滇中武定高橋鎮(zhèn)土地質量地球化學評價

徐 杰，向經(jīng)緯，王浩宇

中國地質調查局 昆明自然資源綜合調查中心，云南 昆明 650000

0 引言

開展土地質量地球化學調查，并利用已有水文、地質、地球化學及生態(tài)學有關資料進行土地質量地球化學評價，是目前保障生態(tài)文明建設，發(fā)展綠色農業(yè)的重要手段［1］. 2020 年初，中國地質調查局新開“重點地區(qū)生態(tài)修復支撐調查”工程，“滇中楚雄地區(qū)土地質量地球化學調查”屬于此工程下的二級項目，旨在查明高橋鎮(zhèn)土壤有益元素、重金屬元素分布特征，為該區(qū)后期土地利用規(guī)劃、提高農業(yè)生產(chǎn)質量和實現(xiàn)精準扶貧提供科學依據(jù).

1 研究區(qū)概況

高橋鎮(zhèn)位于云南省武定縣西部，距縣政府駐地40 km. 研究區(qū)內山區(qū)面積大，屬于典型冷涼山區(qū)，蘊藏銅、鐵、鈦等礦產(chǎn)資源. 出露地層主要為寒武系、奧陶系下統(tǒng)、泥盆系、三疊系上統(tǒng)、侏羅系上統(tǒng)、白堊系上統(tǒng)和第四系，巖漿巖主要出露二疊紀峨眉山玄武巖和基性侵入巖脈［2］. 其中基性侵入巖脈主要分布于構造集中帶上，第四系覆蓋于盆地和地形寬緩開闊的壩區(qū).羅茨－易門斷裂呈南北向穿過全境，其余斷層大小不一，主體為北西和北東向兩組（圖1）.

圖1 高橋鎮(zhèn)地質簡圖Fig. 1 Geological sketch map of Gaoqiao Town1—第四系（Quaternary）；2—白堊系上統(tǒng)（Upper Cretaceous）；3—白堊系下統(tǒng)（Lower Cretaceous）；4—侏羅系（Jurassic）；5—三疊系（Triassic）；6—二 疊 系 玄 武 巖（Permian basalt）； 7—泥 盆 系 中 統(tǒng)（Middle Devonian）；8—泥盆系下統(tǒng)（Lower Devonian）；9—奧陶系（Ordovician）；10—寒武系中統(tǒng)（Middle Cambrian）；11—寒武系下統(tǒng)（Lower Cambrian）；12—基性侵入巖（basic intrusive rock）；13—斷層（fault）；14—鄉(xiāng)鎮(zhèn)（township）

高橋鎮(zhèn)主要土壤類型為紫色土，零星分布少量水稻土，西側連片分布黃棕壤，東側分布紅壤（圖2）. 土地利用類型以林地為主，各村周圍小范圍以旱地、水田為主要利用類型，零星分布少量草地（圖3）.

圖3 高橋鎮(zhèn)土地利用類型圖Fig. 3 Map of land use types in Gaoqiao Town1—草地（grassland）；2—水田（paddy land）；3—水域（water）；4—林地（forest）；5—旱地（dry land）；6—建筑用地（construction land）；7—其他（other land）

2 研究方法

運用傳統(tǒng)地球化學手段，在高橋鎮(zhèn)以1.12 個/km2的密度進行表層土壤樣品采集. 采樣時選擇具有代表性的地塊，合理避開村莊、道路、工廠、垃圾堆放點、建筑用地及其他人為干擾較強的地方，確保采樣質量.取土壤0～20 cm 連續(xù)土柱，用竹片削去采集污染面后放入樣袋封存，樣品原始重量大于1000 g［3-5］. 共采集樣品453 件，在室溫條件下自然風干后過20 目尼龍篩，按4 km2組合成一個分析樣的原則，用四分法取200 g 樣品封存于聚乙烯瓶中送實驗室分析，組合得到分析樣品97 件. 在四川省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測試中心進行樣品分析，準確度采用土樣監(jiān)控分析測試的國家一級標準，精密度使用重復樣法進行監(jiān)測，標準物質合格率和重復樣相對雙差合格率均為100%，數(shù)據(jù)準確可靠.

3 土地質量地球化學評價

評價方法參照《DZ/T0295—2016 土地質量地球化學評價規(guī)范》（以下簡稱“規(guī)范”），Cu、Zn 作為養(yǎng)分評價指標和環(huán)境評價指標，要求選擇一種進行測試即可.本研究選擇環(huán)境評價指標進行分析測試［6-7］. 對4 km2內無樣品測試數(shù)據(jù)的評價單元采用插值法進行賦值，通過插值誤差計算，圖斑內各元素的相對誤差均小于30%，滿足評價要求.

3.1 土壤環(huán)境地球化學等級

遵循“短板法則”進行土壤環(huán)境質量地球化學等級劃分，每個評價單元的土壤環(huán)境地球化學綜合等級等同于單指標劃分出的最差的環(huán)境等級［8］. 單指標分別為砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、銅（Cu）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等8 種重金屬元素，各元素主要參數(shù)特征如表1 所示.

表1 土壤重金屬元素參數(shù)一覽表Table 1 Parameters of heavy metal elements in soil

元素單指標評價分為3 個等級：一等為無風險（Ci≤Si），二等為風險可控（Si＜Ci≤Gi），三等為風險較高（Ci＞Gi）. Ci指土壤中污染物指標i 的實測質量分數(shù)；Si指土壤中污染物指標i 在GB15618 中給出的二級標準值；Gi為各地區(qū)元素風險管控值. 單元素環(huán)境評級和占比情況詳見表2.

表2 單元素環(huán)境評級情況統(tǒng)計表Table 2 Statistics of single element environmental grading

評價結果顯示，As、Cr、Hg、Ni、Pb 和Zn 均為一等，占比100%. Cd 一等區(qū)面積約384 km2，占比93.2%；二等區(qū)面積約28 km2，占比6.8%. 后者主要分布于高橋鎮(zhèn)西南、南部的灌木林地及有林地中，未見其他經(jīng)濟作物. Cu 一等區(qū)面積約378 km2，占比91.75%；二等區(qū)面積約34 km2，占比約8.25%，后者主要分布于高橋村、花橋村西北部的少量地塊和邊界地區(qū)的部分灌木林地中（圖4）.

圖4 高橋鎮(zhèn)土壤環(huán)境綜合評價圖Fig. 4 Comprehensive evaluation map of soil environment in Gaoqiao Town1—無風險（risk-free）；2—風險可控（risk-controllable）；3—風險較高（high risk）

土壤環(huán)境地球化學綜合評價結果顯示，整個高橋鎮(zhèn)環(huán)境評級為一等和二等. 一等區(qū)面積約350 km2.占比84.95%；二等區(qū)面積約62 km2，占比15.05%，主要分布于高橋鎮(zhèn)的高橋村、花橋村及工作區(qū)西部、南部、東南部灌木林地和有林地塊中.

引起Cd 輕微異常的原因或與農藥施用不當有關，成土母巖中未見Cd 含量偏高的層位. 高橋鎮(zhèn)Cu資源豐富，侯林等［9］對縣域銅礦床的研究表明，武定全域Cu 成礦和異常背景一致，主要受構造和熱液活動影響. 楊斌等［10］在后期對銅礦床的進一步研究中也佐證這一觀點，在本次土地質量調查評價中，通過對成土物源和地質背景的綜合分析，認為高橋鎮(zhèn)局部土壤中的Cu 值偏高，是由前期Cu 礦化物質風化再沉積，加上地表流體、地下熱液的持續(xù)作用所導致.

3.2 土壤養(yǎng)分地球化學等級

按規(guī)范標準，選擇養(yǎng)分元素氮（N）、磷（P）、鉀（K）3 種元素含量值做土壤養(yǎng)分單指標評價. 各元素的主要參數(shù)特征如表3 所示.

表3 土壤養(yǎng)分元素參數(shù)一覽表Table 3 Parameters of soil nutrient elements

首先進行單元素等級評價，土壤中養(yǎng)分的等級劃分標準主要參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分等級劃分標準（6 等）［11］. 現(xiàn)將第五等與第六等標準進行合并，五等及五等以上的養(yǎng)分等級劃分標準不變（表4）：一等為豐富（f養(yǎng)綜≥4.5）；二等為較豐富（＜4.5～3.5）；三等為中等（＜3.5～2.5）；四等為較缺乏（＜2.5～1.5）；五等為缺乏（＜1.5）.

表4 土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分指標（全量）等級劃分標準Table 4 Grading standards of soil N，P and K nutrient indexes

計算土壤養(yǎng)分地球化學綜合得分，參照公式如下：

式中，f養(yǎng)綜為土壤氮、磷、鉀評價總得分，1≤f養(yǎng)綜≤5；ki為氮、磷、鉀權重系數(shù)，分別為0.4、0.4 和0.2；fi為土壤氮、磷、鉀的單元素等級得分，單指標評價結果為五等、四等、三等、二等、一等時所對應的fi分別為1 分、2分、3 分、4 分、5 分.

土壤養(yǎng)分地球化學等級分為5 等，同樣遵循“短板法則”，等級與養(yǎng)分單元素劃分方法相同. 單元素及綜合評價結果詳見表5.

表5 單元素養(yǎng)分評級情況統(tǒng)計表Table 5 Statistics of single element nutrient grading

土壤養(yǎng)分地球化學綜合評價結果顯示：一等區(qū)面積約5 km2，占比1.21%，分布于石臘它村西南約2 km的地塊中；二等區(qū)約125 km2，占比30.34%，除樹溝村無覆蓋外，在高橋鎮(zhèn)其他區(qū)域零星分布；三等區(qū)約248 km2，占比約60.19%，是養(yǎng)分評級中比重最大的部分，呈零星狀分布，在西菊拉村、高姑拉村和樹溝村相對集中；四等區(qū)約28 km2，占比6.8%，主要分布于小河村以南、彎腰樹村以北、石臘它村、高橋村以西、海子村東南部等地區(qū)；五等區(qū)約6 km2，占比1.46%，分布于唐家村東北部（如圖5）.

圖5 高橋鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分綜合評價圖Fig. 5 Comprehensive evaluation map of soil nutrients in Gaoqiao Town1—豐富（rich）；2—較豐富（relatively rich）；3—中等（medium）；4—較缺乏（relatively deficient）；5—缺乏（deficient）

3.3 土壤質量地球化學綜合等級

土壤質量地球化學綜合等級由評價單元的土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級與土壤環(huán)境地球化學綜合等級疊加產(chǎn)生，共劃分為5 個等級. 一等（優(yōu)質），表明土壤環(huán)境清潔，土壤養(yǎng)分豐富至較豐富；二等（良好），表明土壤環(huán)境清潔，土壤養(yǎng)分中等；三等（中等），表明土壤環(huán)境清潔且土壤養(yǎng)分較缺乏，或土壤環(huán)境輕微污染且土壤養(yǎng)分豐富至較缺乏；四等（差等），表明土壤環(huán)境清潔或輕微污染且土壤養(yǎng)分缺乏，或土壤環(huán)境輕度污染且土壤養(yǎng)分豐富至缺乏或土壤鹽漬化等級為強度；五等（劣等），表明土壤環(huán)境中度和重度污染且土壤養(yǎng)分豐富至缺乏，或土壤鹽漬化等級為鹽土. 高橋鎮(zhèn)土壤質量地球化學綜合等級評價結果（表6）顯示，優(yōu)質區(qū)面積約101 km2，占比24.51%，總體呈零星狀分布，相對集中于高橋鎮(zhèn)中部和東南部地區(qū)；良好區(qū)約224 km2，占比54.37%，在高橋鎮(zhèn)北部和西北部相對集中；中等區(qū)約80 km2，占比19.42%，在高橋村、海子村和花橋村相對集中，其余地區(qū)呈零星分布；差等區(qū)約7 km2，占比1.7%，分布于唐家村東北部；無劣等區(qū)（圖6）.

表6 高橋鎮(zhèn)土壤質量地球化學綜合等級評價結果Table 6 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality in Gaoqiao Town

圖6 高橋鎮(zhèn)土壤質量綜合評價圖Fig. 6 Comprehensive evaluation map of soil quality in Gaoqiao Town1—優(yōu) 質（high quality）； 2—良 好（good）； 3—中 等（medium）；4—差等（poor）

3.4 不同土地利用類型中土壤質量情況

通過對不同土地利用類型土壤質量各等級進行統(tǒng)計，并分別計算各土地利用類型占比情況（表7），分析可得旱地中優(yōu)質土壤占比最高，為30.91%，其次為林地，優(yōu)質土壤占比25.70%. 水田中中等土壤占比最高，為69.23%. 高橋鎮(zhèn)主要土地利用類型為林地，其中52.32%為良好質量土壤.

表7 高橋鎮(zhèn)不同土地利用類型土壤質量地球化學綜合等級評價結果Table 7 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality by land use types in Gaoqiao Town

3.5 不同土壤類型中土壤質量情況

通過對不同土壤類型土壤質量各等級進行統(tǒng)計，并分別計算各土壤類型占比情況（表8），分析可得黃棕壤中優(yōu)質土壤占比最高，為57.89%，其次為紅壤，優(yōu)質土壤占比43.48%. 水稻土中中等土壤占比最高，為50%. 高橋鎮(zhèn)主要土壤類型為紫色土，其中66.42%為良好質量土壤.

表8 高橋鎮(zhèn)不同土壤類型土壤質量地球化學綜合等級評價結果Table 8 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality by soil types in Gaoqiao Town

4 結語與建議

高橋鎮(zhèn)土壤質量整體較好且分布均衡. 云南省重金屬背景值相對較高，多地出現(xiàn)重金屬污染［12-13］，由地質背景引起的異常具有覆蓋面積大、持續(xù)作用力強的特點，后期改良也較為困難. 不同成土母質中Cd 超標的風險順序為：碳酸鹽巖區(qū)＞沖積物區(qū)＞泥質巖區(qū)［14-15］.該區(qū)Cu 和Cd 均未達到污染級別，但在后期土地利用中應少施用重金屬含量高的農藥. 武定縣的城鎮(zhèn)區(qū)主要分布于縣城周邊和高橋鎮(zhèn)［16-18］，人口集中區(qū)土地質量評級不高，或與持續(xù)擴大的城鎮(zhèn)化建設有關. 對于評級為差等的地塊，應適當提高有機農肥的施用比率，降低農作物耕種頻次，防止土壤質量進一步惡化. 這類土地單戶種植成本偏高，可依據(jù)政府政策導向做好防護或集中改良. 該區(qū)屬亞熱帶低緯度高原季風氣候區(qū)，風化作用對土質影響較為明顯［19-20］，因此，土地治理具有長期性和周期性的特點.