土地质量地球化学调查进展与展望

土地质量地球化学调查进展与展望摘要：土地质量地球化学调查与评价是以表层土壤地球化学调查为主，同时兼顾大气沉降、农业灌溉水和主产农作物微量元素的地球化学综合调查，以绿色可持续发展的土壤地球化学理论为指导，以土壤基本元素含量来量化土地质量，实现土地资源因地制宜高效利用和成果数据的查询及利用为目的的一项综合评价工程。参照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）和《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295-2016），选择其中的23种元素作为评价因子。一是在划分土壤养分以及土壤环境质量等级的基础上，进一步划分土地质量优劣等级；二是根据本地经济作物种植以及富硒土壤的分布情况，从中优选具有本地特色的农业基地，建立农业基地土地质量档案卡片，为研究区建设优势特色农产品开发基地、科学利用土地资源提供科学依据。关键词：土地质量；地球化学；调查进展引言土壤是珍贵的自然资源，是农业最基本的生产要素，也是实现农业可持续发展的基础依托。近年来，全国土壤重金属污染问题逐渐突出，在部分区域已经影响到食品安全。农业种植生态和土壤环境问题日益显现，根据调查走访，研究人员了解到某县出产的重金属超标，当地主要农作物，出现污染已经严重影响农民的生活，因此，在该区开展土壤质量评价工作，可以查清局部污染问题的根源，以期为该区土壤环境改善、土壤保护提供依据。1研究区概况研究区位于某省北部，是非常重要的政治、经济、文化中心。地理位置东经106°42'107°08'，北纬27°33'27°48'。研究区平均海拔978m，地势从西北向东南逐渐降低，构成半环形特征，地貌西部、东部以丘陵为主，东部、中部和南部以河谷盆地为主。研究区属中亚热带季风湿润气候区，气候温和，四季宜人。全区国土面积601.30km2，土地161.59km2，占国土面积的26.87%，其中旱地101.60km2，占土地面积的62.88%，水田59.72km2，占土地面积的36.96%。2样品采集与数据处理根据《土地质量地球化学评价规范》（以下简称《评价规范》），采样点布设于１︰５万土地利用类型图上，共采集９４２件表层土壤样品及３３件农作物样品，采样密度９．４点／ｋｍ２。样品分析工作由中国冶金地质总局西北地质勘察院实验室承担。各分析方法检出限、报出率、精密度、准确度、重复性检验及异常点抽查等质量指标均达到规范要求。数据报出后，以中国地质调查局西安矿产资源调查中心制作的土地利用类型图为底图，利用ＧｅｏＩＰＡＳＶ４．２化探专业版软件进行数据统计及图件绘制。土壤样品在室内进行自然风干，碾碎后过10目筛，取500g筛下样品装袋送检，其余样品作副样保存。分析测试工作由地质矿产实验研究所完成，该单位持有中国地质调查局多目标地球化学调查样品分析测试资质。样品测试N、P、K2O、S、B、Se、Mo、Mn、Co、V、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、pH值共15项土壤养分元素和Cd、Cr、As、Hg、Cu、Pb、Zn、Ni共8项土壤环境元素，合计23项。主要分析方法为：VOL测定N、有机质、碱解氮；XRF测定P、K2O、S、Mn、Cu、Pb、Zn；OES测定B；AFS测定As、Hg；ICP-AES测定Co、V、Ni、速效磷、速效钾；ICP-MS测试元素B。样品测试质量控制分为实验室内部监控和外控样监控两部分：实验室内部控制是经随机抽取土壤样、根系土、农作物样品进行准确度和精密度、报出率、重复性检查样以及备异常样重复性检察等工作查证，合格率均达到100%；外控样检测均为合格，本次工作样品测试质量合格。3土壤地球化学特征根据1∶25万多目标调查数据统计表层土壤各元素含量特征（表1），显示区内重金属元素As、Cr、Cu元素平均含量高于高安市表层土壤背景值，Hg、Cd、Pb低于背景值，Zn、Ni平均含量与背景值相当；土壤酸碱度（pH值）的标准离差8.29，变化起伏不大，表明区内表层土壤总体为酸性，局部略显中性；从地球化学元素的变异系数来看，除元素Mn以外其他元素呈均匀分布。区内主要的重金属元素Hg、Cd、Pb含量较低，仅Cr含量略高于背景值，对环境质量彯响不大。的特种土壤资源是以富硒土壤资源为主（余忠珍和谢振东，2013）。特种元素Se的最高含量为0.79mg/kg；最低含量为0.20mg/kg；而平均含量为0.37mg/kg。Se元素皆呈现均匀分布，有利于土壤资源的开发利用。根据1∶25万多目标区域地球化学调查所取得的表层土壤元素分析测试结果，依据《土壤环境质量标准GB15618-95》的要求和土壤类级划分标准，采用内梅罗综合污染指数评价法，研究区表层土壤污染程度评价结果表明，区内Ⅰ类土壤面积为96.08km2，Ⅱ类土壤面积为108.66km2，Ⅲ类土壤面积仅为5.09km2，其中Ⅰ、Ⅱ类土壤面积占总面积97.57％，Ⅲ类土壤仅占2.43％，说明区内表层土壤环境质量优良。Ⅲ类土壤分布于研究区南部、西部一带以及东部小面积区域。表1表层土壤元素地球化学参数特征表4研究方法运用传统地球化学手段，以1．12个/km2的密度进行表层土壤样品采集.采样时选择具有代表性的地块，合理避开村庄、道路、工厂、垃圾堆放点、建筑用地及其他人为干扰较强的地方，确保采样质量.取土壤0～20cm连续土柱，用竹片削去采集污染面后放入样袋封存，样品原始重量大于1000g.共采集样品453件，在室温条件下自然风干后过20目尼龙筛，按4km2组合成一个分析样的原则，用四分法取200g样品封存于聚乙烯瓶中送实验室分析，组合得到分析样品97件.在地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心进行样品分析，准确度采用土样监控分析测试的国家一级标准，精密度使用重复样法进行监测，标准物质合格率和重复样相对双差合格率均为100％，数据准确可靠.5土地质量地球化学调查进展与展望5.1污染源追溯对土壤质量综合指标评价结果进行直观分析，土壤质量等级由南向北逐渐升高，且四等以上区域沿某河流向北延申，而该河流是周边农田的主要灌溉水来源，因此，研究人员首先将污水灌溉作为主要线索进行污染源追溯。沿主要灌溉渠向北追索，至某村后发现此地周边有一处大型化工厂，且村民正在将水稻改种为中药材等其他经济作物，初步认定此地为污染较严重区域。为确定污染情况，研究人员以此地为核心采集表层土壤样品１０件，农作物样品４件（籽实、根、茎、叶各一件），并沿灌溉渠以１点／ｋｍ的密度采集表层土壤样品３件，此次采样工作距第一次在该区域附近采样间隔约３个月。根据样品分析结果，研究人员首先通过土壤背景值进行对比分析。土壤地球化学背景值是指自然应力和人类活动共同作用影响下区域土壤的量值，以表层土壤元素含量表征。背景值的求取首先对数据频率分布形态进行正态检验，服从正态或对数正态分布的，分别用算术平均值和几何平均值代表背景值；不服从正态分布的，则按算术平均值加减３倍标准离差反复剔除后，其平均值代表背景值。5.2改善土地土壤养分缺乏状况调查发现，区内部分土地土壤存在一定的养分缺乏状况，养分较缺乏、缺乏这两种类型的土地占比分别为3.51%、0.11%，缺乏区域主要以缺钾、缺磷为主，当然各个地区之间也存在着一定的差别，应当根据各区域的元素缺乏情况及分布范围，制定相应的肥料补施方案，有针对性的改善其元素缺乏状况。在补施的过程中应当充分注意相关土地中的土壤养分含量变化，具体对肥料补施方案进行及时的调整，从而保障补施效果。对于缺乏大量元素的土地，应当根据当地的地力水平，将氮磷钾肥料的施用比例调整到适宜水平，同时还要搭配使用有机肥料进行补施。对于微量元素缺乏的土地，可以适当施用微肥。对于两类元素均缺乏的土地，需要进行相应的分析计算，从而确定最佳补施方案。建议建立土壤、农产品及农肥、农药等的经常性安全监控网络体系，科学标定每寸土地，确保食品原产地安全，促进土地资源管理和优质农产品的可持续发展。5.3开发建议根据《无公害食品大田作物产地环境条件》（NY5332-2006），地区共圈出符合无公害产地环境条件的面积102.44km2，达不到无公害标准的区域面积9.77km2通过对无公害图斑叠加富硒标准条件，筛选出无公害富硒土壤面积69.41km2，无公害潜在富硒土壤面积30.60km2，合计100.01km2，其中水田8.13km2，园地0.58km2，旱地0.37km2，林地90.47km2，自然保留地0.02km2，滩涂0.23km2，其他0.03km2。根据调查评价成果，本区绝大部分土地为富硒或足硒含量的土壤。建议政府加快编制上述3个富硒区土地利用专项开发规划，综合研究富硒土地资源开发的前景，加快农作物基地建设工作，通过对这些基地的扩容，提升产业经济的发展，服务乡村振兴事业。5.4土壤类型与富硒土壤研究区不同土壤类型的硒含量差异较大。土壤硒含量具有石质土＞黄棕壤＞黄褐土＞黄壤＞石灰岩土＞粗骨土＞红壤＞紫色土＞水稻土＞潮土＞棕壤的特点。其中，石质土硒含量最高，平均值为0．767mg/kg;黄褐土硒含量最低，仅为0．280mg/kg;其他土类硒含量为0．309～0．725mg/kg。根据富硒比例来看，区内富硒土壤主要与红壤、石灰岩土、粗骨土关系密切。土壤类型主要受成土母质、气候、地形地貌、植被等因素影响，土壤质地、结构、理化性质差异则影响土壤硒含量。区内石质土主要分布于正长/碱长花岗岩分布区，成土时间短，土壤中含有从岩石崩解而来的大量半风化物，在很大程度上保留了母岩的特性，尤其是化学性状受母岩影响很大;黄棕壤、黄壤呈酸性，有机质含量高，且继承了母质特征;石灰岩土有机质含量相对较高，质地相对黏重，故上述类型的土壤硒含量相对较高。水稻土、潮土透水性及透气性较好，土壤硒相对易流失，长期耕作导致硒被水稻大量消耗，常规施肥不能补足损失，因而水稻土、潮土硒含量总体偏低。5.5土壤环境质量地球化学等级划分及空间分布本次评价参照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（ＧＢ１５６１８—２０１８），环境风险筛选依据Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ八种元素。调查区土壤整体较为清洁，无风险面积为４９９.７７ｋｍ２，占总面积的９０.５９％；风险可控总面积为５１.８６ｋｍ２，占总面积的９.４０％；风险较高总面积为０.０１ｋｍ２。Ｃｄ元素是造成调查区内土壤环境地球化学综合等级由无风险升为风险可控最大影响因素，根据结果分析，本次土壤环境质量地球化学等级整体较好，土地资源优质，为大力发展绿色农业提供基础资源，建议在有限的耕地范围内发展无公害、绿色食品，杜绝新开污染型工厂企业。5.6土壤质量地球化学综合等级土壤质量地球化学综合等级由评价单元的土壤养分地球化学综合等级与土壤环境地球化学综合等级叠加产生，共划分为5个等级.一等（优质），表明土壤环境清洁，土壤养分丰富至较丰富；二等（良好），表明土壤环境清洁，土壤养分中等；三等（中等），表明土壤环境清洁且土壤养分较缺乏，或土壤环境轻微污染且土或轻微污染且土壤养分缺乏，或土壤环境轻度污染且土壤养分丰富至缺乏或土壤盐渍化等级为强度；五等（劣等），表明土壤环境中度和重度污染且土壤养分丰富至缺乏，或土壤盐渍化等级为盐土.土壤质量地球化学综合等级评价结果显示，优质区面积约101km2，占比24．51％，总体呈零星状分布，相对集中于中部和东南部地区；良好区约224km2，占比54．37％，在北部和西北部相对集中；中等区约80km2，占比19．42％；差等区约7km2，占比1．7％，分布于东北部；无劣等区.5.7土壤pH、有机质与富硒土壤土壤硒含量与pH具有一定的关系，当pH≤7．5时，土壤硒含量随pH的增大而增加;当pH＞7．5时，硒含量随pH的增大而有所下降。即酸碱度对土壤硒含量的影响呈峰值型，土壤碱性(pH＞8．5)或酸性(pH≤5．5)都对土壤硒元素造成抑制效应，尤其当pH＞8．5时，硒含量仅为0．1mg/kg左右，只有在土壤酸碱度适宜(pH=5．5～7．5)的范围内，土壤硒元素才能达到最大活性。对土壤有机质含量与土壤硒含量作相关性分析，结果显示土壤有机质与全量硒、浸提性硒及强有机结合态硒呈极显著相关关系，说明土壤有机质含量的高低影响土壤硒有效性。因此，在进行富硒土壤开发时，可通过农艺方式提高土壤有机质含量水平，调节土壤硒的有效含量，从而达到农产品对土壤硒有效吸收的目的。5.8土壤质量综合指标评价根据《评价规范》，结合土壤养分与土壤环境评价结果，得到工作区土壤质量地球化学综合等级。工作区土壤质量总体较好，其中一等（优质）占比３５．１９％，二等（良好）占比３４．８８％。三等（中等）占比２８．５３％，主要集中在江北岸和江南部某支流沿岸的人类活动密集区域，四等（差等）和五等（劣等）占比１．３９％，主要分布在县城以北某支流两岸。结束语综上所述，土地规划利用对于各地土地资源的有效利用都有着非常大的影响。在其进行土地规划利用的过程中应当注意结合土地保护利用类型进行土地规划利用、开发富硒土地、改善土地土壤养分缺乏状况，这样才能充分提升当地的土地规划利用效果。参考文献[1]翟富荣,梁帅,戴慧敏.东北黑土地地球化学调查研究进展与展望[J].地质与资源,2020,29(06):503-509+532.[2]雍太健,张明,陈国光,唐志敏,周墨,湛