貴州省興仁市耕地土壤地球化學背景值及異常值分布特征

鮑大忠 游桂芝

摘要：對采集的數(shù)據(jù)采用平均值加標準差法剔除異常值后，再用Excel統(tǒng)計了全市N、P、K、B、Mn等22項指標背景值和不同條件下成土母質風化物、耕地土壤、土地利用、酸堿度、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等背景值與全市背景值的比值，分析了其差異性及指標含量過剩或超標元素。分析結果：除Ge略低于全國背景值外，其余指標含量均高于全國背景值；同種元素在不同條件下，比值均存在差異，部分差異明顯，特別是Hg的比值為0.82～10.86，變幅達興仁市背景值的10.04倍；Cu、F、Mn、Mo存在含量過剩；As、Cd、Hg、Ni存在含量超標。結果為地方政府開展耕地土壤質量評價、平衡施肥、耕地提質改造、農(nóng)業(yè)種植調整等提供了基礎地球化學依據(jù)。

關鍵詞：耕地土壤；背景值；比值；興仁市

1.引言

耕地質量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[1]。土地質量的好壞直接影響到農(nóng)、林、牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)效益和居民的生活質量。隨著工業(yè)化、城市化進程的發(fā)展，工業(yè)排放量、農(nóng)藥、化肥、除草劑、殺蟲劑等農(nóng)用化學品的施用量長期處于高位，耕地和城市邊緣土壤的污染狀況普遍惡化[4]。同時，當前生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的理念也對土地質量提出了更高的要求，土地質量的內涵也在不斷豐富。為此，2017—2019年貴州省興仁市開展了1∶5萬耕地質量地球化學調查評價工作。

2.背景值的概念與意義

土壤地球化學背景值是指自然應力和人類活動共同作用影響下（土壤的第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(jīng)長期風化、淋溶作用和人類生產(chǎn)生活等活動的影響和改造，導致基準值和背景值兩者之間存在一定的差異[1]。土壤元素地球化學背景值的研究為地方政府開展耕地土壤質量評價、平衡施肥、耕地提質改造、農(nóng)業(yè)種植調整等提供了基礎地球化學依據(jù)。

3.研究區(qū)概況

興仁市地處貴州西南部，地理坐標東經(jīng)104°54′～105°34′、北緯25°16′～25°47′。耕地完成評價面積616.31km2。全市地貌按地表形態(tài)劃分為山地、丘陵、盆壩、水域四種。出露地層主要為二疊系、三疊系、白堊系、古近系、第四系，其中以三疊系出露較全，地層巖性以碳酸鹽巖、碎屑巖等沉積巖為主。耕地土壤類型與地層巖性密切相關。耕地土壤主要有黃壤、黃棕壤、紫色土、石灰土、水稻土5個土類。農(nóng)業(yè)主要有薏仁米、蔬菜、烤煙、茶葉等。截至2015年底，全市已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)21種；已查明資源儲量的礦產(chǎn)有9種；礦產(chǎn)地36處（興仁市人民政府，貴州省興仁市礦產(chǎn)資源規(guī)劃）。

4.工作方法

4.1樣品采集與組合

本次樣品采集主要為0cm～20cm淺表層土壤，采樣密度為10.89點/平方千米。樣點布設采用方格網(wǎng)格法，布置在農(nóng)用大田、菜地、果園、林地等，耕地土壤樣品采集時間一般在上茬作物成熟或收獲以后，下茬作物尚未施用底肥和種植以前。為了增加樣品代表性，表層土壤采取4～6個子樣等量混合組成1件組合樣品，實際采樣點位以野外實際確定的采樣點為中心，根據(jù)采樣地塊形狀確定子樣的位置。采樣地塊為長方形時，采用“S”形布設子樣點；采樣地塊近似正方形時，采用“X”形或“棋盤”形布設子樣點。子、主樣點盡可能保持耕地土壤類型一致。樣品釆好后，進行初加工后入庫或送檢。

4.2測試指標、方法及測試質量

本次采集表層土壤樣品6850件，分析有機質、N、P、K、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Co、V、F、Se、Ge、As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Tl等22個指標參數(shù)。測試工作由四川省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測試中心完成，該測試中心采用了以X射線熒光光譜法（XRF）及電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）為主，以原子熒光法（AFS）、發(fā)射光譜法（ES）、離子選擇性電極法（ISE）、容量法（VOL）為輔的分析方法配套方案。樣品測試過程中采用了土壤全量分析日常質量控制。經(jīng)內外檢，樣品質量檢測合格。

4.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法及結果

目前剔除異常值的方法有平均值加標準差法、四倍法、Grubbs法和Dixon法等。據(jù)全國土壤背景值剔除異常值主要采用了兩種方法：呈正態(tài)分布的元素按算術平均值土3倍標準差逐次剔除異常值；對數(shù)正態(tài)分布的元素按M/D3-MD3（M為幾何平均值；D為幾何標準差）逐次剔除異常值。本次使用算術平均值±3倍標準差法對異常值逐次剔除，再用Excel軟件計算各指標的算術平均值作為耕地土壤背景值。本次統(tǒng)計了樣品中22個指標的最大值、最小值、算術平均值、中位數(shù)、算術標準離差、變異系數(shù)等參數(shù)。為了解全市土壤質量和具直觀性，分別從成土母質風化物、土壤類型、土地利用類型、酸堿度、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等不同條件下統(tǒng)計了背景值與全市背景值的比值（下稱“比值”）。并根據(jù)《土地質量地球化學評價規(guī)范》、《土壤環(huán)境質量農(nóng)用土壤污染風險管控標準》對含量異常值進行了分析。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)比值結果見表1。

5.結果分析

（1）變化系數(shù)、標準離差一般用于衡量各種元素相對離散程度或高低起伏幅度，為無量綱參數(shù)，不受含量級次、分布類型等因素限制，多用于不同元素間離散特征的相互對比[2]。全市耕地土壤22個指標中，Mn、As、Hg、Ti共4個指標變異系數(shù)大于1，說明含量數(shù)據(jù)比較離散，其中Hg變異系數(shù)達17.83，Hg含量0.02mg/ kg～402.50mg/kg，變幅達402.48mg/kg；其余變異系數(shù)小于1，數(shù)據(jù)相對集中。與全國背景值相比，N、Cu、Mn、Mo、Co、V、I、F、As、Cr、Cd、Hg、Ni等顯著高于全國背景值，其中N、Cu、F、Cd、Hg分別是全國背景值的3.09、3.00、2.93、2.86、2.15倍；Ge略低于全國背景值；其余指標均高于全國背景值。

根據(jù)《土地質量地球化學評價規(guī)范》，Cu、F平均含量分別為67.7mg/kg、1400.11mg/kg過剩，分別有4222件、5534件單樣品含量過剩，分別占總樣品數(shù)的61.64%、80.79%；Mn和Mo平均含量未過剩，但Mn、Mo分別有1823件、542件單樣品含量過剩，分別占總樣品數(shù)的26.61%、7.91%。根據(jù)《土壤環(huán)境質量農(nóng)用土壤污染風險管控標準》，按風險管控值水田類最大值對比，有As、Cd、Hg、Ni部分單件樣品含量超標，單樣品分別為53、8、109、5件，分別占總樣品數(shù)的0.77%、0.12%、1.59%、0.07%；其余污染類指標含量均在管控范圍內。

（2）不同成土母質風化物、土壤類型，同種元素，比值均存在差異，部分指標比值差異明顯，其中含煤碎屑巖F比值最低為0.43，平均含量明顯低于全市背景值。碎屑巖中Hg比值最高達4.63，其平均含量明顯高于全市背景值。黃棕壤中的F比值最低為0.39，平均含量明顯低于全市背景值。黃壤中Hg比值最高為2.88，其平均含量明顯高于全市背景值。

不同成土母巖風化物中：Cu除白云巖風化物外，在其余成土母巖風化物中平均含量均過剩；Mo含煤碎屑巖風化物中平均含量過剩；F除含煤碎屑巖風化物外，在其余成土母巖風化物中平均含量均過剩；As在白云巖、灰?guī)r風化物中平均含量超標。不同土壤類型中：Cu在所有土壤類型中平均含量均過剩；F除黃棕壤外，其余土壤類型中平均含量均過剩；As在黃壤、水稻土中平均含量超標。

（3）不同的土地利用類型、酸堿度，同種元素，比值均存在差異，部分指標比值差異明顯，但多數(shù)指標比值接近1，接近全市背景值。其中：果園中的Cu比值為0.69；強酸性中F比值最低為0.54，表明其平均含量明顯低于全市背景值。果園中的B比值最高為2.12；酸性中Hg比值最高為2.60，B、Hg指標平均含量明顯高于全市背景值。

不同耕地類型中：Cu在水田、旱地中平均含量均過剩；F在水田、旱地、果園中平均含量均過剩；As在旱地、果園中平均含量超標。不同酸堿度中：Cu在強酸性、酸性、中性中平均含量均過剩；F各酸堿度中平均含量均過剩；As在酸性、中性、堿性中平均含量超標。

（4）由表1可知，不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)，同種元素，比值均存在差異，部分指標比值差異明顯，但多數(shù)比值接近1，即接近全市背景值。其中：下山鎮(zhèn)中的F比值最低為0.52，其指標平均含量明顯低于全市背景值。回龍鎮(zhèn)中的Hg比值最高達10.86，平均含量顯著高于全市背景值。

Cu除巴鈴鎮(zhèn)、百德鎮(zhèn)、屯腳鎮(zhèn)外，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均含量均過剩；Mo在潘家莊鎮(zhèn)平均含量過剩；F在所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均含量均過剩；As在城南街道辦事處、東湖街道辦事處、回龍鎮(zhèn)、龍場鎮(zhèn)、魯?shù)A營回族鄉(xiāng)、潘家莊鎮(zhèn)、屯腳鎮(zhèn)、雨樟鎮(zhèn)中平均含量均超標；Hg在回龍鎮(zhèn)平均含量超標，且為全市背景值的10.86倍，這與回龍鎮(zhèn)內的2個汞礦有關。在回龍鎮(zhèn)內汞礦700m～25km內取了3個巖石樣，結果為F、Cr、Hg、As、Cu、Mn等均出現(xiàn)不同程度的偏高，特別是Hg顯著升高，達風險管控值水田類1mg/kg的18.5倍（見表2）。同時，據(jù)[3]研究：興仁濫木廠汞鉈礦區(qū)（在回龍鎮(zhèn)內，為2個汞礦之一）土壤汞、鉈、砷三種元素含量均較高。汞、鉈、砷隨著離采礦點距離的增加而減少。表明前人研究結果與本次巖樣分析結果一致。

6.結語

（1）確定了興仁市的22項耕地土壤指標地球化學背景值。Mn、As、Hg、Tl數(shù)據(jù)較離散，其中Hg變異系數(shù)達17.83，Hg含量0.02mg/kg～402.50mg/kg，變幅達402.48mg/kg；其余數(shù)據(jù)相對集中。除Ge略低于全國背景值外，其余指標含量均高于全國背景值。（2）統(tǒng)計了不同成土母質風化物、土壤類型、土地利用類型、酸堿度、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等條件下的比值，結果表明同種元素在不同條件下，比值均存在差異，部分指標比值差異明顯，特別是Hg的比值差異最明顯，比值0.82～10.86，變幅達興仁市背景值的10.04倍，與回龍鎮(zhèn)汞礦有關。（3）興仁市Cu、F平均含量分別為67.7mg/kg、1400.11mg/kg過剩，單樣品含量過剩分別占總樣品數(shù)的61.64%、80.79%；Mn、Mo平均含量未過剩，但分別有26.61%、7.91%單樣品含量過剩。As、Cd、Hg、Ni部分單件樣品含量超標，分別占總樣品數(shù)的0.77%、0.12%、1.59%、0.07%。其余指標含量在正常范圍內。

參考文獻：

[1]陳磊，代杰瑞，陳磊等，山東省17市土壤地球化學背景值[J].山東國土資源， 2019， 35（1）：46-56.

[2]何邵麟.貴州表生沉積物地球化學背景特征[J].貴州地質， 1998（02）： 3-5.

[3]侯琳琳.貴州省興仁縣濫木廠地區(qū)鉈汞砷環(huán)境污染和鉈的土壤存在形態(tài)[D].中國成都.成都理工大學. 2002.

[4]韓景敏，邵明，秦品瑞.山東省地質環(huán)境承載力現(xiàn)狀及對策[J].山東國土資源， 2015， 31（03）： 33-37.

[5]龐緒貴，高宗軍，王敏，等.山東半島特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地地質地球化學環(huán)境研究[M].北京：地質出版社， 2018： 26-29.

耕調項目：黔耕調（2017-03）；黔色勘發(fā)[2017]64號。