安徽省滁州地區(qū)土地質量地球化學評估研究

陶春軍，賈十軍，梁紅霞，陳永寧，陳富榮，邢潤華

（安徽省地質調查院，安徽合肥 230001）

安徽省滁州地區(qū)土地質量地球化學評估研究

陶春軍，賈十軍，梁紅霞，陳永寧，陳富榮，邢潤華

（安徽省地質調查院，安徽合肥 230001）

基于滁州地區(qū)多目標區(qū)域地球化學調查成果數(shù)據(jù)，建立了由影響土地肥力、環(huán)境健康質量的指標組成評價體系，應用層次分析法對滁州地區(qū)進行了土地質量地球化學評估及空間分布研究。結果表明：滁州地區(qū)土地質量狀況整體良好，優(yōu)良以上等級土地占研究區(qū)的98.67%，其中優(yōu)質級土地占43.73%。土地質量地球化學評估可為土地質量生態(tài)管理和土地合理規(guī)劃、利用提供依據(jù)。

土地質量；地球化學評估；層次分析法；滁州地區(qū)

土地是農業(yè)最基本的生產(chǎn)資料，而農業(yè)是整個社會發(fā)展的基礎，隨著工業(yè)化進程的加快，土地質量問題業(yè)已成為關注的焦點[1～3]。土地質量地球化學評估是依據(jù)土地中有益營養(yǎng)元素、有毒有害元素等指標的含量水平，對土地功能影響程度所做的土地質量評價和級別劃分[4]。滁州地區(qū)是安徽省重要的稻麥油農業(yè)經(jīng)濟區(qū)，也是國家重要的商品糧生產(chǎn)基地、長江流域優(yōu)質油菜主產(chǎn)區(qū)，土地質量的好壞直接關系到國家食品安全，為此有必要進行土地質量評估，以了解其現(xiàn)狀。本次工作以滁州地區(qū)作為研究對象，在多目標區(qū)域地球化學調查的基礎上開展土地質量地球化學評估，工作比例尺為1:25萬，屬于區(qū)域評估，可為研究和制定區(qū)域內土地資源規(guī)劃、整理和開發(fā)利用，進行農業(yè)經(jīng)濟區(qū)劃和種植結構調整，制定經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展等提供依據(jù)[4]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

滁州位于安徽省東部江淮分水嶺地區(qū)，面積約1.3萬km2，其中淮河流域面積6533 km2，長江流域面積6467 km2。行政區(qū)劃包括滁州市所轄瑯琊山區(qū)、南譙區(qū)及天長市、明光市、來安縣、全椒縣、定遠縣、鳳陽縣。研究區(qū)地貌整體屬江淮波狀平原區(qū)，地貌類型以丘陵、淺丘及波狀平原為主。研究區(qū)主要位于淮河以南，總體屬北亞熱帶季風氣候區(qū)，年降水量多在600～1400 mm。根據(jù)熱量、積溫、水分等氣候指標及作物種植區(qū)劃，區(qū)內屬江淮丘陵小麥雙季稻混作一年兩熟北亞熱帶農業(yè)氣候區(qū)。

研究區(qū)內主要有8種土壤類型，分別為水稻土、黃褐土、粗骨土、黃棕壤，這幾類土面積差異不大；潮土、紫色土、石灰?guī)r土、石質土亦有零星分布[5]。水稻土主要分布于淮河以南地區(qū)及池河、滁河及其支流沿岸，東部高郵湖附近連續(xù)分布。黃褐土主要分布于定遠縣、滁州市—全椒縣崗地頂部或丘陵區(qū)邊緣崗坡地帶，區(qū)域分布不連續(xù)，但分布范圍較廣闊。黃棕壤主要分布于滁州市張八嶺丘陵區(qū)外圍地區(qū)。粗骨土、紫色土、石質土多分布于丘陵山地。潮土集中分布于淮河及其支流池河沿岸。石灰?guī)r土集中分布于全椒縣北西部馬廠鎮(zhèn)龍王尖—楊梅山丘陵區(qū)，以及鳳陽縣字母山—團山一線。

1.2 采樣及分析方法

滁州地區(qū)土地質量地球化學評估研究數(shù)據(jù)是采用安徽省滁州地區(qū)1∶25萬多目標區(qū)域地球化學調查成果數(shù)據(jù)，選擇研究區(qū)表層土壤的有益、有害元素和pH等理化性質進行土地質量地球化學評估。土壤按采樣密度為1個點/km2采樣，采樣點按照平面分布

均勻，采樣物質能代表采樣單元土壤環(huán)境特征的基本原則布設，采用多點采樣組合成一個樣品方法，用專用采樣器自地表向下連續(xù)采集0～20 cm深的土壤柱，除去植物根莖（未刮去表層土）等雜物后組合成一個樣品。

本次樣品分析工作由國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔，采用國家一級土壤標準物質(GBW系列)進行監(jiān)控，分析方法分別為：X射線熒光光譜法（XRF）測定SiO2、P、Pb、CaO、Cr、Zn、N、S、Cl、Co、Cu、TFe2O3、MgO、Mn、Na2O、K2O、Ni；石墨爐原子吸收法（GFAAS）測定Cd；深孔對電極攝譜（ES）測定B；原子熒光法（AFS）測定Hg、As、Se；分光光度法（COL）測定I；催化極譜法（POL）測定Mo；離子選擇性電極法（ISE）測定F、pH；氧化還原容量法（VOL）測定有機質。

1.3 土地質量地球化學評估方法

1.3.1 評估體系的構建

針對不同土地質量評估目的采用的評估指標側重點各不相同。就土地地球化學質量來說，影響或表征土地質量的因素包括內在和外部因素兩大類，內部因素包括表征土壤肥力、土壤環(huán)境、健康等方面的地球化學指標；外部因素包括大氣環(huán)境、水環(huán)境等地球化學指標，同時植物安全性等也是間接反映土地質量狀況的外部指標。土地質量地球化學評估體系利用圖斑（內在因素評估結果）與數(shù)字（外部因素評估結果）疊加的方式，采用影響土地質量的內在因素、外部因素兩個獨立的評估系統(tǒng)表征土地地球化學質量[4]。本次土地質量地球化學評估以影響土地質量的內部地球化學指標為主，根據(jù)元素指標的生態(tài)含義及對土地內在質量的作用、影響程度，分為土壤肥力、土壤環(huán)境、土壤健康三大類指標構建土地質量內在因素地球化學評估體系，采用層次分析法進行土地地球化學質量的分等定級。

土地質量地球化學評估從評估指標到最終結果共包含3個層次（圖1）?？紤]到土地質量評估中各種因素的復雜性，根據(jù)《土地質量地球化學評估技術要求》[4]，本次評估單元采用網(wǎng)格方法，方格網(wǎng)的劃分根據(jù)分析單元，以4 km2為一個評估單元。評估工作以多目標區(qū)域地球化學調查為基礎，按規(guī)范要求多目標樣品按1個點/4 km2組合分析[6]，因此選擇4 km2為一個評估單元。土地質量地球化學評估遵循區(qū)域開展，逐步深入的原則。本次工作為較小比例尺的區(qū)域評估，主要為總體上綜合評估區(qū)域上的土地生態(tài)地球化學狀況和質量水平，在了解全局后，可進一步地、有針對性地開展較大比例尺的重點地區(qū)評估工作。

1.3.2 評估指標篩選原則

圖1 土地質量地球化學評估層次結構及流程圖Fig.1 Structure and flow chart for the soil geochemistry evalution

土地肥力評估指標從必須大量元素N、P、K2O、MgO、CaO、S、有機質，必須微量元素Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B，對植物或部分植物生長有益的元素SiO2、Cl、Na2O、Co中選擇。影響土壤環(huán)境指標從Cr、As、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、pH中篩選。土壤健康指標從I、F、Se值中篩選。按照突出最強限制因子的原則，篩選評價指標的基本方法確定為：首先對土壤肥力指標豐缺度及環(huán)境健康元素土壤環(huán)境質量狀況進行評估，選擇土壤肥力適宜和豐富區(qū)面積小于總面積

80%的指標，以及土壤pH＞6.5且土壤環(huán)境質量一、二級土壤面積小于50%，或土壤pH＜6.5一、二級土壤面積小于80%的指標作為初選指標。根據(jù)主導性、獨立性、空間變異性等原則，通過元素相關分析，半變異函數(shù)分析，初步確定參評指標[4]。

1.3.3 指標權重賦值原則

層次分析法是將系統(tǒng)因素按支配關系分組以形成有序的遞階層次結構，通過兩兩比較判斷的方式確定每一層次中因素的相對重要性，然后在遞階層次結構內進行合成以得到?jīng)Q策因素相對于目標的重要性的總順序，從而為決策提供確定性的判據(jù)。其步驟為：建立問題的遞階層次結構－構造兩兩比較判斷矩陣－由判斷矩陣計算被比較元素單層次權重－計算各層次元素的組合權重。在層次比較和組合權重中我們根據(jù)參評指標在評估區(qū)的含量分布狀況及空間變異度，結合不同元素對農作物的重要性程度，根據(jù)多年經(jīng)驗再結合有關專家意見，按照層次分析法的定義，對同層次的指標建立兩兩比較矩陣及求得相對權重[7～8]。綜合考慮滁州地區(qū)土地表層土壤元素地球化學行為特征及空間變異性，結合研究區(qū)土壤實際情況，采用經(jīng)驗法和層次分析法確定指標權重，對土地質量具有相同重要性的評估指標進行影響度兩兩比較構造判斷矩陣，由各判斷矩陣的特征向量得到準則層和指標層的權重系數(shù)，求得每個評估指標的權重。

1.3.4 評估方法流程

指標篩選-A、B層次定量化評估分等-C層次圖斑疊加評定土地質量地球化學評估等級。

（1）指標篩選：對土地肥力指標進行豐缺度分析，對環(huán)境指標進行土壤環(huán)境質量分析；進行半變異函數(shù)計算分析；根據(jù)前述原則篩選參評指標。綜合考慮各元素豐缺狀況、元素之間的相關關系以及元素的空間變異情況，篩選有機質、P、CaO作為大量元素評估指標，Mo、Mn、Zn、Cl作為必須微量元素參評指標，Na2O、Co作為有益元素參評指標。評估區(qū)表層土壤中鎘、汞、鉛、銅、鋅、砷等重金屬元素環(huán)境質量主要以一類土壤分布，對評估區(qū)土壤質量影響不大，鎳及鉻元素有部分土壤含量達到三類及超三類土壤，從環(huán)境質量狀況來看，可篩選鎳、鉻元素作為評估指標；但鉻和鎳元素的相關性極好，因此選擇其中一種元素參與評估即可。綜合從環(huán)境質量狀況、空間變異性及元素之間的相關性來分析，最終選擇Cr為環(huán)境指標，Se為健康指標。

依前述原則，確定大量營養(yǎng)元素、微量及有益元素權重賦值見表1，環(huán)境、健康指標權重見表2。

（2）A、B層次定量化評估

采用隸屬度函數(shù)計算來進行A、B層次定量化評估。隸屬函數(shù)模型選擇以線性模型為基礎，采用峰值型、戒上型、戒下性模型。通過隸屬度函數(shù)值計算模型和權重值結果，采用多因素綜合評價模型，對各評估指標的實測值進行權重和隸屬度計算，獲得土地肥力和環(huán)境健康質量綜合指數(shù)。利用公式P＝Σfi×Ci（i=1，2，3，4……n）逐層計算評估單元各評估指標綜合指數(shù)。式中：P為綜合指數(shù)；fi為第i個評估指標的隸屬函數(shù)值；Ci為第i個評估指標的權重。按照綜合指數(shù)1～0.7（一等）、0.7～0.3（二等）、≤0.3（三等）的分等定級方案進行分等。

（3）在土地肥力、土地環(huán)境健康分等基礎上，進行圖斑疊加，采用表3所示的分級方案，確定評估圖斑的土地地球化學質量分級。

2 研究區(qū)土地質量地球化學評價及空間分布

2.1 土地肥力等級評估及空間分布

根據(jù)已確定的影響土地肥力因素的必須大量和必須微量元素指標值及其權重，采用多因素綜合評價模型計算各評價單元的土地肥力綜合指數(shù)。按照函數(shù)模型分別計算大量、微量及有益元素隸屬函數(shù)值，然后按照各類肥力指標所占權重，計算綜合指數(shù)，按照綜合指數(shù)的分等定級方案把土地肥力劃分為三等。

研究區(qū)土地肥力等級綜合分級圖見圖2。區(qū)內土地肥力主要以一級和二級土壤為主，分別占到總面積的46.13%、53.41%，一級土壤主要沿區(qū)內淮河、來安河、滁河、白塔河、池河等主要河流沿岸分布，三級土壤主要分布面積極少，且空間分布相對比較分散。

2.2 土地環(huán)境健康指標評估及空間分布

應用研究區(qū)土地環(huán)境元素指標、健康元素指標，評價滁州地區(qū)土地環(huán)境健康質量等級。按照評價模型公式計算環(huán)境健康指標隸屬度函數(shù)值及綜合指數(shù)，按照綜合指數(shù)的分等定級方案把環(huán)境健康指標分為三等。評價區(qū)土地環(huán)境健康指標以一等土壤為

主（圖3），占總面積的95.59%，二等土壤面積占到3.52%，三等（污染）土壤面積僅占總面積的0.89%，二等及三等土壤主要分布在澗溪鎮(zhèn)-自來橋鎮(zhèn)-龍王山一帶。

表1 滁州地區(qū)土地肥力指標權重表Table 1 Land fertility index weight for the Chuzhou area

表2 滁州地區(qū)土地環(huán)境健康指標權重表Table 2 Soil environmental health index weight for the Chuzhou area

表3 土地質量地球化學分等結果Fig.3 Comprehensive grading map of the Soil environmental health index for the Chuzhou area

圖2 安徽省滁州地區(qū)土地肥力指標等級綜合分級圖Fig.2Comprehensive grading map of the soil quality geochemistry for the Chuzhou area

2.3 土地質量地球化學評估及空間分布

土地質量的地球化學評估是依據(jù)土地有益元素、有毒有害元素含量水平，及其對土地基本功能的影響程度而進行的土地質量級別評定?？紤]研究區(qū)的實際情況，我們從土地肥力狀況、土地環(huán)境質量狀況和健康指標等方面進行綜合評估分級，然后進行圖斑疊加，采用土地質量地球化學評估分等方案（表3），對滁州地區(qū)進行土地質量地球化學分等，分等結果見圖4。

安徽省滁州地區(qū)土地質量地球化學評估結果表明，評估區(qū)內土地地球化學質量優(yōu)質土地占總面積的43.73%；優(yōu)良級土地占總面積的54.94%；良好級和中等級土地所占面積較少，僅占到評估區(qū)總面積的0.46%和0.87%，未出現(xiàn)差等級土地。優(yōu)質土地主要沿白塔河、沂湖、來安河、滁河、池河、淮河等河流走向分布。優(yōu)良級土地呈大面積分布，良好級土地分布很少且比較分散，中等級土地主要分布在龍王山周邊。

3 結論

滁州地區(qū)土地質量地球化學評估是以滁州地區(qū)多目標區(qū)域地球化學調查為基礎，以生態(tài)地球化學調查理論為指導，科學量化土地質量、實現(xiàn)動態(tài)管理和成果應用為目的的一項綜合評價工程。本次滁州地區(qū)土地質量地球化學評估工作主要是基于土地地球化學要素的肥力指標、環(huán)境健康指標，在分析了土地肥力、環(huán)境健康質量狀況基礎上綜合確定出優(yōu)質、優(yōu)良、良好、中等和差等5個級別的土地范圍，其成果可為基本農田質量評價提供基礎評價依據(jù)。研究結果表明，滁州地區(qū)土地質量狀況良好，地球化學質量等級以優(yōu)質、優(yōu)良為主，未出現(xiàn)差等級土地，肥力差異較大，土地環(huán)境健康質量整體良好。

圖3 安徽省滁州地區(qū)土地環(huán)境健康指標綜合分級圖Fig.3 Comprehensive grading map of the Soil environmental health index for the Chuzhou area

如果將土地質量地球化學評估和農用地分等定級結合起來，則能更全面綜合地考慮了影響土地質量的眾多因素，對研究區(qū)進行了全面的評估和考察，使得評估結果更接近土地質量的實際情況，為土地

質量監(jiān)護提供更詳實的數(shù)據(jù)支持，為土地監(jiān)管工作提供了技術依據(jù)[8～10]。

圖4 安徽省滁州地區(qū)土地質量地球化學綜合評估圖Fig.4 Comprehensive evaluation of the soil quality geochemistry for the Chuzhou area

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Research on the Geochemical Assessment for Land Quality
in Chuzhou Area

TAO Chun-jun,JIAShi-jun,LIANG Hong-xia,CHEN Yong-ning, CHEN Fu-rong,XING Run-hua
（Geological Survey Institute ofAnhui Province,Hefei,230001,China)

Based on the Multi-Purpose Geochemical Data and a system of evaluation containing land fertility indexes and environment al health,the geochemical land quality evaluation and space distribution in Chuzhou area was researched with AHP.The results demonstrate that land quality in the researched area is in good condition, about 98.67%of land is above the fine level in which high quality level is about 43.73%.The land quality assessment could provide a scientific basis for ecological management of land quality and rational planning of land use.

land quality;geochemical assessment;AHP;Chuzhou area;Anhui Province

P632+.1

A

1672－4135（2013）04－0061-07

2013-11-29

全國土壤現(xiàn)狀調查及污染防治專項（基GZTR001-07、基GZTR03-21）；“安徽省生態(tài)農業(yè)地質調查評價方法技術研究與應用”創(chuàng)新團隊項目

陶春軍（1982-），男，碩士，工程師，2007年7月畢業(yè)于合肥工業(yè)大學礦物巖石礦床學專業(yè)，現(xiàn)主要從事地球化學方面研究及應用工作，email:tcj9903@sina.com。