承德市1∶5萬灤河幅土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)

李健，衛(wèi)曉鋒，劉衛(wèi)，張曉敏，孫厚云, ，賈鳳超，李多杰

（1.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100012；2.承德華勘五一四地礦測(cè)試研究有限公司，承德 067000；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083）

0 引言

土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，主要是利用已有區(qū)域地質(zhì)、水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查資料，開展與土地質(zhì)量相關(guān)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境要素調(diào)查，它在保障國(guó)家糧食安全、耕地保護(hù)、生態(tài)文明建設(shè)、發(fā)展特色農(nóng)業(yè)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等諸多方面都發(fā)揮了重要作用（Xia et al,2014,2017;王京彬等,2020;鄭雄偉等,2020;劉陽等,2020;龔慶杰等,2020;劉國(guó)棟等,2020;葉翠和肖衛(wèi)東,2020）。

承德市地處“四河源頭、兩庫上游、沙區(qū)前沿”，在京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略中地位獨(dú)特，作為京津冀水源涵養(yǎng)功能區(qū)，部署土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作，科學(xué)量化土地質(zhì)量，為統(tǒng)籌安排京津冀的國(guó)土空間布局和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，是服務(wù)國(guó)家京津冀一體化協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的需要。在承德市選擇重點(diǎn)工作區(qū)開展土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，進(jìn)行土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)，查明工作區(qū)特色耕地資源分布，為當(dāng)?shù)靥厣恋刭Y源的開發(fā)利用，提升特色農(nóng)產(chǎn)品價(jià)值提供依據(jù)，支撐服務(wù)貧困地區(qū)脫貧攻堅(jiān)的戰(zhàn)略部署（殷志強(qiáng)等,2020;衛(wèi)曉鋒等,2020a）。本文以1∶5萬灤河幅土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)為例，按照中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）的技術(shù)要求，評(píng)價(jià)養(yǎng)分及有益元素豐缺狀況、土壤環(huán)境清潔程度，并劃分土地質(zhì)量等級(jí)，提出了特色農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃建議，為灤河幅地區(qū)土地資源的開發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

承德市地處河北省東北部，范圍介于北緯40°12′～42°37′，東經(jīng)115°54′～119°15′。該地區(qū)常年平均氣溫為8.0 ℃，多年平均降雨量505.2 mm，其中70%～80%集中在每年的7—9月份，多年平均蒸發(fā)量1589 mm，常年日照時(shí)數(shù)為2638.8 h。工作區(qū)位于灤河支流伊遜河流域，伊遜河自北向南流經(jīng)工作區(qū)（孫厚云等,2019）。

研究區(qū)位于燕山山脈中低山區(qū)，海拔高程466～1162 m，相對(duì)高差696 m，地形西北高東南低，南坡面積多于北坡面積，河谷階地海拔較低，地勢(shì)平坦。地形地貌直接影響調(diào)查區(qū)的氣候、水文、土壤、植被等自然因素。根據(jù)承德地區(qū)土壤類型分布情況，工作區(qū)土壤類型主要為棕壤土、潮土、粗骨土和褐土4種類型（孫厚云等,2019）。土地利用類型主要為林地、草地，耕地、建筑用地，主要分布在河谷階地海拔較低地勢(shì)平坦地區(qū)。

2 樣品采集與測(cè)試

工作區(qū)主要土地類型為草地、水澆地、林地和園地，土壤樣品采集密度以《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）①為基礎(chǔ)，按照500 m×500 m網(wǎng)格化方式，采用網(wǎng)格和土地利用類型圖斑相結(jié)合的樣點(diǎn)布設(shè)方案，采集表層土壤樣品點(diǎn)，工作區(qū)總面積402.6 km2，采樣密度根據(jù)土地利用類型的不同控制在4～16個(gè)點(diǎn)/km2，共采集土壤樣品2069件，其中重采樣72件，平均樣品密度為5.14個(gè)點(diǎn)/km2，對(duì)于耕地密集連片地區(qū)，樣品密度進(jìn)行了適當(dāng)加密，樣點(diǎn)要最大限度地代表區(qū)域內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量的狀況，調(diào)查區(qū)采集的土壤樣品分布圖見圖1。

圖1 灤河幅調(diào)查區(qū)采樣點(diǎn)分布圖

樣品分析測(cè)試工作由承德華勘五一四地礦測(cè)試研究有限公司承擔(dān)，測(cè)試元素有N、P、V、Cr、Ni、Zn、K2O、Mn、B、Ge、I、F、As、Hg、Co、Cu、Mo、Cd、Pb、Sb、Se、有機(jī)質(zhì)（SOM）、pH、速效鉀（SXK）、速效磷（SXP）、堿解氮（YXN）共26項(xiàng)指標(biāo)，樣品分析以X熒光、ICP-MS和ICP-OES為主，以GF-AAS、ES、AFS、POL等分析方法相結(jié)合，各分析方法檢出限、報(bào)出率、精密度、準(zhǔn)確度、重復(fù)性檢驗(yàn)及異常點(diǎn)抽查等質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求。

3 評(píng)價(jià)方法與數(shù)據(jù)處理

土壤養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)、土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)與土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分的最小空間單位為評(píng)價(jià)單元（劉亮等,2020）。本次研究采用土地利用類型三調(diào)圖斑作為最小評(píng)價(jià)單元，在土地利用類型三調(diào)圖斑分類的基礎(chǔ)上，按《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）等技術(shù)要求執(zhí)行。將本次工作所獲的土壤元素含量等級(jí)計(jì)算評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為土壤質(zhì)量地球化學(xué)等級(jí)。

數(shù)據(jù)處理采用的是中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心研發(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)軟件繪制評(píng)價(jià)類圖件，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)各個(gè)元素評(píng)價(jià)等級(jí)的面積及百分比，最后在ArcGIS軟件上面處理成圖。

4 灤河幅土壤養(yǎng)分元素地球化學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果

4.1 土壤養(yǎng)分元素地球化學(xué)評(píng)價(jià)

土壤養(yǎng)分是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，與植物生長(zhǎng)密切相關(guān)，影響著農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的維持及其生態(tài)功能的發(fā)揮（衛(wèi)曉鋒等,2020b;孫厚云等,2020）。根據(jù)土壤養(yǎng)分元素分級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1），灤河幅工作區(qū)土壤中氮元素含量主要以三等（中等）和四等（較缺乏）為主，氮元素含量豐富（一等）的土壤主要分布在紅石砬村南部地區(qū)、靳家溝門村南部地區(qū)和金雞溝村北部地區(qū)，氮元素含量缺乏（五等）的土壤主要分布在宮后村周邊地區(qū)、周臺(tái)子村東部地區(qū)和西井溝村東北部地區(qū)；磷元素含量總體以三等（中等）和四等（較缺乏）為主，二者占比超過60%，土壤磷元素含量豐富（一等）和含量缺乏（五等）的地區(qū)呈零星分布；鉀元素含量總體為豐富（一等）和較豐富（二等），二者合計(jì)占比超過90%，含量缺乏（五等）的土壤呈零星分布，含量豐富的地區(qū)主要在灤河幅工作區(qū)的東南部地區(qū)；有機(jī)質(zhì)含量主要以三等（中等）和四等（較缺乏）為主，含量豐富（一等）的地區(qū)主要分布在紅石砬村南部地區(qū)、靳家溝門村南部地區(qū)和金雞溝村北部地區(qū)。

表1 灤河幅地區(qū)土壤養(yǎng)分元素地球化學(xué)評(píng)價(jià)等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》，在氮、磷、鉀有機(jī)質(zhì)土壤養(yǎng)分單元素指標(biāo)等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上來進(jìn)行土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：灤河幅工作區(qū)土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)以中等（三等）為主，總面積約為219.51 km2，占圖幅面積的54.52%；其次是養(yǎng)分較豐富（二等）土壤，面積約為105.24 km2，占圖幅面積的26.14%；土壤養(yǎng)分較缺乏（四等）較少，總面積約為60.30 km2，占圖幅面積的14.98%；養(yǎng)分豐富（一等）和缺乏（五等）的土壤僅零星存在，面積所占比例合計(jì)約為4.36%（圖2）。從數(shù)據(jù)分析結(jié)果（表1）可知該地區(qū)土壤養(yǎng)分中的氮元素、磷元素和有機(jī)質(zhì)（SOM）、速效磷（SXP）都比較缺乏，而堿解氮（YXN）、速效鉀（SXK）相對(duì)較豐富，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中根據(jù)地力水平可以適當(dāng)調(diào)整氮磷鉀肥的施肥比重，做到有針對(duì)性的科學(xué)施肥來達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。

圖2 灤河幅土地養(yǎng)分地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)圖

微量元素對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)具有重要作用，特別是硒鍺等有益微量元素的表生帶地球化學(xué)循環(huán)具有重要的生態(tài)服務(wù)價(jià)值（張玉明等,2020;龍宣霖等,2020）。研究區(qū)土壤有益微量元素方面，土壤硒元素含量豐富（一等）的總面積約為6.64 km2，占圖幅面積的1.65%，主要分布在藍(lán)旗村東南部地區(qū)以及營(yíng)后村西部地區(qū)、凡西營(yíng)村北部地區(qū)；土壤鍺元素含量豐富（一等）的總面積約為5.55 km2，占圖幅面積的1.38%，主要分布在西井溝村西北部地區(qū)以及金雞溝村東北部地區(qū)；土壤錳元素含量豐富（一等）的總面積為185.45 km2，占圖幅面積的46.06%，主要分布在東營(yíng)子村南部的絕大部分地區(qū)以及藍(lán)旗村西南部地區(qū)；土壤鉬元素含量豐富（一等）的總面積約為118.56 km2，占圖幅面積的29.45%，主要分布在王營(yíng)子村南部地區(qū)以及付營(yíng)子村南部地區(qū)、藍(lán)旗村北部地區(qū)；土壤養(yǎng)分銅元素含量豐富（一等）的總面積約為79.11 km2，占圖幅面積的19.65%，主要分布在肖店村北部地區(qū)、藥王廟村東南部地區(qū)以及羊草溝門村東北部地區(qū)；土壤養(yǎng)分鋅元素含量豐富（一等）的總面積約為143.41 km2，占圖幅面積的35.62%，主要分布在勒家溝門村南部地區(qū)、王營(yíng)子村東南部地區(qū)以及付營(yíng)子村南部地區(qū)、宋營(yíng)村東南部地區(qū)、藍(lán)旗村東部地區(qū)（表1）。承德地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展成果豐碩，先后被評(píng)為“中國(guó)國(guó)光蘋果之鄉(xiāng)”、“中國(guó)熱河黃芩之鄉(xiāng)”、“首都重要菜籃子基地”等。灤河幅地區(qū)土壤微量元素含量豐富，可為發(fā)展特色農(nóng)業(yè)、名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品種植和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供寶貴的土地資源。

4.2 土壤環(huán)境地球化學(xué)評(píng)價(jià)

土壤酸堿度是土壤最重要的化學(xué)性質(zhì)，因?yàn)樗峭寥栏鞣N化學(xué)性質(zhì)的綜合反映，它與土壤微生物的活動(dòng)、有機(jī)質(zhì)的合成和分解、各種營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與釋放及有效性、土壤保持養(yǎng)分的能力都有關(guān)系（王淑芳等,2011）。土壤酸堿度對(duì)土壤養(yǎng)分有效性有重要影響，在pH值范圍為6～7的微酸條件下，土壤養(yǎng)分有效性最高，最有利于植物生長(zhǎng)。

酸堿度分級(jí)結(jié)果顯示（表2、圖3），調(diào)查區(qū)土壤以中性為主，中性所占面積為185.31 km2，其比例為46.03%，堿性地塊面積為90.76 km2，占調(diào)查區(qū)的22.54%，酸性地塊面積為111.36 km2，占調(diào)查區(qū)的27.66%，調(diào)查區(qū)強(qiáng)堿性、強(qiáng)酸性土壤分別僅為8.62 km2和6.65 km2（圖3）。

表2 灤河幅土壤酸堿度地球化學(xué)等級(jí)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

圖3 灤河幅土壤酸堿度（pH）評(píng)價(jià)等級(jí)圖

參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范（DZ/T 0295—2016）》①相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析測(cè)試了砷、鎘、汞、鉛、鉻等8項(xiàng)土壤重金屬指標(biāo)。按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》要求，對(duì)調(diào)查區(qū)農(nóng)用地Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn八項(xiàng)重金屬元素進(jìn)行單指標(biāo)豐缺分級(jí)，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表3。

研究區(qū)土壤中砷、鉛、銅元素污染分級(jí)結(jié)果如表顯示（表3），調(diào)查區(qū)這3種重金屬均不超標(biāo)。鉻、汞、鎘、鎳、鋅污染分級(jí)結(jié)果如顯示（表3），調(diào)查區(qū)土壤鉻、汞、鎘、鎳、鋅存在局部輕微-輕度污染，各重金屬元素污染面積合計(jì)分別為12.68 km2、0.59 km2、12.41 km2、0.89 km2、3.79 km2，所占比例分別為3.15%、0.15%、3.08%、6.18%、0.94%。鉻元素存在重度污染面積2.39 km2，主要分布在羊草溝門村東南部地區(qū)，其余面積均為清潔土地。

表3 灤河幅土壤環(huán)境元素評(píng)價(jià)等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》，在Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn八項(xiàng)重金屬元素進(jìn)行單指標(biāo)豐缺等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，再結(jié)合土壤pH分級(jí)等級(jí)來進(jìn)行土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：該地區(qū)土壤環(huán)境綜合等級(jí)以輕度污染（三等）為主，總面積為185.04 km2，占圖幅面積的45.96%；其次為土壤環(huán)境綜合等級(jí)呈中度污染（四等），總面積約為109.18 km2，占圖幅面積的27.12%；土壤環(huán)境綜合等級(jí)呈輕微污染（二等）的總面積約為22.76 km2,占圖幅面積的22.76%；土壤環(huán)境綜合等級(jí)為一等（清潔）和五等（重度污染）的土壤較少，呈零星分布，面積分別為7.72 km2、9.05 km2，占比分別為1.92%、2.25%。該地區(qū)土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)較高（呈現(xiàn)污染）的原因主要為該地區(qū)土壤酸堿度主要為酸性導(dǎo)致的，就土壤重金屬而言，該地區(qū)存在重金屬污染的土地較少（圖4）。

圖4 灤河幅土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)圖

4.3 土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)

根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》，土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)由研究區(qū)的土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)與土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)疊加產(chǎn)生，該地區(qū)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)為一等（優(yōu)質(zhì)）的總面積約為0.22 km2，占圖幅面積的0.06%；二等（良好）的土壤總面積約為1.71 km2，占圖幅面積的0.43%；三等（中等）的總面積約為95.81 km2，占圖幅面積的23.80%；四等（差等）的總面積約為186.23 km2，占圖幅面積的46.36%；五等（劣等）的總面積約為118.23 km2，占圖幅面積的29.23%（表4，圖5）。

表4 灤河幅土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

圖5 灤河幅土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)圖

5 結(jié)論與建議

（1）研究區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分總體較缺乏，建議在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的施肥過程中適量的增加磷肥和有機(jī)肥的施用，以達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。

（2）研究區(qū)內(nèi)土壤微量元素含量豐富，灤河幅地區(qū)可以根據(jù)土壤鋅、錳、鍺、硒等微量元素的分布情況發(fā)展特色農(nóng)業(yè)，如發(fā)展富鋅蘋果、富鍺中草藥、富硒草莓等，助力當(dāng)?shù)孛撠毠?jiān)、振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（3）研究區(qū)內(nèi)羊草溝門村東南部地區(qū)土壤鎘元素嚴(yán)重污染，是因?yàn)樵摰貐^(qū)為鉛鋅礦區(qū)，為土壤天然背景值較高的地區(qū)，建議在此片地區(qū)內(nèi)禁止放牧，避免牛羊因啃食了影響區(qū)的草料，使重金屬通過食物鏈進(jìn)入人體，盡可能地將礦區(qū)重金屬的影響控制在對(duì)生態(tài)影響不到的區(qū)域。

注 釋

①中華人民共和國(guó)自然資源部.2016.土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范:DZ/T 0295—2016[S].北京:地質(zhì)出版社.