廣東江門市新會區(qū)土壤地球化學(xué)背景值研究

朱文斌 ，鄧俊豪

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080)

城市地質(zhì)調(diào)查是一項基礎(chǔ)性、公益性、戰(zhàn)略性的地質(zhì)調(diào)查與研究工作。廣東江門市新會區(qū)開展實施城市地質(zhì)調(diào)查工作，取得了一批具有社會經(jīng)濟效益的成果[1-3]?？芍量臻g規(guī)劃、土壤污染防治、土地資源保護、整治和開發(fā)利用，促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟區(qū)劃和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整；對加快礦產(chǎn)資源勘查、提高人民健康水平、保障社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有深遠的戰(zhàn)略意義[4-6]。通過表層土壤數(shù)據(jù)，開展土壤地球化學(xué)背景值研究，無疑是最基礎(chǔ)性的工作，既能直接應(yīng)用服務(wù)于當前區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展，又具有長遠的多學(xué)科基礎(chǔ)研究意義[7-10]。

1 研究區(qū)概況

新會區(qū)為廣東江門市轄區(qū)。處珠江三角洲西南部，全區(qū)總面積1354.71km2。地勢自西北向東南傾斜(圖1)。丘陵山地主要分布于境內(nèi)西北、西南部，有大雁山地、圭峰山地、古兜山地、牛牯嶺山地。占全區(qū)總面積35.84%，其中，全區(qū)最高峰古兜山主峰獅子頭海拔 982m；平原主要分布于境內(nèi)東南、中南、中西部，有海灣沖積平原、三角洲沖積平原、山谷沖積平原，占全區(qū)總面積 43.53%，具海灣沉積特征，全區(qū)水域面積占全區(qū)總面積的 20.63%。主要土壤類型有水稻土、黃壤、紅壤、赤紅壤、濱海潮間鹽土、脫潮土和潮土等。

2 研究方法

2.1 樣品采集方法

根據(jù)《城市地質(zhì)調(diào)查規(guī)范》(DZ/T 0306-2017)[11]和《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)[12]，按雙層網(wǎng)格化法系統(tǒng)采集全區(qū)1354.71km2范圍內(nèi)表層土壤樣品，涉及平原農(nóng)耕區(qū)(耕地+園地)、平原水網(wǎng)區(qū)(坑塘+水庫)、林地及建設(shè)用地(城鎮(zhèn)建設(shè)用地及工業(yè)用地)等。平原區(qū)(主要土地利用類型為耕地、園地、坑塘等)采樣密度4點/km2～16點/km2，低山丘陵區(qū)(主要土地利用類型為林地)采樣密度1點/km2～4點/km2。

2.2 樣品處理與測試

將自然風(fēng)干的試樣混勻后粗碎過20目篩，廣東省地質(zhì)實驗測試中心完成分析測試。

測試嚴格按照中國地質(zhì)調(diào)查局《多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》(DZ/T 0258-2014)、《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》(DZ/T 0130-2006)等相關(guān)規(guī)范，插入國家一級標準物質(zhì)、抽取密碼重復(fù)樣和異常檢查樣進行質(zhì)量控制。樣品分析測試配套方案見表1。

圖1 新會區(qū)地質(zhì)地貌圖

表1 土壤地球化學(xué)樣品分析測試配套方案

2.3 數(shù)據(jù)處理與綜合研究

pH值參數(shù)統(tǒng)計時，先將土壤pH值換算成[H+]濃度統(tǒng)計計算，然后再換算成pH值計算。

(2)土壤元素富集與貧化界定標準：在判斷區(qū)域土壤富集特點時，分別以中國土壤A層背景值[14]、廣東土壤A層背景值和珠江三角洲A層背景值[15]為評價標準，分析本區(qū)土壤相對全國、廣東省土壤和深層土壤的富集與貧化特點。

3 新會區(qū)土壤地球化學(xué)背景值

3.1 背景值概念與意義

土壤地球化學(xué)背景值[16～27]是指自然應(yīng)力和人類活動共同作用影響下(第Ⅱ環(huán)境)區(qū)域表層土壤的含量值，實際上是成土母質(zhì)、成土過程中元素遷移轉(zhuǎn)化、人為擾動污染等各種因素長期綜合作用的結(jié)果，以表層土壤地球化學(xué)調(diào)查元素含量表征。它與土壤基準值有著密切繼承關(guān)系，總體受土壤基準值的控制，但由于長期風(fēng)化、淋溶作用和人類生產(chǎn)生活等活動的改造，表層土壤地球化學(xué)特征已發(fā)生一定的演變，導(dǎo)致兩者之間存在一定的差異。土壤元素地球化學(xué)背景值是土壤環(huán)境質(zhì)量評價、土壤肥力和營養(yǎng)水平分級、土壤改良和平衡施肥、土地管護和集約利用、特色農(nóng)業(yè)種植規(guī)劃、土壤生態(tài)環(huán)境保護決策的根本依據(jù)。

3.2 土壤地球化學(xué)背景值

區(qū)內(nèi)采集表層土壤樣品3948件，樣品分析As、Cd等23項指標，收集了中國地質(zhì)科學(xué)院廊坊物化探所區(qū)內(nèi)睦洲、三江、古井三鎮(zhèn)1632件表層土壤樣品20項指標數(shù)據(jù)。以5580件表層土壤樣品數(shù)據(jù)作為土壤背景值研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。全區(qū)土壤背景值統(tǒng)計結(jié)果見表2、圖2。

表2 表層土壤背景值統(tǒng)計表

圖2 新會區(qū)土壤背景值與中國土壤、廣東土壤、珠三角土壤背景值比值圖

與中國土壤A層背景值相比(K1)，新會區(qū)土壤環(huán)境背景值中部分重金屬及養(yǎng)分有益元素多呈強度富集，主要元素有Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、N、Se等，無中弱富集元素，表明這些元素在新會呈區(qū)域性富集；貧乏的主要為鐵族元素，達強度貧化的為Co元素，中弱貧化的為Mn元素；其它元素含量與中國土壤A層背景值相當。

與廣東土壤A層背景值相比(K2)，新會區(qū)土壤環(huán)境背景值中重金屬元素、部分養(yǎng)分有益元素、鐵族元素等均呈不同程度的強度富集，達強度富集的元素有As、Cd、Hg、Cu、Ni、K、B、Se、Mn、V等，Cr、Pb、N、P相對富集元素；達強度貧化的為Co元素，中弱貧化的為Mo、OrgC等；其它元素含量與廣東土壤A層背景值相當。

與珠三角土壤A層背景值相比(K3)，新會區(qū)土壤環(huán)境背景值中重金屬元素、部分養(yǎng)分有益元素、鐵族元素等均呈不同程度的強度富集，達強度富集的元素有Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、P、Co等，As、Hg、N、Mo、Mn、V為相對富集元素；其它元素含量與珠三角土壤A層背景值相當。

綜上，新會區(qū)地處西江、潭江沖積平原下游，匯聚了大量隨沉積物遷移的重金屬元素、營養(yǎng)元素等，在海陸交互相沉積的作用下大量沉積于本地，出現(xiàn)了大量元素高背景的特征。

3.3 不同成土母質(zhì)土壤地球化學(xué)背景值

地表環(huán)境受人為、自然等多種因素影響，不同母質(zhì)的表層土壤元素含量分布特征既有一定規(guī)律，又復(fù)雜多變?？傮w上不同巖石類型風(fēng)化物發(fā)育的土壤，其地球化學(xué)組份保留了部分原成土母質(zhì)特有的元素含量特征。新會區(qū)土壤劃分四大類九個統(tǒng)計單元，即第四紀沉積物成土母質(zhì)(第四紀全新世桂洲組沉積物、第四紀全新世沖洪積沉積物、第四紀現(xiàn)代堆積物(人工填土)等三類)、沉積巖類成土母質(zhì)(晚泥盆世春灣組碎屑巖風(fēng)化物、紫紅色山麓沖積-河湖相碎屑巖風(fēng)化物等兩類)，巖漿巖類成土母質(zhì)(早

表3 新會區(qū)不同成土母質(zhì)表層土壤背景值統(tǒng)計表

侏羅-早白堊世花崗巖風(fēng)化物、晚三疊世花崗巖風(fēng)化物、晚奧陶世片麻狀花崗巖風(fēng)化物等三類)，變質(zhì)巖類成土母質(zhì)(寒武紀淺變質(zhì)巖類風(fēng)化物)。土壤背景值統(tǒng)計結(jié)果見表3。土壤背景值與全區(qū)土壤背景值其富集與貧乏組合見表4、圖3。

不同成土母質(zhì)區(qū)元素差異明顯，花崗巖區(qū)與沉積區(qū)具有明顯的不一致性。區(qū)內(nèi)古兜山-牛牯嶺早侏羅-早白堊世花崗巖區(qū)Ge、Mo、Se高背景和As、Cd、Cr、Hg、Cu低背景區(qū)，北部晚奧陶世-晚三疊世片麻狀花崗巖區(qū)Pb、K、Se、B高背景和As、Cd、Cr、Hg、Cu低背景區(qū)，第四紀全新世桂洲組As、Cd、Cr、Cu、Ni、P、B、Mn、V、Co，Hg、Zn、N、K高背景區(qū)，第四紀全新世沖洪積區(qū)Hg高背景和As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn低背景區(qū)，晚泥盆世春灣組碎屑巖區(qū)為Cr、B高背景和Cd、Pb、Zn、Mo、Mn、Co等低背景區(qū)，寒武紀淺變質(zhì)巖類區(qū)As、Cr、Se、Mo、V高背景和Cd、Hg、Zn、N、P、Mn、Co、銨態(tài)氮低背景區(qū)，第四紀現(xiàn)代堆積物區(qū)As、Cr、Cu、Cd、K、Mn高背景區(qū)，紫紅色山麓沖積-河湖相碎屑巖區(qū)Cd、Pb、Ni、Zn、Mo、Mn、Co、As、N、P、K、V、有機質(zhì)低背景區(qū)。

表4 不同成土母質(zhì)土壤元素富集與貧乏組合

圖3 不同成土母質(zhì)土壤元素(指標)與富集系數(shù)折線圖

3.4 不同土地利用類型土壤地球化學(xué)背景值

新會區(qū)土地利用類型區(qū)域性分布特點較明顯，建設(shè)用地主要集中于會城街道城區(qū)及各鎮(zhèn)周邊，耕地、園地主要分布于潭江流域兩岸鎮(zhèn)級區(qū)域，林地主要分布于古兜山、牛牯嶺、圭峰山等地，河流水面和各類坑塘水庫主要分布于西江流域、虎跳門水道兩岸及沿海區(qū)域。按一級土地利用類型分類作為統(tǒng)計單元，主要依據(jù)野外采樣過程中實際調(diào)查的土地利用類型，將全區(qū)分為建設(shè)用地、耕地、園地、林地、坑塘水面、河流水域等6個主要用地類型，統(tǒng)計主要土地利用類型土壤環(huán)境背景值(表5)。將不同土地利用類型土壤背景值與全區(qū)土壤背景值比較，其富集與貧乏組合見表6、圖4。

不同土地利用類型土壤地球化學(xué)背景值與全區(qū)土壤背景值相比：建設(shè)用地土壤背景值Cd、Co達中弱富集，Mn、Mo達強度富集，與其它各類土地利用元素背景值相比，土壤多數(shù)元素環(huán)境背景值含量偏低；耕地土壤背景值多數(shù)元素達中弱富集，僅Hg達強度富集，無元素呈貧化，與其它各類土地利用元素背景值相比，土壤多數(shù)元素環(huán)境背景值總體含量偏高；園地土壤背景值元素總體與全區(qū)類似，少量元素呈中弱貧化，與其它各類土地利用元素背景值相比，土壤多數(shù)元素環(huán)境背景值總體含量適中；林地土壤背景值僅有Se元素達強度富集，多數(shù)元素呈中弱貧化或強度貧化，與其它各類土地利用元素背景值相比，土壤多數(shù)元素環(huán)境背景值總體含量偏低；坑塘水面底泥背景值部分元素背景值略偏高，Cu、有機質(zhì)達中弱富集，與其它各類土地利用元素背景值相比，土壤多數(shù)元素環(huán)境背景值總體略偏高；河流水面底泥背景值總體元素背景值偏高，僅Hg、Pb、N、Mo達中弱富集，其余元素均呈強度富集。與其它各類土地利用元素背景值相比，土壤多數(shù)元素環(huán)境背景值總體偏高。

表5 新會區(qū)不同土地利用類型表層土壤背景值統(tǒng)計表

續(xù)上表

表6 新會區(qū)不同土地利用類型土壤元素富集與貧乏組合

圖4 不同土地利用類型土壤元素(指標)與富集系數(shù)折線圖

4 新會區(qū)土壤元素地球化學(xué)分布特征

元素地球化學(xué)的空間分布除了受區(qū)域地質(zhì)條件制約外，還受制于人為工程活動，表現(xiàn)為與土壤母質(zhì)、基巖、地貌類型以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局密切相關(guān)。新會區(qū)不同區(qū)域元素分布差異性較大，不同時期及不同地質(zhì)作用元素的賦存分布各不相同。侏羅紀花崗巖風(fēng)化、海侵海退與河流沖洪積交互作用，是控制新會區(qū)元素遷移賦存的最主要因素。

(1)花崗巖區(qū)域：花崗巖約全區(qū)占60%，分布最廣。海拔高程100m～400m，最高海拔982m。主要為晚三疊世-晚侏羅世二長花崗巖，土壤類型以花崗巖赤紅壤為主，零星分布淹育型水稻土、花崗巖紅泥田及寬谷沖積土田等。表層土壤地球化學(xué)特征總體上與其母巖地球化學(xué)元素特征相似，重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn及營養(yǎng)元素N、P、K呈現(xiàn)低背景，而有益元素Se含量豐富，呈高背景。

(2)殘丘碎屑巖區(qū)：分布于圭峰山南側(cè)及牛牯嶺北側(cè)一帶，地貌類型以崗地、丘陵為主。主要巖性為寒武紀牛角河組石英砂巖、粉砂巖、變質(zhì)砂巖和古新世莘莊村組碎屑巖，土壤類型以砂頁巖赤紅壤為主。表層土壤地球化學(xué)特征總體上As、Pb、Se、Hg元素呈現(xiàn)為高背景特征，Cd、N、P、Zn、Ni元素呈現(xiàn)出低背景，其它元素Cr、Cu為正常背景。

(3)沿河流域：a.司前至南坦島潭江流域，主要為第四紀桂洲組深灰色粉砂質(zhì)淤泥及粉砂質(zhì)黏土。人為改造久遠為傳統(tǒng)水稻種植和養(yǎng)殖區(qū)，現(xiàn)新會柑面積不斷擴大，是新會陳皮產(chǎn)區(qū)之一。流域大部分測試元素含量較低，富集元素有Hg、P、B、有機質(zhì)等，沿河帶狀分布，除Hg外環(huán)境元素向下游含量逐漸增加。表現(xiàn)出上游物質(zhì)來源及本地人類活動對元素分布的共同影響；b.西江沉積物影響流域，主要分布在大鰲-會城一帶平原區(qū)，主要為第四紀桂洲組燈籠沙段，土壤類型主要為三角洲沉積土田及人工堆疊土。受區(qū)域分散流及海水上溯影響，土壤局部呈弱堿性，物質(zhì)繼承了西江沉積物元素特征，主要富集元素As、Cd、Cu、Ni、Zn等，與河流的關(guān)系密切。同時河流兩側(cè)出現(xiàn)狹長的Ni、Mn、Co、V高值帶，疑與上游人類活動影響所致。新會柑大面積種植區(qū)域出現(xiàn)N、P、K、B等元素高值區(qū)，與農(nóng)業(yè)活動關(guān)系密切；c.銀洲湖至入?？谔督瓋蓚?cè)，主要為第四紀桂洲組燈籠沙段，土壤類型主要為三角洲沉積土田及人工堆疊土。繼承了潭江及西江沉積物的特征，同時受新會工農(nóng)業(yè)活動影響，導(dǎo)致多環(huán)境元素及營養(yǎng)有益元素含量均呈富集特征，局部出現(xiàn)點狀高值區(qū)，As、Cd、Cu、Ni、Co、Mn空間位置套合較好，B、P、Cd現(xiàn)孤立高值點。

(4)山前平原區(qū)：土壤元素地球化學(xué)特征主要受成土母質(zhì)影響，與潭江河河道變遷、海進還退、圍墾活動關(guān)系密切。山前平原主要有雙水東凌、崖門鎮(zhèn)崖西、崖門鎮(zhèn)濱海灣新區(qū)及牛牯嶺兩側(cè)區(qū)域。近山平原主要為全新世沖積層，以崖西平原全新世沖積層分布最廣，土壤富集Hg、Se、N元素；地勢較低的雙水及近海的濱海灣新區(qū)和牛牯嶺兩側(cè)區(qū)域為桂洲組及人工填土，土壤類型主要為寬谷沖積土田，雙水元素地球化學(xué)特征呈現(xiàn)富集Hg元素，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、K、P元素含量相對較低，濱海平原呈現(xiàn)富集As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、K、P、V、Ni、Mn等特征。

(5)城鎮(zhèn)區(qū)：新會區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)主要集中在會城、大澤至司前一帶，各鎮(zhèn)建成區(qū)面積較小。由于城鎮(zhèn)人為活動較頻繁，元素含量特征受人為影響較大，使得這些元素在不同城區(qū)富集強度和規(guī)模各不相同。元素Cd、Hg點狀濃集中心與城鎮(zhèn)區(qū)域高度吻合，P、N、B等濃集中心與農(nóng)業(yè)種植區(qū)高度吻合，說明城鎮(zhèn)化建設(shè)等人類活動對區(qū)內(nèi)環(huán)境元素影響明顯。

5 結(jié)論

通過新會區(qū)土壤地球化學(xué)背景值統(tǒng)計分析研究，確定了21項指標土壤地球化學(xué)背景值，分析了區(qū)域元素地球化學(xué)分布特征。研究發(fā)現(xiàn)：新會區(qū)各成土母質(zhì)單元、各土地利用類型土壤地球化學(xué)背景值特征明顯，不同區(qū)域元素分布差異性較大，不同時期及不同地質(zhì)作用下元素的賦存分布各不相同。花崗巖作為分布面積最廣的成土母巖，其物質(zhì)組成決定了本地的土壤組成和土壤質(zhì)量。