安徽省滁州地区土地质量地球化学评估研究

陶春军，贾十军，梁红霞，陈永宁，陈富荣，邢润华

（安徽省地质调查院，安徽合肥 230001）

安徽省滁州地区土地质量地球化学评估研究

陶春军，贾十军，梁红霞，陈永宁，陈富荣，邢润华

（安徽省地质调查院，安徽合肥 230001）

基于滁州地区多目标区域地球化学调查成果数据，建立了由影响土地肥力、环境健康质量的指标组成评价体系，应用层次分析法对滁州地区进行了土地质量地球化学评估及空间分布研究。结果表明：滁州地区土地质量状况整体良好，优良以上等级土地占研究区的98.67%，其中优质级土地占43.73%。土地质量地球化学评估可为土地质量生态管理和土地合理规划、利用提供依据。

土地质量；地球化学评估；层次分析法；滁州地区

土地是农业最基本的生产资料，而农业是整个社会发展的基础，随着工业化进程的加快，土地质量问题业已成为关注的焦点[1～3]。土地质量地球化学评估是依据土地中有益营养元素、有毒有害元素等指标的含量水平，对土地功能影响程度所做的土地质量评价和级别划分[4]。滁州地区是安徽省重要的稻麦油农业经济区，也是国家重要的商品粮生产基地、长江流域优质油菜主产区，土地质量的好坏直接关系到国家食品安全，为此有必要进行土地质量评估，以了解其现状。本次工作以滁州地区作为研究对象，在多目标区域地球化学调查的基础上开展土地质量地球化学评估，工作比例尺为1:25万，属于区域评估，可为研究和制定区域内土地资源规划、整理和开发利用，进行农业经济区划和种植结构调整，制定经济社会可持续发展等提供依据[4]。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

滁州位于安徽省东部江淮分水岭地区，面积约1.3万km2，其中淮河流域面积6533 km2，长江流域面积6467 km2。行政区划包括滁州市所辖琅琊山区、南谯区及天长市、明光市、来安县、全椒县、定远县、凤阳县。研究区地貌整体属江淮波状平原区，地貌类型以丘陵、浅丘及波状平原为主。研究区主要位于淮河以南，总体属北亚热带季风气候区，年降水量多在600～1400 mm。根据热量、积温、水分等气候指标及作物种植区划，区内属江淮丘陵小麦双季稻混作一年两熟北亚热带农业气候区。

研究区内主要有8种土壤类型，分别为水稻土、黄褐土、粗骨土、黄棕壤，这几类土面积差异不大；潮土、紫色土、石灰岩土、石质土亦有零星分布[5]。水稻土主要分布于淮河以南地区及池河、滁河及其支流沿岸，东部高邮湖附近连续分布。黄褐土主要分布于定远县、滁州市—全椒县岗地顶部或丘陵区边缘岗坡地带，区域分布不连续，但分布范围较广阔。黄棕壤主要分布于滁州市张八岭丘陵区外围地区。粗骨土、紫色土、石质土多分布于丘陵山地。潮土集中分布于淮河及其支流池河沿岸。石灰岩土集中分布于全椒县北西部马厂镇龙王尖—杨梅山丘陵区，以及凤阳县字母山—团山一线。

1.2 采样及分析方法

滁州地区土地质量地球化学评估研究数据是采用安徽省滁州地区1∶25万多目标区域地球化学调查成果数据，选择研究区表层土壤的有益、有害元素和pH等理化性质进行土地质量地球化学评估。土壤按采样密度为1个点/km2采样，采样点按照平面分布

均匀，采样物质能代表采样单元土壤环境特征的基本原则布设，采用多点采样组合成一个样品方法，用专用采样器自地表向下连续采集0～20 cm深的土壤柱，除去植物根茎（未刮去表层土）等杂物后组合成一个样品。

本次样品分析工作由国土资源部合肥矿产资源监督检测中心承担，采用国家一级土壤标准物质(GBW系列)进行监控，分析方法分别为：X射线荧光光谱法（XRF）测定SiO2、P、Pb、CaO、Cr、Zn、N、S、Cl、Co、Cu、TFe2O3、MgO、Mn、Na2O、K2O、Ni；石墨炉原子吸收法（GFAAS）测定Cd；深孔对电极摄谱（ES）测定B；原子荧光法（AFS）测定Hg、As、Se；分光光度法（COL）测定I；催化极谱法（POL）测定Mo；离子选择性电极法（ISE）测定F、pH；氧化还原容量法（VOL）测定有机质。

1.3 土地质量地球化学评估方法

1.3.1 评估体系的构建

针对不同土地质量评估目的采用的评估指标侧重点各不相同。就土地地球化学质量来说，影响或表征土地质量的因素包括内在和外部因素两大类，内部因素包括表征土壤肥力、土壤环境、健康等方面的地球化学指标；外部因素包括大气环境、水环境等地球化学指标，同时植物安全性等也是间接反映土地质量状况的外部指标。土地质量地球化学评估体系利用图斑（内在因素评估结果）与数字（外部因素评估结果）叠加的方式，采用影响土地质量的内在因素、外部因素两个独立的评估系统表征土地地球化学质量[4]。本次土地质量地球化学评估以影响土地质量的内部地球化学指标为主，根据元素指标的生态含义及对土地内在质量的作用、影响程度，分为土壤肥力、土壤环境、土壤健康三大类指标构建土地质量内在因素地球化学评估体系，采用层次分析法进行土地地球化学质量的分等定级。

土地质量地球化学评估从评估指标到最终结果共包含3个层次（图1）。考虑到土地质量评估中各种因素的复杂性，根据《土地质量地球化学评估技术要求》[4]，本次评估单元采用网格方法，方格网的划分根据分析单元，以4 km2为一个评估单元。评估工作以多目标区域地球化学调查为基础，按规范要求多目标样品按1个点/4 km2组合分析[6]，因此选择4 km2为一个评估单元。土地质量地球化学评估遵循区域开展，逐步深入的原则。本次工作为较小比例尺的区域评估，主要为总体上综合评估区域上的土地生态地球化学状况和质量水平，在了解全局后，可进一步地、有针对性地开展较大比例尺的重点地区评估工作。

1.3.2 评估指标筛选原则

图1 土地质量地球化学评估层次结构及流程图Fig.1 Structure and flow chart for the soil geochemistry evalution

土地肥力评估指标从必须大量元素N、P、K2O、MgO、CaO、S、有机质，必须微量元素Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B，对植物或部分植物生长有益的元素SiO2、Cl、Na2O、Co中选择。影响土壤环境指标从Cr、As、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、pH中筛选。土壤健康指标从I、F、Se值中筛选。按照突出最强限制因子的原则，筛选评价指标的基本方法确定为：首先对土壤肥力指标丰缺度及环境健康元素土壤环境质量状况进行评估，选择土壤肥力适宜和丰富区面积小于总面积

80%的指标，以及土壤pH＞6.5且土壤环境质量一、二级土壤面积小于50%，或土壤pH＜6.5一、二级土壤面积小于80%的指标作为初选指标。根据主导性、独立性、空间变异性等原则，通过元素相关分析，半变异函数分析，初步确定参评指标[4]。

1.3.3 指标权重赋值原则

层次分析法是将系统因素按支配关系分组以形成有序的递阶层次结构，通过两两比较判断的方式确定每一层次中因素的相对重要性，然后在递阶层次结构内进行合成以得到决策因素相对于目标的重要性的总顺序，从而为决策提供确定性的判据。其步骤为：建立问题的递阶层次结构－构造两两比较判断矩阵－由判断矩阵计算被比较元素单层次权重－计算各层次元素的组合权重。在层次比较和组合权重中我们根据参评指标在评估区的含量分布状况及空间变异度，结合不同元素对农作物的重要性程度，根据多年经验再结合有关专家意见，按照层次分析法的定义，对同层次的指标建立两两比较矩阵及求得相对权重[7～8]。综合考虑滁州地区土地表层土壤元素地球化学行为特征及空间变异性，结合研究区土壤实际情况，采用经验法和层次分析法确定指标权重，对土地质量具有相同重要性的评估指标进行影响度两两比较构造判断矩阵，由各判断矩阵的特征向量得到准则层和指标层的权重系数，求得每个评估指标的权重。

1.3.4 评估方法流程

指标筛选-A、B层次定量化评估分等-C层次图斑叠加评定土地质量地球化学评估等级。

（1）指标筛选：对土地肥力指标进行丰缺度分析，对环境指标进行土壤环境质量分析；进行半变异函数计算分析；根据前述原则筛选参评指标。综合考虑各元素丰缺状况、元素之间的相关关系以及元素的空间变异情况，筛选有机质、P、CaO作为大量元素评估指标，Mo、Mn、Zn、Cl作为必须微量元素参评指标，Na2O、Co作为有益元素参评指标。评估区表层土壤中镉、汞、铅、铜、锌、砷等重金属元素环境质量主要以一类土壤分布，对评估区土壤质量影响不大，镍及铬元素有部分土壤含量达到三类及超三类土壤，从环境质量状况来看，可筛选镍、铬元素作为评估指标；但铬和镍元素的相关性极好，因此选择其中一种元素参与评估即可。综合从环境质量状况、空间变异性及元素之间的相关性来分析，最终选择Cr为环境指标，Se为健康指标。

依前述原则，确定大量营养元素、微量及有益元素权重赋值见表1，环境、健康指标权重见表2。

（2）A、B层次定量化评估

采用隶属度函数计算来进行A、B层次定量化评估。隶属函数模型选择以线性模型为基础，采用峰值型、戒上型、戒下性模型。通过隶属度函数值计算模型和权重值结果，采用多因素综合评价模型，对各评估指标的实测值进行权重和隶属度计算，获得土地肥力和环境健康质量综合指数。利用公式P＝Σfi×Ci（i=1，2，3，4……n）逐层计算评估单元各评估指标综合指数。式中：P为综合指数；fi为第i个评估指标的隶属函数值；Ci为第i个评估指标的权重。按照综合指数1～0.7（一等）、0.7～0.3（二等）、≤0.3（三等）的分等定级方案进行分等。

（3）在土地肥力、土地环境健康分等基础上，进行图斑叠加，采用表3所示的分级方案，确定评估图斑的土地地球化学质量分级。

2 研究区土地质量地球化学评价及空间分布

2.1 土地肥力等级评估及空间分布

根据已确定的影响土地肥力因素的必须大量和必须微量元素指标值及其权重，采用多因素综合评价模型计算各评价单元的土地肥力综合指数。按照函数模型分别计算大量、微量及有益元素隶属函数值，然后按照各类肥力指标所占权重，计算综合指数，按照综合指数的分等定级方案把土地肥力划分为三等。

研究区土地肥力等级综合分级图见图2。区内土地肥力主要以一级和二级土壤为主，分别占到总面积的46.13%、53.41%，一级土壤主要沿区内淮河、来安河、滁河、白塔河、池河等主要河流沿岸分布，三级土壤主要分布面积极少，且空间分布相对比较分散。

2.2 土地环境健康指标评估及空间分布

应用研究区土地环境元素指标、健康元素指标，评价滁州地区土地环境健康质量等级。按照评价模型公式计算环境健康指标隶属度函数值及综合指数，按照综合指数的分等定级方案把环境健康指标分为三等。评价区土地环境健康指标以一等土壤为

主（图3），占总面积的95.59%，二等土壤面积占到3.52%，三等（污染）土壤面积仅占总面积的0.89%，二等及三等土壤主要分布在涧溪镇-自来桥镇-龙王山一带。

表1 滁州地区土地肥力指标权重表Table 1 Land fertility index weight for the Chuzhou area

表2 滁州地区土地环境健康指标权重表Table 2 Soil environmental health index weight for the Chuzhou area

表3 土地质量地球化学分等结果Fig.3 Comprehensive grading map of the Soil environmental health index for the Chuzhou area

图2 安徽省滁州地区土地肥力指标等级综合分级图Fig.2Comprehensive grading map of the soil quality geochemistry for the Chuzhou area

2.3 土地质量地球化学评估及空间分布

土地质量的地球化学评估是依据土地有益元素、有毒有害元素含量水平，及其对土地基本功能的影响程度而进行的土地质量级别评定。考虑研究区的实际情况，我们从土地肥力状况、土地环境质量状况和健康指标等方面进行综合评估分级，然后进行图斑叠加，采用土地质量地球化学评估分等方案（表3），对滁州地区进行土地质量地球化学分等，分等结果见图4。

安徽省滁州地区土地质量地球化学评估结果表明，评估区内土地地球化学质量优质土地占总面积的43.73%；优良级土地占总面积的54.94%；良好级和中等级土地所占面积较少，仅占到评估区总面积的0.46%和0.87%，未出现差等级土地。优质土地主要沿白塔河、沂湖、来安河、滁河、池河、淮河等河流走向分布。优良级土地呈大面积分布，良好级土地分布很少且比较分散，中等级土地主要分布在龙王山周边。

3 结论

滁州地区土地质量地球化学评估是以滁州地区多目标区域地球化学调查为基础，以生态地球化学调查理论为指导，科学量化土地质量、实现动态管理和成果应用为目的的一项综合评价工程。本次滁州地区土地质量地球化学评估工作主要是基于土地地球化学要素的肥力指标、环境健康指标，在分析了土地肥力、环境健康质量状况基础上综合确定出优质、优良、良好、中等和差等5个级别的土地范围，其成果可为基本农田质量评价提供基础评价依据。研究结果表明，滁州地区土地质量状况良好，地球化学质量等级以优质、优良为主，未出现差等级土地，肥力差异较大，土地环境健康质量整体良好。

图3 安徽省滁州地区土地环境健康指标综合分级图Fig.3 Comprehensive grading map of the Soil environmental health index for the Chuzhou area

如果将土地质量地球化学评估和农用地分等定级结合起来，则能更全面综合地考虑了影响土地质量的众多因素，对研究区进行了全面的评估和考察，使得评估结果更接近土地质量的实际情况，为土地

质量监护提供更详实的数据支持，为土地监管工作提供了技术依据[8～10]。

图4 安徽省滁州地区土地质量地球化学综合评估图Fig.4 Comprehensive evaluation of the soil quality geochemistry for the Chuzhou area

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Research on the Geochemical Assessment for Land Quality
in Chuzhou Area

TAO Chun-jun,JIAShi-jun,LIANG Hong-xia,CHEN Yong-ning, CHEN Fu-rong,XING Run-hua
（Geological Survey Institute ofAnhui Province,Hefei,230001,China)

Based on the Multi-Purpose Geochemical Data and a system of evaluation containing land fertility indexes and environment al health,the geochemical land quality evaluation and space distribution in Chuzhou area was researched with AHP.The results demonstrate that land quality in the researched area is in good condition, about 98.67%of land is above the fine level in which high quality level is about 43.73%.The land quality assessment could provide a scientific basis for ecological management of land quality and rational planning of land use.

land quality;geochemical assessment;AHP;Chuzhou area;Anhui Province

P632+.1

A

1672－4135（2013）04－0061-07

2013-11-29

全国土壤现状调查及污染防治专项（基GZTR001-07、基GZTR03-21）；“安徽省生态农业地质调查评价方法技术研究与应用”创新团队项目

陶春军（1982-），男，硕士，工程师，2007年7月毕业于合肥工业大学矿物岩石矿床学专业，现主要从事地球化学方面研究及应用工作，email:tcj9903@sina.com。