山東省17市土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

龐緒貴,代杰瑞, 喻超,任天龍，劉華峰，張華平，曹洪松，曾憲東，任文凱，王增輝,趙西強(qiáng)，王存龍，王紅晉, 董健

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013；2. 山東省土地質(zhì)量地球化學(xué)與污染防治工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250014；3.山東省國土測繪院，山東 濟(jì)南 250102)

土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查是一項基礎(chǔ)性、公益性、戰(zhàn)略性的地質(zhì)調(diào)查與研究工作。自2003年至今，山東省地質(zhì)調(diào)查院實施了山東省黃河下游流域生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查等4個土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查項目，完成調(diào)查面積16.1萬km2(包括部分近岸海域)，使山東省1∶25萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作全覆蓋，調(diào)查評價成果顯著[1-24]，這些成果已逐步應(yīng)用于基本農(nóng)田建設(shè)、土地資源保護(hù)、整治和開發(fā)利用及土壤保護(hù)治理和礦產(chǎn)資源勘查等領(lǐng)域。

1 概述

1．1 自然地理與經(jīng)濟(jì)

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，濱臨渤海、黃海,極西點(diǎn)在東明縣焦園西黃河河道，極東點(diǎn)在榮成市成山角；極南點(diǎn)在郯城縣楊集南，極北點(diǎn)在長島縣北隍城島的北角。南北寬約420km，東西長約700km。境域包括半島和內(nèi)陸兩部分。半島三面環(huán)海，大陸海岸線長達(dá)3121km，居全國第二位。地貌以山地、丘陵和平原為主。水系比較發(fā)育，干流長10km以上的河流有1500多條，河流分屬海河水系、黃河水系、淮河水系及直接注入渤海和黃海的其他河流。湖泊集中分布在魯中南山丘區(qū)與魯西南平原之間的魯西湖帶。氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候;具有降水集中，雨熱同季特點(diǎn)，且春夏秋冬四季分明,年平均氣溫11.5～14℃，由南而北自西向東遞減,無霜期一般180～220d。平均降水量550～950mm，降水量由東南向西北遞減，降水量多集中于每年的6～9月份。適宜的氣候為區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了優(yōu)越自然條件，糧食作物以小麥、玉米、甘薯為主，經(jīng)濟(jì)作物以棉花、煙葉、花生、蔬菜為主。山東為全國主要水果、蔬菜產(chǎn)地省份之一，煙臺蘋果、萊陽梨、沾化冬棗、肥城桃、樂陵金絲小棗、棗莊石榴和壽光的蔬菜等全國聞名。沿海水產(chǎn)亦較發(fā)達(dá)，水產(chǎn)養(yǎng)殖已形成產(chǎn)業(yè)，遠(yuǎn)洋漁業(yè)生產(chǎn)亦具相當(dāng)規(guī)模。

1．2 地質(zhì)概況

山東省地處華北板塊東南緣和揚(yáng)子板塊東北端。在地質(zhì)構(gòu)造上是環(huán)太平洋沿海火山—構(gòu)造巖漿帶的組成部分。也是環(huán)太平洋成礦域的重要成礦區(qū)之一。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育，巖漿活動頻繁，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。地層除志留紀(jì)和泥盆紀(jì)地層缺失外，自中太古界至第四系均有出露，地層分區(qū)性明顯；侵入巖自中太古代至新生代均有出露，以新太古代、新元古代和中生代侵入巖分布最廣，巖石類型以中酸性巖類為主，中性巖類較少，基性及超基性巖僅零星出露；區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，以沂沭斷裂帶、五蓮斷裂、牟平-即墨斷裂帶為界劃分為華北板塊和揚(yáng)子板塊2個構(gòu)造單元，前者以沂沭斷裂帶的昌邑-大店斷裂為界，劃分膠遼和魯西為2個次級構(gòu)造單元。區(qū)域性分劃性斷裂有牟平-即墨斷裂、五蓮斷裂、沂沭斷裂帶、聊城-蘭考、齊河-廣饒等斷裂。礦產(chǎn)資源豐富，能源、黑色金屬、有色金屬、貴金屬、稀有金屬、稀土金屬、非金屬、水氣礦產(chǎn)等礦種均有分布。

1．3 土壤類型

成土母質(zhì)是指母巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕、搬運(yùn)及堆積等過程后于地表形成的松散風(fēng)化殼的表層。因此，成土母質(zhì)對母巖有很好的繼承性。成土母質(zhì)又是形成土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，對于土壤的形成和發(fā)育具有特別重要的意義，在一定的生物、氣候條件下，成土母質(zhì)的差異性往往成為土壤分異的主要因素。按巖石的地質(zhì)成因及沉積形成，山東省成土母質(zhì)可分為殘坡積物母質(zhì)、洪沖積物母質(zhì)、沖積物母質(zhì)、湖積物母質(zhì)、海相沉積物母質(zhì)、風(fēng)積物母質(zhì)、黃河沖積物母質(zhì)、黃土母質(zhì)等8種類型。根據(jù)全國土壤普查暫行技術(shù)規(guī)程和《山東省第二次土壤普查土壤工作分類暫行方案》，山東省土壤類型分為棕壤、褐土、紅粘土、風(fēng)沙土、火山灰土、石質(zhì)土、粗骨土、砂姜黑土、山地草甸土、潮土、鹽土、濱海鹽土、堿土、水稻土、新積土等15個土類。按各自的發(fā)育程度、附加成土過程和土壤屬性進(jìn)一步分為分39個亞類，86個土屬，258個土種[25]。

2 工作方法

2．1 樣品采集

基準(zhǔn)值樣品采集按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶25萬)》執(zhí)行，采集150～200cm深層土壤，樣點(diǎn)布設(shè)采用網(wǎng)格法，布置在農(nóng)用大田、菜地、果園、林地等，避開存在人為污染和搬運(yùn)的堆積土，使組合的分析樣能反映采樣單元主要土壤地球化學(xué)特征的前提下，采樣點(diǎn)盡可能布設(shè)在了采樣單元格中央。基準(zhǔn)值樣品采樣密度為1點(diǎn)/4km2，采集的土壤樣品過20目篩，并按4個相鄰網(wǎng)格樣品組合成一件分析樣品，組合樣密度為1件/16km2，送樣重量為200g。全省共分析組合樣品10083件[26-32]，各地市分析樣品數(shù)量見表1～表5。

2．2 測試元素與指標(biāo)

依據(jù)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶25萬)》，基準(zhǔn)值樣品分析測試Ag，As，Au，B，Ba，Be，Bi，Br，C，Cd，Ce，Cl，Co，Cr，Cu，F(xiàn)，Ga，Ge，Hg，I，La，Li，Mn，Mo，N，Nb，Ni，P，Pb，Rb，S，Sb，Sc，Se，Sn，Sr，Th，Ti，Tl，U，V，W，Y，Zn，Zr，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O，Corg，pH值等54項指標(biāo)[33]。

樣品測試在武漢綜合巖礦測試中心進(jìn)行，采用的測試方法為等離子體發(fā)射光譜法、X射線熒光光譜法、原子熒光光譜法、發(fā)射光譜法、石墨爐原子吸收法、離子選擇性電極法、催化極譜法、化學(xué)發(fā)射光譜法等。樣品測試質(zhì)量采用了標(biāo)準(zhǔn)樣、密碼樣、監(jiān)控樣等多種監(jiān)控手段，并通過了中國地質(zhì)調(diào)查局區(qū)域地球化學(xué)分析質(zhì)量監(jiān)督檢查組的驗收，分析質(zhì)量為優(yōu)秀級。

2．3 基準(zhǔn)值計算方法

對取得的深層土壤全量54項指標(biāo)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，依據(jù)《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋正態(tài)性檢驗》(GB/T4882-2001)，在置信度α=0.05水平下，采用峰度、偏度法對數(shù)據(jù)頻率分布形態(tài)進(jìn)行正態(tài)檢驗。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)代表基準(zhǔn)值；服從對數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，用幾何平均值(Xg)代表基準(zhǔn)值。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(Xg·S±3)的立方進(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，用剔除后的數(shù)據(jù)算術(shù)平均值或幾何平均值代表土壤基準(zhǔn)值，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，以剔除后數(shù)據(jù)眾值(Xmd)或算數(shù)平均值(X)代表基準(zhǔn)值；當(dāng)呈雙峰或多峰分布時，以剔除后數(shù)據(jù)中位值(Xme)或平均值(X)代表基準(zhǔn)值。

pH值參數(shù)統(tǒng)計，先將pH值換算成(H+)平均濃度進(jìn)行計算，然后再換算成pH值，計算公式為：(H+)=10-pH，(H+)平均濃度=∑10-pHn/n,pH=-lg(H+)平均濃度。

3 主要成果

3．1 基準(zhǔn)值的概念與意義

基準(zhǔn)值[34-42]指未受人類活動影響，反映土壤原始沉積環(huán)境(第Ⅰ環(huán)境)的地球化學(xué)元素含量，也就是自然條件下的地球化學(xué)背景情況，又稱土壤元素本底值，用深層土壤地球化學(xué)元素含量表征。其控制因素主要是地質(zhì)背景、沉積物來源等。它是研究表生元素地球化學(xué)行為的重要參比值，也是評判表層土壤“污染程度”的重要依據(jù)，是評價土壤元素豐缺、成土母質(zhì)環(huán)境質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全性及防治對策等研究的參考值。

3．2 土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

全省17市土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值參數(shù)統(tǒng)計見表1～表5。由表可見：

(1)全省17市深層土壤中絕大部分元素的含量分布較均勻，區(qū)域變幅較小,變異系數(shù)小于0.40,尤其Be，Ga，Ge，Y，Nb,Rb，Ti，Al2O3，K2O，SiO2等元素(指標(biāo))變異系數(shù)小于或等于0.20,反映了全省17市深層土壤在長期歷史中均勻演化作用的特征。

(2)全省17市元素基準(zhǔn)值變幅較大的元素主要為B，Br，C，Cl，Co，I，P，Sr，CaO，MgO，Na2O，Corg，其變異系數(shù)大于或等于0.40，東營市Cl元素變異系數(shù)為0.89，Br元素的變異系數(shù)為0.67，濟(jì)寧市、萊蕪市C元素的變異系數(shù)分別為0.69,0.66；一般來說元素基準(zhǔn)含量的變化主要受成土母質(zhì)及各成土因素的影響。東營市Cl，Br元素含量不但變化大，而基準(zhǔn)值也是全省基準(zhǔn)值的23.5和2.56倍，這與東營市所處的地理位置密切相關(guān)，具有明顯的地域特征。

(3)總體分析認(rèn)為全省17市中除臨沂、威海、濟(jì)寧、棗莊4市外，其他市的元素含量分布較均勻，如聊城、德州、菏澤、青島、濱州、煙臺、泰安、日照等市除個別元素外變異系數(shù)均小于0.40;臨沂市As，B，Br，C，Sr，CaO，Corg;威海市Br，I，CaO，MgO，Corg;棗莊市C，Sr，Na2O，Corg;濟(jì)寧市C，Cl，CaO，Corg元素(指標(biāo))含量變化較大，變異系數(shù)均大于0.40。

(4)重金屬元素基準(zhǔn)值最高值分布在德州、淄博和棗莊3市，As，Cd在德州市最高，分別是全省土壤基準(zhǔn)值的1.29，1.25倍；Hg，Zn在淄博市最高，分別是全省土壤基準(zhǔn)值的1.38倍和1.14倍；其余重金屬元素(Cr，Cu，Ni，Pb)在棗莊市土壤中的基準(zhǔn)值最高；Hg，Zn在青島市最低，Pb在東營市最低，其余重金屬元素(As，Cd，Cr，Cu，Ni)在威海市土壤中最低。雖然煙臺市重金屬元素含量相比較而言處于中等或偏低水平，但多數(shù)重金屬元素(As，Cd，Cr，Cu，Hg和Ni)的變異系數(shù)接近或大于0.4，說明重金屬元素含量分布不均，局部土壤含量高。

(5)農(nóng)業(yè)營養(yǎng)和有益元素(指標(biāo))N，OrgC在萊蕪市土壤中的基準(zhǔn)值最高；S，Cl在東營市，Mn，Co，TFe2O3在棗莊市，B，CaO在德州市，P在濱州市土壤中的基準(zhǔn)值最高，其余營養(yǎng)元素(指標(biāo))Mo，Se，Al2O3，K2O，SiO2在威海市土壤中的基準(zhǔn)值最高。農(nóng)業(yè)營養(yǎng)和有益元素(指標(biāo))最小值分布在青島市(P，CaO)、東營市(I，Mn，Al2O3)、濰坊市(Se)、泰安市(N)、臨沂市(Cl，S)、菏澤市(OrgC)和威海市(B，MgO，TFe2O3)等7個地市土壤中。

(6)對成礦元素而言，淄博市土壤中Ag基準(zhǔn)值最高，棗莊市土壤中Bi，Sn，W最高，泰安市土壤中Au最高，日照市土壤中Ce，Zr，La最高。從元素分異特征看，除Zr在濟(jì)寧市，Ag，Bi，W，Pb在威海市變異系數(shù)最大外，其余元素(Au，Cu，Mo，Sn，As，Cd，Cr，Cu，Ni，La，Ce等)變異系數(shù)在煙臺市最大，顯示了煙臺市巨大的多金屬及稀土(La，Ce)成礦潛力，同時說明威海市可能存在Ag，Au礦化區(qū)(帶)。

4 結(jié)語

通過對山東省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值統(tǒng)計分析研究，確定了山東省54項指標(biāo)土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值，這些成果為地方政府改善生態(tài)環(huán)境，進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃、環(huán)境保護(hù)、國土資源管理、地方病防治等領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)地球化學(xué)資料和科學(xué)依據(jù)。

注：含量單位C,N,OrgC和氧化物為10-2;Au為10-9;pH無量綱，其余為10-6；括號中的數(shù)值為原始樣本數(shù)。

表2 棗莊、東營、煙臺和菏澤土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

注：含量單位C,N,OrgC和氧化物為10-2;Au為10-9;pH無量綱;其余為10-6；括號中的數(shù)值為原始樣本數(shù)。

表3 濰坊、濟(jì)寧和泰安土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

注：含量單位C,N,OrgC和氧化物為10-2;Au為10-9;pH無量綱;其余為10-6；括號中的數(shù)值為原始樣本數(shù)。

表4 威海、日照和萊蕪?fù)寥赖厍蚧瘜W(xué)基準(zhǔn)值

注：含量單位C,N,OrgC和氧化物為10-2;Au為10-9;pH無量綱;其余為10-6；括號中的數(shù)值為原始樣本數(shù)。

表5 臨沂、德州和聊城土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

注：含量單位C,N,OrgC和氧化物為10-2;Au為10-9;pH無量綱,其余為10-6；括號中的數(shù)值為原始樣本數(shù)。