Cl、Cd、Hg等元素背景值明顯高于深層土；Mn、Mo、I等元素背景值明顯低于深層土[4]。

出現(xiàn)表層與深層土壤元素背景值分布特征的原因是：表層土中Si、Na元素高背景值，而深層土中Fe、Ca、Mg、K等元素高背景值的原因主要與母質(zhì)來源和沉積環(huán)境有關(guān)。與深層土相比，表層土的母質(zhì)中含河流相沉積物偏多，長石、石英等機(jī)械顆粒含量相對(duì)偏高，粘土礦物含量偏低。長石、石英等機(jī)械顆粒富含Si、Na元素，粘土礦物富含F(xiàn)e、Mg等元素。Ca元素在深層土偏高主要與碳酸鹽淋溶沉積作用有關(guān)。

表層土的P、N元素背景值明顯高于底層土，主要與農(nóng)田施肥、使用農(nóng)藥有關(guān)，其次為“三廢”排放的影響；S元素在表層土中富集因素包括農(nóng)田施肥、SO2降塵、土壤鹽漬化等，Se、Pb、Cd、Hg等元素在表層土壤中富集主要與“三廢”污染物有關(guān)[5]；Cl元素在表層土中富集主要與土壤鹽漬化有關(guān)；深層土壤Mn元素背景值偏高主要與土壤潛育化有關(guān)；由于I元素容易富集在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中，所以表層土壤中I元素含量高與表層土壤中富含有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切。

2.2.2 寶坻區(qū)土壤背景值與天津和全國背景值對(duì)比 將寶坻區(qū)土壤背景值與天津市及全國土壤背景值進(jìn)行比較，寶坻區(qū)土壤中Ca、Mg、S、Cl、I、Cu、Mn、As、Hg等元素含量與天津市背景值相比偏低，這與本區(qū)地勢比天津市大部分地區(qū)偏高有關(guān)；Fe、Na、Si、Co、Cr、Ni、Zn、P、Pb等元素比天津市背景值偏高，這與本區(qū)土壤母質(zhì)富含元素的特征有關(guān)[6]。

寶坻區(qū)土壤中Si元素含量偏低，F(xiàn)e、Mg、K、Na等常量元素和多數(shù)微量元素含量高于全國背景值。其原因是寶坻區(qū)地處九河下梢，大部分地勢低洼，粘土分布面積大。本區(qū)粘土主要礦物成分為伊利石，富含F(xiàn)e、Mg、K等元素，而且強(qiáng)烈吸附多種微量元素；Mo元素含量低于全國背景值，與Mo元素地表環(huán)境下化學(xué)特征有關(guān)，在北方堿性土壤中其背景值較低；本區(qū)Hg元素背景值明顯低于全國[7]，說明本區(qū)土壤Hg污染程度比全國要輕。

2.3 土壤重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查

選擇寶坻區(qū)污染程度相對(duì)較高，對(duì)人類健康影響較大的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn作為土壤污染評(píng)價(jià)因子，以國家環(huán)保局1995年頒發(fā)的《土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）作為土壤污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值[8]。

As元素在表層土壤中不存在污染，表層土壤中As元素背景值區(qū)主要分布在史各莊-新開口-王卜莊-大鐘莊以南地區(qū)，以北為尚清潔區(qū)，總體表現(xiàn)南部As元素含量比北部偏低。

土壤中Cd元素大部分為背景區(qū)或尚清潔區(qū)，背景區(qū)集中在史各莊-王卜莊-林亭口-大鐘莊以南地區(qū)，總面積1 400.61 km2，占寶坻區(qū)總面積的92.80%，輕度污染土壤只分布在高家莊鎮(zhèn)，總面積100.34 km2，占寶坻區(qū)總面積的7.20%。

表層土壤中Cr分為背景區(qū)或尚清潔區(qū)，在牛道口-口東-周良以西為背景區(qū)，以東為尚清潔區(qū)。Cu元素分為背景區(qū)或尚清潔區(qū)，其中牛道口-口東-黃莊以東為尚清潔區(qū)，以西為背景區(qū)。Hg元素處于背景區(qū)或尚清潔區(qū)，其中尚清潔區(qū)集中在寶坻城關(guān)鎮(zhèn)附近。Ni元素在寶坻城關(guān)鎮(zhèn)附近為輕度污染區(qū)，其余地區(qū)屬背景區(qū)或尚清潔區(qū)，其中尚清潔區(qū)集中在牛道口-口東-大白莊以東。Pb元素只在城關(guān)鎮(zhèn)、高家莊鎮(zhèn)零星地區(qū)存在輕度污染，其余地區(qū)為背景區(qū)或尚清潔區(qū)。Zn元素處于背景區(qū)或尚清潔區(qū)，其中背景區(qū)主要集中在牛道口-口東-牛家牌以西地區(qū)，以東屬尚清潔區(qū)。

寶坻區(qū)土壤綜合污染程度見寶坻區(qū)土壤重金屬綜合污染程度（圖1）和寶坻區(qū)土壤重金屬污染狀況統(tǒng)計(jì)（表3）。

2.4 特色農(nóng)業(yè)區(qū)土壤營養(yǎng)元素含量特征

2.4.1 林亭口“三辣”產(chǎn)品種植區(qū) 辣椒、大蒜、大蔥俗稱“三辣”。辣椒對(duì)土壤質(zhì)量要求不甚嚴(yán)格，砂質(zhì)土、粘土和壤土均能生長，但以肥沃、排水良好的砂質(zhì)土為宜。大蔥、大蒜適宜在質(zhì)地松散的砂質(zhì)土或含有機(jī)質(zhì)豐富的粘土中種植。大蔥、大蒜的根系不發(fā)達(dá)，在土壤中分布淺，吸水、吸肥能力弱，對(duì)土壤濕度要求較高，因此土壤要保持濕潤、富含有機(jī)質(zhì)[9]。

寶坻“三辣”主要分布在林亭口鎮(zhèn)，土壤為灰黑色中-重壤質(zhì)濕潮土，在20～60 cm深度夾一層腐殖質(zhì)，可作為補(bǔ)充植物營養(yǎng)物質(zhì)的備用庫。土壤母質(zhì)為沖積、湖積沙質(zhì)粘土。

林亭口附近“三辣”產(chǎn)區(qū)土壤特征：土壤多種營養(yǎng)元素含量適中，土壤呈弱堿性，有效N∶P∶K=10∶2∶20，CaO∶MgO∶K2O=70∶100∶107；土壤陽離子代換量較高，保水保肥能力強(qiáng)，有后勁；箭桿河從西北向東南從該鄉(xiāng)流過，地形在此變緩，從上游帶來大量營養(yǎng)物質(zhì)在此沉積；地勢低洼，土壤濕潤；土壤無鹽漬化；水質(zhì)好，水源有保證。

2.4.2 牛道口綠色農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū) 牛道口鄉(xiāng)土壤為潮白河、泃河沖洪積砂質(zhì)土及沙質(zhì)粘土，土壤無鹽漬化，本區(qū)為淡水區(qū)，地下水豐富，水質(zhì)好，以種植小麥、玉米等旱田作物為主，并種植少量蔬菜。

本種植區(qū)土壤pH值一般為7.8～8.8，呈弱堿性，土壤陽離子代換量屬中等水平。與寶坻區(qū)土壤元素平均含量比較，Na、Si、Pb、P等元素含量明顯偏高；K、Zn、B、Mo、Fe、Ca、Mg、S等多種營養(yǎng)元素含量不足，土壤肥力水平偏低；土壤中Hg、Cd、Cr等污染元素含量低于國家綠色食品產(chǎn)地土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可作為綠色農(nóng)產(chǎn)品種植基地。

2.4.3 王卜莊特色農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū) 本種植區(qū)土壤母質(zhì)為沖積、湖沼積砂質(zhì)粘土，低洼區(qū)為湖沼積粘土，本種植區(qū)為全淡水區(qū)，水源為河水和井水，排水條件較好，是“三辣”產(chǎn)品集中產(chǎn)區(qū)，也種植小麥、玉米、棉花等農(nóng)作物。

本種植區(qū)土壤pH值8.0～8.8，為弱堿性-堿性，土壤陽離子代換量高，為25～30 cmol·kg-1。土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全P豐富，K、Zn、Mo等微量元素不足，N、P、K等營養(yǎng)元素比例基本合理，有毒有害元素含量低于國家綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.4 黃莊水稻種植區(qū) 本種植區(qū)土壤母質(zhì)為沖積、湖沼積粘質(zhì)沙土，低洼區(qū)為湖沼積粘土，本區(qū)地勢低洼，土壤為輕度-中度鹽漬化。全區(qū)為淡水區(qū)，灌溉水源為河水，排水條件較好，以種植水稻為主。

本種植區(qū)土壤pH值8.0～8.4，為弱堿性；土壤陽離子代換量高，為20～30 cmol·kg-1，保水保肥能力強(qiáng)。有機(jī)質(zhì)、全N、全K、有效Fe含量中等，有效N、全P含量不足，肥力潛力較高，有毒有害元素含量低于國家綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可作為天津市優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)基地。

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