滇中武定高橋鎮土地質量地球化學評價

徐 杰，向經緯，王浩宇

中國地質調查局 昆明自然資源綜合調查中心，云南 昆明 650000

0 引言

開展土地質量地球化學調查，并利用已有水文、地質、地球化學及生態學有關資料進行土地質量地球化學評價，是目前保障生態文明建設，發展綠色農業的重要手段［1］. 2020 年初，中國地質調查局新開“重點地區生態修復支撐調查”工程，“滇中楚雄地區土地質量地球化學調查”屬于此工程下的二級項目，旨在查明高橋鎮土壤有益元素、重金屬元素分布特征，為該區后期土地利用規劃、提高農業生產質量和實現精準扶貧提供科學依據.

1 研究區概況

高橋鎮位于云南省武定縣西部，距縣政府駐地40 km. 研究區內山區面積大，屬于典型冷涼山區，蘊藏銅、鐵、鈦等礦產資源. 出露地層主要為寒武系、奧陶系下統、泥盆系、三疊系上統、侏羅系上統、白堊系上統和第四系，巖漿巖主要出露二疊紀峨眉山玄武巖和基性侵入巖脈［2］. 其中基性侵入巖脈主要分布于構造集中帶上，第四系覆蓋于盆地和地形寬緩開闊的壩區.羅茨－易門斷裂呈南北向穿過全境，其余斷層大小不一，主體為北西和北東向兩組（圖1）.

圖1 高橋鎮地質簡圖Fig. 1 Geological sketch map of Gaoqiao Town1—第四系（Quaternary）；2—白堊系上統（Upper Cretaceous）；3—白堊系下統（Lower Cretaceous）；4—侏羅系（Jurassic）；5—三疊系（Triassic）；6—二 疊 系 玄 武 巖（Permian basalt）； 7—泥 盆 系 中 統（Middle Devonian）；8—泥盆系下統（Lower Devonian）；9—奧陶系（Ordovician）；10—寒武系中統（Middle Cambrian）；11—寒武系下統（Lower Cambrian）；12—基性侵入巖（basic intrusive rock）；13—斷層（fault）；14—鄉鎮（township）

高橋鎮主要土壤類型為紫色土，零星分布少量水稻土，西側連片分布黃棕壤，東側分布紅壤（圖2）. 土地利用類型以林地為主，各村周圍小范圍以旱地、水田為主要利用類型，零星分布少量草地（圖3）.

圖3 高橋鎮土地利用類型圖Fig. 3 Map of land use types in Gaoqiao Town1—草地（grassland）；2—水田（paddy land）；3—水域（water）；4—林地（forest）；5—旱地（dry land）；6—建筑用地（construction land）；7—其他（other land）

2 研究方法

運用傳統地球化學手段，在高橋鎮以1.12 個/km2的密度進行表層土壤樣品采集. 采樣時選擇具有代表性的地塊，合理避開村莊、道路、工廠、垃圾堆放點、建筑用地及其他人為干擾較強的地方，確保采樣質量.取土壤0～20 cm 連續土柱，用竹片削去采集污染面后放入樣袋封存，樣品原始重量大于1000 g［3-5］. 共采集樣品453 件，在室溫條件下自然風干后過20 目尼龍篩，按4 km2組合成一個分析樣的原則，用四分法取200 g 樣品封存于聚乙烯瓶中送實驗室分析，組合得到分析樣品97 件. 在四川省地質礦產勘查開發局成都綜合巖礦測試中心進行樣品分析，準確度采用土樣監控分析測試的國家一級標準，精密度使用重復樣法進行監測，標準物質合格率和重復樣相對雙差合格率均為100%，數據準確可靠.

3 土地質量地球化學評價

評價方法參照《DZ/T0295—2016 土地質量地球化學評價規范》（以下簡稱“規范”），Cu、Zn 作為養分評價指標和環境評價指標，要求選擇一種進行測試即可.本研究選擇環境評價指標進行分析測試［6-7］. 對4 km2內無樣品測試數據的評價單元采用插值法進行賦值，通過插值誤差計算，圖斑內各元素的相對誤差均小于30%，滿足評價要求.

3.1 土壤環境地球化學等級

遵循“短板法則”進行土壤環境質量地球化學等級劃分，每個評價單元的土壤環境地球化學綜合等級等同于單指標劃分出的最差的環境等級［8］. 單指標分別為砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、銅（Cu）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等8 種重金屬元素，各元素主要參數特征如表1 所示.

表1 土壤重金屬元素參數一覽表Table 1 Parameters of heavy metal elements in soil

元素單指標評價分為3 個等級：一等為無風險（Ci≤Si），二等為風險可控（Si＜Ci≤Gi），三等為風險較高（Ci＞Gi）. Ci指土壤中污染物指標i 的實測質量分數；Si指土壤中污染物指標i 在GB15618 中給出的二級標準值；Gi為各地區元素風險管控值. 單元素環境評級和占比情況詳見表2.

表2 單元素環境評級情況統計表Table 2 Statistics of single element environmental grading

評價結果顯示，As、Cr、Hg、Ni、Pb 和Zn 均為一等，占比100%. Cd 一等區面積約384 km2，占比93.2%；二等區面積約28 km2，占比6.8%. 后者主要分布于高橋鎮西南、南部的灌木林地及有林地中，未見其他經濟作物. Cu 一等區面積約378 km2，占比91.75%；二等區面積約34 km2，占比約8.25%，后者主要分布于高橋村、花橋村西北部的少量地塊和邊界地區的部分灌木林地中（圖4）.

圖4 高橋鎮土壤環境綜合評價圖Fig. 4 Comprehensive evaluation map of soil environment in Gaoqiao Town1—無風險（risk-free）；2—風險可控（risk-controllable）；3—風險較高（high risk）

土壤環境地球化學綜合評價結果顯示，整個高橋鎮環境評級為一等和二等. 一等區面積約350 km2.占比84.95%；二等區面積約62 km2，占比15.05%，主要分布于高橋鎮的高橋村、花橋村及工作區西部、南部、東南部灌木林地和有林地塊中.

引起Cd 輕微異常的原因或與農藥施用不當有關，成土母巖中未見Cd 含量偏高的層位. 高橋鎮Cu資源豐富，侯林等［9］對縣域銅礦床的研究表明，武定全域Cu 成礦和異常背景一致，主要受構造和熱液活動影響. 楊斌等［10］在后期對銅礦床的進一步研究中也佐證這一觀點，在本次土地質量調查評價中，通過對成土物源和地質背景的綜合分析，認為高橋鎮局部土壤中的Cu 值偏高，是由前期Cu 礦化物質風化再沉積，加上地表流體、地下熱液的持續作用所導致.

3.2 土壤養分地球化學等級

按規范標準，選擇養分元素氮（N）、磷（P）、鉀（K）3 種元素含量值做土壤養分單指標評價. 各元素的主要參數特征如表3 所示.

表3 土壤養分元素參數一覽表Table 3 Parameters of soil nutrient elements

首先進行單元素等級評價，土壤中養分的等級劃分標準主要參照全國第二次土壤普查養分等級劃分標準（6 等）［11］. 現將第五等與第六等標準進行合并，五等及五等以上的養分等級劃分標準不變（表4）：一等為豐富（f養綜≥4.5）；二等為較豐富（＜4.5～3.5）；三等為中等（＜3.5～2.5）；四等為較缺乏（＜2.5～1.5）；五等為缺乏（＜1.5）.

表4 土壤中氮、磷、鉀養分指標（全量）等級劃分標準Table 4 Grading standards of soil N，P and K nutrient indexes

計算土壤養分地球化學綜合得分，參照公式如下：

式中，f養綜為土壤氮、磷、鉀評價總得分，1≤f養綜≤5；ki為氮、磷、鉀權重系數，分別為0.4、0.4 和0.2；fi為土壤氮、磷、鉀的單元素等級得分，單指標評價結果為五等、四等、三等、二等、一等時所對應的fi分別為1 分、2分、3 分、4 分、5 分.

土壤養分地球化學等級分為5 等，同樣遵循“短板法則”，等級與養分單元素劃分方法相同. 單元素及綜合評價結果詳見表5.

表5 單元素養分評級情況統計表Table 5 Statistics of single element nutrient grading

土壤養分地球化學綜合評價結果顯示：一等區面積約5 km2，占比1.21%，分布于石臘它村西南約2 km的地塊中；二等區約125 km2，占比30.34%，除樹溝村無覆蓋外，在高橋鎮其他區域零星分布；三等區約248 km2，占比約60.19%，是養分評級中比重最大的部分，呈零星狀分布，在西菊拉村、高姑拉村和樹溝村相對集中；四等區約28 km2，占比6.8%，主要分布于小河村以南、彎腰樹村以北、石臘它村、高橋村以西、海子村東南部等地區；五等區約6 km2，占比1.46%，分布于唐家村東北部（如圖5）.

圖5 高橋鎮土壤養分綜合評價圖Fig. 5 Comprehensive evaluation map of soil nutrients in Gaoqiao Town1—豐富（rich）；2—較豐富（relatively rich）；3—中等（medium）；4—較缺乏（relatively deficient）；5—缺乏（deficient）

3.3 土壤質量地球化學綜合等級

土壤質量地球化學綜合等級由評價單元的土壤養分地球化學綜合等級與土壤環境地球化學綜合等級疊加產生，共劃分為5 個等級. 一等（優質），表明土壤環境清潔，土壤養分豐富至較豐富；二等（良好），表明土壤環境清潔，土壤養分中等；三等（中等），表明土壤環境清潔且土壤養分較缺乏，或土壤環境輕微污染且土壤養分豐富至較缺乏；四等（差等），表明土壤環境清潔或輕微污染且土壤養分缺乏，或土壤環境輕度污染且土壤養分豐富至缺乏或土壤鹽漬化等級為強度；五等（劣等），表明土壤環境中度和重度污染且土壤養分豐富至缺乏，或土壤鹽漬化等級為鹽土. 高橋鎮土壤質量地球化學綜合等級評價結果（表6）顯示，優質區面積約101 km2，占比24.51%，總體呈零星狀分布，相對集中于高橋鎮中部和東南部地區；良好區約224 km2，占比54.37%，在高橋鎮北部和西北部相對集中；中等區約80 km2，占比19.42%，在高橋村、海子村和花橋村相對集中，其余地區呈零星分布；差等區約7 km2，占比1.7%，分布于唐家村東北部；無劣等區（圖6）.

表6 高橋鎮土壤質量地球化學綜合等級評價結果Table 6 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality in Gaoqiao Town

圖6 高橋鎮土壤質量綜合評價圖Fig. 6 Comprehensive evaluation map of soil quality in Gaoqiao Town1—優 質（high quality）； 2—良 好（good）； 3—中 等（medium）；4—差等（poor）

3.4 不同土地利用類型中土壤質量情況

通過對不同土地利用類型土壤質量各等級進行統計，并分別計算各土地利用類型占比情況（表7），分析可得旱地中優質土壤占比最高，為30.91%，其次為林地，優質土壤占比25.70%. 水田中中等土壤占比最高，為69.23%. 高橋鎮主要土地利用類型為林地，其中52.32%為良好質量土壤.

表7 高橋鎮不同土地利用類型土壤質量地球化學綜合等級評價結果Table 7 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality by land use types in Gaoqiao Town

3.5 不同土壤類型中土壤質量情況

通過對不同土壤類型土壤質量各等級進行統計，并分別計算各土壤類型占比情況（表8），分析可得黃棕壤中優質土壤占比最高，為57.89%，其次為紅壤，優質土壤占比43.48%. 水稻土中中等土壤占比最高，為50%. 高橋鎮主要土壤類型為紫色土，其中66.42%為良好質量土壤.

表8 高橋鎮不同土壤類型土壤質量地球化學綜合等級評價結果Table 8 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality by soil types in Gaoqiao Town

4 結語與建議

高橋鎮土壤質量整體較好且分布均衡. 云南省重金屬背景值相對較高，多地出現重金屬污染［12-13］，由地質背景引起的異常具有覆蓋面積大、持續作用力強的特點，后期改良也較為困難. 不同成土母質中Cd 超標的風險順序為：碳酸鹽巖區＞沖積物區＞泥質巖區［14-15］.該區Cu 和Cd 均未達到污染級別，但在后期土地利用中應少施用重金屬含量高的農藥. 武定縣的城鎮區主要分布于縣城周邊和高橋鎮［16-18］，人口集中區土地質量評級不高，或與持續擴大的城鎮化建設有關. 對于評級為差等的地塊，應適當提高有機農肥的施用比率，降低農作物耕種頻次，防止土壤質量進一步惡化. 這類土地單戶種植成本偏高，可依據政府政策導向做好防護或集中改良. 該區屬亞熱帶低緯度高原季風氣候區，風化作用對土質影響較為明顯［19-20］，因此，土地治理具有長期性和周期性的特點.