滇中武定地區(qū)土壤養(yǎng)分和重金屬元素空間分布特征及評價

楊明龍，黃加忠，巴 永，徐 磊，龐 詠

土地是農業(yè)生產最基本的資源，而農業(yè)是人類生存和社會發(fā)展的基礎。研究表明我們國家的土地質量狀況正在逐漸下降，土地質量已被社會各界所重點關注。土地質量地球化學評價是依據影響土地質量的有益養(yǎng)分元素、有毒有害元素、有機污染物和士壤理化性質等地球化學指標因素為基礎，通過研究土壤環(huán)境指標、土壤養(yǎng)分指標、大氣干濕沉降物環(huán)境質量、灌概水環(huán)境質量等的含量水平對土地基本功能的影響程度，綜合考慮與土地利用有關的各種因素，在此基礎上對土地質量進行等級評定，客觀的反映出土地質量狀況。通過開展土地質量地球化學評價，可為土地數量、質量、生態(tài)“三位一體”管護提供基礎依據。

武定縣地處滇中楚雄地區(qū)東北部，滇中高原北部，云貴高原西側，是云南省重要的蔬菜水果生產基地和旅游基地。本文以武定縣土壤為評價對象，在開展1：25萬多目標區(qū)域地球化學調查的基礎上對土地質量地球化學進行綜合評價，利用GeoIPAS等軟件分析其含量水平和空間分布特征，為本區(qū)土地科學合理施肥、土壤污染治理、土地質量與生態(tài)管護、劃定耕地保護紅線與打造高原特色農產品等方面提供參考依據。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

武定縣位于云貴高原西側，楚雄州東北部，經緯度范圍為東經101°55′～102°29′，北緯25°20′～26°11′，全縣南北長約94公里，東西寬約52公里，縣域國土面積為2930平方公里，東與昆明市祿勸縣相鄰，南與昆明市富民縣、楚雄州祿豐市毗鄰，西與楚雄州元謀縣接壤，北與四川省涼山彝族自治州會理市隔金沙江相望，是出滇入川的重要門戶。武定縣境內地表崎嶇群山連綿，97%的面積為山區(qū)，壩區(qū)及水域面積僅占3%?？h內最高海拔2956m，最低海拔862m，平均海拔1910m，地勢東西兩側及西南部較高，北部地勢較低為金沙江，東南部地勢開闊耕地集中。武定縣全境處于烏蒙山脈西南部，整體為南北走向的高山重疊地形，氣候垂向變化明顯，類型多樣，雨熱同期，總特征為冬暖夏涼。氣溫年較差小，日較差大，降水豐沛，干濕分明。武定縣境內水資源較豐富，年產水量28.52億立方米，平均地表徑流總量為9.2億立方米。

1.2 區(qū)域地質概況

區(qū)內構造運動強烈，褶皺斷層發(fā)育，出露地層較全，大地構造位置主體處于上揚子古陸塊，地層區(qū)劃屬華南地層大區(qū)—揚子地層區(qū)—康滇地層分區(qū)，以元謀—綠汁江斷裂為界，可分為楚雄地層小區(qū)及昆明地層小區(qū)，研究區(qū)位于東部的昆明地層小區(qū)內。昆明地層小區(qū)以中元古界淺變質基底廣泛發(fā)育為典型特征；在中元古界淺變質的基底之上，從震旦系—二疊系為分布廣泛的陸表海沉積，上三疊統(tǒng)-古近系則發(fā)育有分布于坳陷盆地的紅色沉積。顯示其是穩(wěn)定的陸塊區(qū)的一部分。出露地層主要為前寒武紀因民組、迤納廠組，上震旦統(tǒng)燈影組，寒武紀龍王廟組、滄浪鋪組、雙龍?zhí)督M，奧陶紀巧家組、湯池組、紅石崖組、大箐組，上三疊統(tǒng)舍資組，下侏羅統(tǒng)馮家河組，上白堊統(tǒng)馬頭山組、江底河組和第四紀沉積物，巖性以碎屑巖和碳酸鹽巖為主；中部有小面積基性侵入巖出露。

區(qū)內地質構造復雜，巖漿活動頻繁，礦產資源種類繁多，已發(fā)現的有銅礦、鈦鐵礦、硫鐵礦、鉛鋅礦、稀土礦、大理石、石膏、石棉和木紋石等礦產資源。鐵礦主要分布在迤納廠、以子甸一帶；鈦礦主要分布在獅山鎮(zhèn)、九廠、插甸鄉(xiāng)以及田心鄉(xiāng)；銅礦主要分布在貓街鎮(zhèn)東南部及九廠、高橋等地；鉛鋅礦主要分布在獅山鎮(zhèn)新村刺竹箐和貓街桃樹箐等地區(qū)；芒硝礦、石膏礦（伴生）分布在白路鄉(xiāng)小井和東坡傣族鄉(xiāng)境內；石英石（石棉）礦主要分布在獅山鎮(zhèn)獅子山；砂巖（木紋石）礦主要分布在插甸鄉(xiāng)和尚莊、哪吐及獅山鎮(zhèn)古柏一帶。

區(qū)內土地利用類型以林地為主，農用地占比較少。土壤類型主要有紫色土、紅壤、水稻土、黃棕壤、棕壤、燥紅土、石灰土。區(qū)內無發(fā)達工業(yè)，社會經濟以農業(yè)為主，主要種植水稻、玉米、煙草、核桃等經濟作物。

2 采樣與分析方法

2.1 采樣方法

以《DD2016-01-多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范（1：25萬）》為標準，表層土壤樣利用1km×1km的網格和土地利用類型圖斑相結合的布設方案進行點位布設，網格布設可保障樣品空間上相對均勻，圖斑布設能保障土壤樣品點主要分布在農用地，同時也可以對在工作區(qū)范圍內的建設用地與未利用地按照相應評價比例尺采樣密度范圍的最低要求布設采樣點進行控制，以便對工作區(qū)域進行整體評價。規(guī)范要求土壤樣品平均點密度為1個點/km2，采樣密度范圍為0.25個點/km2～2個點/km2。采樣深度為0～20cm，采集地表到20cm深的連續(xù)土柱。本次采集表層土壤樣品2950余件，平均點密度為1.02個點/km2，并以組合樣形式送樣分析，組合送樣912件。

2.2 樣品加工

采集的土壤樣品可在日光下自然晾干風干，在樣品干燥過程中要經常揉搓樣品，以免膠結。干燥后的樣品在加工（過篩）前用木槌輕輕敲打，以便使土壤樣品恢復至自然粒級狀態(tài)。樣品加工場地要干凈、通風、無污染。每加工完一個樣品應對加工工具進行全面清掃，防止發(fā)生人為玷污。樣品干燥后用尼龍篩，截取-0.8mm（20 目）粒級的樣品500g，裝瓶。裝樣瓶應貼好標簽，表層土壤樣按4km2大格，大格內所有子樣樣品等重量組合成1個分析樣品。組合樣品重≥200g。剩余樣品并留存做副樣。

2.3 與分析方法

本次土壤樣品分析由四川省巖礦實驗測試中心完成。樣品采用全量分析測定指標54項，相關分析方法見表1。分析過程采用國家一級標準土樣監(jiān)控分析測試的準確度，采用重復樣監(jiān)控分析測試的精密度，本次分析測試所有元素一級標準物質合格率、重復樣相對雙差合格率均達到規(guī)范要求以上，各項分析指標均達到規(guī)范要求檢出限（見表2）以上，分析數據的相關質量和各項參數均達到規(guī)范要求。

表1 土壤全量分析技術方法

表2 土壤樣品分析檢出限

2.4 評價標準與方法

土壤評價的任務是查清土壤中營養(yǎng)有益元素、重金屬元素和有機污染物的含量水平及地球化學分布特征，評價上述元素及污染物的生物有效性，及其對土地生產功能和生態(tài)安全的影響程度，劃分土壤質量地球化學等級。

土壤養(yǎng)分評價是依據土壤中氮（N）、磷(P）、鉀（K）、硼(B）、鉬（Mo）、錳（Mn）等營養(yǎng)有益元素和有機質等指標的含量水平及其豐缺標準而劃分出的養(yǎng)分地球化學等級，分為單指標劃分出的土壤養(yǎng)分地球化學等級和多指標劃分出的土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級。單指標土壤養(yǎng)分地球化學等級評價是根據土壤養(yǎng)分元素含量值，采用中國地質調查局《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）中土壤養(yǎng)分單指標等級的分級標準直接對養(yǎng)分元素進行豐缺等級劃分，共劃分為五等，一等（豐富）、二等（較豐富）、三等（中等）、四等（較缺乏）、五等（缺乏）。多指標土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級評價是在氮、磷、鉀等土壤養(yǎng)分單指標等級劃分的基礎上，根據評價規(guī)范中公式計算出土壤養(yǎng)分綜合得分f養(yǎng)綜。f養(yǎng)綜為土壤中氮、磷、鉀評價的總得分，1≤f養(yǎng)綜≤5。根據各單指標評價單元的評價結果1級、2級、3級、4級、5級所對應的得分分別為5、4、3、2、1分，按照氮、磷、鉀權重比為4:4:2計算，最后計算出f養(yǎng)綜得分，按照表3所示的分級標準確定其養(yǎng)分綜合級別。

表3 土壤養(yǎng)分綜合等級劃分表

富硒土壤劃定是根據《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）中關于硒元素地球化學等級劃分標準將硒元素評價劃分5個等級，分別為一等（缺乏）、二等（邊緣）、三等（適量）、四等（高）、五等（過剩），其中四等（高）和五等（過剩）即為富硒等級。

土壤酸堿度（pH）分級標準值按《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）執(zhí)行（表4）。

表4 土壤酸堿度分級標準

土壤環(huán)境地球化學等級評價是依據土壤中鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等重金屬元素，六六六及滴滴涕等有機污染物指標的含量水平及其士壤環(huán)境質量標準而劃分出的環(huán)境地球化學等級，分為單指標劃分出的土壤環(huán)境地球化學等級和多指標劃分出的士壤環(huán)境地球化學綜合等級。單指標土壤環(huán)境質量評價采用《土壤環(huán)境質量-農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618—2018）中的二級標準值，土壤污染風險篩選值必測項目包括鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鋅（Zn）8項（見表5），并對這8項土壤環(huán)境重金屬元素進行單指標等級進行劃分。多指標土壤環(huán)境地球化學綜合等級是在每個評價單元上的單指標土壤環(huán)境地球化學等級基礎上評價的，土壤環(huán)境地球化學綜合等級采用單指標最嚴格的等級劃分，把環(huán)境單指標劃分出的最差等級劃分為環(huán)境綜合等級。例如Cd、Hg、As、Pb、Cr劃分出的環(huán)境地球化學單指標等級分別為二等、三等、二等、一等和二等，則該評價單元的土壤環(huán)境地球化學綜合等級為三等。

表5 農用地土壤污染篩選值（單位：mg/kg）

土壤質量地球化學綜合等級是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同時參，按照一定規(guī)則疊加產生的等級與評價產生，它綜合反映了土壤環(huán)境質量和土壤養(yǎng)分豐缺程度。

3 地球化學空間分布特征及評價

3.1 養(yǎng)分元素地球化學空間分布特征及評價

本次評價土壤養(yǎng)分選取氮（N）、磷（P）、鉀（K）、有機質（Corg）等4種對農作物生長起主要有效關聯(lián)作用的營養(yǎng)元素進作為評價指標，并對土壤養(yǎng)分等級進等級劃分。

評價區(qū)表層土壤中氮元素含量范圍為0.42-3.42mg/kg，平均含量為1.34mg/kg，高值區(qū)（高于1.55mg/kg）主要分布于貓街鎮(zhèn)西部-高橋鎮(zhèn)一帶，最大值位于貓街鎮(zhèn)南部；低值區(qū)（低于0.96mg/kg）主要分布于東坡鄉(xiāng)一帶，沿金沙江河谷、河流區(qū)域氮元素含量往往較低，最小值位于東坡鄉(xiāng)西部。磷元素含量范圍為0.18-2.25mg/kg，平均含量為0.69mg/kg，高值區(qū)（高于0.72mg/kg）主要分布于獅山鎮(zhèn)-插甸鄉(xiāng)一帶，最大值位于插甸鄉(xiāng)北部；低值區(qū)（低0.42mg/kg）主要分布于環(huán)州鄉(xiāng)北部，最小值位于環(huán)州鄉(xiāng)北部金沙江河谷。鉀元素含量范圍為3.8-40.9mg/kg，平均含量為19.2mg/kg，高值區(qū)（高于24.6mg/kg）主要分布于插甸鄉(xiāng)和田心鄉(xiāng)附近，以及萬德鄉(xiāng)東部等地，最大值位于萬德鄉(xiāng)；低值區(qū)（低于12.8mg/kg）主要分布于環(huán)州鄉(xiāng)北部、東坡鄉(xiāng)西部地區(qū)，以及插甸鄉(xiāng)北部和發(fā)窩鄉(xiāng)東南角部分地區(qū)，最小值位于環(huán)州鄉(xiāng)北部金沙江河谷沿岸。有機質含量范圍為6.2-58.6mg/kg，平均含量為25.5mg/kg，高值區(qū)（高于35.5mg/kg）主要分布于貓街鎮(zhèn)西南側、發(fā)窩鄉(xiāng)北側和白路鄉(xiāng)附近，最大值位于貓街鎮(zhèn)；低值區(qū)（低于11.7mg/kg）主要分布東坡鄉(xiāng)附近，低值區(qū)主要分布于金沙江沿岸干熱河谷區(qū)。

根據各評價單元的養(yǎng)分元素地球化學綜合得分，按表3所示的分級標準確定其養(yǎng)分級別，由土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級圖可以看出，豐富（一等）和較豐富（二等）土壤面積為1524km2，占研究區(qū)總面積的52.02%；中等（三等）土壤面積為1185km2，占研究區(qū)總面積的40.44%；較缺乏（四等）和缺乏（五等）土壤面積為221km2，占研究區(qū)總面積的7.54%。

3.2 硒評價結果

根據上述劃分標準，將評價區(qū)硒資源劃分為五個等級。評價區(qū)處于全國貧硒帶上，土壤硒含量總體呈現缺乏趨勢，其中硒缺乏和邊緣區(qū)面積為1969km2，占比67.2%，主要分布于評價區(qū)中部高橋鎮(zhèn)、田心鄉(xiāng)以和北部萬德鄉(xiāng)、己衣鎮(zhèn)、東坡鎮(zhèn)等局部區(qū)域。硒適量區(qū)面積為930km2，占比31.74%，主要分布于插甸鄉(xiāng)、白路鄉(xiāng)、獅山鎮(zhèn)大部分區(qū)域。高硒區(qū)面積僅僅只有31km2，占比1.06%，零星分布于貓街鎮(zhèn)附近，可作為下步尋找富硒土壤的重點工作區(qū)。

3.3 酸堿度評價結果

研究區(qū)土壤以酸性土壤為主，其中酸性土壤面積為1675km2，占比57.17%；堿性土壤面積為507km2，占比17.3%；中性土壤面積為411km2，占比14.03%；強酸性土壤面積為324km2，占比11.06%；強堿性土壤占比較小，占比為0.44%。

3.4 重金屬元素地球化學空間分布特征及評價

本次評價選取砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鋅（Zn）8種重金屬元素為研究對象。

評價區(qū)表層土壤鎘含量范圍為0.033-3.54mg/kg，平均值為0.182mg/kg；汞含量范圍為0.007-0.308mg/kg，平均值為0.038mg/kg；砷含量范圍為1.76-56.72mg/kg，平均值為8.6mg/kg；銅含量范圍為12.4-1633mg/kg，平均值為45mg/kg；鉛含量范圍為8.2-155mg/kg，平均值為31.5mg/kg；鉻含量范圍為35.8-156mg/kg，平均值為81.5mg/kg；鋅含量范圍為9.2-942mg/kg，平均值為76mg/kg；鎳含量范圍為9.55-80.2mg/kg，平均值為32mg/kg。由此可以看出銅元素含量高值區(qū)遠高出風險管控值范圍，可能存在銅污染的風險。

從土壤環(huán)境地球化學綜合等級評價結果來看，評價區(qū)土壤環(huán)境質量總體優(yōu)良，土壤清潔區(qū)面積為2440km2，占比約83.28%，輕微污染和輕度污染面積為433km2，占比約14.78%，中度和重度污染面積為57km2，占比約1.94%。

3.5 土壤質量地球化學綜合等級劃分

從土壤質量地球化學綜合等級評價結果來看，研究區(qū)土壤質量總體良好，中等以上面積為2760km2，占比約94.2%。其中，優(yōu)質（一等）土壤面積為1167km2，占比約39.83%；良好（二等）土壤面積為為1065km2，占比約36.35%；中等（三等）土壤面積為528km2，占比約18.02%；差等（四等）土壤面積為113km2，占比約3.86%；劣等（五等）土壤面積為為57km2，占比約1.94%。劣等（五等）和差等（四等）土壤主要分布于評價區(qū)南部貓街鎮(zhèn)局部區(qū)域，其主要原因是因為土壤中重金屬元素含量超標所致。

4 結論

（1）評價區(qū)土壤養(yǎng)分含量總體良好，大量養(yǎng)分元素N、K含量較豐富，只有局部較少區(qū)域顯示缺乏，P含量顯示較缺乏，在農業(yè)生產過程中建議有針對性合理施肥，有意補充含磷的肥料。有機質Corg顯示在金沙江沿岸缺乏，推測可能與干熱河谷植被覆蓋度低有關。

（2）評價區(qū)土壤5種重金屬單指標中Cd、Hg、As三種元素單指標均為清潔，Pb元素單指標以清潔為主，占比98%以上，僅局部區(qū)域存在有輕微污染，Cr元素單指標以清潔為主，占比95%以上，僅極少區(qū)域存在重度污染。從環(huán)境綜合評價可以看出，土壤環(huán)境質量總體較好，區(qū)內土壤以清潔為主，占比83.28%，輕度污染和輕微污染面積占比1.78%，中等污染和重度污染僅占全區(qū)1.94%，表明測區(qū)受到重金屬污染的土壤較少，推測與礦產開采有關。

（3）評價區(qū)內土壤以中酸性為主，中酸性土壤占全區(qū)面積的71.2%，堿性、強堿性土壤占17.74%，堿性土壤中N、P養(yǎng)分元素缺乏，存在嚴重缺氮磷現象，可通過改良土壤酸堿度，來維持氮磷元素平衡，強酸性土壤中重金屬元素活性較強，可能導致重金屬元素含量超標。

（4）從土壤質量綜合評價等級來看，區(qū)內土壤質量總體較好，優(yōu)質土壤面積1167km2，占比39.83%，良好土壤面積1065km2，占比36.35%，中等土壤面積528km2，占比18.02%，差等土壤面積170km2，占比5.8%，分布在貓街鎮(zhèn)東南部和獅山鎮(zhèn)東南部較小區(qū)域。

（5）研究區(qū)處于全國貧硒帶內，測區(qū)內硒元素含量值偏低，硒元素總體缺乏，但是本次評價出富硒土壤31km2，為下一步劃定綠色富硒、無公害富硒農業(yè)基地提供有效依據。