貴州遵義松林地區土壤地球化學特征及其生態環境評價

龍宣霖，孔鵬飛，秦先進，郭宇

（貴州省地礦局一0 二地質大隊，貴州 遵義 563003）

0 引言

貴州遵義松林黑色巖系巖區為華南下寒武統Ni-Mo 礦化帶中的典型礦床之一（周潔等，2008；羅泰義等，2003），其賦礦層位為下寒武統牛蹄塘組底部黑色頁巖。前人報道了遵義松林Ni-Mo 礦區周圍土壤中有毒元素（Mo、Ni、As、Cd、Zn、Cu、Pb、V、Hg、Cr）的分布狀況及可能的環境影響（樊正烈，2010），然而，由于Ni-Mo 礦開采過程中暴露在地表的富含多金屬尾礦和黑色頁巖圍巖碎石等在外界媒介（水、氣、熱等）作用下，有毒元素鎘、砷等活化浸出，遷移至松林地區土壤中，可能造成鎘、砷污染，其污染程度及生態風險評價亟待深入（李朝奎等，2010）。本項研究擬通過對遵義松林黑色巖系巖區土壤中元素的調查分析，查明該區土壤元素含量水平、分布及其環境質量。同時評價土壤中鎘、砷污染狀況及其潛在生態風險，為確定遵義松林地區耕地土壤是否存在針對鎘、砷污染修復必要性提供初步的科學數據和依據。

1 研究區概況

松林地區隸屬于貴州省遵義市匯川區，位于匯川區西南部。位于貴州高原北部，北倚婁山、南瀕烏江，處于黔北山原向黔中丘原過渡地帶，地勢為西北向東南逐漸降低。松林地區氣候屬中亞熱帶季風濕潤氣候，平均氣溫為14～15℃，年平均氣溫14.6℃。區內巖溶發育，碳酸鹽巖類占70%，地下河和出露的泉水點較多，全區出露地層由老到新為寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系與侏羅系。巖性主要為碳酸性巖與陸巖碎屑巖（圖1）。

2 樣品采集與分析測試

在遵義松林地區調查地類分布范圍內，按照4～16 個點/km2的原則共采集0～20 cm 表層土壤樣品405 件，無污染自動風干，過20 鉬孔徑篩，送貴州省地質礦產中心實驗室，將樣品加工至200 鉬孔徑篩，土壤樣品全量分析指標包括有機質、N、P、K、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Se、Ge、I、F、pH 值、As、Cd、Cr、Hg、Pb、Co、Ni、V、Tl，共計23 項。

圖1 松林地區地質簡圖

3 土壤地球化學特征

與全國土壤A 層背景值相比，松林地區表層土壤區域地球化學背景值只有K元素低于全國平均值，其余元素區域地球化學背景值均高于全國平均值（樊正烈，2010）。

通過不同元素或指標變異系數的變化情況可知，區內Ge、N、Zn、Ti、F、Pb、SOM 元素的變異系數分別為0.3、0.19、0.27，含量分布最均勻；其次為Cr、B、V、Se、Co、Cd、K2O、Mo、Ni 等元素，其變異系數在0.3～0.5，為弱離散類；As、Cu、P、Hg、Mn、I、pH等元素其變異系數在0.5～1.0，為中離散類。對pH值的統計結果表明，全地區pH 分布的中值為5.7，眾數為5.4，其土壤整體偏酸性，體現了區內大面積分布的碳酸鹽巖分布區的強烈風化淋漓作用下的酸化特性（表1）（周廣柱等，2005）。

表1 松林地區土壤全量地球化學參數表（n=405）

3.1 不同成土母巖土壤各元素特征

松林地區不同成土母巖土壤元素或指標均值統計表（表2）顯示，地區內成土母巖以碳酸鹽巖為主。其中，白云巖成土母巖區As、F、Hg、I、Mo、N、P、Pb、Ti、Zn 等元素均值相對較高；灰巖成土母巖區Cd、Co、Cr、Cu、I、Mn、Ni、Se、SOM、V 等元素均值相對較高；泥巖成土母巖區B、Ge、K2O 等元素均值相對較高。白云巖成土母巖區Co、Cr、Cu、Ge、K2O、Ni、V 等元素均值相對較低；灰巖成土母巖區B、N、Ti、Zn 等元素均值相對較低；頁巖成土母巖區As、Cd、F、Hg、I、Mn、Mo、P、Pb、Se、SOM 等元素均值相對較低。

表2 不同成土母巖土壤元素或指標均值統計

3.2 不同土壤類型元素特征

松林地區不同土壤類型土壤元素或指標均值統計表（表3）顯示，地區內土壤類型以黃壤為主，石灰土最少。其中，黃壤As、Cd、Co、Cr、Cu、Ge、Hg、I、Mn、Ni、P、Pb、pH、Se、V、Zn 等元素均值相對較高，B、F、Ge、K2O、Mo、N、SOM、Ti 等元素均值相對較低；水稻土B、F、Ge、K2O、Mo、N、SOM、Ti 等元素或指標均值相對較高，As、Cd、Co、Cr、Cu、Ge、Hg、I、Mn、Ni、P、Pb、pH、Se、V、Zn 等元素均值相對較低。

表3 不同土壤類型土壤元素或指標均值統計

4 土壤中元素富集分析

4.1 部分養分元素局部富集

B 在泥巖、頁巖成土母巖分布區富集。Cu、Se、V 在二疊系泥巖、寒武系頁巖成土母巖分布區富集；Ge 在寒武系金頂山組明心寺組頁巖成土母巖分布區富集；Mo 在寒武系白云巖、震旦系燈影組白云巖成土母巖分布區富集；P 在震旦系燈影組白云巖成土母巖分布區富集。

4.2 部分環境元素局部富集

As、Pb 元素在寒武系婁山關組白云巖成土母巖分布區富集；Cd、Cr、Ni 元素在二疊系龍潭組泥巖、震旦系燈影組白云巖成土母巖分布區富集；Hg 元素主要在震旦系燈影組白云巖成土母巖分布區富集（何志祥等，2011；李勝榮和肖啟云，2002）。

通過土壤垂向剖面中的腐質層、淋容層、淀積層、母質層及成土母巖樣品分析測試數據進行綜合分析得知，元素在不同成土母巖區土壤垂向剖面中含量變化表現出與成土母巖較強的關聯性（圖2～3）（李有禹，1997；謝淑容等，2008）。

5 土壤質量評價

5.1 土壤養分質量評價

查明松林地區土壤中單指標養分元素等級，并根據氮（N）、磷（P）、鉀（K）含量對土壤養分綜合等級進行了評價，松林地區土壤養分綜合質量以二等（較豐富）為主；三等（中等）次之。一等（豐富）土壤面積0.22 km2，約占松林地區土壤總面積比例2.72%；二等（較豐富）土壤面積6.85 km2，約占松林地區土壤總面積比例84.1%；三等（中等）土壤面積1.02 km2，約占松林地區土壤總面積比例12.59%；四等（較缺乏）土壤面積0.05 km2，約占松林地區土壤總面積比例0.59%；全地區無五等（缺乏）土壤（表4）。

表4 不同養分質量等級類別土壤面積占比（%）

5.2 土壤環境質量評價

查明松林地區土壤酸堿度（pH）、砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、汞（Hg）、鎳（Ni）等元素單指標土壤環境質量等級、多指標環境質量綜合等級分布情況（周廣桂等，2005）。松林地區土壤環境綜合等級以安全利用類為主。優先保護類土壤面積3.25 km2，約占松林地區土壤總面積比例8.33%；安全利用類土壤面積35.58 km2，約占松林地區土壤總面積比例91.18%；嚴格管控類土壤面積0.19 km2，約占松林地區土壤總面積比例0.5%（表5）。

圖2 SLPM1 土壤剖面圖

圖3 SLPM2 土壤剖面圖

表5 不同環境質量等級類別土壤面積占比（%）

5.3 土壤質量綜合評價

進行了土壤質量綜合評價，初步查明松林地區土壤質量綜合等級情況（圖4）。松林地區土壤質量以三等（中等）為主。一等（優質）土壤面積1.7km2，約占松林地區土壤總面積比例4.36%；二等（良好）土壤面積1.38 km2，約占松林地區土壤總面積比例3.53%；三等（中等）土壤面積35.75 km2，約占松林地區土壤總面積比例91.62%；無四等（差等）土壤面；五等（劣等）土壤面積0.19 km2，約占松林地區土壤總面積比例0.5%（表6，表7）。

表6 不同微量元素等級類別土壤面積占比（%）

表7 松林地區土壤質量地球化學綜合等級評價

6 生態環境評價

6.1 土壤鎘砷含量分析結果

遵義松林地區土地利用類型主要為旱地，其土壤的理化性質為Corg=1.89%，CO2=0.03%，Stot=0.062%，pH=4.38。本研究所采耕地表層土壤樣品的鎘、砷含量分析結果列于表1。由表8 可見，松林地區耕地土壤中鎘、砷含量范圍分別為0.1～0.9 mg·kg-1和4.7～48.4 mg·kg-1，平均值分別為0.429 mg·kg-1和19.4mg·kg-1。土壤鎘、砷含量明顯高于貴州省土壤鎘、砷環境背景值（Cd 0.133 mg·kg-1，As 13.30 mg·kg-1）（表8）（王洋洋等，2008）。與遵義其他地區碳酸鹽巖發育的土壤（Cd 0.20 mg·kg-1，As 22.50 mg·kg-1）、碎屑巖風化的土壤（Cd 0.18 mg·kg-1，As 28.78 mg·kg-1）相比，所研究土壤鎘、砷含量明顯偏高。上述對比初步表明，遵義松林地區耕地土壤具有高鎘、砷含量特征，可能遭受這兩種重金屬元素污染，值得進一步評價（張國祥等，1996；郭偉等，2011）。

6.2 鎘砷污染地質累積指數法評價結果

為了評價遵義松林地區耕地土壤鎘、砷的污染狀況，本研究以貴州鎘、砷土壤環境背景值分別作為研究區土壤鎘、砷的背景值，取k 值為1.5 進行地質累積指數計算（滕彥國等，2002；胡恭任和于瑞蓮，2008）。遵義松林地區耕地土壤鎘、砷地質累積指數的變化范圍分別為1.85～4.54 和1.20～2.69，對應的污染等級范圍分別為2～5 和2～3（金昭貴和周明忠，2012）。通過與地質累積指數相對應的污染程度評價，研究區耕地土壤樣品的鎘污染程度為中度污染至極重污染，多數樣品具中度污染—重污染程度；耕地土壤樣品的砷污染程度為中度污染至中度污染—重污染的范圍，樣品普遍具中度污染程度。

6.3 生態環境綜合評價

通過對土壤養分元素進行調查評價得知，地區內土壤中氮元素全量及有效量含量等級均較高。磷元素全量及有效量含量等級差異性較大，主要受成土母巖的控制，磷含量明顯高于其他地區；地區內土壤鉀元素、硼元素含量等級則與磷元素相反，鉀元素、硼元素含量等級明顯低于其他地區。地區內土

表8 遵義松林Ni-Mo 礦區耕地土壤鎘、砷含量

圖4 松林地區土壤質量地球化學綜合等級圖

單位：mg·kg-1。壤硒、鍺、鋅元素整體質量等級較高，富硒土壤面積較大。通過對土壤環境元素進行調查評價得知，地區內土壤中存在的重金屬元素的主要是鎘、砷元素，其中高值主要出現在寒武系白云巖（燈影組）、寒武系頁巖（牛蹄塘組）地層分布區域。土壤中環境元素含量與地層有一定的相關性，可以分布對易產生環境元素富集的地層分布區域內的地塊進行監測，并對相關區域內種植的農作物進行安全性評價和監測。在施肥過程中根據元素的相關性以及不同元素組合在農作物中的富集作用，合理搭配施肥（畢春娟和陳振樓，2001）。并在施肥過程中對土壤理化性質進行監測，同時對土壤中環境元素含量進行監測（葉寒青和楊祥良，2001）。

7 結論

（1）區內土壤營養元素較豐富。表層土壤元素分析表明，松林區土壤中植物營養有益元素整體上較豐富。主要營養元素如氮、有機碳（TOC）等均出現大面積豐富的地區。

（2）局部土壤重金屬污染，環境狀況不容樂觀。研究表明，研究區存在以鎘等元素為主的大面積的重金屬污染。土壤中以鎘為主的重金屬污染主要分布在松林鎮及其周邊地區。在這些污染區某些重金屬元素已經進入植物、蔬菜、稻谷以及人體內，威脅食品安全和人體健康（劉文新等，1999）。

（3）土壤健康元素分布較廣泛。硒元素在表層土壤中的分布是豐富的，主要分布在牛蹄塘組黑色系的分布區，富集區域達90%以上，為發展富硒農業提供了寶貴的土壤資源。

（4）根據主導性、系統性、獨立性、生產性、空間變異性、定量與定性相結合、實用性、相對穩定性和區域性等原則篩選確認土地質量地球化學分等指標為：必需大量元素N、P、K，必需微量元素Mo、Mn，環境指標pH、Cd，健康指標Se、I，研究區土地質量整體中等。

（5）通過采用地累積指數法評價，研究區耕地土壤樣品的鎘污染程度以中度污染—重污染為主，樣品砷污染程度普遍為中度污染。因此，評價結果表明遵義松林地區耕地土壤已遭受鎘、砷污染，且其污染程度相對較高。所研究的耕地土壤樣品中，鎘以高潛在生態風險為主；砷則以中等潛在生態風險為主。結果表明研究區耕地土壤鎘、砷具有較高潛在生態風險，值得展開進一步的土壤污染修復研究。