貴州省赤水市耕(園)地土壤質量地球化學評價

唐婷婷，牟 軍，田文明，唐佐其，強希潤，王安華

(貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550081)

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成要素，也是人類賴以生存的自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源(趙慶令等，2016；黃子龍等，2019；周國華，2014)。作為土壤的物質基礎，土壤元素的構成及含量決定了土壤肥力和環(huán)境質量，影響著農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(王玉軍等，2017；李翠翠等，2014)。因此，查明土壤肥力和環(huán)境質量對發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和提高農(nóng)產(chǎn)品安全性具有重要意義。

赤水市山多地少，土地零碎，森林覆蓋率高，生態(tài)環(huán)境好，發(fā)展傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)投入較大，收入甚微，適于發(fā)展優(yōu)質、高效、安全的綠色農(nóng)產(chǎn)品(周國富，1996；楊飛等，2018)。本文以赤水市耕(園)地土壤為研究對象，分析土壤元素組成和分布特征，并對土壤元素養(yǎng)分狀況與土壤環(huán)境質量進行綜合研究，為區(qū)域土壤施肥、增加土壤肥力和發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省北部，地處黔北，緊連川南，為川黔邊貿(mào)紐帶、經(jīng)濟文化重鎮(zhèn)，是黔北通往巴蜀的重要門戶，素有“黔北門戶”之稱(謝遠堃，2018)。全市面積1 852 km2，人口約24.55萬。區(qū)內屬亞熱帶濕潤季風氣候，濕潤溫和，年均氣溫18.1℃，年均降雨量1 195.7 mm。區(qū)內以砂巖、泥巖為主，地形切割強烈，山高、坡陡、溝深。土壤以紫色土、黃壤為主，是貴州省紫色土集中分布區(qū)(廖小鋒等，2017；閆利會等，2012)?，F(xiàn)有耕(園)地24 431.8 hm2，人均不足0.053 hm2，土地資源彌足珍貴。

1.2 樣品采集

圖1 赤水市耕(園)地土壤采樣點分布圖

1.3 樣品測試

樣品分析測試由貴州省地礦局中心實驗室所承擔，測試分析過程嚴格按照生態(tài)地球化學評價樣品分析方法和技術要求進行，Cu、Zn、Pb、Mn、Ni、P、K采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定，Cd采用電感耦合等離子體質譜法測定，As、Hg采用原子熒光光譜法測定，B采用粉末發(fā)射光譜法測定，Mo采用離子體質譜法測定，有效態(tài)元素采用LY/T系列《森林土壤分析方法》測定。表層土壤以國家一級土壤標準物質(GBW 系列)進行準確度、精密度監(jiān)控。以49件(2%)重復樣和 114件(5%)重復分析來評定采樣和分析誤差。經(jīng)檢查，報出率、準確度、精密度及重復樣測試合格率均為100%。

1.4 土壤環(huán)境等級評價

依據(jù)規(guī)范(GB15618-2018)分類標準，對研究區(qū)單元素土壤環(huán)境進行分級，劃分為優(yōu)先保護、安全利用、嚴格管控類。以單元素土壤環(huán)境分級為基礎，以單元素中最差的級別作為該單元土壤環(huán)境綜合分級，以此方法評價土壤綜合環(huán)境質量。

1.5 土壤養(yǎng)分等級評價

依據(jù)規(guī)范(DZ/T 0295-2016)分級標準，對研究區(qū)土壤單元素養(yǎng)分進行分級，劃分為豐富、較豐富、中等、較缺乏、缺乏五個等級。在N、K、P養(yǎng)分等級劃分基礎上，按照下面公式計算土壤養(yǎng)分綜合得分/養(yǎng)綜：

式中，ki代表N、P、K權重系數(shù)，分別為0.4，0.3和0.3，i代表土壤N、P、K的單元素等級得分，養(yǎng)綜養(yǎng)綜代表土壤N、P、K評價總得分。根據(jù)得分結果，劃分豐富、較豐富、中等、較缺乏、缺乏五個等級。

1.6 土壤質量等級評價

在土壤環(huán)境綜合和養(yǎng)分綜合等級評價的基礎上，依據(jù)規(guī)范(DZ/T 0295-2016)中土壤質量綜合等級含義，對耕(園)地土壤質量綜合等級進行劃分，劃分為優(yōu)質、良好、中等、差等、劣等五個等級。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS21對土壤元素含量特征進行描述性統(tǒng)計，用GeoChem Studio、MapGIS軟件、土地質量地球化學調查與評價數(shù)據(jù)管理與維護(應用)子系統(tǒng)及Arcgis 10.2軟件繪制土壤養(yǎng)分等級評價圖、土壤環(huán)境等級評價圖、土壤質量等級評價圖。

2 結果與分析

2.1 土壤地球化學特征

土壤受生物、氣候、母質、地形、時間等自然因素和人類活動的影響，其化學組成呈現(xiàn)出明顯的時空變異性(張云霞等，2014)。對表層土壤pH、作物必需養(yǎng)分元素、重金屬元素進行統(tǒng)計分析，詳見表1。

表1 赤水市耕(園)地土壤養(yǎng)分和重金屬元素含量統(tǒng)計

2.2 土壤環(huán)境等級評價

根據(jù)重金屬土壤污染風險管控類型劃分標準，將赤水耕(園)地劃分為3個類型(表2)。赤水市耕(園)地土壤中，57.7%的Cd，超過99.8%的As、Cu、Hg、Zn，全部Pb、Cr、Ni元素屬于Ⅰ類優(yōu)先保護類；42.3%的Cd，低于0.2%的As、Cu、Hg、Zn屬于Ⅱ類安全利用類；本次調查顯示研究區(qū)尚無Ⅲ類嚴格管控類。各元素等級分布結果如圖3a-g，Pb、Cr、Ni元素Ⅰ類土壤全區(qū)覆蓋；Hg、As、Cu、Zn元素Ⅱ類土壤呈零星狀分布，Ⅰ類土壤在全區(qū)廣泛分布；Cd元素Ⅰ類土壤連片分布于東部、中部，Ⅱ類土壤主要分布于西部地區(qū)。

根據(jù)8種單元環(huán)境等級評價結果對赤水市土壤環(huán)境綜合等級進行評價。評價結果顯示(圖3i，表2)，赤水市土壤環(huán)境質量優(yōu)良，無Ⅲ類嚴格管控類。大部分地區(qū)屬于Ⅰ類優(yōu)先保護類，占總面積57.5%，其余地區(qū)屬于Ⅱ類安全利用類，占總面積42.5%。研究區(qū)Ⅱ類廣泛分布，主要受Cd含量的影響，其分布特征與Cd近似。區(qū)內工礦較少，Cd含量較高，可能受農(nóng)業(yè)活動主要包括化肥和農(nóng)藥的施用(LV et al.，2013；RODRíGUEZ MARTíN et al.，2006)的影響。

圖2 赤水市耕(園)地土壤酸堿度(pH)、養(yǎng)分等級圖

表2 赤水市耕(園)地土壤環(huán)境等級劃分

2.3 土壤養(yǎng)分等級評價

表3 赤水市耕(園)地土壤養(yǎng)分等級劃分

從空間分布看(圖2b-n)，赤水市耕(園地)土壤中養(yǎng)分元素豐缺分布不均。YXB、P、YXMo、OP、AN、AK、Mn元素全區(qū)較為缺乏，較豐富土壤呈稀疏星點狀分布；SOM、Mo在東部、中部較缺乏，在西部較豐富；K在西南部較缺乏，在北部較豐富。B主要以地質背景分布為主，較豐富土壤分布于東部及北部，為上侏羅系地層分布區(qū)。N在中部、東部較缺乏，西部較豐富；YXZn全區(qū)較為豐富，較缺乏土壤呈星點分布于中部、西部。

N、P、K通常被稱為植物生長發(fā)育的必需三要素，是重要的肥力因子(劉國棟等，2008)。根據(jù)N、K、P養(yǎng)分等級評價結果對養(yǎng)分綜合等級進行評價分析，結果顯示，赤水市耕(園)地土壤養(yǎng)分綜合等級以較缺乏為主，中等次之，分別占總面積的54.43%、40.27%，全市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布；豐富—較豐富等級占總面積的1.55%，呈星點狀分布(表3，圖3)。

2.4 土壤質量綜合評價

結合土壤環(huán)境綜合、養(yǎng)分綜合評價結果，對赤水市耕(園)地土壤質量進行綜合評價分析。結果顯示(圖4)，赤水市耕(園)地土壤質量綜合等級以中等為主，占總面積76.81%，全市分布；土壤質量優(yōu)良率為19.43%，主要分布北部、東部。差等占總面積3.76%，分布于赤水中部，無劣等土壤分布。由于赤水市耕(園)地土壤養(yǎng)分綜合以中等以下為主，土壤環(huán)境綜合Ⅱ類安全利用類占總面積42.5%，因此造成區(qū)內土壤質量以中等為主。

3 討論與建議

赤水市耕(園)地土壤pH平均值為5.49，為偏酸性土壤。除受成土母質影響外，赤水市屬中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，其風化淋溶較強，鹽基易淋失，導致土壤普遍偏酸性。

圖3 赤水市耕(園)地土壤環(huán)境等級評價

圖4 赤水市耕(園)地土壤質量等級評價

赤水市養(yǎng)分含量總體較低，除YXZn外，其余元素均較缺乏。赤水市氣候炎熱，多雨，地形切割強烈，利于土壤中元素遷移，容易造成營養(yǎng)物質的流失，這可能是區(qū)內耕(園)地養(yǎng)分元素含量整體較低的原因。而區(qū)內磷最為缺乏，僅為全國背景值的1/50，可能是由于酸性土壤中鐵、鋁活性高，與磷形成難溶性的鐵磷和鋁磷，甚至有效性更低的閉蓄態(tài)磷，使土壤磷和施入土壤中的肥料磷絕大部分轉化為固定態(tài)磷，致使絕大多數(shù)的酸性土壤與植物性土壤都缺磷(張祥等，2013；靖彥等，2013；黃靜等，2014)。

總體而言，赤水市耕(園)地土壤呈酸性，土壤環(huán)境質量優(yōu)良，養(yǎng)分含量低，建議根據(jù)土壤、氣候、作物特點配方施肥，增加施用草木灰、禽畜、糞便等有機肥，促進生態(tài)平衡，提高農(nóng)產(chǎn)品質量，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)(逯漢寧，2017；于小俸等，2013)。

4 結論

(1)赤水市耕(園)地土壤pH平均值為5.49，為偏酸性土壤。

(2)土壤環(huán)境等級評價結果表明，土壤環(huán)境質量優(yōu)良，無重金屬超標現(xiàn)象。土壤中57.7%的Cd和超過99.8%的As、Cu、Hg、Zn屬于優(yōu)先保護類，42.3%的Cd和低于0.2%的As、Cu、Hg、Zn屬于安全利用類，另外三種重金屬土壤都屬于優(yōu)先保護類。

(3)土壤養(yǎng)分等級評價結果表明，環(huán)境養(yǎng)分整體較缺乏，除YXZn、N元素外，其余11種養(yǎng)分元素以較缺乏—缺乏等級為主，其中P、B、Mn最為缺乏，缺乏等級比例均超過61%。

(4)土壤質量等級評價結果顯示，赤水市耕(園)地土壤質量以中等為主，占總面積76.81%；優(yōu)良率為19.43%。差等比例為3.76%，無劣等土壤分布。

(5)赤水市耕(園)地土壤呈酸性，環(huán)境質量優(yōu)良，養(yǎng)分含量低，應增施草木灰、禽畜、糞便等有機肥，增加土壤肥力，提高農(nóng)產(chǎn)品質量，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)。