山东省17市土壤地球化学基准值

2019-01-09庞绪贵代杰瑞喻超任天龙刘华峰张华平曹洪松曾宪东任文凯王增辉赵西强王存龙王红晋董健

山东国土资源 2019年1期

庞绪贵,代杰瑞, 喻超,任天龙，刘华峰，张华平，曹洪松，曾宪东，任文凯，王增辉,赵西强，王存龙，王红晋, 董健

(1.山东省地质调查院，山东济南 250013；2. 山东省土地质量地球化学与污染防治工程技术研究中心，山东济南 250014；3.山东省国土测绘院，山东济南 250102)

土地质量地球化学调查是一项基础性、公益性、战略性的地质调查与研究工作。自2003年至今，山东省地质调查院实施了山东省黄河下游流域生态地球化学调查等4个土地质量地球化学调查项目，完成调查面积16.1万km2(包括部分近岸海域)，使山东省1∶25万土地质量地球化学调查工作全覆盖，调查评价成果显著[1-24]，这些成果已逐步应用于基本农田建设、土地资源保护、整治和开发利用及土壤保护治理和矿产资源勘查等领域。

1 概述

1．1 自然地理与经济

山东省位于中国东部沿海、黄河下游，滨临渤海、黄海,极西点在东明县焦园西黄河河道，极东点在荣成市成山角；极南点在郯城县杨集南，极北点在长岛县北隍城岛的北角。南北宽约420km，东西长约700km。境域包括半岛和内陆两部分。半岛三面环海，大陆海岸线长达3121km，居全国第二位。地貌以山地、丘陵和平原为主。水系比较发育，干流长10km以上的河流有1500多条，河流分属海河水系、黄河水系、淮河水系及直接注入渤海和黄海的其他河流。湖泊集中分布在鲁中南山丘区与鲁西南平原之间的鲁西湖带。气候属暖温带季风气候;具有降水集中，雨热同季特点，且春夏秋冬四季分明,年平均气温11.5～14℃，由南而北自西向东递减,无霜期一般180～220d。平均降水量550～950mm，降水量由东南向西北递减，降水量多集中于每年的6～9月份。适宜的气候为区内农业发展提供了优越自然条件，粮食作物以小麦、玉米、甘薯为主，经济作物以棉花、烟叶、花生、蔬菜为主。山东为全国主要水果、蔬菜产地省份之一，烟台苹果、莱阳梨、沾化冬枣、肥城桃、乐陵金丝小枣、枣庄石榴和寿光的蔬菜等全国闻名。沿海水产亦较发达，水产养殖已形成产业，远洋渔业生产亦具相当规模。

1．2 地质概况

山东省地处华北板块东南缘和扬子板块东北端。在地质构造上是环太平洋沿海火山—构造岩浆带的组成部分。也是环太平洋成矿域的重要成矿区之一。区内地层发育，岩浆活动频繁，地质构造复杂。地层除志留纪和泥盆纪地层缺失外，自中太古界至第四系均有出露，地层分区性明显；侵入岩自中太古代至新生代均有出露，以新太古代、新元古代和中生代侵入岩分布最广，岩石类型以中酸性岩类为主，中性岩类较少，基性及超基性岩仅零星出露；区域构造复杂，以沂沭断裂带、五莲断裂、牟平-即墨断裂带为界划分为华北板块和扬子板块2个构造单元，前者以沂沭断裂带的昌邑-大店断裂为界，划分胶辽和鲁西为2个次级构造单元。区域性分划性断裂有牟平-即墨断裂、五莲断裂、沂沭断裂带、聊城-兰考、齐河-广饶等断裂。矿产资源丰富，能源、黑色金属、有色金属、贵金属、稀有金属、稀土金属、非金属、水气矿产等矿种均有分布。

1．3 土壤类型

成土母质是指母岩经风化剥蚀、搬运及堆积等过程后于地表形成的松散风化壳的表层。因此，成土母质对母岩有很好的继承性。成土母质又是形成土壤的物质基础，对于土壤的形成和发育具有特别重要的意义，在一定的生物、气候条件下，成土母质的差异性往往成为土壤分异的主要因素。按岩石的地质成因及沉积形成，山东省成土母质可分为残坡积物母质、洪冲积物母质、冲积物母质、湖积物母质、海相沉积物母质、风积物母质、黄河冲积物母质、黄土母质等8种类型。根据全国土壤普查暂行技术规程和《山东省第二次土壤普查土壤工作分类暂行方案》，山东省土壤类型分为棕壤、褐土、红粘土、风沙土、火山灰土、石质土、粗骨土、砂姜黑土、山地草甸土、潮土、盐土、滨海盐土、碱土、水稻土、新积土等15个土类。按各自的发育程度、附加成土过程和土壤属性进一步分为分39个亚类，86个土属，258个土种[25]。

2 工作方法

2．1 样品采集

基准值样品采集按照《多目标区域地球化学调查规范(1∶25万)》执行，采集150～200cm深层土壤，样点布设采用网格法，布置在农用大田、菜地、果园、林地等，避开存在人为污染和搬运的堆积土，使组合的分析样能反映采样单元主要土壤地球化学特征的前提下，采样点尽可能布设在了采样单元格中央。基准值样品采样密度为1点/4km2，采集的土壤样品过20目筛，并按4个相邻网格样品组合成一件分析样品，组合样密度为1件/16km2，送样重量为200g。全省共分析组合样品10083件[26-32]，各地市分析样品数量见表1～表5。

2．2 测试元素与指标

依据多目标区域地球化学调查规范(1∶25万)》，基准值样品分析测试Ag，As，Au，B，Ba，Be，Bi，Br，C，Cd，Ce，Cl，Co，Cr，Cu，F，Ga，Ge，Hg，I，La，Li，Mn，Mo，N，Nb，Ni，P，Pb，Rb，S，Sb，Sc，Se，Sn，Sr，Th，Ti，Tl，U，V，W，Y，Zn，Zr，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O，Corg，pH值等54项指标[33]。

样品测试在武汉综合岩矿测试中心进行，采用的测试方法为等离子体发射光谱法、X射线荧光光谱法、原子荧光光谱法、发射光谱法、石墨炉原子吸收法、离子选择性电极法、催化极谱法、化学发射光谱法等。样品测试质量采用了标准样、密码样、监控样等多种监控手段，并通过了中国地质调查局区域地球化学分析质量监督检查组的验收，分析质量为优秀级。

2．3 基准值计算方法

对取得的深层土壤全量54项指标分析数据进行整理，依据《数据的统计处理和解释正态性检验》(GB/T4882-2001)，在置信度α=0.05水平下，采用峰度、偏度法对数据频率分布形态进行正态检验。当统计数据服从正态分布时，用算术平均值(X)代表基准值；服从对数正态分布的数据，用几何平均值(Xg)代表基准值。不服从正态分布的数据，按照算术平均值加减3倍算术标准偏差(X±3S)或几何平均值乘除几何标准偏差(Xg·S±3)的立方进行剔除，经反复剔除后服从算术正态分布或对数正态分布时，用剔除后的数据算术平均值或几何平均值代表土壤基准值，经反复剔除后仍不满足正态分布或对数正态分布，当呈偏态分布时，以剔除后数据众值(Xmd)或算数平均值(X)代表基准值；当呈双峰或多峰分布时，以剔除后数据中位值(Xme)或平均值(X)代表基准值。

pH值参数统计，先将pH值换算成(H+)平均浓度进行计算，然后再换算成pH值，计算公式为：(H+)=10-pH，(H+)平均浓度=∑10-pHn/n,pH=-lg(H+)平均浓度。

3 主要成果

3．1 基准值的概念与意义

基准值[34-42]指未受人类活动影响，反映土壤原始沉积环境(第Ⅰ环境)的地球化学元素含量，也就是自然条件下的地球化学背景情况，又称土壤元素本底值，用深层土壤地球化学元素含量表征。其控制因素主要是地质背景、沉积物来源等。它是研究表生元素地球化学行为的重要参比值，也是评判表层土壤“污染程度”的重要依据，是评价土壤元素丰缺、成土母质环境质量、农产品品质与安全性及防治对策等研究的参考值。

3．2 土壤地球化学基准值

全省17市土壤地球化学基准值参数统计见表1～表5。由表可见：

(1)全省17市深层土壤中绝大部分元素的含量分布较均匀，区域变幅较小,变异系数小于0.40,尤其Be，Ga，Ge，Y，Nb,Rb，Ti，Al2O3，K2O，SiO2等元素(指标)变异系数小于或等于0.20,反映了全省17市深层土壤在长期历史中均匀演化作用的特征。

(2)全省17市元素基准值变幅较大的元素主要为B，Br，C，Cl，Co，I，P，Sr，CaO，MgO，Na2O，Corg，其变异系数大于或等于0.40，东营市Cl元素变异系数为0.89，Br元素的变异系数为0.67，济宁市、莱芜市C元素的变异系数分别为0.69,0.66；一般来说元素基准含量的变化主要受成土母质及各成土因素的影响。东营市Cl，Br元素含量不但变化大，而基准值也是全省基准值的23.5和2.56倍，这与东营市所处的地理位置密切相关，具有明显的地域特征。

(3)总体分析认为全省17市中除临沂、威海、济宁、枣庄4市外，其他市的元素含量分布较均匀，如聊城、德州、菏泽、青岛、滨州、烟台、泰安、日照等市除个别元素外变异系数均小于0.40;临沂市As，B，Br，C，Sr，CaO，Corg;威海市Br，I，CaO，MgO，Corg;枣庄市C，Sr，Na2O，Corg;济宁市C，Cl，CaO，Corg元素(指标)含量变化较大，变异系数均大于0.40。

(4)重金属元素基准值最高值分布在德州、淄博和枣庄3市，As，Cd在德州市最高，分别是全省土壤基准值的1.29，1.25倍；Hg，Zn在淄博市最高，分别是全省土壤基准值的1.38倍和1.14倍；其余重金属元素(Cr，Cu，Ni，Pb)在枣庄市土壤中的基准值最高；Hg，Zn在青岛市最低，Pb在东营市最低，其余重金属元素(As，Cd，Cr，Cu，Ni)在威海市土壤中最低。虽然烟台市重金属元素含量相比较而言处于中等或偏低水平，但多数重金属元素(As，Cd，Cr，Cu，Hg和Ni)的变异系数接近或大于0.4，说明重金属元素含量分布不均，局部土壤含量高。

(5)农业营养和有益元素(指标)N，OrgC在莱芜市土壤中的基准值最高；S，Cl在东营市，Mn，Co，TFe2O3在枣庄市，B，CaO在德州市，P在滨州市土壤中的基准值最高，其余营养元素(指标)Mo，Se，Al2O3，K2O，SiO2在威海市土壤中的基准值最高。农业营养和有益元素(指标)最小值分布在青岛市(P，CaO)、东营市(I，Mn，Al2O3)、潍坊市(Se)、泰安市(N)、临沂市(Cl，S)、菏泽市(OrgC)和威海市(B，MgO，TFe2O3)等7个地市土壤中。

(6)对成矿元素而言，淄博市土壤中Ag基准值最高，枣庄市土壤中Bi，Sn，W最高，泰安市土壤中Au最高，日照市土壤中Ce，Zr，La最高。从元素分异特征看，除Zr在济宁市，Ag，Bi，W，Pb在威海市变异系数最大外，其余元素(Au，Cu，Mo，Sn，As，Cd，Cr，Cu，Ni，La，Ce等)变异系数在烟台市最大，显示了烟台市巨大的多金属及稀土(La，Ce)成矿潜力，同时说明威海市可能存在Ag，Au矿化区(带)。