











摘要:為揭示河頭店鎮土壤養分和環境指標的空間分布特征及質量等級,本研究開展了1∶5萬土地質量地球化學調查。采用6個點/km2的采樣密度采集表層土壤樣品,分析了養分和環境指標,并基于所得數據進行了土地質量綜合評價。結果表明,研究區內土壤重金屬 Cr、Cu、Ni、Zn 平均含量不同程度高于山東省土壤背景值,空間分布不均勻,其中Cr和Cu富集較為明顯,Hg、Cd的變異系數最高,Cr 和 Ni 存在較為顯著伴生關系;河頭店鎮土壤養分質量一般,評價等級以較缺乏為主,中等以上養分占總評價面積的34.58%;土壤環境質量優質,以一級無風險區為主,占總評價面積的97.98%;土壤質量整體較好,良好和優質土壤占總評價面積的33.94%,中等土壤占總評價面積的63.17%,無劣等土壤。基于本次調查獲得的數據,針對河頭店鎮土地利用現狀,提出了劃定高標準永久基本農田和優化農用地分類管理的規劃建議。本次研究工作可為當地土地保護與開發提供科學地球化學數據支撐。
關鍵詞:土地質量;地球化學評價;重金屬;萊西市河頭店鎮;山東省
中圖分類號:X825文獻標識碼:Adoi:10.12128/j.issn.16726979.2025.03.003
0引言
土地資源作為人類社會賴以生存和發展的關鍵自然資本,是生態系統服務的主要載體和社會經濟可持續發展的戰略基礎。近年來,全球面臨著由人口激增、經濟與工業化快速增長引發的環境挑戰,如環境污染惡化、土壤退化、農業生產力及作物質量降低等問題[13]。因此,土壤質量的調查與評估已成為全球學術界關注的焦點。
歐美等發達國家在土壤質量評估方面開展了系統研究,重點探討土壤重金屬污染、養分分布及其對農業生產的影響[45]。這些研究成果在土壤質量評估確保糧食安全和生態環境質量中的關鍵作用。如歐洲委員會提出的“土壤策略”強調了土壤作為自然資源的重要性[67],這為開展農業地質研究提供了重要參考。國內研究雖然起步較晚,但近年來發展迅速[810]。作為基礎性工作,土地質量地球化學調查通過多目標區域化探,全面把握土地質量的綜合狀況,為制定差異化的保護策略提供科學依據。土地質量本身就是國內化探工作的重要方法支撐,該項工作能為資源環境管理和農業生產布局提供科學依據。同時,也能與農業生產實踐緊密結合,探討農業活動對土地質量的動態變化規律。在多尺度框架下,土地質量問題的解決策略呈現明顯的層級特征:國家尺度聚焦宏觀政策制定和資源配置優化[11];區域尺度著重土壤污染防控和農業生產布局[12];地方尺度則側重土壤退化修復和精準農業實踐[13]。這種多層次的調查評估體系正逐步構建起全面的土地質量管理框架,為國家糧食安全、生態環境質量提升和綠色發展戰略實施提供了重要的理論基礎。
河頭店鎮位于萊西市東北部,距萊西市市中心約21 km,為全域土地綜合整治國家試點鄉鎮。本文在山東省1∶25萬多目標區域地球化學調查的基礎上,在河頭店鎮開展1∶5萬土地質量地球化學調查與評價工作,對表層土壤(0~20 cm)中的養分指標(全氮、全磷、全鉀)、環境指標(pH、鎘、汞、砷、鉛、銅、鋅、鉻、鎳)[1416]進行了土地質量地球化學分等定級。對河頭店鎮特色農產品開發、土地高效利用、現代農業發展、高標準農田建設及污染防治等提供基礎地學支撐,助力河頭店鎮鄉村振興戰略。
1研究區概況
河頭店鎮位于萊西市東北部,距萊西市中心約21 km,研究區地形總趨勢是西高東低,屬低山丘陵區,地勢平坦,地形起伏較小,覆蓋層較薄,平均0.5~4 m,海拔高度在80~130 m,多為農田。該地區屬溫帶季風型大陸性氣候,受到海洋及內陸的雙重影響,四季變化和季風進退都比較明顯;年平均氣溫為11.7℃,7月份平均氣溫最高,達到25.3℃,1月份平均氣溫最低,為3.3℃;年平均降水量為635.8 mm,主要風向為東南風和西北風,年平均風速為3.6 m/s;土壤類型以棕壤土為主,占比91.05%,還有潮土土類,占比5.64%,以及砂姜黑土土類,占比3.32%。地質背景如圖1顯示,該地區位于華北陸塊(Ⅰ)魯東隆起(Ⅱ)膠北隆起區(Ⅲ)棲霞馬連莊凸起(Ⅴ)的西南側,廣泛出露的地層包括太古代唐家莊巖群、下元古代荊山群、中生代萊陽群、青山群、王氏群和新生代第四系的松散堆積物。
土地利用類型(圖2)以農用地為主,占84.27%,其中旱地占63.16%,主要農作物為小麥和玉米,經濟作物包括蘋果、花生、甜瓜、草莓和櫻桃等,也有一定的種植規模。
2材料與方法
2.1樣品采集與分析測試
研究區土壤采樣點位見圖3。本研究按1∶5萬尺度采用圖斑—網格法優化采樣策略,滿足相應布點要求。采樣深度為0~20 cm,采用多點等量連續采樣方法,排除溝渠和林帶等非典型區域。采用“X”型五點法提高樣本代表性。通過1∶5萬土壤圖件與奧維互動地圖結合,利用手持GPS設備確保采樣點定位精度小于5 m。樣品采集后進行初步處理,去除非土壤雜物,經自然風干、破碎和2 mm篩分處理,詳細記錄樣本點地理信息。共采集702個土壤樣本點,其中包括17個重復樣本點(占總樣本的2.36%),總計719個樣本。整個采樣過程遵循土壤地球化學采樣規范,確保數據質量和一致性。
土壤樣品經自然風干并通過0.25 mm孔徑篩篩選后送實驗室分析,測試工作由山東省物化探勘查院巖礦測試中心承擔。分析方法嚴格按照《土地質量地球化學評價規范》(DZ/T 0295—2016)等相關技術標準執行。本研究采用多種分析方法測定各項指標:X射線熒光光譜法(XRF)用于Pb、Ni、Cr、Zn、Cu和P的測定;電感耦合等離子體發射光譜法(ICPOES)測定K;電感耦合等離子體質譜法(ICPMS)測定Cd;氫化物發生原子熒光光譜法(HGAFS)分析As和Hg;凱氏蒸餾容量法(VOL)測定N;離子選擇電極法(ISE)測定pH。為確保數據質量,實施了包括標準物質分析、樣品重復性檢驗和異常點重復檢驗在內的質量控制措施。所有分析方法的檢出限、準確度和精密度均符合相關技術標準要求,測試數據質量可靠,并通過專家驗收。
2.2評價方法
土壤養分地球化學評價指標涵蓋氮(N)、磷(P)、鉀(K),而土壤環境地球化學評價指標則包括酸堿度(pH)、砷(As)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、汞(Hg)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鋅(Zn)。養分評價遵循《土地質量地球化學評價規范》(DZ/T 0295—2016)[17]附錄D標準,確立N、P、K全量分級評價標準。As、Cd、Cr、Pb、Hg、Ni、Cu、Zn的分級則依據《GB15618-2018土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》[18]的風險篩選值和風險管控值,按照山東省自然資源廳發布的《1∶50000土地質量地球化學調查評價技術要求(試行)》[19]進行。
土壤質量地球化學綜合等級由養分與環境地球化學綜合等級疊加得出,代表1∶5萬調查尺度。
3結果與討論
3.1土壤元素地球化學含量特征
河頭店鎮土壤元素含量特征見表1。土壤pH現場測量結果顯示,評價區土壤pH平均值為5.286,絕大部分樣點土壤呈酸性。土壤N、P、K養分含量平均值分別為0.828×103、0.679×103和14.755×103,其中N、P含量分別是山東省土壤背景值[20]的0.930倍和0.824倍,青島市背景值[21]的1.035倍和1.151倍,表明評價區土壤氮磷含量略高于背景水平。
土壤重金屬Cr、Cu、Ni、Zn、As、Cd、Pb和Hg含量平均值分別為70.320×10-6、23.532×10-6、26.287×10-6、48.146×10-6、6.793×10-6、0.090×10-6、18.620×10-6和0.025×10-6,其中Cr、Cu、Ni、Zn含量分別是山東省土壤背景值的1.134倍、1.041倍、0.970倍和0.761倍,是青島市背景值的1.342倍、1.360倍、1.168倍和1.003倍,呈現不同程度的富集,尤其是Cr和Cu富集較為明顯。Cr可能與新太古代侵入巖和白堊系中含有較多的鉻鐵礦等礦物有關,這些礦物風化過程中釋放出Cr元素,導致在上覆土壤中富集[22];Cu可能與新太古代侵入巖經過長期的風化作用有關,其中的Cu元素被淋濾進入上覆土壤中,導致這些區域土壤Cu含量偏高[23]。
變異系數的大小反映元素在空間分布的均勻(變異)程度,土壤中K、pH變異系數小于0.15,分布均勻;N、P、As、Cr、Cu、Pb、Zn變異系數介于0.15~0.65之間,屬中等變異分布;Cd、Hg、Ni變異系數大于0.65,屬強變異分布。重金屬的變異程度由低到高依次為:Pb<K<N<P<As<Cr=Cu<Zn<Ni<Cd<Hg,反映了區域內重金屬元素含量的空間分布不均一性,其中Hg、Cd的變異系數高達1.03和0.84,說明其空間變異極強,局部區域可能受到人為活動的顯著影響。綜上,部分元素發生富集或貧化現象可能與土壤類型及人為活動干擾等因素有關。河頭店鎮土壤中重金屬元素Cr、Cu含量超過青島市和山東省土壤背景值,應引起關注并采取相應措施控制重金屬污染。
3.2土壤元素相關性分析和主成分分析
本文基于研究區內719件土壤樣品數據,利用SPSS軟件初步對土壤各元素之間的密切程度和來源進行相關性分析。從表2河頭店鎮土壤元素的Pearson相關系數矩陣可以看出,CrNi之間呈現出極強的正相關(r=0.902),通過0.01水平的顯著性檢驗,說明它們很可能存在相似的來源或者遷移轉化行為。全氮全磷、全磷鋅、鉛全鉀之間的相關系數分別為0.605、0.588和0.704,均通過0.01水平的顯著性檢驗,表明它們之間存在中等偏強的正相關。這反映了土壤養分狀況的關聯性,同時暗示了磷肥施用可能會帶入Zn,而Pb與全鉀的關系成因機制還需進一步探究。As、Cd、Hg、Cu、Zn等重金屬之間也存在一些弱相關關系(0.3≤r<0.5),如AsCd (r=0.326)、AsHg (r=0.390)、CrCu (r=0.425)、CuZn (r=0.477)、銅全磷(r=0.406)等,這些元素之間可能存在某種程度的復合污染來源。此外,多數元素之間的相關性較弱(r<0.3),如As與Cr、Ni、Zn、pH、全磷等,Cd與Ni、Pb、pH、全氮等,說明其分布可能受多種因素的綜合影響。總的來說,土壤中的重金屬元素、養分元素之間存在一定程度的相關性,部分元素間的相關性較強,反映了它們可能受相似的源匯過程控制,而多數元素相關性較弱,說明其分布受多種因素的綜合影響。針對具體元素的關聯特征,還需開展更深入的機理分析。
河頭店鎮土壤元素進行的主成分分析結果見表3。主成分分析(PCA)作為一種多變量統計方法,能夠從復雜的數據結構中提取主導因素,有助于解析土壤元素的空間分布模式和潛在的環境地球化學過程。在進行PCA之前,首先評估了數據集的適用性。分析顯示,KaiserMeyerOlkin(KMO)取樣適當性度量值為0.608,超過了臨界閾值0.5,表明樣本數據適合進行因子分析。同時,Bartlett球形度檢驗的顯著性水平plt;0.001,拒絕了變量間獨立性的原假設,進一步驗證了數據集進行主成分分析的可行性。這些預備性統計指標為后續的主成分提取和地球化學解釋提供了統計學基礎。
主成分分析過程中,采用特征值大于1的凱撒準則進行因子提取,最終得到4個主成分因子。這些因子的累積方差解釋率達73.96%,表明它們能夠有效捕捉數據集的主要變異。第一主成分的方差貢獻率為29.85%,在應用凱撒正態最大化方差法進行因子旋轉后,發現Cr、Ni、Cu和Zn元素在該主成分上呈現較高的因子載荷,其值分別為0.902、0.871、0.584和0.477。這表明 Cr、Ni、Cu 和 Zn 可能具有相似的污染來源,推測主要來自電鍍、金屬冶煉等工業污染源的排放[24]。第二主成分解釋了19.70%的總方差。經凱撒正態最大化方差法旋轉后,全鉀、Pb和pH在該主成分上呈現較高的因子載荷,分別為0.865、0.849和0.554。這種元素組合可能指示了農業活動的影響,特別是化肥和農藥的使用,同時也反映了土壤基本理化性質的作用[25]。第三主成分占總方差的13.69%。旋轉后的因子矩陣顯示,全氮和全磷在此主成分上具有顯著載荷,分別為0.873和0.702。這2種元素的富集可能源于多種途徑,包括生活污水排放、農業面源污染以及有機質降解過程[26]。第四主成分貢獻了10.72%的方差解釋率。在該主成分中,As、Hg和Cd表現出相對較高的載荷值,分別為0.686、0.665和0.584。這些元素被歸類為典型的環境敏感元素,其來源可能涉及多種人為活動,如化石燃料燃燒、廢物焚燒處理以及電子廢棄物處置等[27]。這種元素在主成分中的分組模式揭示了研究區域內復雜的地球化學過程和多樣化的污染源。農業活動、土壤性質、生活污染以及工業排放等因素可能共同影響著土壤重金屬的空間分布特征。這種多元素關聯性分析為進一步解析污染源貢獻和評估潛在生態風險提供了重要依據。
多元統計分析揭示了河頭店鎮土壤中Cr和Ni的顯著地球化學關聯性。這2種元素表現出明顯的空間共變模式,暗示它們可能受控于相似的地球化學過程。然而,對比山東省土壤背景值發現,研究區Cr和Ni的含量水平與區域基線值高度吻合。這種現象表明,盡管存在元素間的相關性,但其富集程度可能主要反映了區域自然地質背景,而非顯著的人為貢獻。這一發現強調了在進行環境地球化學解析時,需要謹慎區分元素相關性與異常富集的概念,并充分考慮區域地質特征對元素分布模式的影響。而 Cu、Zn、Pb、全鉀、全氮、全磷、As、Hg 和 Cd 等元素則可能與工業污染、農業活動、生活污染等人類活動密切相關。這一結果揭示了河頭店鎮土壤元素分布的復雜性,為制定針對性的污染防治措施提供了重要依據。
3.3土壤養分地球化學等級評價結果
對土壤氮(N)、磷(P)、鉀(K)指標得出土壤養分地球化學綜合等級評價,評價結果如圖4所示。
土壤氮素以較缺乏和缺乏為主,分別占總評價面積的54.65%和29.5%,兩者合計占總面積的84.15%,表明土壤氮素主要處于較缺乏和缺乏狀態。中等氮素含量占總評價面積的14.7%。豐富和較豐富氮素含量較低,分別僅占總評價面積的0.06%和1.09%,表明土壤中氮素豐富和較豐富的區域非常有限。氮素缺乏可能導致植株生長緩慢、葉片發黃、有機質合成受限以及產量降低等問題[28]。
土壤磷素以較豐富、中等和較缺乏為主,分別占總評價面積的14.24%、48.46%和30.39%,三者合計占總面積的93.09%,表明土壤磷素主要處于較豐富、中等和較缺乏狀態。豐富和缺乏磷素含量較低,分別占總評價面積的3.46%和3.45%,表明土壤中磷素豐富和缺乏的區域比例相對較小。土壤磷素含量較高可能與農業生產中施用磷肥有關[29]。
土壤鉀素主要以中等和較豐富為主,分別占總評價面積的31%和66.59%,兩者合計占總面積的97.59%,表明土壤鉀素主要處于中等和較豐富狀態。豐富、較缺乏和缺乏鉀素含量較低,分別僅占總評價面積的0.18%、1.92%和0.3%,表明土壤中鉀素豐富、較缺乏和缺乏的區域非常有限。總體而言,評價區域內的土壤鉀素狀況相對穩定[30]。
針對不同養分元素的分布特點,應采取相應的措施,如補充氮肥、合理施用磷肥和鉀肥等,以改善土壤肥力狀況,促進作物生長和提高產量[31]。
在土壤單指標養分地球化學等級劃分的基礎上,得出土壤養分地球化學綜合等級評價,分布特征如圖5所示。評價區土壤養分整體處于較缺乏—中等水平。豐富和較豐富所占面積分別為0.07 km2、2.79 km2,占評價區總面積的比例分別為0.06%、2.40%,呈點狀零星分布于評價區內的大部分地區;養分中等的土壤面積為37.35 km2,占評價區總面積的32.12%,主要分布于評價區的東部,以及北嵐—花兒山,寄馬溝—郭福莊等地;養分較缺乏的土壤面積為72.71 km2,占評價區總面積的比例為62.53%,主要分布于洙河—高格莊等地的西側;養分缺乏的土壤面積很少,為3.37 km2,占評價區總面積的比例為2.90%,主要分布在南嵐、嵐子、松旺莊,以及大淳于—小淳于一帶。這些分布狀況的差異可能與評價區內土壤類型、母質、土地利用方式以及人為施肥等因素有關[32]。
3.4.1土壤酸堿度(pH)地球化學等級
土壤酸堿度(pH)地球化學等級評價結果如圖6所示,評價區土壤pH的空間分布呈現出東西高、中部低的總體特征。酸性土壤廣泛分布于評價區的絕大部分地區,主要與旱地和果園等農業用地類型相關。中性土壤則呈點狀分布,零星出現在南嵐、臧格莊、河頭店等地。土壤酸堿度的空間分布特征表明,沿河流和水庫的土壤普遍呈現中偏酸性,形成面狀分布,而在水庫下游地區則表現為點狀分布。這種pH的分布模式可能暗示著土壤侵蝕的潛在風險[33]。土壤酸化的自然成因主要與降雨有關。大量的降雨會導致土壤中的堿基化合物,尤其是鈣和鎂,發生強烈的淋溶作用,同時土壤中交換性氫離子和鋁離子的含量顯著增加,最終導致土壤pH下降,呈現酸性特征[34]。除了自然因素,人為因素也在土壤酸化過程中扮演著重要角色。過量施用氮肥和磷肥會向土壤中引入大量的酸根離子,而有機肥施用不足則會導致土壤緩沖能力下降,削弱土壤抵抗酸化的能力[35]。此外,不當的灌溉方式,如大水漫灌,會加劇土壤中鹽基離子的流失,從而加速土壤酸化的過程。在評價區域中,旱地的土壤酸化現象尤為顯著,這可能與集約化的農業經營活動和化肥的過量使用密切相關[36]。因此,為了預防土壤侵蝕和酸化,建議采取合理的農業管理和保護措施。
3.4.2土壤環境地球化學綜合等級
土壤環境單元素評價等級結果顯示,研究區土壤中重金屬元素砷(As)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、汞(Hg)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鋅(Zn)含量均未超出土壤污染風險篩選值。河頭店鎮土壤環境質量總體良好,各風險元素均以無風險等級為主。汞和鉛的土壤環境質量最佳,無風險等級土壤面積占比均達到100%,說明全區土壤中汞鉛含量很低,不存在污染風險。砷、鎘、銅、鋅的無風險等級土壤比例也很高,分別為99.88%、99.65%、99.16%和99.9%,表明海淵鎮土壤中此4種元素超標風險很小。值得注意的是,鎘、鉻、銅、鎳4種元素的風險可控等級土壤面積占比相對較高,分別為0.41%、1.02%、0.84%和0.91%,雖然比例不大,但也反映出局部地區可能存在一定程度的土壤重金屬污染隱患,需引起重視。依據山東省地質調查技術標準《1∶5萬土地質量地球化學調查評價技術要求(試行)》(2020年12月)給出的土壤環境地球化學等級劃分方法[18],對評價區的重金屬進行單指標環境質量等級綜合劃分,評價結果如圖7所示。
圖7顯示,評價區土壤環境質量整體較好,無風險的土壤面積為113.94 km2,占評價區總面積的97.98%,面積較廣,覆蓋了評價區內的絕大部分地區。農用地無風險土壤面積為95.95 km2,占評價區總面積的82.51%,其中旱地所占比例最高,面積為60.20 km2;建設用地無風險土壤面積為14.02 km2,占評價區總面積的12.06%,其中村莊所占比例最高,面積為8.44 km2;未利用地無風險土壤面積為3.97 km2,占評價區總面積的3.42%,其中其他草地所占比例最高,面積為2.44 km2。這表明評價區內大部分土壤受人為污染影響較小,土壤環境質量良好。
風險可控的土壤面積為2.35 km2,占評價區總面積的2.02%,零星分布于南埠后、東嵐桑、北嵐、攔馬莊、水臺、嵐子、大淳于、陳家、善家屯、郭福莊、大溝子、楊家寨、塔爾寨、楊家屯、桑行、小里莊、西大里莊、尚家莊、東趙家莊、肖家莊等地。農用地風險可控土壤的面積為2.05 km2,占評價區總面積的1.76%,其中旱地所占比例最高,面積為1.68 km2;建設用地風險可控土壤的面積為0.27 km2,占評價區總面積的0.23%,其中采礦用地所占比例最高,面積為0.15 km2;未利用地風險可控土壤的面積為0.03 km2,占評價區總面積的0.03%,均為其他草地。這些區域可能受到了一定程度的人為污染,但風險仍在可控范圍內,需要加強監測和管理,防止污染進一步擴大。
評價區內農用地、建設用地及未利用地中均無風險較高的土壤分布,表明評價區內土壤污染風險總體較低,未出現嚴重污染的情況。
3.5土壤質量地球化學綜合等級
結合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評價結果對評價區進行土壤質量地球化學綜合評價,評價結果如圖8所示。
評價區優質土壤面積為2.5 km2,占總面積2.15%。按用地類型分布為農用地gt;建設用地gt;未利用地,其中農用地以旱地、水澆地為主,建設用地以村莊為主,未利用地以內陸灘涂為主。優質土地主要分布于北嵐、小店東、花兒山、寄馬溝—郭福莊等地,這些區域土壤質量最佳,適宜開展各類農業生產活動,應加強保護防止土壤退化。
良好土地面積36.97 km2(31.79%),主要分布于評價區東部及花兒山等地,土壤質量良好,適宜農業生產但需采取適當管理措施維持質量。中等土地面積73.46 km2(63.17%),分布于除東部外的大部分地區,需采取積極改良措施提高土壤質量。差等土地面積3.37 km2(2.90%),主要分布于大淳于—小淳于—瑞嶺及南嵐等地,土壤質量較差,需采取綜合改良措施逐步提高質量。
評價區無劣等土壤分布,土壤質量整體較好,適宜開展農業活動。這可能與評價區內土壤類型、母質、氣候條件以及人為管理等因素有關,總體上形成了較好的土壤質量狀況。
4土地利用規劃建議
本次調查評價工作在按照規范,對多指標地化分等的疊加,劃定面積,滿足相關要求的前提下,建議規劃為高標準永久基本農田,面積約2.15 km2;將良好農用地規劃為永久基本農田進行保護,面積約30.07 km2;同時,對于差等、劣等農用地,建議采取必要的土壤修復措施,合理施肥,提高耕地生產力(圖9)。
國務院印發的《土壤污染防治行動計劃》(以下簡稱《土十條》)明確要求實施農用地分類管理,保障農業生產環境安全。按照耕地土壤環境質量類別,以污染程度為衡量標準,將耕地劃為3個類別:將無風險的區域劃為優先保護類,風險可控的區域劃為安全利用類,風險較高的區域劃為嚴格管控類,并分別采取相應管理措施,保障農產品質量安全。
根據《土十條》的規定,本次評價將區域內農用地劃分為優先保護類、安全利用類和嚴格管控類,面積分別為71.2 km2、0 km2和0 km2。建議將優先保護類的農用地盡快會同自然資源部門劃入永久基本農田,并同步建立矢量化檔案,便于信息化管理,從而實行嚴格保護,確保其面積不減少、質量不下降。
5結論
(1)研究區土壤重金屬含量呈現差異化分布特征。Cr、Cu、Ni、Zn 的平均含量超出山東省土壤背景值,其中 Cr 和 Cu 的富集程度最為顯著,分別達到背景值的 1.134 倍和 1.041 倍。As、Cd、Pb 和 Hg 的平均含量與省級背景值相近,但均表現出高度空間異質性。特別是 Hg 和 Cd,其變異系數分別高達 1.03 和 0.84,暗示局部區域可能受到人為活動的強烈干擾。
(2)通過相關性分析和主成分分析,揭示了河頭店鎮土壤重金屬的潛在來源和關聯性。Cr 和 Ni 表現出顯著的伴生關系,可能源于共同的成土母質。Cr、Ni、Cu 和 Zn 的分布模式相似,推測可能與電鍍、金屬冶煉等工業活動有關。全鉀和 Pb 的分布特征與農業實踐密切相關。As、Cd、Hg、Cu、Zn 等元素的復合污染特征也值得關注。
(3)河頭店鎮土壤養分狀況整體處于中等水平,中等以上養分占比為34.58%。氮素匱乏是主要限制因素,尤其在尚家莊、大河源、泥灣頭及陳家-董家等區域表現突出。建議通過增施氮肥和有機肥來提高土壤氮素有效性,從而改善農業生產力。
(4)土壤環境質量評估結果顯示,研究區以一級無風險區為主,占比 97.98%。二級風險可控區占 2.02%,主要受 Cr、Cu、Ni 元素影響。建議在風險可控區設立長期監測點,定期評估這些元素的含量變化,以確保食品安全。
(5)土壤質量評價結果整體較好,良好和優質土壤占比 33.94%,中等土壤占 63.17%,差等土壤僅占 2.9%,未發現劣等土壤。針對差等耕地,建議實施有針對性的土壤修復措施,以提升其生產潛力。
(6)建議地方政府部門參考本研究提出的土地利用規劃建議,采取差異化的土地資源開發策略,優化種植結構,實現土地資源的合理利用。
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Geochemical Evaluation of Land Quality and Suggestions
for Land Use Planning in Hetoudian Town in
Laixi City in Shandong Province
LI Guangming LIU Jun GUO Chuanshun MA Wenxia ZHANG Dewei JIANG Wenpeng
(1. No.248 Geological Brigade of Shandong Nuclear Industry, Shandong Qingdao 266000, China;2. Qingdao Soil Pollution Control and Remediation Technology Innovation Center, Shandong Qingdao 266000, China)
Abstract:In order to reveal spatial distribution characteristics and quality grades of soil nutrients and environmental indicators in Hetoudian town, land quality geochemical survey with the scale of 1∶50000 has been carried out." Surface soil samples are collected at a density of 6 points/km2, nutrient and environmental indicators are analyzed, and a comprehensive land quality assessment is evaluated based on the obtained data. It is showed that the average contents of heavy metals, including Cr, Cu, Ni, and Zn, in the soils in the study area have been found to exceed the soil background values in Shandong province to varying extents and exhibiting a heterogeneous spatial distribution. Cr and Cu display substantial enrichment, while Hg and Cd exhibite the highest coefficients of variation. Furthermore, a relatively significant paragenetic relationship has been observed between Cr and Ni in the study soils. The soil nutrient quality in Hetoudian town is generally moderate, with the evaluation grade dominated by relatively deficient levels, and soils with medium or higher nutrient levels accounti for 34.58% of the total study area. The soil environmental quality is excellent. The first grade no-risk zone being the primary category accounts for 97.98% of the total evaluated area. The overall soil quality is relatively good, with good and high quality soils account for 33.94% of the total evaluated area, medium-quality soils accounts for 63.17%, and no poor-quality soils are found. Based on the data acquired from this survey, suggestions for the delineation of high standard permanent basic farmland and the optimization of agricultural land classification and management have been put forward based onpresent condition of land use in Hetoudian town. This study can provide scientific geochemical data support for local land protection and development.
Key words:Land quality;geochemical evaluation;heavy metal;Hetoudian town in Laixi city; Shandong province