安徽省岳西縣來榜地區(qū)土地質量地球化學評價

陶春軍，周天健，李朋飛，羅 嬌，張笑蓉

(1. 安徽省地質調查院，合肥 230001；2. 安徽省地質礦產勘查局321地質隊，銅陵 244033)

土地是農業(yè)最基本的生產資料，隨著現(xiàn)代工業(yè)化進程的加快，土壤環(huán)境污染狀況進一步加劇，這嚴重制約了土地可持續(xù)性利用，土地質量成為學者們關注的焦點問題之一[1-10]。通過開展土地質量地球化學評價，可為土地數(shù)量、質量、生態(tài)“三位一體”管護提供基礎依據[11]。目前安徽省已啟動“1∶5萬市(縣)級土地質量地球化學調查”項目及更大比例尺的土地質量地球化學評價試點工作。

安徽省岳西縣是國家級貧困縣及重點產茶縣，來榜鎮(zhèn)是岳西縣重要的中心集鎮(zhèn)，也是“岳西翠蘭”茶葉的重要產區(qū)之一。目前，該區(qū)尚未開展1∶5萬土地質量地球化學評價工作，制約了利用優(yōu)勢特色土地資源帶動農業(yè)產業(yè)的升級。本文在1∶5萬土壤地球化學專項調查的基礎上，以第二次土地調查形成的土地利用現(xiàn)狀圖斑為評價單元進行土地質量地球化學評價，這對進一步助力精準扶貧，實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省岳西縣來榜鎮(zhèn)(圖1)，面積約40 km2。來榜鎮(zhèn)位于岳西縣中心，屬亞熱帶季風氣候區(qū)。研究區(qū)屬皖西山地，總體地勢為西北和東南高，中間低，地形起伏較大，海拔為400～800 m，山體巖層主要為各類片麻巖及混合花崗巖。區(qū)內主要河流為來榜河，自北東向南西流經來榜鎮(zhèn)，為皖河支流潛水的一級支流。研究區(qū)屬華北地層區(qū)大別山地層分區(qū)，巖漿巖主要為元古代變質侵入巖，巖性主要為英云閃長質片麻巖和花崗閃長質片麻巖，局部分布二長花崗質片麻巖。成土母質主要為變質酸性巖類風化物母質和河流沖積物母質。土壤類型主要為黃棕壤和水稻土。

1.花崗閃長質片麻巖;2.英云閃長質片麻巖;3.新太古代—古元古代大別山巖群;4.角閃巖;5.地質界線;6.正斷層;7.右行平移斷層;8.片麻理產狀圖1 研究區(qū)地質簡圖[12]Fig. 1 Geological sketch map of the study area[12]

2 樣品采集及分析方法

2.1 樣品采集

來榜地區(qū)土地質量地球化學評價的數(shù)據來自1∶5萬土壤地球化學專項調查，選擇研究區(qū)表層土壤的養(yǎng)分元素和重金屬元素等指標進行土地質量地球化學評價。土壤采樣密度為8個點/km2，主要采用網格化加圖斑方法布點，樣點布設在網格內最大圖斑中，兼顧地塊形狀、大小等進行調整。土壤樣品主要采集于農田、茶園、林地等，優(yōu)先選擇圖斑最大的農用地田塊。土壤樣品采集點避開了溝渠、路邊、田埂、房基、垃圾堆等及微地形高低不平等無代表性地段。土壤樣品用專用采樣器自地表向下連續(xù)采集0～20 cm的土壤柱，除去植物根莖(未刮去表層土)等雜物，由3～5個子樣等量混合而成。

2.2 分析方法

土壤樣品分析測試了As、B、Cd、Cr、Cu、F、Hg、Mn、Mo、N、Ni、P、Pb、Se、Zn、TFe2O3、K2O、CaO、MgO、Corg、pH值等21項指標，在自然資源部合肥礦產資源監(jiān)督檢測中心完成測試，采用國家一級土壤標準物質(GBW系列)進行監(jiān)控。用X射線熒光光譜法(XRF)測定P、Pb、CaO、Cr、Zn、N、Cu、TFe2O3、MgO、Mn、K2O、Ni；等離子體質譜法(ICP-MS)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；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Corg。本次分析方法檢出限均達到或優(yōu)于《DZ/T 0258—2014 多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范》[13]的要求，各分析質量指標均符合相關規(guī)范要求，準確度、精密度的一次合格率均為100%。

3 評價方法

3.1 評價單元賦值

本次評價單元采用第二次土地調查形成的土地利用現(xiàn)狀圖斑。當1個圖斑中有2個以上評價數(shù)據時，用平均值進行評價單元的指標賦值。當圖斑中沒有評價數(shù)據時，采用Kring泛克里格插值法進行賦值，對賦值結果進行插值準確性驗證，結果顯示插值結果較準確。

3.2 土壤地球化學等級劃分

土壤養(yǎng)分N、P、K單元素等級劃分標準采用《DZ/T 0295—2016土地質量地球化學評價規(guī)范》[14]分級標準(表1)。在土壤N、P、K單指標養(yǎng)分地球化學等級劃分基礎上，按照公式(1)計算土壤養(yǎng)分地球化學綜合評價等級[12]，其等級劃分見表2。公式(1)為

(1)

式中：f養(yǎng)綜為土壤N、P、K評價總得分，1≤f養(yǎng)綜≤5；ki為N、P、K權重系數(shù)，分別為0.4、0.4和0.2；fi分別為土壤N、P、K的單元素等級得分。五等、四等、三等、二等、一等所對應的fi分值分別為1分、2分、3分、4分、5分。

本次評價的土壤環(huán)境地球化學等級評價指標劃分標準參照《GB15618—2018土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》[15]的土壤污染風險管控標準值，區(qū)內土地利用現(xiàn)狀以園地、林地為主，所以風險篩選值均采用其中的其他分級標準，具體界限值見表3，風險管控值見表4。等級劃分按照公式(2)，計算土壤污染物i的單項污染指數(shù)Pi。

公式2為

Pi=Ci/Si,

(2)

式中：Ci為土壤中i指標的實測濃度；Si為污染物i

的土壤污染風險管控標準值。Pi≤1，為一等(清潔)；1

表1 土壤養(yǎng)分N、P、K單元素等級劃分標準[14]

表2 土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級劃分[12]

表3 農用地土壤污染風險篩選值[15]

表4 農用地土壤污染風險管控值[15]

按照土壤單項污染指數(shù)環(huán)境地球化學等級劃分界限值，并進行單指標土壤環(huán)境地球化學等級劃分。在此基礎上，每個評價圖斑的土壤環(huán)境地球化學綜合等級等同于單指標劃分出的環(huán)境等級最差的等級[14]。

3.3 土壤質量綜合等級劃分

土壤質量地球化學綜合等級由評價單元的土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級與土壤環(huán)境地球化學綜合等級疊加產生，其綜合等級表達圖示與含義如表5所示。

表5 土壤質量地球化學綜合等級表達圖示與含義[14]

Table5Representationandmeaningofgeochemicalcomprehensivegradesofsoilquality[14]

4 土地質量地球化學評價及空間分布

4.1 土壤養(yǎng)分地球化學評價及空間分布

為了使農產品能獲得較高的產量，一些農民不合理或過量施用化肥現(xiàn)象時有發(fā)生。聯(lián)合國糧農組織( FAO) 統(tǒng)計數(shù)據顯示，中國水稻種植中氮肥施用量顯著高于世界平均氮肥施用量水平[16]。因此，開展土壤養(yǎng)分地球化學調查，客觀評價土壤養(yǎng)分豐缺現(xiàn)狀，提出合理的施肥建議是必要的。

圖2 研究區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級圖Fig. 2 Comprehensive geochemical grade map of soil nutrients in the study area

研究區(qū)面積為40.0 km2，扣除居民建設用地及水域面積后，實際參與評價的總面積約36.9 km2。土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級評價結果(圖2)顯示，研究區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級以三等(中等)土壤為主，面積為25.45 km2，占研究區(qū)評價總面積的68.98%，主要分布于研究區(qū)南部、西北部及中東部。二等(較豐富)土壤面積為6.88 km2，占研究區(qū)評價總面積的18.66%，主要分布于研究區(qū)東北部余家花屋一帶及來榜鎮(zhèn)周邊。一等(豐富)土壤零星分布，僅占研究區(qū)評價總面積的0.41%。研究區(qū)土壤養(yǎng)分雖以三等(中等)和二等(較豐富)土壤為主，但仍存在11.95%的四等(較缺乏)土壤和五等(缺乏)土壤，主要分布于研究區(qū)中西部沙尖一帶?？傮w上，研究區(qū)大量元素土壤養(yǎng)分條件一般。養(yǎng)分缺乏區(qū)少量分布，說明研究區(qū)部分土壤肥力狀況較差，需通過補肥滿足農業(yè)生產的需要。

4.2 土壤環(huán)境質量地球化學評價及空間分布

土壤環(huán)境質量地球化學綜合等級圖(圖3)顯示研究區(qū)以一等土壤(清潔)為主，面積為35.84 km2，占研究區(qū)總面積的97.14%；其次為二等土壤(輕微污染)，主要分布于研究區(qū)北部及南部羊河小學附近，面積為0.92 km2，占研究區(qū)評價總面積的2.49%；三等土壤(輕度污染)和四等土壤(中度污染)均零星分布，分別占研究區(qū)評價總面積的0.22%和0.15%，無五等土壤(重度污染)。

圖3 研究區(qū)土壤環(huán)境質量地球化學綜合等級圖Fig. 3 Comprehensive geochemical grade map of soil environmental quality in the study area

土地重金屬污染可能導致農作物減產甚至絕收[17]。土壤重金屬可以通過食物鏈被生物富集。由于土壤重金屬污染具有隱蔽性和生態(tài)危害滯后性，土壤重金屬污染往往不能及時引起重視，只有在發(fā)生了嚴重污染事件之后，人們才認識到重金屬污染的危害[18-19]。通過此次研究，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土壤環(huán)境地球化學綜合等級較好，這種優(yōu)質的土地資源能為該地區(qū)大力發(fā)展綠色農業(yè)奠定土地資源基礎。通過評價為該區(qū)綠色無公害農產品種植區(qū)劃及產業(yè)規(guī)劃提供了較好的依據。

4.3 土地質量地球化學評價及空間分布

將土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級與土壤環(huán)境地球化學綜合等級疊加，形成土壤質量地球化學綜合等級如圖4所示。

圖4 研究區(qū)土壤質量地球化學綜合等級圖Fig. 4 Soil quality geochemical grade map of the study area

由圖4可知，研究區(qū)以二等土壤(良好)為主，主要分布于研究區(qū)南部、中東部及西北部，面積為24.67 km2，占研究區(qū)評價總面積的66.87%；其次為一等土壤(優(yōu)質)，主要分布于研究區(qū)東北部余家花屋、中東部來榜鎮(zhèn)周邊及南部羊河小學附近，面積為6.85 km2，占研究區(qū)評價總面積的18.57%；三等土壤(中等)分布較分散，面積為4.6 km2，占研究區(qū)評價總面積的12.48%；四等土壤(差等)主要分布于沙尖西，面積為0.72 km2，占研究區(qū)評價總面積的1.94%；五等土壤(劣等)零星分布，僅占研究區(qū)評價總面積的0.14%。研究區(qū)土壤質量地球化學綜合等級評價總體較好，大部分地區(qū)區(qū)域均為優(yōu)質-中等土壤，差等土壤區(qū)和劣等土壤區(qū)零星分布。

通過評價，本次采集的10件灌溉水樣品中各元素含量均遠低于《GB 5084-2005 農田灌溉水質標準》[20]，如As、Pb、Zn、Cu、Cr6+等元素最大值分別為1.55 ug/L、1.23 ug/L、18.91 ug/L、2.02 ug/L、20.1 ug/L，其單指標環(huán)境地球化學等級均為一等灌溉水，表示灌溉水環(huán)境質量均符合標準。灌溉水綜合環(huán)境地球化學等級為一等，表明研究區(qū)灌溉水水質優(yōu)良。研究區(qū)為大別山區(qū)，本次工作未采集大氣干濕沉降樣品。在土壤質量地球化學綜合等級劃分的基礎上，疊加灌溉水環(huán)境地球化學綜合等級，形成了土地質量地球化學等級[14]，其評價結果及空間分布情況與土壤質量地球化學綜合等級結果一致。

4.4 硒豐缺評價

硒(Se)是人體必須的生命和健康元素，能提高人體免疫、促進淋巴細胞的增殖及抗體和免疫球蛋白的合成，增強免疫力，對腫瘤亦有明顯的抑制作用，缺Se則可能導致多種人畜疾病。富Se土壤已成為我國最為寶貴的土地資源，具有廣闊的開發(fā)應用前景，因此，對土壤富Se程度及富Se成因研究是非常有必要的[5-6]。

依據土壤養(yǎng)分元素Se等級劃分標準[14]，對研究區(qū)內土壤Se進行豐缺評價(圖5)。研究表明，研究區(qū)土壤Se豐缺狀況以邊緣為主，面積為26.69 km2，占研究區(qū)評價總面積的72.35%；Se適量土壤主要分布于西北角茶山一帶及東南部黃花村周邊地區(qū)，面積為8.09 km2，占研究區(qū)評價總面積的21.93%；較富(高)Se土壤零星分布在羊河小學、楊家屋、來榜鎮(zhèn)西北角，僅占研究區(qū)評價總面積的0.58%。無Se過剩土壤分布。綜上可知，研究區(qū)內土壤Se含量較缺乏。研究區(qū)位于大別山超高壓變質巖分布區(qū)，主要巖性為片麻巖，絕大多數(shù)表層土壤樣品達不到富Se土壤標準[21]，但區(qū)內采集的25組岳西翠蘭茶葉中有22組，即88%的樣品達到了富Se茶標準[22]，反映區(qū)內具有種植富硒茶的潛力。對研究區(qū)茶葉Se與土壤Se、土壤有效Se進行了相關分析[23]，茶葉Se與根系土Se全量相關系數(shù)為-0.61，呈顯著負相關，與土壤有效Se相關性不明顯，說明研究區(qū)岳西翠蘭土壤缺硒不是茶葉富硒的主要因素，可能是岳西翠蘭茶樹屬于對硒富集能力較強的植物，采集樣品的茶樹均生長周期較長，茶樹對Se產生了一定的累積效應。另外，茶葉所施的肥料中可能含有一定的硒，本次工作未對富硒茶樹所施肥料進行檢測。

圖5 研究區(qū)土壤Se元素豐缺現(xiàn)狀Fig. 5 Current status of soil selenium deficiency in the study area

5 結論

(1)岳西縣來榜地區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級總體以三等(中等)和二等(較豐富)土壤為主，中等以上土壤占研究區(qū)評價總面積的88.05%。土壤環(huán)境地球化學綜合等級評價以一等(清潔)土壤為主，占研究區(qū)評價總面積的97.14%，具有發(fā)展綠色農業(yè)的潛力。土壤質量地球化學綜合等級評價總體較好，大部分地區(qū)為優(yōu)質—良好區(qū)。

(2)岳西縣來榜地區(qū)灌溉水樣品單指標及綜合環(huán)境地球化學等級均為一等灌溉水，灌溉水水質優(yōu)良。土地質量地球化學等級評價結果與土壤質量地球化學綜合等級結果一致。

(3)岳西縣來榜地區(qū)土壤Se較缺乏，但88%的岳西翠蘭茶葉達到了富Se茶標準，翠蘭茶葉富Se的具體成因有待進一步研究。