山東省土壤地球化學背景值

龐緒貴,代杰瑞,胡雪平，宋志勇，喻超，陳磊，張華平，劉華峰，王紅晉,王增輝,趙西強，曾憲東，任文凱

(山東省地質調查院，山東 濟南 250013)

水文地質環(huán)境地質

山東省土壤地球化學背景值

龐緒貴,代杰瑞,胡雪平，宋志勇，喻超，陳磊，張華平，劉華峰，王紅晉,王增輝,趙西強，曾憲東，任文凱

(山東省地質調查院，山東 濟南 250013)

自2003年開始，歷時15余年，在山東省開展了表層土壤地球化學調查，基本查明了全省土壤地球化學背景值。表層土壤樣品采樣密度為1點/km2，4km2組合成1件分析樣品，分析測試Ag，As，Au，B等54項指標；統計并研究了這些指標土壤地球化學參數，確定了山東省土壤地球化學背景值，為山東省基礎地質研究及地質找礦與區(qū)劃等提供了基礎數據。

地球化學調查；表層土壤；背景值；基礎數據；山東省

土地質量地質調查(也稱生態(tài)地球化學調查)是一項基礎性、公益性、戰(zhàn)略性的地質調查與研究工作。山東省地質調查院自2003年開始，歷時15余年，組織實施了山東省黃河下游流域生態(tài)地球化學調查、山東省樂陵—河口地區(qū)多目標區(qū)域地球化學調查、山東省東部地區(qū)農業(yè)生態(tài)地球化學調查、山東省中南部地區(qū)農業(yè)生態(tài)地球化學調查。至此，實現了全省陸域范圍1∶25萬土地質量地質調查工作全覆蓋。取得了一批有影響意義的成果[1-19]。這些成果不僅對基本農田建設、土地資源保護、整治和開發(fā)利用，促進農業(yè)經濟區(qū)劃和種植結構調整，加快土壤保護治理和礦產資源勘查等具有重要現實意義，而且對城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)劃、改善人民的生存環(huán)境、提高人民的健康水平、保障社會經濟的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的戰(zhàn)略意義。

1 概述

1．1 自然地理與經濟

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，濱臨渤海、黃海；境域包括半島和內陸兩部分，內陸之北、西、南三面分別與河北、河南、安徽、江蘇省接壤，海上北隔老鐵山水道與遼寧省、東隔黃海與朝鮮半島相望。地貌以山地、丘陵和平原為主，中部山地突起，東部丘陵散布，寬谷平原錯列于山地丘陵之間，北及西部平原坦蕩低下。水系比較發(fā)育，河流分屬于海河水系、黃河水系、淮河水系及直接注入渤海和黃海的其他河流。湖泊集中分布在魯中南山丘區(qū)與魯西南平原之間的魯西湖帶。氣候屬暖溫帶季風氣候類型。年平均氣溫11.5～14℃，平均降水量550～950mm。適宜的氣候為區(qū)內農業(yè)發(fā)展提供了優(yōu)越的自然條件，農業(yè)生產穩(wěn)步發(fā)展，糧食作物以小麥、玉米、甘薯為主，經濟作物以棉花、煙葉、花生、蔬菜為主。山東為全國主要水果、蔬菜產地省份之一，煙臺蘋果、萊陽梨、肥城桃和壽光的蔬菜等全國聞名。沿海水產亦較發(fā)達，水產養(yǎng)殖已形成產業(yè)，遠洋

漁業(yè)生產亦具相當規(guī)模。

1．2 地質概況

山東省地處華北板塊東南緣和揚子板塊東北端。區(qū)域地層中太古代至第四紀地層除志留紀和泥盆紀地層缺失外，均有出露，地層分區(qū)性明顯。侵入巖自中太古代至新生代均有出露，以新太古代、新元古代和中生代侵入巖分布最廣，巖石類型以中酸性巖類為主。區(qū)域構造復雜，以沂沭斷裂帶、五蓮斷裂、牟平-即墨斷裂帶為界劃分為華北板塊和揚子板塊2個Ⅰ級構造單元；斷裂構造發(fā)育，區(qū)域性分劃性斷裂有牟平-即墨斷裂、五蓮斷裂、沂沭斷裂帶、聊城-蘭考、齊河-廣饒等斷裂。礦產資源豐富，能源、黑色金屬、有色金屬、貴金屬、稀有金屬、稀土金屬、非金屬等礦種均有分布。

1．3 土壤類型

按巖石的地質成因及沉積形成，山東省成土母質可分為殘坡積物母質、洪沖積物母質、沖積物母質、湖積物母質、海相沉積物母質、風積物母質、黃河沖積物母質、黃土母質等8種類型。根據全國土壤普查暫行技術規(guī)程和《山東省第二次土壤普查土壤工作分類暫行方案》，山東省土壤類型分為15個土類，分別是：棕壤、褐土、紅粘土、風沙土、火山灰土、石質土、粗骨土、砂姜黑土、山地草甸土、潮土、鹽土、濱海鹽土、堿土、水稻土、新積土。按各自的發(fā)育程度、附加成土過程和土壤屬性進一步分為39個亞類，86個土屬，258個土種[20]。

2 工作方法

2．1 樣品采集

樣品采集0～20cm深度的表層土壤，樣點布設采用網格法，布置在農用大田、菜地、果園、林地等地段，避開存在人為污染和搬運的堆積土，在組合的分析樣品能反映采樣單元主要土壤地球化學特征的前提下，采樣點盡可能布設在了采樣單元格中央。土壤地球化學背景值樣品采樣密度為1點/km2，采樣深度為0～20cm。采集的土壤樣品過20目篩，并按4個相鄰網格樣品組合成一件樣品進行分析，土壤地球化學背景值樣品組合樣密度為1件/4km2，組合樣送樣重量為200g。山東省共分析土壤地球化學背景值樣品39794件[21-29]。

2．2 測試元素與指標

依據中國地質調查局地質調查技術標準《多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范(1∶25萬)》的規(guī)定，土壤地球化學背景值樣品分析測試Ag，As，Au，B，Ba，Be，Bi，Br，C，Cd，Ce，Cl，Co，Cr，Cu，F，Ga，Ge，Hg，I，La，Li，Mn，Mo，N，Nb，Ni，P，Pb，Rb，S，Sb，Sc，Se，Sn，Sr，Th，Ti，Tl，U，V，W，Y，Zn，Zr，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O，Corg，pH值等54項指標[30]。

樣品測試由武漢綜合巖礦測試中心承擔，采用等離子體發(fā)射光譜法、X射線熒光光譜法、發(fā)射光譜法、原子熒光光譜法、石墨爐原子吸收法、離子選擇性電極法、催化極譜法、化學發(fā)射光譜法等配套方法測試。樣品測試質量由中國地質調查局區(qū)域地球化學分析質量監(jiān)督檢查組進行監(jiān)控，采用了標準樣、密碼樣、監(jiān)控樣等多種監(jiān)控手段，保證了樣品分析質量的可靠性，各地區(qū)樣品分析結果驗收均為優(yōu)秀級。

2．3 背景值計算方法

土壤地球化學背景值的求取，首先對取得的表層土壤全量54項指標分析數據進行整理，分離出采樣點數據，依據《數據的統計處理和解釋正態(tài)性檢驗》(GB/T4882-2001)，在置信度α=0.05水平下，采用峰度、偏度法對數據頻率分布形態(tài)進行正態(tài)檢驗。當統計數據服從正態(tài)分布時，用算術平均值(X)代表背景值；服從對數正態(tài)分布的數據，用幾何平均值(Xg)代表背景值。不服從正態(tài)分布的數據，按照算術平均值加減3倍算術標準偏差(X±3S)或幾何平均值乘除幾何標準偏差(Xg·S±3)的立方進行剔除，經反復剔除后服從算術正態(tài)分布或對數正態(tài)分布時，用剔除后的數據算術平均值或幾何平均值代表土壤背景值，經反復剔除后仍不滿足正態(tài)分布或對數正態(tài)分布，當呈偏態(tài)分布時，以剔除后數據眾值(Xmd)或算數平均值(X)代表背景值；當呈雙峰或多峰分布時，以剔除后數據中位值(Xme)或平均值(X)代表背景值。依據實際情況，采用算術平均值加減2倍(少部分為1.5倍)標準偏差或幾何平均值乘除幾何標準偏差的平方(少部分為1.5次方)代表背景值的變化范圍；未統一選擇“±2倍標準離差”，是因為有些元素若選擇“±2倍標準離差”就會出現超出實際樣品測試的含量范圍，甚至會出現元素含量負值，這顯然不符合實際情況。

在進行pH值參數統計時，應先將土壤pH值換算成[H+]平均濃度進行統計計算，然后再換算成pH值，其公式為：[H+]=10-pH，[H+]平均濃度=∑10-pHn/n,pH=-lg[H+]平均濃度。

3 主要成果

3．1 背景值的概念與意義

土壤地球化學背景值[31-40]是指自然應力和人類活動共同作用影響下(第Ⅱ環(huán)境)區(qū)域表層土壤的含量值，實際上是成土母質組成、成土過程中元素遷移重分配、人為擾動污染等各種因素長期綜合作用的結果，以表層土壤地球化學調查元素含量表征。它與土壤基準值有著密切繼承關系，總體受土壤基準值的控制，但由于經長期風化、淋溶作用和人類生產生活等活動的改造，表層土壤地球化學特征已發(fā)生一定的演變，導致兩者之間存在一定的差異。土壤元素地球化學背景值是土壤環(huán)境質量評價、土壤肥力和營養(yǎng)水平分級、土地管護和合理利用、土壤改良和平衡施肥、農業(yè)種植規(guī)劃、土壤生態(tài)環(huán)境保護決策的基礎依據。

3．2 土壤地球化學背景值

全省土壤地球化學背景值參數統計見表1。

表1 表層土壤地球化學含量特征參數

續(xù)表1

注：含量單位C，N，OrgC和氧化物為10-2，Au為10-9，pH無量綱，其余為10-6。背景區(qū)間帶*的元素選擇背景值±1.5倍離差，其余皆為±2倍離差。

(1)全省表層土壤除SiO2，Ga外，其余52元素(指標)含量數據均不服從正態(tài)分布。除Cl，Ba，S外,所有元素剔除異常數據均未超過總樣品數的10%；僅有少數元素，如Ba，Au，Hg，Br，S，Cl等，在剔除少量異常數據前后，其平均含量統計結果(幾何平均值、算術平均值)差異明顯，反映了這些元素在表層土壤中分布的不均勻性。

(2)山東省土壤地球化學背景值與中國土壤平均值(A層，46項指標)相比，絕大部分元素比值在0.303～0.871之間，偏低的元素(0.81.2)有Sr，Cd，MgO，Na2O，CaO，為全國土壤(A層)平均值的1.22～1.56倍。

(3)表層土壤中絕大部分元素的含量分布較均勻，變異系數小于0.40。元素背景值變幅較大的元素主要為Ag，As，Bi，Br，Ba，C，Cu，Se，Sr，Pb，Sb，Mo，Ni，I，CaO，其變異系數在0.40～1.50之間；Au，Cd，S，Hg，Cl元素的變化最大,其變異系數大于2.0。表層土壤大部分元素的變異特征與深層土壤相似，但部分元素又有一定差異，說明表層土壤在風化過程中對深層土壤有一定繼承性，又有不同的地球化學演化趨勢，背景含量的變化主要受基準含量、表生富集作用和后期人類活動等因素的影響。

4 結論

通過對山東省土壤地球化學背景值統計分析研究，確定了山東省54項指標土壤地球化學背景值，這些成果為山東省基礎地質研究及地質找礦與區(qū)劃，地方政府改善生態(tài)環(huán)境，進行農業(yè)區(qū)劃、環(huán)境保護、國土資源管理、地方病防治等領域提供了基礎地球化學資料和科學依據。

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BackgroundValuesofSoilGeochemistryinShandongProvince

PANG Xugui, DAI Jierui, HU Xueping, SONG Zhiyong, YU Chao, CHEN Lei, ZHANG Huaping,LIU Huafeng, WANG Hongjin, WANG Zenghui, ZHAO Xiqiang, ZENG Xiandong, REN Wenkai

(Shandong Geological Surveying Institute, Shandong Jinan 250013, China)

Since 2003, more than 15 years, the surface soil geochemical survey has been carried out in Shandong province. Soil geochemical background values of the whole province have been basically identified. The surface soil sampling density is 1/km2, and in the scope of 4km2, the spots can be combined into 1 analysis samples. Ag, As, Au, B and other 54 indicators have been analyzed and tested. These indexes of soil geochemical parameters have been studied and counted, and soil geochemical background values in Shandong province has been determined. It will provide basic data for basic geology and geological research and prospecting and zoning in Shandong province.

Geochemical survey; surface soil; background value; basic data; Shandong province

2016-09-30；

2017-10-16；

曹麗麗

國土資源大調查專項“山東省黃河下游流域生態(tài)地球化學調查”(1212010310306)；全國土壤現狀調查及污染防治專項“山東省樂陵-河口地區(qū)多目標區(qū)域地球化學調查”(GZTR20060104)；山東省地質勘查專項“山東省東部地區(qū)農業(yè)生態(tài)地球化學調查”(魯國土資字[2006]709號)，“山東省中南部地區(qū)農業(yè)生態(tài)地球化學調查及全省總結”(魯國土資字[2011]1184號)資助

龐緒貴(1962—)，男，山東五蓮人，研究員，主要從事地球物理地球化學勘查技術應用研究和管理工作；E-mail:sdsddygcb@sohu.com

P595;X142

B

龐緒貴,代杰瑞,胡雪平，等.山東省土壤地球化學背景值[J].山東國土資源，2018,34(1)：39-43.PANG Xugui, DAI Jierui, HU Xueping, etc. Background Values of Soil Geochemistry in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2018,34(1)：39-43.