孫述海,郝 杰,姚文靜,岳偉佳,李巖濤,李高源,魏金釗

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊/山東省地礦工程勘察院,濟(jì)南 250014;2.濟(jì)南新舊動能轉(zhuǎn)換起步區(qū)管理委員會建設(shè)管理部,濟(jì)南 250000)

【研究意義】區(qū)域土壤元素含量分布反映該地區(qū)成土地質(zhì)特點(diǎn)和人為活動對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響,土壤質(zhì)量影響作物品質(zhì)和食品安全[1-2]。黃河流域(濟(jì)南段)是貫徹落實(shí)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略發(fā)展區(qū)的主要組成部分,研究土壤元素含量及分布特點(diǎn)對合理開發(fā)和利用土地資源具有重要指導(dǎo)意義[3-7]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤元素地球化學(xué)背景值作為重要的地質(zhì)指標(biāo),黎彤等[8-9]在該方面作了大量研究,其應(yīng)用方向也從最初的土壤元素分析、礦產(chǎn)資源預(yù)測和環(huán)境質(zhì)量評價[10-11],逐漸發(fā)展成為土地利用、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃和生態(tài)評估等研究的重要數(shù)據(jù)[12]。土壤元素地球化學(xué)背景值作為研究土地質(zhì)量及土壤環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo),2003年山東省開展了為期15年的全省陸地區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查[13-14]。2021年王紅晉等[15]對濟(jì)南市土壤地球化學(xué)背景值進(jìn)行了初步分析,介紹了濟(jì)南市土壤元素含量與山東省及全國土壤元素含量的相對豐缺關(guān)系?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究未對不同土壤類型、不同土地利用類型、不同行政區(qū)域的土壤元素含量差異及土壤中農(nóng)作物營養(yǎng)元素分布特征進(jìn)行研究。全面合理的發(fā)展規(guī)劃必須建立在詳實(shí)的土壤評價數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上,在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展時期,準(zhǔn)確評估區(qū)域土壤質(zhì)量,對指導(dǎo)區(qū)域因地制宜,科學(xué)規(guī)劃工農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選取黃河流域(濟(jì)南段)為研究區(qū)域,分析土壤元素豐缺狀況、區(qū)域分布差異和人類活動對土壤質(zhì)量的影響情況及作物營養(yǎng)元素N、P、K的空間分布特征,為調(diào)查區(qū)土地資源綜合利用提供基礎(chǔ)地球化學(xué)資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

濟(jì)南新舊動能轉(zhuǎn)換起步區(qū)地處濟(jì)南西北部,橫跨黃河兩岸,涉及黃河沿岸21個街鎮(zhèn),總面積1030 km2。調(diào)查區(qū)為起步區(qū)直管區(qū),包括太平、孫耿、崔寨和大橋4個鎮(zhèn)(街道),地理極值坐標(biāo):116°52′08.5″～117°10′18.5″ E,36°43′29.9″～37°22′40.6″ N,總面積450 km2。該區(qū)域地處魯中低山丘陵與魯北平原交接地帶,地勢南高北低。地面標(biāo)高18.9～30.0 m,最低點(diǎn)為濟(jì)陽區(qū)鄺家—寺前劉一帶,地面標(biāo)高18.9 m。地貌類型為黃河沖積平原。屬暖溫帶大陸性氣候,濟(jì)南地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,具有春季易旱,夏季炎熱多雨,秋季天高氣爽,冬季寒冷干燥的氣候特征。調(diào)查區(qū)地貌類型如圖1所示,調(diào)查區(qū)土壤類型如圖2所示。

圖1 黃河流域(濟(jì)南段)地貌類型Fig.1 Geomorphic types of the Huanghe River basin (Jinan section)

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品采集 本研究參照山東省地質(zhì)調(diào)查規(guī)范《1∶50 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價技術(shù)要求(試行)》和《DZ/T2095—2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》,結(jié)合實(shí)際規(guī)劃,根據(jù)代表性、均勻性、合理性并兼顧土地利用現(xiàn)狀的原則布設(shè)采樣點(diǎn)。按照每平方公里4個采樣點(diǎn)的基本密度要求布設(shè)采樣點(diǎn),在規(guī)劃建設(shè)區(qū)較密集位置(大橋組團(tuán)、崔寨組團(tuán))則按照每平方公里5個采樣點(diǎn)的密度加密布設(shè),平均采樣密度為每平方公里4.32個采樣點(diǎn)。

1.2.2 土壤樣品制備及加工 土壤樣品在自然狀態(tài)下晾干,研磨至樣品粒度小于2 mm(10目)。通過四分法取樣,根據(jù)測試需求分別研磨至不同粒度。樣品(一)用于pH測試,粒度小于2 mm;樣品(二)用于土壤有機(jī)質(zhì)、土壤中的全氮及重金屬形態(tài)分析測試,粒度小于0.25 mm(60目)。樣品(三)用于土壤全量測試,粒度小于0.074 mm(200目)。多余樣品作為留存副樣。

1.2.3 土壤樣品分析 樣品分析由山東省地礦工程勘察院實(shí)驗(yàn)室和山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊實(shí)驗(yàn)室完成,主要采用ICP、ICP-MS、ES、AFS、VOL等方法進(jìn)行測試[17-19],具體如表1所示。

表1 元素的分析方法、檢出限、報出率Table 1 Analysis method, detection limit and reporting rate of each element

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 土壤元素地球化學(xué)背景值 土壤元素含量及區(qū)域分布特征是需重點(diǎn)關(guān)注的土壤數(shù)據(jù)[20-27],土壤元素地球化學(xué)背景值指經(jīng)過自然改造和人為活動(第II環(huán)境)形成的區(qū)域表層土壤元素的含量值,是第I環(huán)境和第II環(huán)境共同作用的結(jié)果[6,17],一方面其與土壤基準(zhǔn)值有密切繼承關(guān)系,總體受土壤基準(zhǔn)值的控制,另一方面經(jīng)長期風(fēng)化、淋濾等自然作用以及人類生產(chǎn)生活等人為活動的改造,表層土壤地球化學(xué)特征已發(fā)生一定的變化。

1.3.2 土壤元素地球化學(xué)背景值的統(tǒng)計方法 依據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250 000)DZ/T0258—2014)》“同一沉積環(huán)境、同一物質(zhì)來源、滿足正態(tài)分布”的土壤地球化學(xué)背景值確定原則。依據(jù)《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋正態(tài)性檢驗(yàn)》(GB/T4882—2001)求取土壤地球化學(xué)背景值,對數(shù)據(jù)頻率分布形態(tài)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)。當(dāng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布時,用算術(shù)平均值(X)代表背景值,算術(shù)平均值加減2倍算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差(X±2S)代表背景值變化范圍;服從對數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù),用幾何平均值(Xg)代表背景值,幾何平均值乘除幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方(Xg·S±2)代表背景值變化范圍;不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù),按照算術(shù)平均值加減3倍算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差(X±3S)或幾何平均值乘除幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差的立方(Xg·S±3)進(jìn)行剔除,經(jīng)反復(fù)剔除后服從算術(shù)正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布時,用算術(shù)平均值或幾何平均值代表土壤背景值,算術(shù)平均值加減2倍算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差(X±3S)或幾何平均值乘除幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方(Xg·S±2)代表背景值變化范圍。經(jīng)反復(fù)剔除后仍不滿足正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布,當(dāng)呈偏態(tài)分布時,以眾值或平均值代表背景值;當(dāng)呈雙峰或多峰分布時,以中位值或平均值代表背景值。

以上是針對統(tǒng)計樣品數(shù)不少于30個而言。當(dāng)統(tǒng)計單元樣品數(shù)少于30個時,則用中位數(shù)值(Xme)代表背景值,算術(shù)平均值加減2倍算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差(Xme±2S)代表背景值變化范圍。

在進(jìn)行pH參數(shù)統(tǒng)計時,應(yīng)先將土壤pH換算成H+的平均濃度進(jìn)行統(tǒng)計計算,然后再換算成pH,其公式為:

c=10-pH

(1)

c=Σ10-pH/n

(2)

pH=-lgc

(3)

式中,c為H+平均濃度,n為樣本數(shù)。

1.3.3 土壤元素K值和變異系數(shù) 為便于描述N、P、Hg、As、Cd、S、Corg、Co、B、CaO、Se等29種土壤地球化學(xué)元素指標(biāo)的含量特征,采用K值和變異系數(shù)研究元素特征參數(shù)和區(qū)域差異。其中K值是單元元素背景值與參比區(qū)(山東省、濟(jì)南)的比值,利用K值可比較單元元素的相對富集貧乏特點(diǎn),其評判標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 背景值相對參考值對比評判標(biāo)準(zhǔn)(K值)Table 2 Comparison and evaluation criteria of background value and reference value (K value)

變異系數(shù)是反映元素分布均勻程度的一個重要參數(shù),采用經(jīng)驗(yàn)值判別(表3)。

表3 元素分布均勻度評判標(biāo)準(zhǔn)(變異系數(shù))Table 3 Evaluation criteria of element distribution uniformity (variation coefficient)

2 結(jié)果與分析

2.1 黃河流域(濟(jì)南段)土壤元素地球化學(xué)背景值基本統(tǒng)計

黃河流域(濟(jì)南段)土壤樣品的各評價指標(biāo)統(tǒng)計參數(shù)如表4所示。由圖3可知,與山東省土壤元素背景值相比,黃河流域(濟(jì)南段)內(nèi)背景值最高的元素是S,其K值達(dá)1.944,其次是Co和Hg;調(diào)查區(qū)內(nèi)背景值最低的組分是Al2O3,K值為0.494。

圖3 調(diào)查區(qū)土壤元素背景值與濟(jì)南市、山東省背景值比值Fig.3 Ratio of background values of soil elements in the survey area to those in Jinan city and Shandong province

表4 全區(qū)表層土壤各指標(biāo)地球化學(xué)含量特征參數(shù)Table 4 Characteristic parameters of geochemical content of surface soil in the whole region

以1.2、1.1、0.9和0.8為閾值將土壤元素貧富水平分為明顯偏高(K>1.20)、偏高(1.10

對變異系數(shù)分析發(fā)現(xiàn),黃河流域(濟(jì)南段)內(nèi)表層土壤元素分布均勻,除Hg、N、MgO外,變異系數(shù)均在0.40以下,多數(shù)有害元素變異系數(shù)則在0.25以下,說明黃河流域(濟(jì)南段)土壤污染壓力較小,與直管區(qū)工業(yè)發(fā)展程度整體不高的背景相吻合。

pH背景值與濟(jì)南市土壤背景值極為接近,但比山東省和全國土壤背景值高,這主要與黃河流域(濟(jì)南段)廣泛分布的土壤類型為普通潮土密切相關(guān)。黃河流域(濟(jì)南段)土壤通體有石灰反應(yīng),是堿性反應(yīng),成土母質(zhì)中CaCO3含量豐富,使pH高于7.5。

2.2 黃河流域(濟(jì)南段)不同類型土地特征參數(shù)分析

2.2.1 不同土壤類型中元素含量分析 不同土壤類型中元素含量如表5所示。黃河流域(濟(jì)南段)分布有2個土類,可分4個土壤亞類,表層土壤的主要土壤亞類有6種,分別是沖積固定草甸沙土、砂質(zhì)潮土、壤質(zhì)潮土、砂質(zhì)濕潮土、壤質(zhì)濕潮土和壤質(zhì)硫酸鹽鹽化潮土。黃河流域(濟(jì)南段)各土壤類型中元素含量平均值與黃河流域全區(qū)背景值對比特征如下。

表5 不同土壤類型下各指標(biāo)元素含量特征參數(shù)Table 5 Characteristic parameters of each index element content under different soil types

(1)沖積固定草甸沙土:與全區(qū)背景值相比,黃河流域(濟(jì)南段)土壤中MgO含量明顯偏高,其次偏高的有P、I、Mo、CaO、Na2O元素,N、Corg、Co含量偏低于全區(qū)背景值,其它指標(biāo)則與全區(qū)背景值相差不大。

(2)砂質(zhì)潮土和壤質(zhì)潮土:無明顯偏高和偏高的元素分別為S和N、P,黃河流域(濟(jì)南段)土壤中其它指標(biāo)則與全區(qū)背景值相差不大,K值在0.90～1.10。

(3)砂質(zhì)濕潮土:黃河流域(濟(jì)南段)土壤中S元素含量明顯偏高,Mn、V、Pb、Zn、Ni含量偏低于全區(qū)背景值,Cu和MgO含量則明顯偏低,其它指標(biāo)與全區(qū)背景值相差不大。

(4)壤質(zhì)濕潮土:S元素含量明顯偏高,Ni元素含量偏低,MgO含量明顯偏低,其余指標(biāo)則與全區(qū)背景值相差不大。

(5)壤質(zhì)硫酸鹽鹽化潮土:S、K元素含量明顯偏高,且K值高達(dá)1.64,CaO和Zn含量偏高,其余指標(biāo)則與全區(qū)背景值相差不大。

2.2.2 不同土地利用類型中元素含量分析 不同土地利用類型中元素含量如表6所示。黃河流域(濟(jì)南段)內(nèi)主要土地利用類型分為水澆地、喬木林地、其他林地和農(nóng)村宅基地4種類型。各主要土地利用類型中土壤元素背景值與全區(qū)背景值對比特征如下。

表6 不同土地利用類型及不同行政區(qū)劃下各指標(biāo)元素含量特征參數(shù)Table 6 Characteristic parameters of each index element content under different land use types and different administrative divisions

(1)水澆地土壤元素背景值與全區(qū)背景值的比值明顯偏高的為S元素,偏高的為Corg和N,其余指標(biāo)均在0.99～1.10,與全區(qū)背景值相接近。

(2)喬木林地土壤元素背景值與全區(qū)背景值的比值在0.70～1.10。背景值明顯偏低的為N,偏低的為Corg,其余指標(biāo)均與全區(qū)背景值接近。

(3)其他林地土壤元素背景值與喬木林地背景值類似,比值也在0.70～1.10,其中背景值明顯偏低的指標(biāo)為N;偏低的為Corg,其余指標(biāo)均與全區(qū)背景值相接近。

(4)農(nóng)村宅基地土壤元素背景值與全區(qū)背景值的比值在0.61～1.22。其中背景值明顯偏高的為CaO,偏高的為Zn、MgO和Na2O,背景值明顯偏低的為Corg和N,并以Corg最低,比值為0.61,其余指標(biāo)均與全區(qū)背景值基本接近。

2.2.3 不同行政單位中元素含量分析 不同行政單位中土壤元素含量如表6所示。調(diào)查區(qū)包括4個街道,分別是大橋街道、崔寨街道、孫耿街道和太平街道,以街道為行政單位分析其土壤地球化學(xué)背景值特征如下。

(1)崔寨街道、大橋街道和孫耿街道的S元素含量均明顯高于全區(qū)S含量的平均水平,只有太平街道的S含量較低,但也高于濟(jì)南和山東的平均水平。崔寨街道的N含量最低,大橋街道MgO指標(biāo)含量最低。太平街道,大橋街道和孫耿街道的Hg含量均高于全區(qū)Hg含量的平均水平。

(2)與濟(jì)南市土壤背景值相比,太平街道的Co、S、Corg、Hg、N含量明顯偏高,其中Co的K值最大,為1.33,孫耿、崔寨和大橋街道中S和Co元素含量均較高,其中S元素K值均超過2.0;另外,孫耿和大橋街道Corg豐富,大橋街道Hg含量也相對較高。太平街道含量偏高的元素為F和I,孫耿街道含量偏高的元素為Hg和N,崔寨街道則Corg和Pb含量偏高。MgO和Al2O3含量在4個街道中均明顯偏低,比值多在0.60以下,孫耿、大橋街道P含量也明顯偏低,比值分別為0.77和0.73。太平街道含量偏低的元素包括Na2O、Zn、CaO和P,孫耿街道含量偏低的元素為CaO,大橋街道含量偏低的元素則包括Zn、Ni、Cu等重金屬和Na2O、CaO、P等有益元素;崔寨街道僅Na2O和P含量偏低。

(3)與山東省土壤背景值相比,4個街道的Hg、S、Co、N、As元素含量明顯偏高,其中孫耿、崔寨和大橋街道中S元素K值最大,均超過2.2;其次為Corg,K值最大值出現(xiàn)在大橋、太平街道,分別為1.54和1.51;含量明顯偏低的元素有Al2O3、MgO和Na2O,其中含量最低的是Al2O3,K值范圍在0.48～0.52,其次為MgO,多在0.7～0.8,而在大橋街道K值僅為0.50。

2.3 黃河流域(濟(jì)南段)主要營養(yǎng)元素區(qū)域分布特征及成因

根據(jù)表層土壤樣品取樣分析結(jié)果,調(diào)查區(qū)土壤全氮含量在0.03～39.54 g/kg,平均為1.38 g/kg,高于全省土壤平均值(0.89 g/kg)。

依據(jù)規(guī)范分級標(biāo)準(zhǔn),調(diào)查區(qū)表層土壤全氮含量以中等為主,占調(diào)查區(qū)面積的62.60%;豐富和較豐富區(qū)分布面積分別占調(diào)查區(qū)面積的4.59%和8.47%;稍缺乏和缺乏區(qū)分布面積則分別占全區(qū)的17.09%和7.25%,表明調(diào)查區(qū)全氮儲備量中等偏上(表7)。

表7 黃河流域(濟(jì)南段)土壤全氮含量分級、面積統(tǒng)計Table 7 Classification and area statistics of soil total nitrogen contents

由表層土壤全氮的養(yǎng)分地球化學(xué)等級(圖4-a)可知,氮元素養(yǎng)分地球化學(xué)等級以中等為主,面積為279.60 km2;豐富和較豐富的土壤主要集中分布在太平街道西部官莊一帶和大橋街道東部的司家—崔寨街道西部史家村一帶,總面積58.33 km2;較缺乏和缺乏區(qū)除主要環(huán)繞豐富和較豐富區(qū)周邊分布外,在鵲山水庫西南部也有較大面積的分布,總面積108.70 km2。

a.養(yǎng)分地球化學(xué)等級圖;b.不同土壤類型;c.不同土地利用類型。a.Grade map of nutrient geochemistry; b.Different soil types; c.Different land use types.圖4 氮元素養(yǎng)分地球化學(xué)特征及不同條件下元素豐度比例Fig.4 Nutrient geochemical characteristics and element abundance ratio of nitrogen under different conditions

對比不同土壤類型土壤全氮的評價分級結(jié)果(圖4-b)可知,土壤類型對氮元素含量影響較大,其中以壤質(zhì)潮土中等以上級別占比較大,比例之和接近80%;沖積固定草甸沙土占比最小,低于50%,其余相差不大。

對比不同土地利用類型下土壤全氮的評價分級結(jié)果(圖4-c)可知,農(nóng)用地氮元素含量相對較高,中等以上占比最大,為77.80%,其次為建設(shè)用地,為73.18%,未利用地中占比最小,為47.80%。

黃河流域(濟(jì)南段)表層土壤全磷含量為0.070～4.28 g/kg,平均為0.728 g/kg,略低于山東省表層土壤背景值(0.824 g/kg)。

按照規(guī)范分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行養(yǎng)分地球化學(xué)評價,調(diào)查區(qū)土壤全磷含量豐富,中等以上等級區(qū)面積占調(diào)查區(qū)總面積的80.69%,較缺乏和缺乏區(qū)(四、五級)占比19.31%,表明區(qū)內(nèi)磷元素儲備較為充足(表8)。

表8 土壤全磷含量分級及面積統(tǒng)計Table 8 Classification and area statistics of soil total phosphorus contents

由表層土壤全磷養(yǎng)分地球化學(xué)評價(5-a)可知,磷元素含量一級豐富與二級較豐富等級的分布與氮元素類似,主要集中在太平和孫耿街道交界的洪官屯及其周邊一帶和大橋與崔寨交界的胡家莊—何家村一帶,另外太平東部寺西張—小王家一帶也有較大范圍分布,總面積為105.63 km2,占調(diào)查面積的23.65%;含量三級中等的土壤在全區(qū)內(nèi)大面積分布,面積254.74 km2,占調(diào)查區(qū)面積57.04%;含量為四級較缺乏和五級缺乏地區(qū)分布相對分散,除呈條帶狀分布于孫耿街道中西部和大橋、崔寨街道北部以及鵲山水庫周邊外,其余地段一般呈星點(diǎn)狀分布,區(qū)域面積合計86.26 km2,占調(diào)查區(qū)面積的19.31%。

對比不同土壤類型土壤全磷的評價分級結(jié)果(圖5-b)可知,以黃土狀母質(zhì)為主的沖擊固定草甸沙土中,磷元素中等以上含量區(qū)占比之和超過80%,明顯高于以沖積、沉積為主的潮土。

a.養(yǎng)分地球化學(xué)等級圖;b.不同土壤類型;c.不同土地利用類型。a.Grade map of nutrient geochemistry; b.Different soil types; c.Different land use types.圖5 磷元素養(yǎng)分地球化學(xué)特征及不同條件下元素豐度比例Fig.5 Nutrient geochemical characteristics and element abundance ratio of phosphorus under different conditions

對比不同土地利用類型下土壤全磷的評價分級結(jié)果(圖5-c)可知,三級中等以上含量區(qū)在未利用地中占比最大,為90.40%,建設(shè)用地次之,為83.68%,農(nóng)用地最低,為79.59%。

黃河流域(濟(jì)南段)表層土壤全鉀含量在1.0～179.9 g/kg,平均含量為23.5 g/kg,略低于全省表層土壤平均值(24.7 g/kg)。

按照規(guī)范分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價,調(diào)查區(qū)表層土壤全鉀以二級較豐富為主,面積占調(diào)查區(qū)76.87%,一級豐富和三級中等區(qū)占比接近,分別為10.87%和11.65%,較缺乏和缺乏僅占0.62%(表9)。

從圖6-a可知,黃河流域(濟(jì)南段)北部、中部和西部土壤鉀元素含量相對豐富,東南部和南部的部分區(qū)域土壤鉀元素含量較低。整個調(diào)查區(qū)內(nèi)鉀元素的變異系數(shù)僅為0.14,反映該元素的分布變異較小,含量變化不大。按土壤類型進(jìn)行統(tǒng)計(圖6-b)可知,濕潮土中三級中等以上區(qū)占比最小,其余均超95%;而沖擊固定草甸沙土中土壤鉀元素一級豐富和二級較豐富等級的占比最高,在90%以上,其余則不超80%。

a.養(yǎng)分地球化學(xué)等級圖;b.不同土壤類型;c.不同土地利用類型。a.Grade map of nutrient geochemistry; b.Different soil types; c.Different land use types.圖6 鉀元素養(yǎng)分地球化學(xué)特征及不同條件下元素豐度比例Fig.6 Nutrient geochemical characteristics and element abundance ratio of potassium under different conditions

對比不同土地利用類型下土壤全鉀的評價分級結(jié)果(圖6-c)可知,各土地利用類型中,中等以上區(qū)域占比差異不大,但一級豐富和二級較豐富區(qū)占比以建設(shè)用地最高,為89.93%,農(nóng)用地次之,為87.66%,未利用地最低,為78.63%,三級中等區(qū)占比則呈相反趨勢。

3 討 論

黃河流域(濟(jì)南段)內(nèi)元素組分F、I、Pb、Se、SiO2、As、pH、B、Fe2O3、Cr、Cd、Mn、Mo、Ge、K2O、Ni、Zn與濟(jì)南市土壤元素背景值相當(dāng),pH背景值與濟(jì)南市土壤背景值極為接近,但比山東省和全國土壤背景值均偏高,該研究結(jié)果與代杰瑞等[13]和龐緒貴等[14]對濟(jì)南市和山東省的土壤元素背景值調(diào)查結(jié)果一致[23],科學(xué)準(zhǔn)確地揭示了區(qū)域土壤元素豐缺狀況。調(diào)查區(qū)內(nèi)S、K元素背景值明顯偏高,Al2O3和MgO的背景值則偏低,說明土壤元素背景值存在區(qū)域差異性,有必要為區(qū)域發(fā)展規(guī)劃建立精細(xì)化的土壤調(diào)查數(shù)據(jù),不可盲目參考省、市整體的土壤調(diào)查結(jié)果。

不同土壤類型中元素變異系數(shù)較小,即元素含量整體分布均勻;只有少量元素變異系數(shù)大于0.4,如MgO和Hg。其中,MgO最大變異系數(shù)(0.82)發(fā)生在砂質(zhì)濕潮土土壤中,因此,MgO區(qū)域差異的主因是成土母質(zhì)不同。Hg的最大變異系數(shù)(0.643)發(fā)生在農(nóng)村宅基地土壤中,導(dǎo)致該變異系數(shù)較大的主因可能是人類活動。

S元素整體含量偏高,在各土地類型中,只有沖積固定草甸沙土和砂質(zhì)潮土中S元素含量稍低,其他類型土壤中S元素含量均明顯高于省、市平均值。沖積固定草甸沙土和砂質(zhì)潮土中S元素含量較低,主要是由于硫元素在砂質(zhì)土中易于淋失[19]。4種土地利用類型中,水澆地中S元素含量明顯高于喬木林地、其他林地和農(nóng)村宅基地,說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對土壤S元素含量產(chǎn)生了影響,主要是由于水澆地中施加復(fù)合肥較多,特別是高濃度復(fù)合肥通常含有較高含量的S(硫在化肥中質(zhì)量百分比約5%～15%),后續(xù)可考慮調(diào)整施肥結(jié)構(gòu),合理搭配氮、磷、尿素、碳銨、高氯和高硫復(fù)合肥。

土壤pH是影響土壤金屬元素存在狀態(tài)(水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、弱有機(jī)結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài))的重要因素,金屬存在狀態(tài)直接影響作物對金屬的吸收情況[30-31]和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。正常土壤pH在4～8,調(diào)查區(qū)pH比山東省和全國土壤背景值高。影響土壤pH的因素有成土母質(zhì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(如施肥)和環(huán)境污染[32-34]。結(jié)合土壤類型調(diào)查結(jié)果,發(fā)現(xiàn)黃河流域(濟(jì)南段)廣泛分布普通潮土,CaCO3含量豐富,所以pH偏高主要是源于成土母質(zhì),李超等[35]研究也發(fā)現(xiàn)成土母質(zhì)中CaCO3對土壤pH有影響。

土壤中鉬、銅和鋅元素背景值與濟(jì)南市和山東省元素背景值相當(dāng),為改善作物生長發(fā)育情況,可適當(dāng)施加含相關(guān)元素的肥料。黃河流域(濟(jì)南段)P背景值與濟(jì)南市背景值相當(dāng),但明顯高于山東省P背景值,對作物生長是有利的。

從不同街道之間的對比情況來看,太平街道N、P、K、I、F、Al等營養(yǎng)元素指標(biāo)明顯高于其他街道,這與其為重要的農(nóng)業(yè)種植區(qū)相吻合。從各指標(biāo)的變異系數(shù)來看,各地區(qū)表層土壤中大多數(shù)元素的變異系數(shù)較小,能夠達(dá)到均勻分布程度。但人類活動影響可能使重金屬元素和營養(yǎng)元素分布不均,如Hg元素在各地區(qū)變異系數(shù)均大于0.4。另外每個區(qū)均有2種或2種以上的指標(biāo)變異系數(shù)大于0.4,個別元素指標(biāo)變異系數(shù)可達(dá)0.7以上(MgO),說明人為因素對此類元素指標(biāo)的影響較大。

土壤營養(yǎng)元素分級評價成果對指導(dǎo)農(nóng)田施肥、充分發(fā)揮土壤的潛力具有重要意義。不同土壤類型中含氮量的差異主要與土壤粘粒含量有關(guān),沖積固定草甸沙土粘粒含量少,氮流失嚴(yán)重,含量較低。農(nóng)業(yè)用地氮含量較高,建設(shè)用地次之,這是由于農(nóng)用地肥料施用較多,而建設(shè)用地取樣點(diǎn)多位于菜地、綠化帶等,菜地施肥或者綠化帶固氮植物的存在,使建設(shè)用地氮素含量相對較高。黃河流域(濟(jì)南段)內(nèi)農(nóng)業(yè)用地的磷元素含量低于其他類型用地,可能與農(nóng)用地磷肥施用不足而又吸收較多有關(guān),可結(jié)合作物生長情況,適當(dāng)增加磷肥用量。

4 結(jié) 論

黃河流域(濟(jì)南段)內(nèi)高于山東省平均值的有害元素主要有Hg、As和Cd,其它元素有S、Corg、Co、N、B、CaO、Se、F。高于濟(jì)南市平均值的元素主要有S、Corg、Co、Hg、N。其中太平街道的N、P、K等元素較富集,這與太平街道作為主要產(chǎn)糧和蔬菜基底的背景一致,后續(xù)農(nóng)業(yè)規(guī)劃也可參考該土壤元素地球化學(xué)元素背景值數(shù)據(jù)。

在不同的土壤類型中,除S元素整體偏高外,不同元素含量也有一定差異,如沖積固定草甸沙土的MgO含量明顯偏高,壤質(zhì)硫酸鹽鹽化潮土的K元素明顯偏高,其余元素含量只存在略微差異。

黃河流域(濟(jì)南段)表層土壤中大多數(shù)元素的變異系數(shù)較小,能夠達(dá)到均勻分布程度。但在人類活動影響下,可能使重金屬元素和營養(yǎng)元素分布不均,如Hg元素在各地區(qū)變異系數(shù)均大于0.4。大橋、崔寨、孫耿、太平4個街道中均有2種或2種以上的指標(biāo)變異系數(shù)大于0.4,個別元素指標(biāo)變異系數(shù)可達(dá)0.7以上(MgO),說明人為因素對此類元素指標(biāo)的影響較大。

土壤主要營養(yǎng)元素中,全氮含量高于全省平均值,全磷和全鉀含量略低于全省平均值。種植農(nóng)作物時,需要根據(jù)區(qū)域差異及作物生長需要,調(diào)整N、P、K的施加量。