陶春軍，周天健，李朋飛，羅 嬌，張笑蓉

(1. 安徽省地質(zhì)調(diào)查院，合肥 230001；2. 安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊，銅陵 244033)

土地是農(nóng)業(yè)最基本的生產(chǎn)資料，隨著現(xiàn)代工業(yè)化進程的加快，土壤環(huán)境污染狀況進一步加劇，這嚴(yán)重制約了土地可持續(xù)性利用，土地質(zhì)量成為學(xué)者們關(guān)注的焦點問題之一[1-10]。通過開展土地質(zhì)量地球化學(xué)評價，可為土地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”管護提供基礎(chǔ)依據(jù)[11]。目前安徽省已啟動“1∶5萬市(縣)級土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查”項目及更大比例尺的土地質(zhì)量地球化學(xué)評價試點工作。

安徽省岳西縣是國家級貧困縣及重點產(chǎn)茶縣，來榜鎮(zhèn)是岳西縣重要的中心集鎮(zhèn)，也是“岳西翠蘭”茶葉的重要產(chǎn)區(qū)之一。目前，該區(qū)尚未開展1∶5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)評價工作，制約了利用優(yōu)勢特色土地資源帶動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的升級。本文在1∶5萬土壤地球化學(xué)專項調(diào)查的基礎(chǔ)上，以第二次土地調(diào)查形成的土地利用現(xiàn)狀圖斑為評價單元進行土地質(zhì)量地球化學(xué)評價，這對進一步助力精準(zhǔn)扶貧，實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省岳西縣來榜鎮(zhèn)(圖1)，面積約40 km2。來榜鎮(zhèn)位于岳西縣中心，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。研究區(qū)屬皖西山地，總體地勢為西北和東南高，中間低，地形起伏較大，海拔為400～800 m，山體巖層主要為各類片麻巖及混合花崗巖。區(qū)內(nèi)主要河流為來榜河，自北東向南西流經(jīng)來榜鎮(zhèn)，為皖河支流潛水的一級支流。研究區(qū)屬華北地層區(qū)大別山地層分區(qū)，巖漿巖主要為元古代變質(zhì)侵入巖，巖性主要為英云閃長質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖，局部分布二長花崗質(zhì)片麻巖。成土母質(zhì)主要為變質(zhì)酸性巖類風(fēng)化物母質(zhì)和河流沖積物母質(zhì)。土壤類型主要為黃棕壤和水稻土。

1.花崗閃長質(zhì)片麻巖;2.英云閃長質(zhì)片麻巖;3.新太古代—古元古代大別山巖群;4.角閃巖;5.地質(zhì)界線;6.正斷層;7.右行平移斷層;8.片麻理產(chǎn)狀圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖[12]Fig. 1 Geological sketch map of the study area[12]

2 樣品采集及分析方法

2.1 樣品采集

來榜地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)評價的數(shù)據(jù)來自1∶5萬土壤地球化學(xué)專項調(diào)查，選擇研究區(qū)表層土壤的養(yǎng)分元素和重金屬元素等指標(biāo)進行土地質(zhì)量地球化學(xué)評價。土壤采樣密度為8個點/km2，主要采用網(wǎng)格化加圖斑方法布點，樣點布設(shè)在網(wǎng)格內(nèi)最大圖斑中，兼顧地塊形狀、大小等進行調(diào)整。土壤樣品主要采集于農(nóng)田、茶園、林地等，優(yōu)先選擇圖斑最大的農(nóng)用地田塊。土壤樣品采集點避開了溝渠、路邊、田埂、房基、垃圾堆等及微地形高低不平等無代表性地段。土壤樣品用專用采樣器自地表向下連續(xù)采集0～20 cm的土壤柱，除去植物根莖(未刮去表層土)等雜物，由3～5個子樣等量混合而成。

2.2 分析方法

土壤樣品分析測試了As、B、Cd、Cr、Cu、F、Hg、Mn、Mo、N、Ni、P、Pb、Se、Zn、TFe2O3、K2O、CaO、MgO、Corg、pH值等21項指標(biāo)，在自然資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成測試，采用國家一級土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW系列)進行監(jiān)控。用X射線熒光光譜法(XRF)測定P、Pb、CaO、Cr、Zn、N、Cu、TFe2O3、MgO、Mn、K2O、Ni；等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定Cd；深孔對電極攝譜(ES)測定B；原子熒光法(AFS)測定Hg、As、Se；催化極譜法(POL)測定Mo；離子選擇性電極法(ISE)測定F、pH；氧化還原容量法(VOL)測定Corg。本次分析方法檢出限均達到或優(yōu)于《DZ/T 0258—2014 多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》[13]的要求，各分析質(zhì)量指標(biāo)均符合相關(guān)規(guī)范要求，準(zhǔn)確度、精密度的一次合格率均為100%。

3 評價方法

3.1 評價單元賦值

本次評價單元采用第二次土地調(diào)查形成的土地利用現(xiàn)狀圖斑。當(dāng)1個圖斑中有2個以上評價數(shù)據(jù)時，用平均值進行評價單元的指標(biāo)賦值。當(dāng)圖斑中沒有評價數(shù)據(jù)時，采用Kring泛克里格插值法進行賦值，對賦值結(jié)果進行插值準(zhǔn)確性驗證，結(jié)果顯示插值結(jié)果較準(zhǔn)確。

3.2 土壤地球化學(xué)等級劃分

土壤養(yǎng)分N、P、K單元素等級劃分標(biāo)準(zhǔn)采用《DZ/T 0295—2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》[14]分級標(biāo)準(zhǔn)(表1)。在土壤N、P、K單指標(biāo)養(yǎng)分地球化學(xué)等級劃分基礎(chǔ)上，按照公式(1)計算土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合評價等級[12]，其等級劃分見表2。公式(1)為

(1)

式中：f養(yǎng)綜為土壤N、P、K評價總得分，1≤f養(yǎng)綜≤5；ki為N、P、K權(quán)重系數(shù)，分別為0.4、0.4和0.2；fi分別為土壤N、P、K的單元素等級得分。五等、四等、三等、二等、一等所對應(yīng)的fi分值分別為1分、2分、3分、4分、5分。

本次評價的土壤環(huán)境地球化學(xué)等級評價指標(biāo)劃分標(biāo)準(zhǔn)參照《GB15618—2018土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[15]的土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)值，區(qū)內(nèi)土地利用現(xiàn)狀以園地、林地為主，所以風(fēng)險篩選值均采用其中的其他分級標(biāo)準(zhǔn)，具體界限值見表3，風(fēng)險管控值見表4。等級劃分按照公式(2)，計算土壤污染物i的單項污染指數(shù)Pi。

公式2為

Pi=Ci/Si,

(2)

式中：Ci為土壤中i指標(biāo)的實測濃度；Si為污染物i

的土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)值。Pi≤1，為一等(清潔)；1

表1 土壤養(yǎng)分N、P、K單元素等級劃分標(biāo)準(zhǔn)[14]

表2 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級劃分[12]

表3 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值[15]

表4 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控值[15]

按照土壤單項污染指數(shù)環(huán)境地球化學(xué)等級劃分界限值，并進行單指標(biāo)土壤環(huán)境地球化學(xué)等級劃分。在此基礎(chǔ)上，每個評價圖斑的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級等同于單指標(biāo)劃分出的環(huán)境等級最差的等級[14]。

3.3 土壤質(zhì)量綜合等級劃分

土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級由評價單元的土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級與土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級疊加產(chǎn)生，其綜合等級表達圖示與含義如表5所示。

表5 土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級表達圖示與含義[14]

Table5Representationandmeaningofgeochemicalcomprehensivegradesofsoilquality[14]

4 土地質(zhì)量地球化學(xué)評價及空間分布

4.1 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)評價及空間分布

為了使農(nóng)產(chǎn)品能獲得較高的產(chǎn)量，一些農(nóng)民不合理或過量施用化肥現(xiàn)象時有發(fā)生。聯(lián)合國糧農(nóng)組織( FAO) 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國水稻種植中氮肥施用量顯著高于世界平均氮肥施用量水平[16]。因此，開展土壤養(yǎng)分地球化學(xué)調(diào)查，客觀評價土壤養(yǎng)分豐缺現(xiàn)狀，提出合理的施肥建議是必要的。

圖2 研究區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級圖Fig. 2 Comprehensive geochemical grade map of soil nutrients in the study area

研究區(qū)面積為40.0 km2，扣除居民建設(shè)用地及水域面積后，實際參與評價的總面積約36.9 km2。土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級評價結(jié)果(圖2)顯示，研究區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級以三等(中等)土壤為主，面積為25.45 km2，占研究區(qū)評價總面積的68.98%，主要分布于研究區(qū)南部、西北部及中東部。二等(較豐富)土壤面積為6.88 km2，占研究區(qū)評價總面積的18.66%，主要分布于研究區(qū)東北部余家花屋一帶及來榜鎮(zhèn)周邊。一等(豐富)土壤零星分布，僅占研究區(qū)評價總面積的0.41%。研究區(qū)土壤養(yǎng)分雖以三等(中等)和二等(較豐富)土壤為主，但仍存在11.95%的四等(較缺乏)土壤和五等(缺乏)土壤，主要分布于研究區(qū)中西部沙尖一帶?？傮w上，研究區(qū)大量元素土壤養(yǎng)分條件一般。養(yǎng)分缺乏區(qū)少量分布，說明研究區(qū)部分土壤肥力狀況較差，需通過補肥滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

4.2 土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)評價及空間分布

土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級圖(圖3)顯示研究區(qū)以一等土壤(清潔)為主，面積為35.84 km2，占研究區(qū)總面積的97.14%；其次為二等土壤(輕微污染)，主要分布于研究區(qū)北部及南部羊河小學(xué)附近，面積為0.92 km2，占研究區(qū)評價總面積的2.49%；三等土壤(輕度污染)和四等土壤(中度污染)均零星分布，分別占研究區(qū)評價總面積的0.22%和0.15%，無五等土壤(重度污染)。

圖3 研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級圖Fig. 3 Comprehensive geochemical grade map of soil environmental quality in the study area

土地重金屬污染可能導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收[17]。土壤重金屬可以通過食物鏈被生物富集。由于土壤重金屬污染具有隱蔽性和生態(tài)危害滯后性，土壤重金屬污染往往不能及時引起重視，只有在發(fā)生了嚴(yán)重污染事件之后，人們才認(rèn)識到重金屬污染的危害[18-19]。通過此次研究，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級較好，這種優(yōu)質(zhì)的土地資源能為該地區(qū)大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)奠定土地資源基礎(chǔ)。通過評價為該區(qū)綠色無公害農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)劃及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃提供了較好的依據(jù)。

4.3 土地質(zhì)量地球化學(xué)評價及空間分布

將土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級與土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級疊加，形成土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級如圖4所示。

圖4 研究區(qū)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級圖Fig. 4 Soil quality geochemical grade map of the study area

由圖4可知，研究區(qū)以二等土壤(良好)為主，主要分布于研究區(qū)南部、中東部及西北部，面積為24.67 km2，占研究區(qū)評價總面積的66.87%；其次為一等土壤(優(yōu)質(zhì))，主要分布于研究區(qū)東北部余家花屋、中東部來榜鎮(zhèn)周邊及南部羊河小學(xué)附近，面積為6.85 km2，占研究區(qū)評價總面積的18.57%；三等土壤(中等)分布較分散，面積為4.6 km2，占研究區(qū)評價總面積的12.48%；四等土壤(差等)主要分布于沙尖西，面積為0.72 km2，占研究區(qū)評價總面積的1.94%；五等土壤(劣等)零星分布，僅占研究區(qū)評價總面積的0.14%。研究區(qū)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級評價總體較好，大部分地區(qū)區(qū)域均為優(yōu)質(zhì)-中等土壤，差等土壤區(qū)和劣等土壤區(qū)零星分布。

通過評價，本次采集的10件灌溉水樣品中各元素含量均遠低于《GB 5084-2005 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[20]，如As、Pb、Zn、Cu、Cr6+等元素最大值分別為1.55 ug/L、1.23 ug/L、18.91 ug/L、2.02 ug/L、20.1 ug/L，其單指標(biāo)環(huán)境地球化學(xué)等級均為一等灌溉水，表示灌溉水環(huán)境質(zhì)量均符合標(biāo)準(zhǔn)。灌溉水綜合環(huán)境地球化學(xué)等級為一等，表明研究區(qū)灌溉水水質(zhì)優(yōu)良。研究區(qū)為大別山區(qū)，本次工作未采集大氣干濕沉降樣品。在土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級劃分的基礎(chǔ)上，疊加灌溉水環(huán)境地球化學(xué)綜合等級，形成了土地質(zhì)量地球化學(xué)等級[14]，其評價結(jié)果及空間分布情況與土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級結(jié)果一致。

4.4 硒豐缺評價

硒(Se)是人體必須的生命和健康元素，能提高人體免疫、促進淋巴細胞的增殖及抗體和免疫球蛋白的合成，增強免疫力，對腫瘤亦有明顯的抑制作用，缺Se則可能導(dǎo)致多種人畜疾病。富Se土壤已成為我國最為寶貴的土地資源，具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景，因此，對土壤富Se程度及富Se成因研究是非常有必要的[5-6]。

依據(jù)土壤養(yǎng)分元素Se等級劃分標(biāo)準(zhǔn)[14]，對研究區(qū)內(nèi)土壤Se進行豐缺評價(圖5)。研究表明，研究區(qū)土壤Se豐缺狀況以邊緣為主，面積為26.69 km2，占研究區(qū)評價總面積的72.35%；Se適量土壤主要分布于西北角茶山一帶及東南部黃花村周邊地區(qū)，面積為8.09 km2，占研究區(qū)評價總面積的21.93%；較富(高)Se土壤零星分布在羊河小學(xué)、楊家屋、來榜鎮(zhèn)西北角，僅占研究區(qū)評價總面積的0.58%。無Se過剩土壤分布。綜上可知，研究區(qū)內(nèi)土壤Se含量較缺乏。研究區(qū)位于大別山超高壓變質(zhì)巖分布區(qū)，主要巖性為片麻巖，絕大多數(shù)表層土壤樣品達不到富Se土壤標(biāo)準(zhǔn)[21]，但區(qū)內(nèi)采集的25組岳西翠蘭茶葉中有22組，即88%的樣品達到了富Se茶標(biāo)準(zhǔn)[22]，反映區(qū)內(nèi)具有種植富硒茶的潛力。對研究區(qū)茶葉Se與土壤Se、土壤有效Se進行了相關(guān)分析[23]，茶葉Se與根系土Se全量相關(guān)系數(shù)為-0.61，呈顯著負相關(guān)，與土壤有效Se相關(guān)性不明顯，說明研究區(qū)岳西翠蘭土壤缺硒不是茶葉富硒的主要因素，可能是岳西翠蘭茶樹屬于對硒富集能力較強的植物，采集樣品的茶樹均生長周期較長，茶樹對Se產(chǎn)生了一定的累積效應(yīng)。另外，茶葉所施的肥料中可能含有一定的硒，本次工作未對富硒茶樹所施肥料進行檢測。

圖5 研究區(qū)土壤Se元素豐缺現(xiàn)狀Fig. 5 Current status of soil selenium deficiency in the study area

5 結(jié)論

(1)岳西縣來榜地區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級總體以三等(中等)和二等(較豐富)土壤為主，中等以上土壤占研究區(qū)評價總面積的88.05%。土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級評價以一等(清潔)土壤為主，占研究區(qū)評價總面積的97.14%，具有發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的潛力。土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級評價總體較好，大部分地區(qū)為優(yōu)質(zhì)—良好區(qū)。

(2)岳西縣來榜地區(qū)灌溉水樣品單指標(biāo)及綜合環(huán)境地球化學(xué)等級均為一等灌溉水，灌溉水水質(zhì)優(yōu)良。土地質(zhì)量地球化學(xué)等級評價結(jié)果與土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級結(jié)果一致。

(3)岳西縣來榜地區(qū)土壤Se較缺乏，但88%的岳西翠蘭茶葉達到了富Se茶標(biāo)準(zhǔn)，翠蘭茶葉富Se的具體成因有待進一步研究。