黑龍江省訥河市土壤質量與綠色產地適宜性評價

張哲寰，楊佳佳，宋運紅，賀鵬飛

1. 中國地質調查局 沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽 110034；2. 自然資源部 黑土地演化與生態效應重點實驗室，遼寧 沈陽 130034；3. 遼寧省黑土地演化與生態效應重點實驗室，遼寧 沈陽 110034

0 引言

土壤是人類賴以生存的物質基礎，是糧食生產和人類活動的載體，其質量直接影響農產品質量和人類健康. 土壤質量評價是衡量土地質量優劣，優化土地利用的基本途徑，是農業土地資源調查的重要內容和土地規劃的重要組成部分［1］. 由于土地耕作，長期施用化肥、農藥及灌溉等因素，會導致土壤理化性質惡化，土地質量下降，進而影響土壤生態系統的結構和功能發生改變，土地生產力下降，生態環境惡化. 土壤質量與綠色產地適宜性評價是以影響土壤質量的養分元素、環境元素為主，綜合考慮與土地利用有關的各種因素而進行的土壤質量地球化學評價［2-12］，旨在為保護耕地、改善種植結構、開發綠色農產品，科學合理施肥，促進農業高質量發展提供科學依據.

1 研究區概況

1.1 地理概況

黑龍江省訥河市位于松嫩平原北部，為大小興安嶺向南部平原過渡的山前高平原區，地勢北高南低，由東北向西南傾斜，面積6 674 km2. 區內有嫩江的一級支流訥謨爾河自東向西流經全境，屬于溫帶大陸性季風氣候區，年平均氣溫為1.1 ℃，年平均降水量為450 mm，年平均日照時數2 747 h，無霜期為120 d. 氣候特點是積溫不足，雨量偏少，無霜期短，晝夜、冬夏溫差較大. 訥河市是黑龍江省重要的農業基地，有耕地47.3×104hm2，占土地面積的71.0%，主要農作物有玉米、大豆、水稻、馬鈴薯.區內主要土壤類型有黑土、草甸土、暗棕壤、黑鈣土，分布面積分別占全市面積的44.8%、31.5%、10.7%和7.2%［13］.本次調查區面積6 439.78 km2.

1.2 地質概況

研究區出露的地層主要有第四系亞黏土、亞砂土、中粗砂、含黏土砂礫石和泥炭，分布面積最大；前第四系有古近系—新近系砂巖、泥巖和砂礫，分布在研究區東北部；白堊系礫巖、砂巖、泥巖，分布在研究區西北和東北部；此外有零星分布的元古宇片巖和更新世玄武巖（圖1）.

圖1 研究區地質圖Fig. 1 Geological map of the study area1—第四系全新統（Quaternary Holocene）；2—第四系上更新統（Quaternary Upper Pleistocene）；3—第四系中更新統（Quaternary Middle Pleistocene）；4—古近系漸新統－新近系（Paleogene Oligocene-Neogene）；5—白堊系（Cretaceous）；6—元古宇（Proterozoic）；7—玄武巖（basalt）

2 樣品采集與分析方法

在訥河市境內，依據《多目標區域地球化學調查規范》（DZ/T0258—2014），按照1 km×1 km 格網，每1 km2采集1 件表層土壤（0～20 cm）樣品，全區共采集土樣6 508 件，再按照2 km×2 km 的格網，將4 個土樣混合組成一個分析樣品，共組合表層土壤分析樣品1 627 件.

土壤樣品分析測試由具有MA 認證資質的自然資源部沈陽礦產資源監督檢測中心承擔，提取分析方法及檢出限見表1.

表1 土壤元素分析方法及檢出限Table 1 Analysis methods and detection limits of soil elements

3 評價方法與標準

3.1 土壤養分質量評價

依據《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T0295—2016）進行土壤養分質量評價，選擇N、P、K、有機質、CaO、MgO、Fe2O3、S、B、Zn、Mn、Cu、Mo、Co、Ge、V 共16項指標，以一個混合分析樣品所對應的4 km2為評價單元，依據規范中元素養分等級劃分標準，將土壤養分單指標劃分為五等、四等、三等、二等、一等5 個等級，并賦予相應的分值（fi）分別為1、2、3、4、5. 在此基礎上按下式計算土壤養分地球化學綜合得分f養綜.

式中：f養綜為氮、磷、鉀綜合評價得分，1≤f養綜≤5；ki為氮、磷、鉀權重，分別為0.4、0.4、0.2；fi為氮、磷、鉀單指標評價得分. 按表2 確定土壤養分綜合等級.

表2 土壤養分地球化學綜合等級劃分Table 2 Comprehensive geochemical grading of soil nutrients

3.2 土壤環境質量評價

依據生態環境部《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB15618—2018）標準，以Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 八種重金屬元素為評價指標. 標準中按不同酸堿度給出了土壤污染風險篩選值和管控值，將元素含量實測值與篩選值、管控值比較，并按規范給出的表3 確定土壤環境質量單指標評價結果. 評價單元土壤環境質量綜合評價等級等于單指標環境評價最差的等級.

表3 重金屬單元素污染風險等級劃分標準Table 3 Grading standard for single element pollution risk of heavy metals

當土壤中某種重金屬含量等于或者低于風險篩選值時，認為農用地土壤污染風險低，一般情況下可以忽略，屬于一等（無風險）土地；當土壤中重金屬含量高于風險篩選值，且等于或低于風險管控值時，認為可能存在食用農產品不符合質量安全標準的農用地土壤污染風險，屬于二等（風險可控）土地；當土壤中重金屬含量高于風險管控值時，認為存在食用農產品不符合質量安全標準的農用地土壤污染風險，屬三等（風險較高）土地.

3.3 土壤質量綜合評價

土壤質量綜合等級根據評價單元的土壤養分綜合等級與土壤環境綜合等級疊加產生，劃分以環境綜合質量為主要依據，同時結合養分綜合質量按表4 確定.

表4 土壤質量地球化學綜合等級表Table 4 Comprehensive geochemical grading of soil quality

3.4 綠色產地適宜性評價

3.4.1 土壤環境評價

依據農業部《綠色食品產地環境質量》（NY/T391—2013）等相關標準［14-16］，以Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu 六種重金屬元素為評價指標，利用單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法評價土壤污染程度，再結合土壤肥力評價種植綠色農產品的土壤環境適宜性. 單項污染指數按下式計算：

式中：Pi為監測項目的污染指數，Ci為監測項目的實測值，Si為監測項目的評價標準值.

如果有一項單污染指數大于1，視為該產地環境質量不符合要求，不適宜發展綠色產品. 若單項指數均小于1，則按照下式計算綜合污染指數，并根據土壤綜合污染指數進行分級.

式中：P綜為土壤綜合污染指數，Pimax為土壤單項污染指數的最大值，Piave為土壤單項污染指數的平均值.P綜≤0.7，為土壤清潔；0.7＜P綜＜1.0，為土壤尚清潔；P綜＞1.0，為土壤污染.

3.4.2 土壤肥力評價

土壤肥力以有機質和全氮含量分級（見表5），評價單元的綜合肥力為二者中較差的等級.

表5 土壤肥力等級劃分表Table 5 Grading of soil fertility of dry and paddy lands

3.4.3 土壤環境質量適宜性評價

當土壤環境質量達到一級標準，且土壤有機質和全氮含量達到Ⅱ級以上，則判定評價單元符合AA 級綠色食品產地要求，為適宜區；當土壤環境質量達到一級標準，土壤有機質和全氮含量低于Ⅱ級，則判定評價單元符合A 級綠色食品產地要求，為較適宜區；當土壤環境質量未達到一級標準，則判定評價單元為不符合綠色食品產地要求，為不適宜區（其他產地）.

4 結果與討論

4.1 土壤養分

土壤養分是衡量土壤肥力的主要依據，其含量高低直接影響作物的生長發育、產量與品質. 依據《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T0295—2016）從單指標和養分綜合兩方面評價. 養分單指標中有機質、N、Fe2O3、Co、V、Mn、S 含量 等 級以豐富—較豐富為主；K、Mo 含量以較豐富—中等為主；P、CaO、MgO、Cu、Zn 含量以中等—較缺乏為主；B 和Ge 以較缺－缺乏為主.

4.1.1 有機質及大量營養元素氮、磷、鉀

土壤有機質不僅是植物營養的重要來源，也是微生物活動的能源. 研究區土壤表層有機質含量范圍為15.17×10－3～60.68×10－3，平均37.07×10－3，高于東北玉米優勢區土壤平均有機質含量26.65×10－3［17］. 全區有機質含量總體以豐富和較豐富為主，豐富—較豐富的土地占84.53%，面積為5 443.37 km2. 有機質在中等以上的土地占全區面積的98.61%（表6）.

表6 土壤大量營養元素（指標）含量及評價結果統計表Table 6 Contents of major soil nutrient elements and evaluation results

N、P、K 都是植物生長發育所必需的大量營養元素，也是影響作物產量的主要養分限制因子. 研究區土壤表層N、P、K 含量平均值分別為1.90×10－3、0.68×10－3、20.09×10－3，屬于較豐富—中等水平. N、P、K含量在中等以上的土地面積分別占全區的99.77%、73.24%和100%. 其中P 較缺乏—缺乏土地有1 723.61 km2，占全區的26.76%.

4.1.2 中量營養元素鈣、鎂、硫

Ca、Mg、S 是植物生長發育所必需的中量營養元素. 研究區土壤表層CaO、MgO、S 含量平均值分別為1.32×10－2、1.20×10－2、411.36×10－6. CaO、MgO、S 含量在中等以上的土地面積分別占全區的76.07%、50.89%、99.17%. Ca 較缺乏—缺乏區面積1 540.94 km2，占全區的23.93%. Mg 較缺乏—缺乏區面積3 162.55 km2，占全區的49.11%. S 較缺乏－缺乏區面積45.47 km2，占全區的0.07%（表7）.

表7 土壤中量營養元素含量及評價結果統計表Table 7 Contents of medium soil nutrient elements and evaluation results

Ca 是構成植物細胞壁的成分，能穩定生物膜結構，缺Ca 時，植物生長受阻，個頭矮小，根系容易腐爛，果實生長發育不良；Mg 是葉綠素的必要成分，植物體內Mg 的最重要功能是形成葉綠素，同時還是多種酶的活化劑，缺Mg 會影響作物的產量和品質；S 是蛋白質的組成元素，缺S 時作物生長受到障礙，植株矮小瘦弱，葉片黃化［18］.

4.1.3 微量營養元素

研究區土壤微量營養元素Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Co、Ge、V 的含量及土壤質量評價結果見表8. 其中Fe、Mn、Co、V 含量以豐富—較豐富為主；Mo 含量以較豐富—中等為主；Cu 和Zn 含量以中等—較缺乏為主，但Cu 和Zn 的有效態為豐富和較豐富［13］；土壤中B 和Ge 含量以較缺乏和缺乏為主，B、Ge 較缺乏和缺乏的面積之和分別為全區面積的95.68%和81.50%.

表8 土壤微量營養元素含量及評價結果Table 8 Contents of micro soil nutrient elements and evaluation results

Cu 能提高葉綠素的濃度增強光合作用，促進蛋白質的合成，增強抗逆性，以及對病害的抵抗力，作物缺Cu 將嚴重影響產量［19-20］. Zn 有促進作物細胞呼吸、碳水化合物代謝及對氧的利用作用，當土壤中嚴重缺Zn時，作物產量大減，甚至絕收，對Zn 敏感的作物有玉米、水稻、小麥、甘署等，科學施用Zn 肥，能促進作物生長發育，提高作物結實率和產量，并顯著改善產品品質［21］.

植物缺B 時作物不能形成正?；ㄆ鞴?，花粉管畸形，花粉粒發育不良，形成“有花無果”、或果實質量不佳等現象［22-23］. Ge 是一種具有多種生物活性的微量元素，一些生物學家發現幾乎所有的動物體和植物體都含有Ge. 隨著Ge 清除自由基、免疫調節抗突變作用、搞腫瘤等生物活性的發現，其在生物上的研究和利用逐漸引起重視［24-26］. 從植物中獲取Ge 是人體最安全有效的來源，富Ge 土壤可廣泛應用于富Ge 農產品的開發. 因此建議對P、CaO、MgO、Cu、Zn、B、Ge 缺乏區適量施加相應的肥料，進行土壤改良，以提高農作物的產量和質量.

4.1.4 土壤養分綜合

土壤養分綜合評價結果見表9 和圖2. 全區土壤綜合養分為一等（豐富） 的土壤面積占研究區的2.23%，主要分布在訥河市北部；二等（較豐富）土壤面積占56.94%；三等（中等）土壤面積占39.97%；四等（較缺乏）土壤占0.86%，分布在訥河市西南，較缺乏面積很小. 全區土壤養分無缺乏等級.

表9 表層土壤養分綜合評價結果Table 9 Comprehensive evaluation results of topsoil nutrients

圖2 訥河市土壤養分綜合等級評價圖Fig. 2 Comprehensive grade evaluation of soil nutrients in Nehe City1— 一等（豐富）（Grade-I，rich）；2—二等（較豐富）（Grade-II，relatively rich）；3—三等（中等）（Grade-III，medium）；4—四等（較缺乏）（Grade-IV，deficient）

4.2 土壤環境評價

土壤環境單指標評價結果見表10. 八項重金屬中Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Cd 七項指標環境質量等級為一等（無風險）. Ni 環境質量一等區面積占研究區的99.94%，二等（風險可控）區面積僅4 km2，占0.06%，分布在龍河鎮北.

表10 土壤環境單指標評價結果表Table 10 Single index evaluation results of soil heavy metals

土壤環境綜合評價結果見圖3. 全市99.94%的土地環境綜合質量為一等（無風險）的土地面積為6 435.78 km2，受Ni 的影響，有0.06%的土地為二等（風險可控），面積4 km2，分布在龍河鎮，全市無三等（風險較高）的土壤分布.

圖3 訥河市土壤環境綜合等級評價圖Fig. 3 Comprehensive grade evaluation of soil environment in Nehe City1—無風險（risk free）；2—風險可控（risk controllable）

4.3 土壤質量地球化學綜合評價

土壤質量地球化學綜合等級是土壤養分和土壤環境的綜合反映. 評價結果顯示訥河市有一等（優質）土地3 806.06 km2，占全區面積的59.11%；二等（良好）土地面積2 574.11 km2，占研究區的39.97%；三等（中等）土地59.61 km2，占研究區的0.92%. 全市沒有四等（差等）和五等（劣等）土地分布（見圖4）.

圖4 訥河市土壤質量地球化學綜合等級評價圖Fig. 4 Comprehensive geochemical grade evaluation of soil quality in Nehe City1— 一等（優質）（Grade-I，fine）；2—二等（良好）（Grade-II，good）；3—三等（中等）（Grade-III，medium）

4.4 綠色食品產地土壤環境質量適宜性評價

4.4.1 土壤環境

綠色產地土壤環境質量評價結果：土壤環境質量一級（清潔），面積為6 497.61 km2，占98.05%；二級（尚清潔），面積為8 km2，占0.12%.

4.4.2 土壤肥力

綠色產地土壤肥力以全氮和有機質為評價指標，評價結果：一級（肥力高）面積為6 546.02 km2，占98.78%；二級（肥力較高）面積為19.27 km2，占0.29%.

4.4.3 土壤環境質量適宜性

訥河市土壤環境質量綠色產地適宜性評價結果顯示：符合綠色食品產地一級（AA 級）要求的土壤面積為6 461.5 km2，占全區面積的97.5%；符合綠色食品產地二級（A 級）要求的土壤面積為38.1 km2，占全區面積的0.58%；不符合綠色食品產地三級（其他產地）要求的土壤面積為65.6 km2，占全區面積的0.99%. 土壤環境質量絕大部分達到一級標準，是養分充足、環境潔凈的土地資源，開發綠色食品產地前景廣闊（見圖5）.

圖5 訥河市綠色食品產地適宜區環境質量評價圖Fig. 5 Environmental quality evaluation of green food producing suitable area in Nehe City1—AA 級綠色食品產地（Grade-AA green food producing area）；2—A 級綠色食品產地（Grade-A green food producing area）；3—其他產地（other areas）

5 結論及建議

1）訥河市土壤養分總體良好，土質肥沃，適合農作物的生長. 土壤養分單指標N、有機質、Fe2O3、Co、V、Mn、S 含量以豐富—較豐富為主，K、Mo、CaO、MgO 含量以較豐富—中等為主，P、CaO、MgO、Cu、Zn 含量以中等—較缺乏為主，Ge 和B 含量以較缺乏—缺乏為主. 建議對P、CaO、MgO、Cu、Zn、B、Ge 缺乏地塊適量施加相應的肥料，改良土壤，以提高農作物的產量和質量. 全區土壤養分綜合等級以較豐富和中等為主，面積分別占56.94%和39.97%，全區無養分綜合缺乏等級土壤.

2）訥河市土壤環境質量好，全區無污染風險較高的土地分布. 土壤環境質量一等（無風險）區占全區的99.94%；土壤環境質量二等（風險可控）區僅4 km2，占全區面積的0.06%，對于農業生產的影響較小.

3）訥河市土壤質量地球化學綜合等級以優質為主，土壤環境清潔、養分充足，有一等（優質）土地3 806.06 km2，占全區的59.11%；二等（良好）土壤面積2 574.11 km2，占全區的39.97%；三等（中等）土壤面積59.61 km2，占0.92%；沒有四等（差等）和五等（劣等）土壤.

4）訥河市是發展優質綠色農業良好基地. 全市土壤符合一級綠色食品產地（AA 級）要求的土壤面積為6 461.5 km2，占調查區總面積的97.5%；符合二級綠色食品產地（A 級）要求的土壤面積為38.1 km2，占總面積的0.58%；不符合綠色食品產地要求的三級（其他產地）土壤面積為65.6 km2，占總面積的0.99%.

5）為進一步維護和提高土地的生產能力，建議：①積極推廣保護性耕作，增加土壤肥力. ②實旗測土配方，科學施肥. ③深耕細作，增加耕層厚度. ④實行秸稈還田，增加土壤有機肥. ⑤加大耕地保護宣傳，增強耕地保護意識，嚴格控制優質土地占用.