洪湖市土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估

鄭雄偉 王珊 洪波 孫為國(guó) 張?jiān)? 羅軍強(qiáng) 徐景銀 吳穎 鄭國(guó)權(quán) 胡青

摘要：基于洪湖市土地質(zhì)量的調(diào)查成果數(shù)據(jù)，建立了由土壤養(yǎng)分指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)體系，根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）對(duì)洪湖市峰口鎮(zhèn)、萬(wàn)全鎮(zhèn)進(jìn)行了土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)及空間分布研究。將評(píng)價(jià)區(qū)土壤分為優(yōu)質(zhì)、良好、中等、差等、劣等5個(gè)級(jí)別。結(jié)果表明，評(píng)價(jià)區(qū)土地質(zhì)量狀況整體良好，優(yōu)質(zhì)和良好以上等級(jí)土地占評(píng)價(jià)區(qū)的80.91%，其中優(yōu)質(zhì)級(jí)土地占54.01%。

關(guān)鍵詞：土地質(zhì)量;地球化學(xué)評(píng)價(jià);綜合分等;洪湖市

中圖分類(lèi)號(hào)：X825;X171.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（ 2020）12-0056-05

DOI：10.1408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.12.011

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資源是作為植物根基與養(yǎng)分供給的土壤。土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估是基于收集評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)背景、土壤類(lèi)型、土地利用現(xiàn)狀等基礎(chǔ)資料及以往生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地開(kāi)展該層次評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選、權(quán)重系數(shù)的確定等關(guān)鍵工作，使得最終劃分的地球化學(xué)等級(jí)能夠客觀反映研究區(qū)土壤養(yǎng)分質(zhì)量、土壤環(huán)境質(zhì)量、大氣質(zhì)量、地表水質(zhì)量等現(xiàn)狀水平。最終通過(guò)野外實(shí)地觀察地質(zhì)背景、土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地、土地利用、種植類(lèi)型、農(nóng)作物品質(zhì)等方面來(lái)實(shí)現(xiàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)等級(jí)的校驗(yàn)[1，2]。全國(guó)范圍內(nèi)多省取得了大量的土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)的研究成果[3-7]。本研究選擇洪湖市西北部地區(qū)的峰口鎮(zhèn)和萬(wàn)全鎮(zhèn)開(kāi)展1：50 000土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估，可以基本查明區(qū)內(nèi)的綠色土地，掌握優(yōu)質(zhì)的土地資源，以期為發(fā)展特色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品、土地資源的質(zhì)量管護(hù)提供重要依據(jù)。

1 調(diào)查區(qū)域基本概況

洪湖市地跨東經(jīng)113°07'-114°05'，北緯29°39'-30°12'，位于湖北省中南部，長(zhǎng)江中游北岸，江漢平原東南端。東南瀕長(zhǎng)江，與嘉魚(yú)縣、赤壁市及湖南省臨湘市隔江相望;西與監(jiān)利縣接壤;北依東荊河，與漢南區(qū)、仙桃市相鄰。調(diào)查區(qū)面積302 km2，包含2個(gè)鎮(zhèn)，峰口鎮(zhèn)面積134 km2，萬(wàn)全鎮(zhèn)面積168 km2，地貌類(lèi)型為沖積平原，位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)沔陽(yáng)凹陷（Ⅱ2 1-7），調(diào)查區(qū)內(nèi)第四系全新統(tǒng)分布廣泛，按成因類(lèi)型劃分為沖積、湖沖積和沼澤沉積3種類(lèi)型，見(jiàn)圖1。土壤類(lèi)型以水稻土和潮土土類(lèi)為主，pH介于4.7- 8.5，有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)元素含量較高，土壤肥力高，土壤養(yǎng)分含量豐富。土地利用類(lèi)型多樣，利用方式主要以耕地和水域及水利設(shè)施用地為主，按照土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T 21010-2007），其中，耕地面積183.00 km2，占60.60%;水域及水利設(shè)施用地面積79.80 km2，占26.42%;園地面積0.11 km2，占0.04%;林地面積4.10 km2，占1.36%。

2 樣品采集與分析測(cè)試

評(píng)估以表層土壤樣品調(diào)查為主，以灌溉水、大氣降塵（水）樣品調(diào)查為輔。表層土壤采樣密度5.02個(gè)點(diǎn)/km2，采集樣品1 545件;灌溉水采樣密度1個(gè)點(diǎn)/16 km2，采集樣品20件;大氣降塵、降水樣品各24件。樣品分析測(cè)試工作由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，土壤樣品分析了Se、I、F、Cd、Pb、Hg、As、Cr、Cu、Zn、N、P、S、CI、B、Mo、Mn、Co、Ni、Sr、Ce、K20、Na2O、Ca0、Mg0、Fe203、Si02、A1203及TOC、pH等30項(xiàng)指標(biāo);灌溉水樣品分析了As、Mo、Se、Cr+6、K、N、Ba、Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、Mn、Fe、P及pH、硫酸鹽、氯化物、氟化物、硝酸鹽、高錳酸鉀指數(shù)、總硬度、溶解性總固體等23項(xiàng)指標(biāo);降塵樣品分析了Cd、Hg、As、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni、Se等9項(xiàng)指標(biāo);降水樣品分析了As、Mo、Se、Cr+6、K、N、Ba、Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、Mn、Fe、P及pH、硫酸鹽、氯化物、氟化物、硝酸鹽、高錳酸鉀指數(shù)、總硬度、溶解性總固體等23項(xiàng)指標(biāo)。采用國(guó)家一級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW系列）進(jìn)行監(jiān)控，分析過(guò)程嚴(yán)格按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》（ DD2005-01）要求進(jìn)行，分析結(jié)果通過(guò)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局驗(yàn)收，能夠完全滿足市縣級(jí)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估要求。

3 評(píng)價(jià)方法

3.1 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)指標(biāo)的篩選

就土地在生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要功能而言，體現(xiàn)其質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要內(nèi)部因素是養(yǎng)分因素和環(huán)境因素，在土地質(zhì)量評(píng)價(jià)中它們被視為影響土地質(zhì)量的第一評(píng)估指標(biāo)層。土壤研究成果表明，第一評(píng)估層中的養(yǎng)分指標(biāo)層主要由必需大量元素指標(biāo)層（N、P、K、S、Ca、Mg、有機(jī)碳）、必需微量元素指標(biāo)層（Fe、Mo、B、Zn、Cu、Mn、CI）和有益元素指標(biāo)層（Si、Co、Ni、Na、Ce、Sr、F、I、Se）組成;環(huán)境健康指標(biāo)層主要由重金屬有害元素指標(biāo)層（Hg、Cd、As、Pb、Cr）以及土壤理化指標(biāo)（pH）組成[8-14]。

由于各指標(biāo)元素在土壤中存在著分布特征、富集程度及貢獻(xiàn)率權(quán)重上的差異，因此在對(duì)區(qū)域性土地質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)估指標(biāo)的確定尤為重要。本次土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選范圍見(jiàn)表1，共涉及29項(xiàng)指標(biāo)。在此特別說(shuō)明一下，由于鋁并非植物必需元素，且在植物體內(nèi)移動(dòng)性很小;土壤中的鋁大部分以固定態(tài)鋁的形式存在，對(duì)植物和環(huán)境沒(méi)有毒害作用，只有離子態(tài)鋁才對(duì)其產(chǎn)生影響，因此在本研究中不作為參評(píng)指標(biāo)。

3.2 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)劃分

按照各省（市、區(qū)）的土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行土壤單指標(biāo)養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)劃分。在氮、磷、鉀土壤單指標(biāo)養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)劃分基礎(chǔ)上，按照公式計(jì)算土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合得分f 養(yǎng)綜=∑ ，ki .fi，式中，廠養(yǎng)綜為土壤N、P、K評(píng)價(jià)總得分，1≤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(jí)得分。5等、4等、3等、2等、1等所對(duì)應(yīng)的fi得分分別為1、2、3、4、5分。土壤養(yǎng)分地球化學(xué)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為5個(gè)等級(jí)，f養(yǎng)綜≥4.5，I級(jí)，豐富;4.5<廠養(yǎng)綜≤3.5，Ⅱ級(jí)，較豐富;3.5

3.3 土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分

計(jì)算土壤污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi=Ci/Si，式中，Ci為土壤中i指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度;S為污染物i在GB15618-2008中給出的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。按照表2所示的土壤單項(xiàng)污染指數(shù)環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分界限值，分別進(jìn)行1：50 000的單指標(biāo)土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分。綜合評(píng)價(jià)等級(jí)按照污染最重因子的等級(jí)進(jìn)行劃分。

在單指標(biāo)土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分基礎(chǔ)上，每個(gè)評(píng)價(jià)單元的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)等同于單指標(biāo)劃分出的環(huán)境等級(jí)最差的等級(jí)。按照土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：<5.0，強(qiáng)酸性;[5.0，6.5]，酸性;（6.5，7.5]，中性;（7.5，8.5]，堿性;>8.5，強(qiáng)堿性，進(jìn)行1：50 000的土壤酸堿度地球化學(xué)等級(jí)劃分。pH對(duì)土壤環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在不同的pH會(huì)影響到土壤中重金屬的活性，從而影響到土壤重金屬含量超標(biāo)的臨界值，不同的pH對(duì)應(yīng)的土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值參考CB15618-2008。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果

4.1 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分及空間分布

根據(jù)土壤養(yǎng)分元素分級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表3），對(duì)研究區(qū)分布土壤養(yǎng)分綜合評(píng)定，在全區(qū)農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖239.34 km2的土壤分布區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分達(dá)到豐富I級(jí)水平的土壤分布區(qū)面積為7.90 km2，占耕種、養(yǎng)殖總面積的3.30%，其主要分布在峰口鎮(zhèn)潭洲村、東曉村、范湖村、林溝村等地，萬(wàn)全鎮(zhèn)的全豐村、洪春村、中嶺村、陸潭村、南嶺村、北嶺村等地。土壤養(yǎng)分屬Ⅱ級(jí)較豐富的土壤分布區(qū)面積為160.88 km2，占耕種、養(yǎng)殖總面積的67.22%，主要位于峰口鎮(zhèn)的北部地區(qū)，萬(wàn)全鎮(zhèn)的東北部和西南部。土壤養(yǎng)分屬中等Ⅲ級(jí)區(qū)的面積為66.93 km2，占耕種、養(yǎng)殖總面積的27.96%，其相對(duì)集中分布于峰口鎮(zhèn)的童嶺村、直嶺村、四墩村、麻壕村、大公村等地，萬(wàn)全鎮(zhèn)的全豐村、洪春村、中嶺村、陸潭村、南嶺村、北嶺村等地。區(qū)內(nèi)Ⅳ級(jí)養(yǎng)分較缺乏分布區(qū)的范圍相對(duì)較小，其面積僅為3.63 km2，占耕種、養(yǎng)殖總面積的1.52%，在全區(qū)呈零散狀局部分布（圖2）。412土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分及空間分布

通過(guò)全區(qū)1：50 000土壤地球化學(xué)調(diào)查，共獲取了1 545件表層土壤30個(gè)指標(biāo)的含量數(shù)據(jù)，依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，選定主要重金屬元素Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni 8項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)土壤質(zhì)量進(jìn)行判別評(píng)估。

通過(guò)對(duì)各環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行綜合參數(shù)計(jì)算，獲得土地質(zhì)量評(píng)估有害重金屬元素分等圖，根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)研究區(qū)土壤重金屬有害元素進(jìn)行分級(jí)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示，土壤中Hg、Pb、Cr、Zn元素在研究區(qū)無(wú)污染，全部為一級(jí)區(qū);土壤中As、Cu、Ni全部為一級(jí)和二級(jí)，局部小面積輕微污染，As和Cu -級(jí)面積占99%以上，Ni -級(jí)面積占90%以上;土壤中Cd以一級(jí)、二級(jí)為主，三級(jí)區(qū)僅占0.17%，局部小面積輕度污染。各重金屬元素均無(wú)四級(jí)和五級(jí)污染。

土壤環(huán)境質(zhì)量綜合等級(jí)劃分結(jié)果（圖3）顯示，區(qū)內(nèi)達(dá)清潔一級(jí)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的分布區(qū)面積為197.26km2，占可利用土地面積的82.42%;輕微清潔、輕度污染（二級(jí)、三級(jí)）分布區(qū)的面積為42.08 km2，占可利用土地面積的17.58%，其主要分布在峰口鎮(zhèn)范湖村、破嶺村、土京村、紅花村、童嶺村、雙豐村以及萬(wàn)全鎮(zhèn)洪中村、曉河村、汪廟村、六垸村、萬(wàn)電村的少數(shù)地塊中。不存在中度、重度污染（四級(jí)、五級(jí)）分布區(qū)。

4.3 土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分及空間分布

土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)由研究單元的土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)與土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)疊加產(chǎn)生。土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)的表達(dá)如表5所示。其中，一等為優(yōu)質(zhì)，表明土壤環(huán)境清潔，土壤養(yǎng)分豐富至較豐富;二等為良好，表明土壤環(huán)境清潔，土壤養(yǎng)分中等;三等為中等，表明土壤環(huán)境清潔，土壤養(yǎng)分較缺乏或土壤環(huán)境較輕微污染，土壤養(yǎng)分豐富至較缺乏;四等為差等，表明土壤環(huán)境清潔或輕微污染，土壤養(yǎng)分缺乏或土壤環(huán)境輕度污染，土壤養(yǎng)分豐富至缺乏或土壤鹽漬化等級(jí)為強(qiáng)度;五等為劣等，土壤環(huán)境中度或重度污染，土壤養(yǎng)分豐富至缺乏或土壤鹽漬化等級(jí)為鹽土。

由圖4、表6可見(jiàn)，研究區(qū)總體上土壤質(zhì)量較好。其中，未發(fā)現(xiàn)有土壤質(zhì)量屬五等劣質(zhì)的土壤分布區(qū)的存在;土壤質(zhì)量屬一、二等優(yōu)質(zhì)、良好的土壤分布區(qū)合計(jì)面積達(dá)193.63 km2，占可利用土地面積的80.91%;三、四等中等、差等級(jí)別的土壤分布累計(jì)面積為45.71 km2，占可利用土地面積的19.09%，其主要分布于峰口鎮(zhèn)萬(wàn)寶村一萬(wàn)全鎮(zhèn)張當(dāng)村一六垸村一馬鞍村地帶及峰口鎮(zhèn)河咀村、童嶺村、雙豐村、繼美村、紅花村及萬(wàn)全鎮(zhèn)徐橋村、萬(wàn)電村、洪中村、楊榨村、全豐村、永豐村等地局部區(qū)域。

4.4 灌溉水質(zhì)量和大氣降塵（水）地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分

根據(jù)測(cè)試分析數(shù)據(jù)，參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范（ DZ/T 0295-2016）》對(duì)大氣質(zhì)量和灌溉水質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的灌溉水質(zhì)量綜合等級(jí)全部達(dá)到一等合格標(biāo)準(zhǔn)，大氣綜合質(zhì)量全部為一等優(yōu)質(zhì)大氣質(zhì)量環(huán)境區(qū)[15，16]。

5 小結(jié)

本次評(píng)價(jià)結(jié)果表明，洪湖市峰口鎮(zhèn)和萬(wàn)全鎮(zhèn)土地質(zhì)量狀況整體良好，優(yōu)質(zhì)和良好以上等級(jí)土地占評(píng)價(jià)區(qū)的80.91%，優(yōu)勢(shì)農(nóng)作物有水稻、玉米、油菜和小麥等。本次的評(píng)估工作中，不僅考慮了土壤養(yǎng)分指標(biāo)和環(huán)境健康指標(biāo)，而且綜合考慮了灌溉水質(zhì)量、大氣降塵等影響土地質(zhì)量的重要因素，使評(píng)估成果更科學(xué)和符合實(shí)際。評(píng)估土壤養(yǎng)分狀況時(shí)，土壤養(yǎng)分有效態(tài)含量更能反映土壤給植物提供養(yǎng)分和生產(chǎn)生物質(zhì)的能力，今后的評(píng)估應(yīng)注重考慮使評(píng)估結(jié)果更符合實(shí)際。致謝：感謝胡瑞春高工對(duì)文章的審閱。

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基金項(xiàng)目：湖北省“金土地”T程——高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目（洪土資函[2016118號(hào)）

作者簡(jiǎn)介：鄭雄偉（1986-），男，湖北黃岡人，工程師，碩士，主要從事礦產(chǎn)勘查及農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查工作，（電話）15927253436（電子信箱）493928635@qq.com;通信作者，王珊（1987-），女，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作，（電子信箱）373805843@qq.com。