崇義縣上堡梯田土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估及開發(fā)建議

鄒勇軍，黃 懿，李昌龍，王 鶴，汪成缽

(江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，南昌 330001)

0 引言

土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)是以土壤地球化學(xué)調(diào)查為主，同時(shí)開展大氣、灌溉水和農(nóng)作物地球化學(xué)調(diào)查，以生態(tài)地球化學(xué)理論為指導(dǎo)，以科學(xué)量化土地質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理和成果數(shù)據(jù)的查詢及利用為目的的一項(xiàng)綜合評(píng)價(jià)工程[1]。2016～2018年，中國地質(zhì)調(diào)查局按照自然資源部黨組要求，為加大地質(zhì)調(diào)查，服務(wù)贛南蘇區(qū)重點(diǎn)調(diào)查區(qū)精準(zhǔn)脫貧工作，由南京地質(zhì)調(diào)查中心會(huì)同贛州市人民政府及其國土資源主管部門，按照統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)方法，組織江西省煤田地質(zhì)勘察研究院實(shí)施了“江西省贛縣沙地、崇義上堡與信豐縣油山調(diào)查區(qū)1∶5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查”。本文以項(xiàng)目中崇義縣上堡梯田作為研究區(qū)，在1∶5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查尺度土壤樣品采集的基礎(chǔ)上，分析測(cè)試土壤中23種元素的含量，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)養(yǎng)分豐缺狀況、富硒富鋅、土壤環(huán)境清潔程度，并劃分土地質(zhì)量等級(jí)，優(yōu)選特色農(nóng)業(yè)基地區(qū)建立土地質(zhì)量檔案卡片，為研究區(qū)準(zhǔn)確劃分永久基本農(nóng)田建設(shè)區(qū)，優(yōu)勢(shì)、特色農(nóng)產(chǎn)品基地建設(shè)、土地資源科學(xué)利用提供一定的科學(xué)依據(jù)[2]。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于贛州市崇義縣西部上堡鄉(xiāng)，總面積91.50km2。區(qū)內(nèi)平均海拔750m，具有亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候特點(diǎn)，氣候溫涼，雨量充沛，無霜期長。種植以水稻、臍橙、茶葉、油茶為主，土壤類型以砂壤土、水稻土為主[2]。

1.2 樣品采集

根據(jù) DZ/T 0295-2016《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》和 DZ/T 0258-2014《多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》的技術(shù)要求，按照1km2為單位格子，500m×500m小格子網(wǎng)格化布點(diǎn)，基本采樣密度為4～8個(gè)點(diǎn)/km2(平均采樣密度5.15個(gè)/km2)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)0～20cm深度表層土壤采樣，共采集土壤樣品472件。為增加樣品的代表性，以主樣點(diǎn)為中心，向四周50～100m內(nèi)采集4～6 個(gè)子樣點(diǎn)，主、子樣品等份組合成一個(gè)混合樣，主樣點(diǎn)與子樣點(diǎn)一般按照“X”形分布[1,3]。采樣工具為不銹鋼取樣器，采樣時(shí)用竹鏟去除與金屬采樣器接觸的土壤，并挑出根系、秸稈、石塊、蟲體等雜物后，將樣品裝入樣品袋，將樣品編號(hào)寫在棉布袋樣品袋上[2]。野外采樣定點(diǎn)手持GPS為美國天寶JUNO3B，校正后誤差在5m以內(nèi)。

圖1 研究區(qū)土壤采樣點(diǎn)分布圖Figure 1 Study area soil sampling point distribution

1.3 樣品處理與測(cè)試

土壤樣品通過室內(nèi)自然風(fēng)干后，按10目過篩加工處理，加工時(shí)按對(duì)角線折疊法拌勻，取500g樣品裝袋送交分析測(cè)試單位，其余樣品均裝袋作副樣保存。分析測(cè)試由具有中國地質(zhì)調(diào)查局多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查樣品分析測(cè)試資質(zhì)的陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所完成。主要測(cè)試分析N、P、K2O、有機(jī)質(zhì)、S、B、Se、Mo、Mn、Co、V、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH和Cd、Cr、As、Hg、Cu、Pb、Zn、Ni 8種重金屬元素等23項(xiàng)，其測(cè)試方法及檢出限見表1。

1.4 數(shù)據(jù)處理及使用軟件

土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)采用中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展中心開發(fā)的土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)管理與維護(hù)(應(yīng)用)子系統(tǒng)軟件，所有原始有效數(shù)據(jù)均參與評(píng)價(jià)，低于檢出限的數(shù)據(jù)用檢出限的一半來代替。

表1 土壤樣品分析方法檢出限Table 1 Detection limits of soil sample analysis method

2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

2.1 土壤養(yǎng)分等級(jí)劃分與方法

本次研究土壤養(yǎng)分選擇了氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)、硫、錳、銅、鋅、硼、鉬、鈷、硒等14種有益元素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)，土壤中養(yǎng)分元素含量劃分為五等，一等(豐富)、二等(較豐富)、三等(中等)、四等(較缺乏)、五等(缺乏)。

土壤養(yǎng)分綜合劃分在氮、磷、鉀土壤單指標(biāo)養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)劃分基礎(chǔ)上，按照公式(1)計(jì)算土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合得分f養(yǎng)綜；

(1)

式中：f養(yǎng)綜—土壤氮磷鉀評(píng)價(jià)總得分，1≤f養(yǎng)綜≤5；

ki—氮、磷、鉀權(quán)重系數(shù)，分別為0.4、0.4和0.2；

fi—土壤氮磷鉀的單元素等級(jí)得分，單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果為五等、四等、三等、二等、一等時(shí)所對(duì)應(yīng)的fi得分分別為1分、2分、3分、4分、5分。

表2 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Soil nutrient grading standard

表3 土壤養(yǎng)分綜合分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Soil nutrient comprehensive grading standard

2.2 土壤環(huán)境等級(jí)劃分與方法

針對(duì)土壤中重金屬元素進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)，單一元素應(yīng)按照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)[4]主要考慮土壤pH條件(表4)，按照下列式子計(jì)算質(zhì)量指數(shù)：

表4 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值Table 4 Screening values of agricultural land soil pollution risk /mg·kg-1

注：重金屬和類金屬砷均按元素總量計(jì)，對(duì)于水旱輪作地，采用其中較嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。

3 土壤地球化學(xué)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

上堡梯田土壤養(yǎng)分分等統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5，土壤中N、P、有機(jī)質(zhì)元素在研究區(qū)內(nèi)大部分為適中以上水平，S元素較豐富， K元素次之， K元素較豐富以上占全區(qū)67.33%，可能跟區(qū)內(nèi)成土母質(zhì)多為富鉀的花崗巖有關(guān)。Se、Mo和Zn等微量養(yǎng)分元素較豐富，其中Mo較豐富以上占全區(qū)面積95.72%，富 Se富 Zn 土地資源在區(qū)內(nèi)分布較廣，在農(nóng)用地和果園內(nèi)分布31.31%，利于區(qū)內(nèi)開發(fā)富Se和富Zn特色農(nóng)產(chǎn)品。上堡梯田地區(qū)大量營養(yǎng)元素含量適中，綜合養(yǎng)分分等統(tǒng)計(jì)表明，較豐富以上區(qū)占全區(qū)的28.41%，適量區(qū)占全區(qū)的63.56%，較缺乏區(qū)占全區(qū)的8.31%，表現(xiàn)出上堡梯田區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分總體水平較好，基本滿足植物的正常生長需要，但微量營養(yǎng)元素中缺乏B、Cu和Mn，建議在上堡梯田全區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，應(yīng)有意補(bǔ)充含B、Cu和Mn元素的肥料。

上堡梯田土壤養(yǎng)分地球化學(xué)分級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

表5 上堡梯田土壤養(yǎng)分分等統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 5 Statistical results of Shangbao terraced fields soil nutrient grading

3.2 土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

以DZ/T0295-2016《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》為評(píng)價(jià)依據(jù)，對(duì)評(píng)價(jià)單元的重金屬元素進(jìn)行單指標(biāo)污染等級(jí)劃分，然后按照“一票否決法”，進(jìn)行評(píng)價(jià)單元的綜合污染等級(jí)。即每個(gè)評(píng)價(jià)單元的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)等同于單指標(biāo)劃分出的環(huán)境等級(jí)最差的等級(jí)。比如進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，As、Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Ni、Zn劃分出的環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)分別為4級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、2級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、2級(jí)和2級(jí)，該評(píng)價(jià)單元的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)為4等。

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果(表6)可以看出，上堡梯田土壤8個(gè)重金屬元素中，Cr、As、Pb、Ni四種單元素指標(biāo)土壤分布均為清潔，Cd、Cu、Hg、Zn四種單元素指標(biāo)土壤分布以清潔為主，占比97%以上，僅存在局部污染，但占比極低，Cd元素輕微污染以上僅占全區(qū)0.62%，Hg元素輕微污染以上僅占全區(qū)0.03%，Cu元素輕微和輕度污染以上僅占全區(qū)0.04%，Zn元素輕微污染以上僅占全區(qū)1.49%。從上堡梯田環(huán)境綜合等級(jí)評(píng)價(jià)(表6)來看，一等(清潔)的土壤面積89.61km2，占97.94% ，除赤水村以北地區(qū)，在上堡梯田地區(qū)大面積分布；二等(輕微污染)的土壤面積1.84km2，占2.00%，三等(輕度污染)的土壤面積0.05km2，僅占0.06%。以上分析表明上堡梯田區(qū)土壤基本未受到重金屬污染，土壤環(huán)境質(zhì)量總體較好，主要因?yàn)閰^(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)以旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)為主[5-6]。

3.3 土地質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

上堡梯田地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，優(yōu)質(zhì)的土壤面積25.34km2，占27.51% ，分布在均源村北部、正井村西北部、上堡村西部、水南村東部等區(qū)域；良好的土壤面積56.61km2，占62.12%，分布于工作中部的大部分地區(qū)；中等的土壤面積9.5km2，占10.31%，分布在正井村西南部和赤水村東北部；差等的土壤面積0.05km2，占0.054%，分布在赤水村以東的一小塊地區(qū)；無劣等的土壤(圖2)。

表6 上堡梯田土壤重金屬元素污染分等統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 6 Statistical results of Shangbao terraced fields heavy metal element pollution grading

圖2 上堡梯田土地質(zhì)量綜合等級(jí)評(píng)價(jià)圖Figure 2 Shangbao terraced fields land quality comprehensive grading assessment

4 上堡梯田開發(fā)建議

4.1 開發(fā)集中連片無公害富硒富鋅基地

根據(jù)評(píng)價(jià)成果(圖3)，上堡梯田內(nèi)大部分土壤顯示無公害富硒富鋅，具備建立大面積無公害富硒富鋅農(nóng)業(yè)基地的條件。工作區(qū)內(nèi)圈定無公害富硒土壤面積6 329hm2，其中旱地11hm2，水田850hm2，園地40hm2，林地5 326m2，其他土地102hm2。無公害富鋅土壤面積2 636hm2，其中旱地12hm2，水田748hm2，園地13hm2，林地177hm2，其他土地93hm2；無公害富硒富鋅的土壤面積達(dá)1 693hm2。區(qū)內(nèi)土壤中硒的平均含量0.42mg/kg，鋅的平均含量78.1mg/kg，基于化驗(yàn)的23件水稻、12件茶葉數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)本區(qū)水稻富硒率達(dá)78%，茶葉富鋅率達(dá)50%。建議依托上堡調(diào)查區(qū)富硒富鋅優(yōu)勢(shì)土壤資源，以富硒水稻、富鋅茶葉作為優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)品牌，拓展至刺葡萄、臍橙等當(dāng)?shù)仄渌貎?yōu)產(chǎn)品，打造上堡富硒富鋅農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代化種植基地。

4.2 旅游資源開發(fā)

上堡梯田調(diào)查區(qū)自然資源豐富，是國內(nèi)為數(shù)不多的梯田景觀之一。依托對(duì)調(diào)查區(qū)評(píng)價(jià)成果，結(jié)合當(dāng)?shù)匾验_發(fā)利用的冰川遺跡、梯田群、赤水溫泉等自然景觀，全面升級(jí)上堡梯田生態(tài)農(nóng)業(yè)旅游景區(qū)，打造“春茗上堡富鋅茶，夏品刺葡萄美酒； 秋訪稻香遍山野，冬來溫泉享養(yǎng)生”四季旅游勝地。

圖3 無公害富硒富鋅土地開發(fā)基地建議圖Figure 3 Proposal chart of pollution free and rich in selenium, zinc land development base

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分總體水平較好，大量養(yǎng)分元素N、P、有機(jī)質(zhì)為適中，S和K元素較豐富，微量養(yǎng)分元素 Se、Mo和Zn較豐富，B、Cu和Mn元素缺乏，建議在上堡梯田區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，合理施肥，有意補(bǔ)充含B、Cu和Mn元素的肥料。

(2)研究區(qū)土壤重金屬單指標(biāo)來看，Cr、As、Pb和Ni四種單元素指標(biāo)均為清潔，Cd、Cu、Hg和Zn四種單元素指標(biāo)土壤分布以清潔為主，占比97%以上，僅存在局部污染。環(huán)境綜合等級(jí)來看，區(qū)內(nèi)土壤以清潔為主，占比達(dá)97.94%，二等(輕微污染)和三等(輕度污染)的土壤面積僅占全區(qū)2.06%，表明上堡梯田區(qū)土壤基本未受到重金屬污染，土壤環(huán)境質(zhì)量總體較好。

(3)從土地質(zhì)量地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)土壤以優(yōu)質(zhì)和良好為主，其中優(yōu)質(zhì)的土壤面積25.34km2，占27.51%，良好的土壤面積56.61km2，占62.12%，中等的土壤面積9.5km2，占10.31%，分布在正井村西南部和赤水村東北部；差等的土壤面積0.05km2，占0.054%。

(4)研究區(qū)圈定，圈定無公害富硒農(nóng)業(yè)基地面積6 329hm2，無公害富鋅土壤面積2 636hm2，無公害富硒富鋅的土壤面積達(dá)1 693hm2，農(nóng)作物中茶葉和水稻富硒富鋅概率較高，另外區(qū)內(nèi)以有冰川遺跡、梯田群、赤水溫泉等自然景觀，建議當(dāng)?shù)卣哟髮?duì)富硒富鋅水稻、茶葉的品牌建設(shè)和自然景觀資源開發(fā)，助力當(dāng)?shù)胤鲐毠?jiān)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。