陜西紫陽富硒土元素遷移特征及其質(zhì)量評估

盧 釗，周 萍，王玉真

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

0 引 言

硒(Se)作為人體所需的重要微量元素，具有多重生物學(xué)功能，它的豐缺與人類健康密切相關(guān)，被稱為“抗癌之王”[1]。地殼中火山噴發(fā)物和與火成巖活動(dòng)有關(guān)的金屬硫化物是硒的主要來源，富硒的沉積物則是次生產(chǎn)出，通常石煤中的有機(jī)質(zhì)含量較高使其硒含量也較高，成土母質(zhì)的組成和性質(zhì)在很大程度上決定了土壤中硒的含量[2]。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的硒常與有害元素砷(As)、汞(Hg)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)等存在一定的伴生關(guān)系[3-4]，這對于在高硒地質(zhì)背景區(qū)開發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品存在一定威脅。把巖石-母質(zhì)-土壤作為一個(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行研究，有助于深入認(rèn)識(shí)硒及與之伴生的有害元素從巖石到土壤的遷移積聚規(guī)律，掌握土壤硒元素供應(yīng)和有害元素聚集特性。國內(nèi)也有學(xué)者對富硒地區(qū)重金屬元素富集土壤的巖石-土壤-植物元素遷移積聚規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明：從巖石到土壤再到植物，元素的遷移具有一定的繼承性，但是該遷移積聚過程因氣候、生物和化學(xué)等作用不同而有所差別[5]。土壤中的重金屬分布特征受成土母質(zhì)和成土及運(yùn)移過程等因素的影響，不同母質(zhì)風(fēng)化的土壤中重金屬的地球化學(xué)賦存形態(tài)差異明顯[6]。如劉意章等[7]對重慶市巫山縣黑色巖系高鎘地質(zhì)背景區(qū)的土壤和農(nóng)作物樣品進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，黑色巖系母質(zhì)風(fēng)化導(dǎo)致農(nóng)田土壤Cd、Cr、Ni和Zn顯著富集，Cd是區(qū)域內(nèi)的特征污染元素；嚴(yán)明書等[8]在研究地質(zhì)背景對土壤元素Cr、Mn、B、Zn、Cu和Mo的特性控制時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些元素含量分布形狀在空間上與地層組相對應(yīng)，成土母巖決定土壤元素含量，是土壤元素含量水平的主要控制因素之一，其影響因素主要為巖石類型，其次為巖石形成的地質(zhì)年代；LONG等[9]采集紫陽縣硒中毒地區(qū)的468份樣品進(jìn)行主微量元素分析發(fā)現(xiàn)，Se是埃迪卡拉-早寒武世陸家坪組最富集的微量元素，其中，黑色頁巖礦物異常富硒，硒的濃度從0.03 ppm到303 ppm不等，平均為16 ppm，是地殼濃度的324倍以上。由此得出，硒主要來自南秦嶺的埃迪卡拉-早寒武世(635～520 Ma)異常富硒地層的熱液流體中。

近年來，國內(nèi)外諸多學(xué)者運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)和地理信息(GIS)技術(shù)相結(jié)合的方式，從不同尺度對不同地區(qū)土壤微量元素的空間變異規(guī)律進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)土壤微量元素分布具有結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性的空間變異特征[10-12]。已有研究表明其結(jié)構(gòu)性空間變異特征主要由成土母質(zhì)、土壤類型、地形和氣候等自然因素決定，其中，成土母質(zhì)是最主要因素[13-14]。但鮮少有依據(jù)地學(xué)統(tǒng)計(jì)理論結(jié)合區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)地質(zhì)條件(地層、構(gòu)造和巖性)，開展高硒地質(zhì)背景區(qū)土壤硒及與其伴生有害元素對土壤質(zhì)量的評價(jià)。因此，本文以巖石、母質(zhì)、土壤三個(gè)層位6種元素的運(yùn)移累積系數(shù)、淋溶系數(shù)和變異系數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)要素查明區(qū)內(nèi)土壤5種主要有害元素(As、Hg、Cr、Cd、Pb)富集情況和富硒土壤資源分布規(guī)律及其特征；并結(jié)合有害元素污染程度探索在農(nóng)用地分等定級(jí)、農(nóng)作物種植適宜性、基本農(nóng)田建設(shè)、特色農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作中合理利用土地質(zhì)量調(diào)查成果，為土地規(guī)劃、整理和開發(fā)利用，以及農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供研究區(qū)基礎(chǔ)土壤屬性數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

紫陽縣位于陜西南部，漢江中上游，大巴山北麓(圖1)，屬于北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫15.1 ℃，年降水總量1 066 mm，多集中在每年的6月到9月，夏季多發(fā)洪澇[15]。紫陽縣北部屬于北大巴山早古生代裂谷地帶，地層從遠(yuǎn)古界至第四系都有出露，期間缺失石炭紀(jì)和白堊紀(jì)，總體走向呈NWW-SEE向展布，與區(qū)域構(gòu)造線一致。紫陽縣境內(nèi)存在大量黑色巖系出露地區(qū)，其中，下寒武統(tǒng)-奧陶紀(jì)的黑色巖系富含多種礦產(chǎn)資源且成因復(fù)雜，主要由硅質(zhì)巖、灰?guī)r、碳質(zhì)硅質(zhì)灰?guī)r、碳硅質(zhì)頁巖四類組成[16]，而富硒土壤分布與黑色巖系出露區(qū)域基本一致。由于地層和土壤均富含硒元素，因此本地生長植被硒元素含量也較為豐富，為當(dāng)?shù)馗晃厣称烽_發(fā)提供了天然條件[17]。

2 數(shù)據(jù)采集及其預(yù)處理

2.1 野外樣品采集

野外勘察面積近900 km2，采樣時(shí)間為2019年8月，共采集樣品320件，其中，基巖106件、底土107件、土壤107件。巖石采集自寒武-奧陶-志留系，主要有碳質(zhì)板巖、碳質(zhì)硅質(zhì)巖、鈣質(zhì)板巖、磷塊巖、泥質(zhì)灰?guī)r和石煤等。每個(gè)樣點(diǎn)延剖面從巖石、母質(zhì)和土壤三個(gè)層位各采集1件樣品(圖2)，各采樣點(diǎn)坐標(biāo)位置如圖1所示。土壤每份約2 kg封裝、編號(hào)并記錄野外觀察特征。采集時(shí)需盡量避開公路及施肥地段，應(yīng)該從0～20 cm表層土采集土壤，并挑揀出其中動(dòng)物、植物殘留體、礫石、肥料團(tuán)塊等雜物。

圖1 研究區(qū)地理位置及采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Geographical location and sampling points distribution in the study area

圖2 野外工作照片F(xiàn)ig.2 Fieldwork photos

樣品送至承德華勘五一四地礦測試研究有限公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，測取微量元素Se和5種主要有害元素(As、Hg、Cr、Cd、Pb)在各個(gè)層位的豐度值(表1)。樣品的前期預(yù)處理分析流程(粉碎、儀器與試劑選取、溶液配制、消解及提取等)嚴(yán)格按照國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對土壤、巖石化學(xué)分析技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。

表1 各層元素含量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical of element content in each layer 單位：mg/kg

2.2 采樣點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

紫陽縣是我國僅有的兩個(gè)硒超標(biāo)地區(qū)之一(另一個(gè)是湖北省恩施州)，平均含量0.74 mg/g，是中國土壤硒平均含量(0.29 mg/kg)的2.55倍，是世界土壤硒平均含量(0.4 mg/kg)的1.85倍[18]，可見紫陽縣個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)硒中毒現(xiàn)象屬于正常。參考《中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集》土壤總硒含量界值表劃分標(biāo)準(zhǔn)中的缺硒、少硒、足硒、富硒、高硒和硒中毒等區(qū)間的硒含量范圍[19]，本文研究采樣點(diǎn)(106個(gè))硒含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。由表2可知，有9個(gè)采樣點(diǎn)缺硒，這些采樣點(diǎn)多集中在河灘地之上，土壤含沙量高，不具代表性，屬于異常點(diǎn)，在此剔除；約70%的采樣點(diǎn)硒含量在足硒和富硒區(qū)間。

表2 采樣點(diǎn)硒元素含量統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of selenium content at sampling points

3 研究結(jié)果及討論

本文利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件建立數(shù)學(xué)函數(shù)模型，探索巖石到成土母質(zhì)再到土壤的化學(xué)元素遷移特征。主要依據(jù)遷移積累系數(shù)、淋溶系數(shù)、主成分分析、元素相關(guān)性分析、元素空間變異性分析以及克里金插值等方法，判斷紫陽縣北部巖石-母質(zhì)-土壤的富硒能力、計(jì)算Se和5種有害元素(As、Hg、Cr、Cd、Pb)在土壤中的富集狀態(tài)以及其分布特征，并對農(nóng)用地安全性進(jìn)行評價(jià)；重點(diǎn)對樣品(巖石、母質(zhì)、土壤)中的As、Hg、Cr、Cd、Pb和Se進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分析Se與5種有害元素的相互關(guān)系。上述統(tǒng)計(jì)均通過IBM SPSS statistics 19軟件和MatLab2019a軟件完成，而文中所有的圖件繪制則由ArcMap10.2實(shí)現(xiàn)。

3.1 元素含量分析

由表1中巖石-母質(zhì)和母質(zhì)-土壤這兩個(gè)層位的剖面元素含量范圍和均值分析可知，As、Hg、Cd、Pb從巖石到母質(zhì)表現(xiàn)為相對富集，Cr呈下降態(tài)勢，而Se起初從巖石-母質(zhì)呈現(xiàn)增長趨勢，隨后到土壤層有所降低，這可能與土壤狀況及Se本身特性有關(guān)；土壤中6種元素的平均值均大于該元素的陜西省土壤背景值，說明6種元素在研究區(qū)內(nèi)都是富集的。

3.2 遷移累積系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

遷移積累系數(shù)在生態(tài)地質(zhì)中是指大部分化學(xué)元素都來自于巖石，為了表征不同巖性從巖石到母質(zhì)再到土壤的化學(xué)元素遷移能力，在風(fēng)化殼或土壤的同一剖面上，以土層元素含量與母質(zhì)元素含量之比表示[20]。由表3和圖3可知，所有元素巖石-母質(zhì)和母質(zhì)-土壤的遷移積累系數(shù)均大于1，說明6種元素均呈富集狀態(tài)，其中，Cd、Se和As呈相對較強(qiáng)富集，遷移積累程度較高，而Hg、Pb及Cr則依次降序；所有元素巖石-母質(zhì)的遷移積累系數(shù)要比母質(zhì)-土壤的遷移積累系數(shù)大，表明各元素在巖石到母質(zhì)過程中更容易積累；這也證明巖石變?yōu)槟纲|(zhì)和母質(zhì)變成土壤的過程有著相似的物理化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步表明紫陽地區(qū)富硒元素和其伴生的有害元素與地層、巖性等關(guān)系密切[21]。

表3 元素遷移累計(jì)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of element migration cumulative coefficient

圖3 元素巖石-土壤遷移累積系數(shù)Fig.3 Element migration cumulative coefficientin rock-soil

3.3 風(fēng)化淋溶系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

淋溶對生態(tài)地質(zhì)中的化學(xué)元素遷移有著重要影響，長期的降雨或灌溉，導(dǎo)致一些元素會(huì)被從表層土壤帶至深層土壤中，造成生態(tài)地質(zhì)土壤表層化學(xué)元素含量異常。本文將巖石中各元素含量與母巖中的相乘求積，再除以土壤中的總值(假設(shè)土壤中鋁不移動(dòng)情況下)，獲得了土壤-母質(zhì)-巖石的淋溶系數(shù)[22]，見表4。 由表4可知，Cr的風(fēng)化淋溶系數(shù)高達(dá)41.847，表明其容易在滲漏水作用下由土壤上部向下部遷移，Pb、As次之，說明這三種元素富集能力相對較弱；而Hg、Cd、Se的風(fēng)化淋溶系數(shù)值很低，說明不容易在滲漏水作用下由土壤上部向下部遷移，可見這三種元素相對穩(wěn)定，在土壤層更容易富集。通常元素在土壤中風(fēng)化淋溶系數(shù)與母質(zhì)-土壤的遷移積累系數(shù)呈明顯負(fù)相關(guān)，表明元素在土壤中被大量淋溶丟失從而影響了元素遷移累積量。

表4 元素風(fēng)化淋溶系數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistical of element weathering andleaching coefficient

3.4 元素變異性分析

在同一地質(zhì)背景下，土壤的化學(xué)元素空間變異性普遍較低。受人為因素等影響，土壤元素空間變異性會(huì)出現(xiàn)異常。將各元素含量的平均值除以其標(biāo)準(zhǔn)差獲得了該元素的變異系數(shù)[23]，劃分標(biāo)準(zhǔn)和程度見表5和表6。由表5和表6可知，Se、As、Hg、Cd、Cr、Pb六個(gè)元素都存在分異現(xiàn)象，其中，Se、As、Hg、Cd為強(qiáng)分異，表明土壤在成土過程中受元素活化遷移重分配等自然作用和人為疊加擾動(dòng)的影響較大；而Pb和Cr元素表現(xiàn)為分異，表明這兩種元素主要來自于成土母質(zhì)，認(rèn)為疊加影響較小。

表5 土壤元素變異系數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Classification standard of soil elementvariation coefficient

表6 土壤元素變異系數(shù)劃分程度Table 6 Classification degree of soil elementvariation coefficient 單位：mg/kg

3.5 各元素來源分析

3.5.1 各元素主成分分析

主成分分析是對土壤中多種相關(guān)性高的賦存元素的去相關(guān)性方法，最終將多種土壤元素構(gòu)成相關(guān)性高的整個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，通過在多維空間變異歸納為集中少數(shù)互不相關(guān)組份的過程，最大程度表達(dá)出土壤化學(xué)信息[24]。將6種元素總信息量進(jìn)行主成分統(tǒng)計(jì)，并分析它們在每個(gè)組分中的貢獻(xiàn)率(表7)。由表7可知，前4個(gè)組分因子較好地反映了6種元素88.217%的相關(guān)信息，具有較高的方差貢獻(xiàn)率，可以很好地代表6種土壤元素信息特征。其中，第1組分因子貢獻(xiàn)率為37.058%，該組分因子在As、Hg和Se的含量上有較高的正載荷，說明它們來自于同一物源，受相同因素影響，具有較高的伴生性；第2組分因子貢獻(xiàn)率為17.536%，該因子在Pb的含量上有較高的正載荷，說明Pb相對獨(dú)立于其他5種元素；第3組分因子的貢獻(xiàn)率為16.864%，該因子在Cr的含量上有較高的正載荷，說明Cr也是相對獨(dú)立的，與其他元素有著不同的影響因素；第4組分因子的貢獻(xiàn)率為16.759%，該因子在Cd的含量上有較高的正載荷，說明Cd相對獨(dú)立于其他5個(gè)元素，受某些其他因素影響。以上結(jié)果通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析得出。

表7 各元素主成分統(tǒng)計(jì)Table 7 Statistics of principal components of each element

3.5.2 皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析

為了揭示地理剖面巖石-母質(zhì)和母質(zhì)-土壤同一化學(xué)元素的關(guān)系密切程度，本文使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)對其進(jìn)行測定[25]，結(jié)果見表8。由表8可知，As、Hg、Se三者相關(guān)性較強(qiáng)，具有伴生富集情況；Cd、Cr和Pb與其他元素相關(guān)性不強(qiáng)，在土壤中表現(xiàn)為相對獨(dú)立，這一分析結(jié)果恰好與主成分分析結(jié)果相吻合。在此將土壤的6種元素分為四大類組分量。第一類組分量包含As、Hg、Se；第二類組分量為Pb；第三類組分量為Cr；第四類組分量為Cd，并證明這四類組分量是來自不同的物源。根據(jù)前人工作成果再結(jié)合本次研究，得出如下結(jié)論：首先，紫陽全縣范圍內(nèi)尚存在大量黑色巖系出露地表，所以第一類組分量As、Hg、Se主要來自于當(dāng)?shù)馗晃谏珟r系，而硒含量超標(biāo)土壤分布與黑色巖系出露地區(qū)基本一致，土壤受污染程度嚴(yán)重；其次，Se與As、Hg在土壤中都具有顯著相關(guān)性(表8)，但與Pb相關(guān)性不大，同時(shí)其運(yùn)移累計(jì)系數(shù)也大于1，表明第二類組分量Pb是來源于不同的巖性，且與當(dāng)?shù)匕傩掌毡闊河幸欢P(guān)系[21]；再次，第三類組分量為Cr，其在巖石、母質(zhì)、土壤中含量均較高(表1)，運(yùn)移累計(jì)系數(shù)大于1，因此第三類組分量Cr也來自巖石；最后是第四類組分量Cd，其運(yùn)移累計(jì)系數(shù)在所有元素中最大(表3)，其仍然來源于基巖和底土。

表8 土壤各元素相關(guān)性統(tǒng)計(jì)Table 8 Correlation statistics of soil elements

總之，Se與Cd、As遷移累積程度高，在土壤中易聚集，而Hg淋溶系數(shù)較低，在土壤中也易聚集，說明這四種元素在紫陽縣北部屬易聚集元素；同時(shí)，Se、As及Hg相關(guān)性強(qiáng)常常伴生；只有Cr與Se不僅相關(guān)性差且Cr的淋溶性還較強(qiáng)，在土壤中累積性較差，但因其遷移累積系數(shù)>1，也呈相對富集狀態(tài)。經(jīng)研究得出：紫陽縣富硒土壤中Se-As-Hg-Cd-Pb共生問題普遍存在，均來自于母巖且與一套黑色巖系密切相關(guān)，但巖性有所差異，而Cr與Se的關(guān)系不明確。

3.6 土壤元素空間特征分析

根據(jù)研究區(qū)土壤六種元素含量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合區(qū)域矢量邊界及前人研究成果，運(yùn)用地學(xué)統(tǒng)計(jì)中的克里金(Kriging)插值法進(jìn)行化學(xué)元素空間富集特征計(jì)算，通過變異函數(shù)分析選取變異性中最優(yōu)變異函數(shù)對土壤化學(xué)元素進(jìn)行插值，本次研究選取球狀模型分析法[26]。

3.6.1 硒元素空間特征分析

依據(jù)土壤、母質(zhì)、巖石三個(gè)層位中Se含量值，結(jié)合研究區(qū)矢量邊界及相關(guān)資料，對研究區(qū)Se進(jìn)行克里金插值，插值結(jié)果如圖4所示。研究區(qū)巖石Se含量呈典型的北西向分布(圖4(a))，與該區(qū)地質(zhì)環(huán)境有著非常緊密的關(guān)系，富硒巖石主要分布于該區(qū)的寒武-奧陶-志留系出露地層中(圖5)； 研究區(qū)母質(zhì)硒元素分布與巖石硒分布大體相似，也呈西北向東南的條帶狀展布，表明母質(zhì)中的Se大體來自于巖石中的硒元素；土壤中硒元素分布與母質(zhì)極其相似，通過計(jì)算母質(zhì)硒與土壤硒的皮爾遜相關(guān)系數(shù)R=0.912**(極顯著相關(guān))，可知土壤硒不僅受母質(zhì)控制，同樣也受巖性控制。因此，從巖石到母質(zhì)再到土壤，Se在縱向空間上有很好的繼承性。

圖4 Se三層位空間分布趨勢Fig.4 Spatial distribution trends of selenium in three layers

圖5 研究區(qū)地層分類簡圖Fig.5 Stratigraphic classification in the study area

3.6.2 土壤有害元素空間特征分析

我國土壤重金屬污染狀況較為普遍，主要包括以生物毒性顯著的Pb、Hg、Cd、As、Cr污染以及有毒性的Zn、Cu、Ni等污染物對土壤的侵蝕和沉積[27]，這些重金屬污染物在長江中下游廣大地區(qū)更為常見[28]。紫陽縣位于陜西省南部，地理位置獨(dú)特，南部與四川省和重慶市接壤。經(jīng)大量文獻(xiàn)查閱及野外調(diào)研認(rèn)為，工作區(qū)富硒巖石和富硒石煤發(fā)育，其風(fēng)化淋溶過程中使Hg、 Cd、 Pb、As、Cr、 Ag等重金屬元素容易被氧化而進(jìn)入土壤黏粒中，造成一定范圍的土壤地球化學(xué)異常，易引發(fā)土壤污染[29]。本文選擇研究區(qū)Pb、Hg、Cd、As、Cr等5種主要的且具有代表性的有害污染元素進(jìn)行分析，目的是評價(jià)富硒土地質(zhì)量優(yōu)劣程度。因此，只對這5種元素在土壤層的分布進(jìn)行了空間插值分析。

由圖6可知，土壤元素Se與As、Hg、Cr、Cd、Pb各元素在空間上有較好的一致性，具體表現(xiàn)為以下幾方面。首先，各元素分布趨勢均呈北西向展布，且呈條帶式間隔分布，而這一特點(diǎn)恰與研究區(qū)地層、構(gòu)造以及巖性分布具有很好的套合性(圖5)，也間接證明這些元素與底部母巖關(guān)系密切；其次，5種元素的高濃度分布區(qū)多集中在漢王鎮(zhèn)以南、雙安鎮(zhèn)以北、高坪鎮(zhèn)東南、東木鎮(zhèn)與煥古鎮(zhèn)交界處，而這些區(qū)域恰是下寒武-奧陶地層，也是含碳黑色巖系出露最多的區(qū)域；再次，各元素低濃度分布區(qū)域主要出現(xiàn)在煥古鎮(zhèn)東北面、高坪鎮(zhèn)西南、東木鎮(zhèn)南部到紅椿鎮(zhèn)等地，且亦呈北西向沿著區(qū)域構(gòu)造線方向展布，主要出露志留紀(jì)地層。而紫陽縣具有上千年歷史的富硒優(yōu)質(zhì)茶葉正產(chǎn)于這一地區(qū)，尤以煥古鎮(zhèn)最為著名[30]；最后，這些有害元素在空間上與Se也有較高的重疊性和復(fù)合性，常成一種伴生關(guān)系。

圖6 紫陽縣北部土壤6種元素分布趨勢Fig.6 Distribution trends of six soil elements in Northern Ziyang County

4 土壤質(zhì)量評估

4.1 質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJT 166—2004)，按照農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)元素標(biāo)準(zhǔn)上限劃分土壤有害元素污染等級(jí)(表9)。由表9可知，研究區(qū)內(nèi)既有全部滿足農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值區(qū)域，也有全部滿足農(nóng)用土地風(fēng)險(xiǎn)管制值區(qū)域，還有個(gè)別元素超標(biāo)區(qū)域。經(jīng)分析可得，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍為7.528～32.877 g/kg，根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量位于第五級(jí)至第二級(jí)范圍，無第一級(jí)和第六級(jí)，屬于偏高標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間(表10)。

表9 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)元素標(biāo)準(zhǔn)限Table 9 Limits of soil pollution elements in agricultural land

表10 全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 10 Nutrient classification standard inthe second national soil survey

4.2 土地優(yōu)勢區(qū)劃分原則

富硒茶葉是紫陽縣當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)產(chǎn)品的代表，所以優(yōu)勢區(qū)等級(jí)劃分以硒資源豐富程度為第一準(zhǔn)則，有機(jī)質(zhì)含量為第二準(zhǔn)則，土壤清潔度為第三準(zhǔn)則(以有害元素污染程度為準(zhǔn)則)。若土壤有個(gè)別或全項(xiàng)有害元素污染，則分為最低等級(jí)。根據(jù)本次土壤野外樣本，經(jīng)過分析獲得研究區(qū)土壤硒元素含量為0.089～7.180 mg/kg，絕大部分區(qū)域?qū)儆谧阄透晃姆秶灿袠O少部分區(qū)域存在缺硒(缺硒樣點(diǎn)多數(shù)在河流兩岸的河灘地上，土壤含沙量較大)以及硒中毒(樣點(diǎn)多分布在石煤開采周邊)現(xiàn)象(表2)。將研究區(qū)硒等級(jí)分為富硒、足硒和硒超標(biāo)三個(gè)級(jí)別，有機(jī)質(zhì)含量分為4個(gè)等級(jí)，土壤清潔度根據(jù)滿足篩選限和控制限分為3個(gè)等級(jí)，如圖7所示。

圖7 優(yōu)勢區(qū)劃分規(guī)則Fig.7 Delineation rules of advantage zone

4.3 土地優(yōu)劣區(qū)評估結(jié)果

綜上分析，依據(jù)劃分規(guī)則最終將研究區(qū)劃分為5個(gè)等級(jí)的土地優(yōu)劣區(qū)域。一級(jí)是富硒、高有機(jī)質(zhì)、土壤污染極低，屬于最優(yōu)特色農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)，主要分布在煥古鎮(zhèn)西偏北區(qū)域；二級(jí)是富硒、較高有機(jī)質(zhì)、土壤污染偏低，較優(yōu)特色農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)，主要分布在紫陽南部繞溪鄉(xiāng)和紅椿鎮(zhèn)界嶺鄉(xiāng)等地；三級(jí)是足硒、高有機(jī)質(zhì)、土壤污染低，相對一般農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)，分布范圍較廣，如雙安鎮(zhèn)東南和東木鎮(zhèn)周邊靠近煥古鎮(zhèn)以及洄水等零星散布；四級(jí)是足硒、較高有機(jī)質(zhì)、土壤有一定污染，相對較差農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)，主要在高平鎮(zhèn)和東木鄉(xiāng)；五級(jí)是重金屬污染區(qū)，土地需要一定程度的改良，屬于較差種植區(qū)，主要分布于漢王鎮(zhèn)以南、雙安鎮(zhèn)及高坪鎮(zhèn)南部等地(圖8)。

圖8 研究區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)區(qū)劃圖Fig.8 Land quality grade zoning map of the study area

5 結(jié) 論

1) Cd、Se、As、Hg、Pd、Cr等6種元素在工作區(qū)內(nèi)均呈富集狀態(tài)，遷移累積系數(shù)由強(qiáng)到弱依次為Cd、Se、As、Hg、Pd、Cr。其中，Cd的遷移累積系數(shù)為4.07，富集性最強(qiáng)，其次是Cr和Pd。同時(shí)，Se與As、Hg來自于相同的巖性，且Se與Cd、Pd及Cr在空間展布上也有很強(qiáng)的復(fù)合性，表明研究區(qū)土壤中Se與5種有害元素存在伴生現(xiàn)象，這種伴生關(guān)系主要受地層、巖性及構(gòu)造等控制，特別是由一套含碳板巖的黑色巖系風(fēng)化成土所致。

2) 研究依據(jù)土壤中Se和有機(jī)質(zhì)含量以及土壤清潔程度等(以有害元素含量為準(zhǔn))，將土地劃分為5個(gè)等級(jí)。其中，一級(jí)和二級(jí)是最佳特色農(nóng)業(yè)區(qū)，主要分布在煥古鎮(zhèn)和紅椿鎮(zhèn)的河川兩岸，該處基巖屬于志留紀(jì)-奧陶紀(jì)地層；三級(jí)、四級(jí)適中，零星分布在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)；污染強(qiáng)烈的是四級(jí)和五級(jí)，在漢王鎮(zhèn)、雙安鎮(zhèn)以及蒿坪鎮(zhèn)均有分布，該處位于下寒武統(tǒng)地層之上，且與石煤地層的分布密切相關(guān)。本次研究工作基本查明了紫陽縣北部土壤中Cd、As、Hg、Pd、Cr的富存狀態(tài)及Se運(yùn)移規(guī)律，并圈定了其高背景區(qū)域，為當(dāng)?shù)匕l(fā)展特色農(nóng)業(yè)及生產(chǎn)布局提供科學(xué)依據(jù)。