張哲寰，楊佳佳，宋運紅，賀鵬飛

1. 中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110034；2. 自然資源部 黑土地演化與生態(tài)效應重點實驗室，遼寧 沈陽 130034；3. 遼寧省黑土地演化與生態(tài)效應重點實驗室，遼寧 沈陽 110034

0 引言

土壤是人類賴以生存的物質(zhì)基礎，是糧食生產(chǎn)和人類活動的載體，其質(zhì)量直接影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人類健康. 土壤質(zhì)量評價是衡量土地質(zhì)量優(yōu)劣，優(yōu)化土地利用的基本途徑，是農(nóng)業(yè)土地資源調(diào)查的重要內(nèi)容和土地規(guī)劃的重要組成部分［1］. 由于土地耕作，長期施用化肥、農(nóng)藥及灌溉等因素，會導致土壤理化性質(zhì)惡化，土地質(zhì)量下降，進而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能發(fā)生改變，土地生產(chǎn)力下降，生態(tài)環(huán)境惡化. 土壤質(zhì)量與綠色產(chǎn)地適宜性評價是以影響土壤質(zhì)量的養(yǎng)分元素、環(huán)境元素為主，綜合考慮與土地利用有關的各種因素而進行的土壤質(zhì)量地球化學評價［2-12］，旨在為保護耕地、改善種植結構、開發(fā)綠色農(nóng)產(chǎn)品，科學合理施肥，促進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供科學依據(jù).

1 研究區(qū)概況

1.1 地理概況

黑龍江省訥河市位于松嫩平原北部，為大小興安嶺向南部平原過渡的山前高平原區(qū)，地勢北高南低，由東北向西南傾斜，面積6 674 km2. 區(qū)內(nèi)有嫩江的一級支流訥謨爾河自東向西流經(jīng)全境，屬于溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年平均氣溫為1.1 ℃，年平均降水量為450 mm，年平均日照時數(shù)2 747 h，無霜期為120 d. 氣候特點是積溫不足，雨量偏少，無霜期短，晝夜、冬夏溫差較大. 訥河市是黑龍江省重要的農(nóng)業(yè)基地，有耕地47.3×104hm2，占土地面積的71.0%，主要農(nóng)作物有玉米、大豆、水稻、馬鈴薯.區(qū)內(nèi)主要土壤類型有黑土、草甸土、暗棕壤、黑鈣土，分布面積分別占全市面積的44.8%、31.5%、10.7%和7.2%［13］.本次調(diào)查區(qū)面積6 439.78 km2.

1.2 地質(zhì)概況

研究區(qū)出露的地層主要有第四系亞黏土、亞砂土、中粗砂、含黏土砂礫石和泥炭，分布面積最大；前第四系有古近系—新近系砂巖、泥巖和砂礫，分布在研究區(qū)東北部；白堊系礫巖、砂巖、泥巖，分布在研究區(qū)西北和東北部；此外有零星分布的元古宇片巖和更新世玄武巖（圖1）.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig. 1 Geological map of the study area1—第四系全新統(tǒng)（Quaternary Holocene）；2—第四系上更新統(tǒng)（Quaternary Upper Pleistocene）；3—第四系中更新統(tǒng)（Quaternary Middle Pleistocene）；4—古近系漸新統(tǒng)－新近系（Paleogene Oligocene-Neogene）；5—白堊系（Cretaceous）；6—元古宇（Proterozoic）；7—玄武巖（basalt）

2 樣品采集與分析方法

在訥河市境內(nèi)，依據(jù)《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范》（DZ/T0258—2014），按照1 km×1 km 格網(wǎng)，每1 km2采集1 件表層土壤（0～20 cm）樣品，全區(qū)共采集土樣6 508 件，再按照2 km×2 km 的格網(wǎng)，將4 個土樣混合組成一個分析樣品，共組合表層土壤分析樣品1 627 件.

土壤樣品分析測試由具有MA 認證資質(zhì)的自然資源部沈陽礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔，提取分析方法及檢出限見表1.

表1 土壤元素分析方法及檢出限Table 1 Analysis methods and detection limits of soil elements

3 評價方法與標準

3.1 土壤養(yǎng)分質(zhì)量評價

依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T0295—2016）進行土壤養(yǎng)分質(zhì)量評價，選擇N、P、K、有機質(zhì)、CaO、MgO、Fe2O3、S、B、Zn、Mn、Cu、Mo、Co、Ge、V 共16項指標，以一個混合分析樣品所對應的4 km2為評價單元，依據(jù)規(guī)范中元素養(yǎng)分等級劃分標準，將土壤養(yǎng)分單指標劃分為五等、四等、三等、二等、一等5 個等級，并賦予相應的分值（fi）分別為1、2、3、4、5. 在此基礎上按下式計算土壤養(yǎng)分地球化學綜合得分f養(yǎng)綜.

式中：f養(yǎng)綜為氮、磷、鉀綜合評價得分，1≤f養(yǎng)綜≤5；ki為氮、磷、鉀權重，分別為0.4、0.4、0.2；fi為氮、磷、鉀單指標評價得分. 按表2 確定土壤養(yǎng)分綜合等級.

表2 土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級劃分Table 2 Comprehensive geochemical grading of soil nutrients

3.2 土壤環(huán)境質(zhì)量評價

依據(jù)生態(tài)環(huán)境部《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準》（GB15618—2018）標準，以Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 八種重金屬元素為評價指標. 標準中按不同酸堿度給出了土壤污染風險篩選值和管控值，將元素含量實測值與篩選值、管控值比較，并按規(guī)范給出的表3 確定土壤環(huán)境質(zhì)量單指標評價結果. 評價單元土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價等級等于單指標環(huán)境評價最差的等級.

表3 重金屬單元素污染風險等級劃分標準Table 3 Grading standard for single element pollution risk of heavy metals

當土壤中某種重金屬含量等于或者低于風險篩選值時，認為農(nóng)用地土壤污染風險低，一般情況下可以忽略，屬于一等（無風險）土地；當土壤中重金屬含量高于風險篩選值，且等于或低于風險管控值時，認為可能存在食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質(zhì)量安全標準的農(nóng)用地土壤污染風險，屬于二等（風險可控）土地；當土壤中重金屬含量高于風險管控值時，認為存在食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質(zhì)量安全標準的農(nóng)用地土壤污染風險，屬三等（風險較高）土地.

3.3 土壤質(zhì)量綜合評價

土壤質(zhì)量綜合等級根據(jù)評價單元的土壤養(yǎng)分綜合等級與土壤環(huán)境綜合等級疊加產(chǎn)生，劃分以環(huán)境綜合質(zhì)量為主要依據(jù)，同時結合養(yǎng)分綜合質(zhì)量按表4 確定.

表4 土壤質(zhì)量地球化學綜合等級表Table 4 Comprehensive geochemical grading of soil quality

3.4 綠色產(chǎn)地適宜性評價

3.4.1 土壤環(huán)境評價

依據(jù)農(nóng)業(yè)部《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T391—2013）等相關標準［14-16］，以Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu 六種重金屬元素為評價指標，利用單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價土壤污染程度，再結合土壤肥力評價種植綠色農(nóng)產(chǎn)品的土壤環(huán)境適宜性. 單項污染指數(shù)按下式計算：

式中：Pi為監(jiān)測項目的污染指數(shù)，Ci為監(jiān)測項目的實測值，Si為監(jiān)測項目的評價標準值.

如果有一項單污染指數(shù)大于1，視為該產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量不符合要求，不適宜發(fā)展綠色產(chǎn)品. 若單項指數(shù)均小于1，則按照下式計算綜合污染指數(shù)，并根據(jù)土壤綜合污染指數(shù)進行分級.

式中：P綜為土壤綜合污染指數(shù)，Pimax為土壤單項污染指數(shù)的最大值，Piave為土壤單項污染指數(shù)的平均值.P綜≤0.7，為土壤清潔；0.7＜P綜＜1.0，為土壤尚清潔；P綜＞1.0，為土壤污染.

3.4.2 土壤肥力評價

土壤肥力以有機質(zhì)和全氮含量分級（見表5），評價單元的綜合肥力為二者中較差的等級.

表5 土壤肥力等級劃分表Table 5 Grading of soil fertility of dry and paddy lands

3.4.3 土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價

當土壤環(huán)境質(zhì)量達到一級標準，且土壤有機質(zhì)和全氮含量達到Ⅱ級以上，則判定評價單元符合AA 級綠色食品產(chǎn)地要求，為適宜區(qū)；當土壤環(huán)境質(zhì)量達到一級標準，土壤有機質(zhì)和全氮含量低于Ⅱ級，則判定評價單元符合A 級綠色食品產(chǎn)地要求，為較適宜區(qū)；當土壤環(huán)境質(zhì)量未達到一級標準，則判定評價單元為不符合綠色食品產(chǎn)地要求，為不適宜區(qū)（其他產(chǎn)地）.

4 結果與討論

4.1 土壤養(yǎng)分

土壤養(yǎng)分是衡量土壤肥力的主要依據(jù)，其含量高低直接影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量與品質(zhì). 依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T0295—2016）從單指標和養(yǎng)分綜合兩方面評價. 養(yǎng)分單指標中有機質(zhì)、N、Fe2O3、Co、V、Mn、S 含量 等 級以豐富—較豐富為主；K、Mo 含量以較豐富—中等為主；P、CaO、MgO、Cu、Zn 含量以中等—較缺乏為主；B 和Ge 以較缺－缺乏為主.

4.1.1 有機質(zhì)及大量營養(yǎng)元素氮、磷、鉀

土壤有機質(zhì)不僅是植物營養(yǎng)的重要來源，也是微生物活動的能源. 研究區(qū)土壤表層有機質(zhì)含量范圍為15.17×10－3～60.68×10－3，平均37.07×10－3，高于東北玉米優(yōu)勢區(qū)土壤平均有機質(zhì)含量26.65×10－3［17］. 全區(qū)有機質(zhì)含量總體以豐富和較豐富為主，豐富—較豐富的土地占84.53%，面積為5 443.37 km2. 有機質(zhì)在中等以上的土地占全區(qū)面積的98.61%（表6）.

表6 土壤大量營養(yǎng)元素（指標）含量及評價結果統(tǒng)計表Table 6 Contents of major soil nutrient elements and evaluation results

N、P、K 都是植物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素，也是影響作物產(chǎn)量的主要養(yǎng)分限制因子. 研究區(qū)土壤表層N、P、K 含量平均值分別為1.90×10－3、0.68×10－3、20.09×10－3，屬于較豐富—中等水平. N、P、K含量在中等以上的土地面積分別占全區(qū)的99.77%、73.24%和100%. 其中P 較缺乏—缺乏土地有1 723.61 km2，占全區(qū)的26.76%.

4.1.2 中量營養(yǎng)元素鈣、鎂、硫

Ca、Mg、S 是植物生長發(fā)育所必需的中量營養(yǎng)元素. 研究區(qū)土壤表層CaO、MgO、S 含量平均值分別為1.32×10－2、1.20×10－2、411.36×10－6. CaO、MgO、S 含量在中等以上的土地面積分別占全區(qū)的76.07%、50.89%、99.17%. Ca 較缺乏—缺乏區(qū)面積1 540.94 km2，占全區(qū)的23.93%. Mg 較缺乏—缺乏區(qū)面積3 162.55 km2，占全區(qū)的49.11%. S 較缺乏－缺乏區(qū)面積45.47 km2，占全區(qū)的0.07%（表7）.

表7 土壤中量營養(yǎng)元素含量及評價結果統(tǒng)計表Table 7 Contents of medium soil nutrient elements and evaluation results

Ca 是構成植物細胞壁的成分，能穩(wěn)定生物膜結構，缺Ca 時，植物生長受阻，個頭矮小，根系容易腐爛，果實生長發(fā)育不良；Mg 是葉綠素的必要成分，植物體內(nèi)Mg 的最重要功能是形成葉綠素，同時還是多種酶的活化劑，缺Mg 會影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)；S 是蛋白質(zhì)的組成元素，缺S 時作物生長受到障礙，植株矮小瘦弱，葉片黃化［18］.

4.1.3 微量營養(yǎng)元素

研究區(qū)土壤微量營養(yǎng)元素Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Co、Ge、V 的含量及土壤質(zhì)量評價結果見表8. 其中Fe、Mn、Co、V 含量以豐富—較豐富為主；Mo 含量以較豐富—中等為主；Cu 和Zn 含量以中等—較缺乏為主，但Cu 和Zn 的有效態(tài)為豐富和較豐富［13］；土壤中B 和Ge 含量以較缺乏和缺乏為主，B、Ge 較缺乏和缺乏的面積之和分別為全區(qū)面積的95.68%和81.50%.

表8 土壤微量營養(yǎng)元素含量及評價結果Table 8 Contents of micro soil nutrient elements and evaluation results

Cu 能提高葉綠素的濃度增強光合作用，促進蛋白質(zhì)的合成，增強抗逆性，以及對病害的抵抗力，作物缺Cu 將嚴重影響產(chǎn)量［19-20］. Zn 有促進作物細胞呼吸、碳水化合物代謝及對氧的利用作用，當土壤中嚴重缺Zn時，作物產(chǎn)量大減，甚至絕收，對Zn 敏感的作物有玉米、水稻、小麥、甘署等，科學施用Zn 肥，能促進作物生長發(fā)育，提高作物結實率和產(chǎn)量，并顯著改善產(chǎn)品品質(zhì)［21］.

植物缺B 時作物不能形成正?；ㄆ鞴伲ǚ酃芑?，花粉粒發(fā)育不良，形成“有花無果”、或果實質(zhì)量不佳等現(xiàn)象［22-23］. Ge 是一種具有多種生物活性的微量元素，一些生物學家發(fā)現(xiàn)幾乎所有的動物體和植物體都含有Ge. 隨著Ge 清除自由基、免疫調(diào)節(jié)抗突變作用、搞腫瘤等生物活性的發(fā)現(xiàn)，其在生物上的研究和利用逐漸引起重視［24-26］. 從植物中獲取Ge 是人體最安全有效的來源，富Ge 土壤可廣泛應用于富Ge 農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā). 因此建議對P、CaO、MgO、Cu、Zn、B、Ge 缺乏區(qū)適量施加相應的肥料，進行土壤改良，以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量.

4.1.4 土壤養(yǎng)分綜合

土壤養(yǎng)分綜合評價結果見表9 和圖2. 全區(qū)土壤綜合養(yǎng)分為一等（豐富） 的土壤面積占研究區(qū)的2.23%，主要分布在訥河市北部；二等（較豐富）土壤面積占56.94%；三等（中等）土壤面積占39.97%；四等（較缺乏）土壤占0.86%，分布在訥河市西南，較缺乏面積很小. 全區(qū)土壤養(yǎng)分無缺乏等級.

表9 表層土壤養(yǎng)分綜合評價結果Table 9 Comprehensive evaluation results of topsoil nutrients

圖2 訥河市土壤養(yǎng)分綜合等級評價圖Fig. 2 Comprehensive grade evaluation of soil nutrients in Nehe City1— 一等（豐富）（Grade-I，rich）；2—二等（較豐富）（Grade-II，relatively rich）；3—三等（中等）（Grade-III，medium）；4—四等（較缺乏）（Grade-IV，deficient）

4.2 土壤環(huán)境評價

土壤環(huán)境單指標評價結果見表10. 八項重金屬中Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Cd 七項指標環(huán)境質(zhì)量等級為一等（無風險）. Ni 環(huán)境質(zhì)量一等區(qū)面積占研究區(qū)的99.94%，二等（風險可控）區(qū)面積僅4 km2，占0.06%，分布在龍河鎮(zhèn)北.

表10 土壤環(huán)境單指標評價結果表Table 10 Single index evaluation results of soil heavy metals

土壤環(huán)境綜合評價結果見圖3. 全市99.94%的土地環(huán)境綜合質(zhì)量為一等（無風險）的土地面積為6 435.78 km2，受Ni 的影響，有0.06%的土地為二等（風險可控），面積4 km2，分布在龍河鎮(zhèn)，全市無三等（風險較高）的土壤分布.

圖3 訥河市土壤環(huán)境綜合等級評價圖Fig. 3 Comprehensive grade evaluation of soil environment in Nehe City1—無風險（risk free）；2—風險可控（risk controllable）

4.3 土壤質(zhì)量地球化學綜合評價

土壤質(zhì)量地球化學綜合等級是土壤養(yǎng)分和土壤環(huán)境的綜合反映. 評價結果顯示訥河市有一等（優(yōu)質(zhì)）土地3 806.06 km2，占全區(qū)面積的59.11%；二等（良好）土地面積2 574.11 km2，占研究區(qū)的39.97%；三等（中等）土地59.61 km2，占研究區(qū)的0.92%. 全市沒有四等（差等）和五等（劣等）土地分布（見圖4）.

圖4 訥河市土壤質(zhì)量地球化學綜合等級評價圖Fig. 4 Comprehensive geochemical grade evaluation of soil quality in Nehe City1— 一等（優(yōu)質(zhì)）（Grade-I，fine）；2—二等（良好）（Grade-II，good）；3—三等（中等）（Grade-III，medium）

4.4 綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價

4.4.1 土壤環(huán)境

綠色產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量評價結果：土壤環(huán)境質(zhì)量一級（清潔），面積為6 497.61 km2，占98.05%；二級（尚清潔），面積為8 km2，占0.12%.

4.4.2 土壤肥力

綠色產(chǎn)地土壤肥力以全氮和有機質(zhì)為評價指標，評價結果：一級（肥力高）面積為6 546.02 km2，占98.78%；二級（肥力較高）面積為19.27 km2，占0.29%.

4.4.3 土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性

訥河市土壤環(huán)境質(zhì)量綠色產(chǎn)地適宜性評價結果顯示：符合綠色食品產(chǎn)地一級（AA 級）要求的土壤面積為6 461.5 km2，占全區(qū)面積的97.5%；符合綠色食品產(chǎn)地二級（A 級）要求的土壤面積為38.1 km2，占全區(qū)面積的0.58%；不符合綠色食品產(chǎn)地三級（其他產(chǎn)地）要求的土壤面積為65.6 km2，占全區(qū)面積的0.99%. 土壤環(huán)境質(zhì)量絕大部分達到一級標準，是養(yǎng)分充足、環(huán)境潔凈的土地資源，開發(fā)綠色食品產(chǎn)地前景廣闊（見圖5）.

圖5 訥河市綠色食品產(chǎn)地適宜區(qū)環(huán)境質(zhì)量評價圖Fig. 5 Environmental quality evaluation of green food producing suitable area in Nehe City1—AA 級綠色食品產(chǎn)地（Grade-AA green food producing area）；2—A 級綠色食品產(chǎn)地（Grade-A green food producing area）；3—其他產(chǎn)地（other areas）

5 結論及建議

1）訥河市土壤養(yǎng)分總體良好，土質(zhì)肥沃，適合農(nóng)作物的生長. 土壤養(yǎng)分單指標N、有機質(zhì)、Fe2O3、Co、V、Mn、S 含量以豐富—較豐富為主，K、Mo、CaO、MgO 含量以較豐富—中等為主，P、CaO、MgO、Cu、Zn 含量以中等—較缺乏為主，Ge 和B 含量以較缺乏—缺乏為主. 建議對P、CaO、MgO、Cu、Zn、B、Ge 缺乏地塊適量施加相應的肥料，改良土壤，以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量. 全區(qū)土壤養(yǎng)分綜合等級以較豐富和中等為主，面積分別占56.94%和39.97%，全區(qū)無養(yǎng)分綜合缺乏等級土壤.

2）訥河市土壤環(huán)境質(zhì)量好，全區(qū)無污染風險較高的土地分布. 土壤環(huán)境質(zhì)量一等（無風險）區(qū)占全區(qū)的99.94%；土壤環(huán)境質(zhì)量二等（風險可控）區(qū)僅4 km2，占全區(qū)面積的0.06%，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較小.

3）訥河市土壤質(zhì)量地球化學綜合等級以優(yōu)質(zhì)為主，土壤環(huán)境清潔、養(yǎng)分充足，有一等（優(yōu)質(zhì)）土地3 806.06 km2，占全區(qū)的59.11%；二等（良好）土壤面積2 574.11 km2，占全區(qū)的39.97%；三等（中等）土壤面積59.61 km2，占0.92%；沒有四等（差等）和五等（劣等）土壤.

4）訥河市是發(fā)展優(yōu)質(zhì)綠色農(nóng)業(yè)良好基地. 全市土壤符合一級綠色食品產(chǎn)地（AA 級）要求的土壤面積為6 461.5 km2，占調(diào)查區(qū)總面積的97.5%；符合二級綠色食品產(chǎn)地（A 級）要求的土壤面積為38.1 km2，占總面積的0.58%；不符合綠色食品產(chǎn)地要求的三級（其他產(chǎn)地）土壤面積為65.6 km2，占總面積的0.99%.

5）為進一步維護和提高土地的生產(chǎn)能力，建議：①積極推廣保護性耕作，增加土壤肥力. ②實旗測土配方，科學施肥. ③深耕細作，增加耕層厚度. ④實行秸稈還田，增加土壤有機肥. ⑤加大耕地保護宣傳，增強耕地保護意識，嚴格控制優(yōu)質(zhì)土地占用.