貴州1∶5萬(wàn)耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)方法技術(shù)

任明強(qiáng)，冷洋洋，周爾春，蔡大為，李龍波，張美雪

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2.貴州省自然資源廳)

1 概述

貴州是我國(guó)沒(méi)有平原支撐的內(nèi)陸省份，是一個(gè)喀斯特地貌廣泛發(fā)育、地表起伏懸殊、切割強(qiáng)烈的亞熱帶高原山區(qū)。山地丘陵占國(guó)土面積的92.5%，耕地僅占25.64%，素有“八山一水一分田”之說(shuō)(貴州省自然資源廳，2018)。貴州為加快推進(jìn)貴州現(xiàn)代山地特色高效農(nóng)業(yè)發(fā)展，樹(shù)立綠色農(nóng)產(chǎn)品品牌，部署了“貴州省耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)”工程，成果為全省各地因地制宜地發(fā)展現(xiàn)代山地特色高效農(nóng)業(yè)提供科學(xué)依據(jù)。為高質(zhì)量完成這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的調(diào)查評(píng)價(jià)系統(tǒng)工程，方法技術(shù)總體遵循原國(guó)土資源部《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)(中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部，2016)的基本原則和要求，對(duì)調(diào)查評(píng)價(jià)中介質(zhì)樣點(diǎn)布設(shè)、耕地地球化學(xué)質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行探索、調(diào)整和創(chuàng)新。

2 耕地基本情況

本次調(diào)查評(píng)價(jià)的核心對(duì)象是耕地，同時(shí)函蓋了園地(果園、茶園)，以及通過(guò)整治可能成為新增耕地的裸地和廢棄工礦用地，調(diào)查總面積519.27萬(wàn)公頃。根據(jù)貴州省第二次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查成果統(tǒng)計(jì)，全省耕地面積454.84萬(wàn)公頃，其中，旱地、水田、水澆地面積分別為328.24萬(wàn)公頃、125.44萬(wàn)公頃、1.16萬(wàn)公頃，果園面積8.14萬(wàn)公頃、茶園面積4.60萬(wàn)公頃，裸地面積48.04萬(wàn)公頃，廢棄工礦用地面積3.65萬(wàn)公頃。全省耕地面積占本次調(diào)查面積的87.59%，而耕地中旱地面積占比達(dá)72.17%，是貴州農(nóng)業(yè)種植的主要地類。

受特殊地質(zhì)背景和自然地理環(huán)境條件限制，山多地少，地塊破碎，全省25°以上的坡耕地占全省耕地面積的18%，耕地圖斑零碎，全部耕地涉及圖斑3255052個(gè)。從全省88個(gè)縣(市、區(qū)、特區(qū))耕地墾殖指數(shù)來(lái)看，最高為41.37%，最低僅9.04%，分布零散，連續(xù)性差，500畝以上壩區(qū)耕地面積41.20萬(wàn)公頃，僅占全省耕地面積的9.06%，耕地山地特點(diǎn)突出。耕地資源以坡塝田土為主(汪汾，等，1994)，耕層較淺，水肥容量不高，養(yǎng)分含量較低，生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱，壩地少，水肥條件較好，耕地資源寶貴。耕地土壤殘坡積母質(zhì)占絕大多數(shù)(汪汾，等，1994)，土壤中主要養(yǎng)分N、P、K，微量元素Cu、Mn、B、Zn、Mo等，與區(qū)域內(nèi)復(fù)雜多樣而性質(zhì)不同的成土母巖(母質(zhì))密切相關(guān)，不同母巖(母質(zhì))背景耕地土壤地球化學(xué)特征差異顯著。

3 工作思路

在“貴州省耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)領(lǐng)導(dǎo)小組”的領(lǐng)導(dǎo)下，以問(wèn)題和需求為導(dǎo)向，針對(duì)全省的耕地，遵循現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的基本原則和要求，結(jié)合貴州山地耕地實(shí)際和存在問(wèn)題，創(chuàng)新工作方法，依照“五統(tǒng)一”，即采樣方法統(tǒng)一、分析檢測(cè)方法統(tǒng)一、評(píng)價(jià)方法統(tǒng)一、圖件編制統(tǒng)一和報(bào)告編制統(tǒng)一的原則，重點(diǎn)圍繞服務(wù)貴州山地特色高效農(nóng)業(yè)發(fā)展，充分發(fā)揮省屬國(guó)有地勘單位專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，集中力量在全國(guó)率先完成“貴州山地耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)”。

4 技術(shù)路線

充分收集全省自然地理、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等方面的基礎(chǔ)資料，結(jié)合評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)存在的各種耕地質(zhì)量地球化學(xué)問(wèn)題，對(duì)影響耕地球化學(xué)質(zhì)量的各種因素和調(diào)查評(píng)價(jià)需重點(diǎn)解決的問(wèn)題展開(kāi)預(yù)研究。運(yùn)用現(xiàn)代生態(tài)地球化學(xué)理論和方法，劃分調(diào)查評(píng)價(jià)單元，運(yùn)用“3S”技術(shù)開(kāi)展野外調(diào)查和采樣，運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)方法進(jìn)行多介質(zhì)的樣品分析測(cè)試。依據(jù)影響耕地土壤質(zhì)量的營(yíng)養(yǎng)元素、環(huán)境元素及化合物、理化性質(zhì)等指標(biāo)含量，以影響耕地質(zhì)量的土壤養(yǎng)分指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)為主，以大氣干濕沉降物、灌溉水環(huán)境指標(biāo)為輔，綜合考慮與耕地利用有關(guān)的各種因素，以實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)。以調(diào)查、評(píng)價(jià)成果為基礎(chǔ)，建立貴州“智慧耕地”數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件平臺(tái)。

貴州耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 貴州耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)工作流程圖

5 方法技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新

5.1 遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

5.2 方法技術(shù)創(chuàng)新

根據(jù)任務(wù)要求，貴州省耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)工作精度為1∶50000比例尺，調(diào)查主要對(duì)象為耕地，覆蓋全省范圍，以縣級(jí)行政區(qū)為單元，函蓋100個(gè)現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)示范園區(qū)、20個(gè)極貧鄉(xiāng)鎮(zhèn)和51個(gè)萬(wàn)畝大壩等重點(diǎn)區(qū)域?qū)ｍ?xiàng)調(diào)查。在這一精度上，以縣為單元，突出重點(diǎn)地展開(kāi)全省耕地全覆蓋的調(diào)查評(píng)價(jià)工作，在國(guó)內(nèi)尚屬首次，加之貴州耕地特點(diǎn)既不同于北方平原地區(qū)，又有別于東部丘陵地區(qū)，因此，在一些調(diào)查評(píng)價(jià)的方法技術(shù)上，需要結(jié)合貴州耕地實(shí)際情況探索、完善。

5.2.1 耕地表層土壤樣品布設(shè)

耕地表層土壤樣品布設(shè)中樣點(diǎn)代表性和區(qū)域連續(xù)性是樣品布設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。樣點(diǎn)布設(shè)采用“網(wǎng)格加耕地圖斑”，以1 km2網(wǎng)格(正方形大格)為編號(hào)單元，按大格方里網(wǎng)內(nèi)分成333.3×333.3 m的9個(gè)正方形布設(shè)采樣小格，規(guī)定小格內(nèi)耕地、園地(含果園、茶園)圖斑面積≥1/2小格(約83畝)的應(yīng)布設(shè)采樣點(diǎn)，相鄰小格之間的耕地圖斑面積之和≥1/2小格(約83畝)應(yīng)布設(shè)采樣點(diǎn)控制，樣點(diǎn)布設(shè)注重代表性。對(duì)于現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)示范園區(qū)，若小格內(nèi)耕地、園地(含果園、茶園)圖斑面積≥1/3小格(約55畝)應(yīng)布設(shè)采樣點(diǎn)。對(duì)于面積>4 km2的集中連片林地分布區(qū)，雖有個(gè)別孤立的圖斑滿足布樣要求，不布設(shè)采樣點(diǎn)，但對(duì)于插花狀分布在耕地之間的土地(含林地)面積≤4 km2，為保持區(qū)域調(diào)查評(píng)價(jià)的完整性，至少布設(shè)1件樣品。對(duì)于面積≤4 km2石漠化分布區(qū)，雖有個(gè)別孤立的圖斑滿足采樣要求，但無(wú)特色農(nóng)業(yè)種植分布，不再布設(shè)點(diǎn)位。

5.2.2 土壤剖面及成土母巖樣品布設(shè)

土壤剖面與成土母巖樣品布設(shè)目的是分析評(píng)價(jià)區(qū)重要的生態(tài)地球化學(xué)問(wèn)題，布設(shè)的關(guān)鍵在于對(duì)第一階段表層土壤的元素地球化學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，通過(guò)分析，判定評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)需要解決的重要生態(tài)地球化學(xué)問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題，選擇代表性區(qū)域進(jìn)行布設(shè)。每個(gè)土壤垂向剖面的布設(shè)原則上與成土母巖、農(nóng)作物種植相結(jié)合，形成一個(gè)土壤重要元素成因來(lái)源、遷移轉(zhuǎn)化與控制因素的完整剖面，剖面深度原則上以見(jiàn)到成土母巖為準(zhǔn)。每個(gè)剖面按腐植層(耕層)、淋溶層、淀積層和母質(zhì)層分層采樣，并對(duì)應(yīng)采集成土母巖。

5.2.3 灌溉水、大氣干濕沉降物、土壤有機(jī)污染物樣品布設(shè)

采用平均網(wǎng)度，較大密度地布設(shè)灌溉水、大氣干濕沉降物、土壤有機(jī)污染物樣品，既不符合貴州山地耕地?cái)?shù)量少、零散、植被覆蓋率高的實(shí)際情況，也不經(jīng)濟(jì)。工作中，采用調(diào)查精度與調(diào)查重點(diǎn)相結(jié)合，在縣級(jí)評(píng)價(jià)單元內(nèi)以壩區(qū)、現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)示范園區(qū)等重要的農(nóng)業(yè)種植區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，在區(qū)域上各縣級(jí)單元樣點(diǎn)布設(shè)兼顧全省的系統(tǒng)性。

5.2.4 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分中N、P、K權(quán)重系數(shù)調(diào)整

5.2.5 耕地土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)評(píng)價(jià)

現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施時(shí)，《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 代替GB15618-1995)(中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部，2018)尚未發(fā)布，仍沿用國(guó)家《土地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)(中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局，1995)，Cd、Hg、Pb、As、Cr、Cu、Ni、Zn，以及六六六、滴滴涕的環(huán)境質(zhì)量等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)值相同于GB15618-1995中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，土壤環(huán)境質(zhì)量劃分為清潔、輕微污染、輕度污染、中度污染和重度污染五個(gè)等級(jí)(中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部，2016)。2018年8月1日，新的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)發(fā)布實(shí)施，工作中，參照生態(tài)環(huán)境部《農(nóng)用地土壤環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定(試行)》(中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部，2018)，規(guī)定了土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

以土壤中TCd、THg、TPb、TAs、TCr含量(Ci)對(duì)照GB15618—2018中篩選值(Si)和管制值(Gi)，分Ci≤Si、SiGi三個(gè)含量區(qū)間，將土壤環(huán)境質(zhì)量對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)劃分為優(yōu)先保護(hù)、安全利用和嚴(yán)格管控三個(gè)類別；以土壤中TCu、TNi、TZn、六六六、滴滴涕含量(Ci)對(duì)照(GB15618—2018)中的篩選值(Si)，分Ci≤Si和Ci>Si二個(gè)含量區(qū)間，將土壤環(huán)境質(zhì)量對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)劃分為優(yōu)先保護(hù)、安全利用兩個(gè)類別；綜合環(huán)境元素或指標(biāo)單項(xiàng)評(píng)價(jià)形成評(píng)價(jià)單元的土壤環(huán)境質(zhì)量類別，評(píng)價(jià)單元土壤環(huán)境質(zhì)量類別按照級(jí)別優(yōu)先選擇風(fēng)險(xiǎn)等別較高的單項(xiàng)指標(biāo)類別進(jìn)行劃定；局部區(qū)域可利用農(nóng)產(chǎn)品安全性和土壤重金屬的活性適當(dāng)調(diào)整耕地土壤環(huán)境質(zhì)量類別。

5.2.6 耕地土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)

由于土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)由原來(lái)的五個(gè)等級(jí)減少為三個(gè)類別，使耕地土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)的劃分及含義有所變化，耕地土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分及含義需要對(duì)應(yīng)調(diào)整。結(jié)合耕地土壤環(huán)境質(zhì)量類別進(jìn)行的耕地土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分見(jiàn)表1，不同等級(jí)具有不同含義，一等為優(yōu)質(zhì)，表明土壤環(huán)境無(wú)風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)可忽略，土壤養(yǎng)分豐富至較豐富；二等為良好，表明土壤環(huán)境無(wú)風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)可忽略，土壤養(yǎng)分中等；三等為中等，表明土壤環(huán)境無(wú)風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)可忽略，土壤養(yǎng)分較缺乏或土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可控，土壤養(yǎng)分豐富至較缺乏；四等為差等，表明土壤環(huán)境無(wú)風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)可忽略，土壤養(yǎng)分缺乏或土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可控，土壤養(yǎng)分缺乏；五等為劣等，表明土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大，土壤養(yǎng)分豐富至缺乏。

表1 耕地土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分

6 關(guān)于方法技術(shù)的幾個(gè)問(wèn)題討論

6.1 方法技術(shù)的可靠性問(wèn)題

目前，全省88個(gè)縣(市、區(qū)、特區(qū))縣級(jí)耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)工作已全面完成，從元素的地球化學(xué)分布來(lái)看，不論是養(yǎng)分元素、環(huán)境元素，亦或是特色元素，都反映了貴州成土母巖(母質(zhì))的基本狀況，說(shuō)明樣點(diǎn)布設(shè)在局部是具有代表性的，在區(qū)域上是連續(xù)的、系統(tǒng)的。從發(fā)現(xiàn)的局部一些地區(qū)耕地土壤養(yǎng)分K素缺乏，P素較缺乏，耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量有所下降，局部區(qū)域耕地土壤環(huán)境質(zhì)量主要受Cd元素的影響，以及全省耕地土壤酸化趨有所加劇等生態(tài)地球化學(xué)問(wèn)題來(lái)看，是客觀的。從耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)成果應(yīng)用調(diào)研結(jié)果來(lái)看，耕地土壤地球化學(xué)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果符合各地區(qū)耕地土壤的實(shí)際情況，說(shuō)明貴州耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)工作的方法技術(shù)是適當(dāng)?shù)摹?/p>

6.2 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值問(wèn)題

王玉軍等研究認(rèn)為(王玉軍等，2013)，環(huán)境元素地質(zhì)高背景值的土壤，不符合土壤污染的特征要素，不能歸入土壤污染范圍，采用標(biāo)準(zhǔn)限值評(píng)價(jià)夸大了土壤污染情況，以保護(hù)土壤資源自身為目的，一些研究中以地球化學(xué)方法中背景值為依據(jù)，以背景值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差為限值進(jìn)行評(píng)價(jià)(周國(guó)華等，2004)。以貴州某地耕地土壤鎘元素環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)為例，分別以現(xiàn)行土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值和地球化學(xué)背景值為依據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示(圖2)，以背景值評(píng)價(jià)比標(biāo)準(zhǔn)值評(píng)價(jià)在嚴(yán)格管控類耕地面積上減少了55.28%，從這一地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品安全性評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，符合區(qū)域?qū)嶋H情況。如何客觀評(píng)價(jià)喀斯特地區(qū)耕地土壤質(zhì)量，土壤Cd元素環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值問(wèn)題是需要深入研究的重要問(wèn)題。

6.3 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)耕地土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)影響問(wèn)題

圖2 貴州某地Cd元素不同風(fēng)險(xiǎn)管制值土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

6.4 利用農(nóng)產(chǎn)品安全性評(píng)價(jià)協(xié)同調(diào)整土壤環(huán)境質(zhì)量類別問(wèn)題

現(xiàn)行國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，更加注重土壤對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量的影響，本次調(diào)查評(píng)價(jià)中雖然提出了利用農(nóng)產(chǎn)品安全性和土壤重金屬活性適當(dāng)調(diào)整耕地土壤環(huán)境質(zhì)量類別的技術(shù)要求，但在調(diào)查評(píng)價(jià)之前并不了解嚴(yán)格管控類耕地的分布范圍，從而使農(nóng)產(chǎn)品樣品布設(shè)與調(diào)整范圍并不配套，協(xié)同調(diào)整可操作性差。從調(diào)查評(píng)價(jià)成果來(lái)看，在嚴(yán)格管控區(qū)內(nèi)，一些農(nóng)產(chǎn)品并未出現(xiàn)安全問(wèn)題，或出現(xiàn)安全問(wèn)題的比例低，說(shuō)明有依據(jù)地進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量類別調(diào)整是必要的，但如何調(diào)整更有利于區(qū)域耕地資源的合理利用，還需要進(jìn)行廣泛深入研究，并制定相應(yīng)的技術(shù)細(xì)則。