皖江經(jīng)濟(jì)帶某區(qū)土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)與空間分布研究

昂正嬌，阮傳貴

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽蕪湖241000）

0 引言

土壤質(zhì)量（sοil quality）通常被定義為“特定類型土壤在自然或者農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)邊界內(nèi)保持動(dòng)植物生產(chǎn)力，保持或者改善大氣和水的質(zhì)量以及支持人類健康與居住的能力[1]”。隨著社會(huì)的發(fā)展和人口的增多，土壤資源受到日益增長的壓力[2]。開展土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與研究是樹立節(jié)約集約循環(huán)利用的資源觀的具體實(shí)踐和行動(dòng)。本文基于土壤指標(biāo)選取，土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法篩選，通過對(duì)研究區(qū)范圍內(nèi)表層、深層土壤取樣調(diào)查、樣品測(cè)試和綜合研究等進(jìn)行土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)[3～10]，為土壤環(huán)境的保護(hù)、治理及土地資源的節(jié)約集約循環(huán)利用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

研究區(qū)位于安徽省東南部，長江中下游。地貌主要包括河谷平原和丘陵。境內(nèi)地勢(shì)總體特征是：東西低中間高、北低南高，地形起伏較大。區(qū)內(nèi)主要水系有長江等，平均年徑總流量28700m3/s。土壤類型包括黃棕壤土、水稻土和砂壤土等。

1.2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)地層區(qū)劃屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)，主要出露第四紀(jì)地層。包括河流相更新統(tǒng)青弋江組（Qpqy）、大橋鎮(zhèn)組（Qpd）、全新統(tǒng)蕪湖組（Qhw）以及山麓相更新統(tǒng)戚家磯組（Qpq）和下蜀組（Qpx）。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以升降運(yùn)動(dòng)為主，長江西側(cè)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不甚明顯，屬地殼穩(wěn)定的區(qū)域。東側(cè)則十分突出，不僅于中更新世青弋江河谷部分地段出現(xiàn)沉降洼地，全新世其沉降范圍和幅度均有增大的趨勢(shì)。

2 樣品采集與分析

嚴(yán)格按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T0295—2016）相關(guān)要求對(duì)研究區(qū)開展1:50000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)工作。采用網(wǎng)格加圖斑的原則布設(shè)，網(wǎng)格數(shù)量原則上與采樣密度相一致。土壤樣品點(diǎn)主要采自農(nóng)田、菜地、林地、建筑用地中。表層土壤采樣密度為1點(diǎn)/km2，采樣深度0～20cm，共送檢加工分析樣品571個(gè)；深層土壤采樣密度為1點(diǎn)/4km2，采樣深度1.5～2.0m，共送檢加工分析樣品142個(gè)。

土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干、人工磨碎后過10目尼龍篩，稱取200g正樣裝牛皮紙袋內(nèi)送至“安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所（原國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心）”進(jìn)行檢測(cè)分析，稱取450g副樣裝塑料瓶內(nèi)，留存。測(cè)試指標(biāo)包括氮(N)、磷(P)、鉀(K)、硒(Se)、碘(Ⅰ)、氟(F)、硼(B)、氧化鎂(MgO)、全鐵(TFe)、鈷(Cο)、釩(Ⅴ)、鍺(Ge)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、氧 化 鈣(CaO)、鉬(Mο)、硫(S)等。

3 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?/h2>

本次研究單元?jiǎng)澐指鶕?jù)1:50000土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)的土樣采集網(wǎng)格為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分，按1km×1km的方里網(wǎng)大小，即1km2為評(píng)價(jià)單元。每個(gè)單元網(wǎng)格的指標(biāo)屬性定義為評(píng)價(jià)單元的指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)。同時(shí)，結(jié)合地形地貌特征以及地質(zhì)條件類型予以修整和約束。評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐址椒ǚ稀锻恋刭|(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T0295—2016）的單元?jiǎng)澐忠蟆?/p>

4 土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)與空間分布

4.1 土壤pH地球化學(xué)等級(jí)劃分與空間分布

4.1.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

土壤酸堿度（pH）分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。評(píng)價(jià)單元的pH值所在的范圍對(duì)應(yīng)的土壤酸堿度等級(jí)即確定該評(píng)價(jià)單元為相應(yīng)的等級(jí)。

表1 土壤酸堿度（pH）分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1.Sοil acidity and alkalinity(pH)grading criteria

4.1.2 劃分結(jié)果

根據(jù)土樣分析數(shù)據(jù)：pH值范圍為3.92～8.88。研究區(qū)土壤以堿性為主，中性次之，強(qiáng)酸強(qiáng)堿占比極小。中性-堿性土壤占比約為86.1%，強(qiáng)酸性、強(qiáng)堿性僅占1%。詳見圖1。

圖1 研究區(qū)土壤酸堿度評(píng)價(jià)等級(jí)圖Figure 1.Assessment grade map of soil acidity and alkalinity in the study area

4.2 土壤養(yǎng)分元素地球化學(xué)等級(jí)劃分與空間分布

4.2.1 土壤養(yǎng)分元素種類

研究區(qū)選取氮(N)、磷(P)、鉀(K)、硒(Se)、碘(Ⅰ)、氟(F)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、鈷(Cο)、釩(Ⅴ)、鍺(Ge)、硼(B)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鈣(Ca)、鉬(Mο)、硫(S)等作為養(yǎng)分元素的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4.2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

土壤養(yǎng)分元素等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T0295—2016）規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。參照土壤養(yǎng)分元素等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，劃分出土壤養(yǎng)分元素等級(jí)。

4.2.3 土壤養(yǎng)分元素豐缺現(xiàn)狀

土樣分析結(jié)果表明：鉀、氟元素豐富，中等以上等級(jí)分別為94.7%和95.4%。磷(P)、硒(Se)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、鈷(Cο)、釩(Ⅴ)、鍺(Ge)、硼(B)、錳(Mn)、鋅(Zn)元素較豐富。其中，磷(P)元素中等及以上等級(jí)為72.7%，硒適量以上等級(jí)82.5%。氮(N)、碘(Ⅰ)、鈣(Ca)、鉬(Mο)、硫(S)缺乏。其中，氮(N)、碘(Ⅰ)中等以上等級(jí)分別占62.8%、21.8%。

4.2.4 劃分結(jié)果

按照公式（1）計(jì)算土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合得分f養(yǎng)綜。

式中：f養(yǎng)綜—土壤氮、磷、鉀評(píng)價(jià)總得分，1≤f養(yǎng)綜≤5；ki—氮、磷、鉀權(quán)重系數(shù)，分別為0.4、0.4和0.2；fi—土壤氮、磷、鉀的單元素等級(jí)得分。

fi得分分別為1分、2分、3分、4分、5分所對(duì)應(yīng)的單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果為五等、四等、三等、二等、一等。

劃分結(jié)果如下：研究區(qū)養(yǎng)分等級(jí)以三等為主，為40.3%，二、四等樣點(diǎn)比例分別為29.8%、24.5%，一、五等樣點(diǎn)比例不足6%。養(yǎng)分元素等級(jí)空間分布見圖2。

圖2 研究區(qū)土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)分區(qū)圖Figure 2.Comprehensive grade zoning map of soil nutrients in the study area

4.3 土壤環(huán)境元素地球化學(xué)等級(jí)劃分與空間分布

4.3.1 土壤環(huán)境元素種類

選擇土壤中鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、銅(Cu)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、鋅(Zn)、鎳(Ni)重 金 屬 元 素 作 為 評(píng) 價(jià)指標(biāo)。

4.3.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

采用單因子指數(shù)法，指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照《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）。參照土壤環(huán)境元素等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，劃分出土壤環(huán)境地球化學(xué)元素等級(jí)（表2）。

表2 土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分Table 2.Geοchemical single-index gradingοf sοil envirοnment

4.3.3 土壤環(huán)境元素質(zhì)量現(xiàn)狀

結(jié)合土樣分析結(jié)果和評(píng)價(jià)參照標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)土壤環(huán)境元素質(zhì)量整體良好，土壤樣點(diǎn)各評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)為一級(jí)的均在95%以上（除鎘以外）。

汞(Hg)、砷(As)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)一級(jí)樣點(diǎn)數(shù)占總樣點(diǎn)數(shù)比例分別為98.9%、98.2%、88.09%、99.65%、100%。

4.3.4 劃分結(jié)果

土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)由汞(Hg)、砷(As)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)五種重金屬元素環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)疊加產(chǎn)生，綜合等級(jí)等于單指標(biāo)元素等級(jí)中的最差等級(jí)。

研究區(qū)大部分土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)為一級(jí)。其中，一級(jí)（無風(fēng)險(xiǎn)）84.4%，二級(jí)（風(fēng)險(xiǎn)可控）13.3%，三級(jí)（風(fēng)險(xiǎn)（較）高）1.1%。土壤環(huán)境綜合評(píng)價(jià)等級(jí)空間分布見圖3。

圖3 研究區(qū)土壤環(huán)境綜合評(píng)價(jià)圖Figure 3.Comprehensive assessment map of soil environment in the study area

4.4 土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)劃分與空間分布

4.4.1 劃分原則及等級(jí)

土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)由評(píng)價(jià)單元的土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)與土壤環(huán)境綜合等級(jí)疊加產(chǎn)生，其綜合等級(jí)及含義見表3。

表3 土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)與含義Table 3.Geοchemical cοmprehensive gradingοf sοil quality and its implicatiοn

4.4.2 劃分結(jié)果

由劃分結(jié)果可知，研究區(qū)土壤總體質(zhì)量良好。如圖4所示，根據(jù)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分：研究區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)以三等為主，二、一等次之；三級(jí)及以上等級(jí)占94.7%，其中一等22.4%、二等35.9%、三等36.4%；四等樣點(diǎn)占總樣點(diǎn)4.29%，五等樣點(diǎn)占總樣點(diǎn)1.1%。土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)空間分布見圖5。

圖4 研究區(qū)土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)百分比條狀圖Figure 4.Percentage bar chart of geochemical comprehensive grading of soils in the study area

圖5 研究區(qū)土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)分區(qū)圖Figure 5.Geochemical comprehensive grade zoning map of the soils in the study area

5 結(jié)論及建議

（1）研究區(qū)土壤酸堿性以堿性為主，中性次之。區(qū)內(nèi)總體土壤質(zhì)量良好，土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)以三等為主，三等及三等以上占比達(dá)94.7%。少數(shù)土壤質(zhì)量差主要表現(xiàn)在養(yǎng)分元素缺乏及土壤環(huán)境污染，其中以氮元素缺乏以及工業(yè)活動(dòng)重金屬污染尤為突出。

（2）土壤質(zhì)量差的零星地區(qū)可采取施用酸性或生理酸性化肥、堿性土壤改良劑、施固態(tài)有機(jī)肥、施用土壤抑制劑、改變耕種方式等達(dá)到調(diào)節(jié)平衡土壤pH值、增加土壤養(yǎng)分，修復(fù)重金屬污染的目的[11～13]。

（3）針對(duì)本次調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)方法，建議將氣候、成土母質(zhì)、成土過程、土地利用現(xiàn)狀、土壤類型以及人類活動(dòng)等影響因素納入土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究體系，從成因角度研究土壤質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化。

（4）本次研究未細(xì)化硒、碘等有益元素的等級(jí)劃分與允許誤差范圍，可通過開展土壤有益元素資源分布特征的研究實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)土壤天然硒、碘資源的合理利用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。