贵州省兴仁市耕地土壤地球化学背景值及异常值分布特征

鲍大忠 游桂芝

摘要：对采集的数据采用平均值加标准差法剔除异常值后，再用Excel统计了全市N、P、K、B、Mn等22项指标背景值和不同条件下成土母质风化物、耕地土壤、土地利用、酸碱度、乡镇等背景值与全市背景值的比值，分析了其差异性及指标含量过剩或超标元素。分析结果：除Ge略低于全国背景值外，其余指标含量均高于全国背景值；同种元素在不同条件下，比值均存在差异，部分差异明显，特别是Hg的比值为0.82～10.86，变幅达兴仁市背景值的10.04倍；Cu、F、Mn、Mo存在含量过剩；As、Cd、Hg、Ni存在含量超标。结果为地方政府开展耕地土壤质量评价、平衡施肥、耕地提质改造、农业种植调整等提供了基础地球化学依据。

关键词：耕地土壤；背景值；比值；兴仁市

1.引言

耕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[1]。土地质量的好坏直接影响到农、林、牧业的产业效益和居民的生活质量。随着工业化、城市化进程的发展，工业排放量、农药、化肥、除草剂、杀虫剂等农用化学品的施用量长期处于高位，耕地和城市边缘土壤的污染状况普遍恶化[4]。同时，当前生态农业、绿色农业和社会经济可持续发展的理念也对土地质量提出了更高的要求，土地质量的内涵也在不断丰富。为此，2017—2019年贵州省兴仁市开展了1∶5万耕地质量地球化学调查评价工作。

2.背景值的概念與意义

土壤地球化学背景值是指自然应力和人类活动共同作用影响下（土壤的第Ⅱ环境）区域表层土壤的含量值，实际上是成土母质组成、成土过程中元素迁移重分配、人为扰动污染等各种因素长期综合作用的结果，以表层土壤地球化学调查元素含量表征。它与土壤基准值有着密切继承关系，总体受土壤基准值的控制，但由于经长期风化、淋溶作用和人类生产生活等活动的影响和改造，导致基准值和背景值两者之间存在一定的差异[1]。土壤元素地球化学背景值的研究为地方政府开展耕地土壤质量评价、平衡施肥、耕地提质改造、农业种植调整等提供了基础地球化学依据。

3.研究区概况

兴仁市地处贵州西南部，地理坐标东经104°54′～105°34′、北纬25°16′～25°47′。耕地完成评价面积616.31km2。全市地貌按地表形态划分为山地、丘陵、盆坝、水域四种。出露地层主要为二叠系、三叠系、白垩系、古近系、第四系，其中以三叠系出露较全，地层岩性以碳酸盐岩、碎屑岩等沉积岩为主。耕地土壤类型与地层岩性密切相关。耕地土壤主要有黄壤、黄棕壤、紫色土、石灰土、水稻土5个土类。农业主要有薏仁米、蔬菜、烤烟、茶叶等。截至2015年底，全市已发现矿产21种；已查明资源储量的矿产有9种；矿产地36处（兴仁市人民政府，贵州省兴仁市矿产资源规划）。

4.工作方法

4.1样品采集与组合

本次样品采集主要为0cm～20cm浅表层土壤，采样密度为10.89点/平方千米。样点布设采用方格网格法，布置在农用大田、菜地、果园、林地等，耕地土壤样品采集时间一般在上茬作物成熟或收获以后，下茬作物尚未施用底肥和种植以前。为了增加样品代表性，表层土壤采取4～6个子样等量混合组成1件组合样品，实际采样点位以野外实际确定的采样点为中心，根据采样地块形状确定子样的位置。采样地块为长方形时，采用“S”形布设子样点；采样地块近似正方形时，采用“X”形或“棋盘”形布设子样点。子、主样点尽可能保持耕地土壤类型一致。样品釆好后，进行初加工后入库或送检。

4.2测试指标、方法及测试质量

本次采集表层土壤样品6850件，分析有机质、N、P、K、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Co、V、F、Se、Ge、As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Tl等22个指标参数。测试工作由四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心完成，该测试中心采用了以X射线荧光光谱法（XRF）及电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）为主，以原子荧光法（AFS）、发射光谱法（ES）、离子选择性电极法（ISE）、容量法（VOL）为辅的分析方法配套方案。样品测试过程中采用了土壤全量分析日常质量控制。经内外检，样品质量检测合格。

4.3数据统计方法及结果

目前剔除异常值的方法有平均值加标准差法、四倍法、Grubbs法和Dixon法等。据全国土壤背景值剔除异常值主要采用了两种方法：呈正态分布的元素按算术平均值土3倍标准差逐次剔除异常值；对数正态分布的元素按M/D3-MD3（M为几何平均值；D为几何标准差）逐次剔除异常值。本次使用算术平均值±3倍标准差法对异常值逐次剔除，再用Excel软件计算各指标的算术平均值作为耕地土壤背景值。本次统计了样品中22个指标的最大值、最小值、算术平均值、中位数、算术标准离差、变异系数等参数。为了解全市土壤质量和具直观性，分别从成土母质风化物、土壤类型、土地利用类型、酸碱度、乡镇等不同条件下统计了背景值与全市背景值的比值（下称“比值”）。并根据《土地质量地球化学评价规范》、《土壤环境质量农用土壤污染风险管控标准》对含量异常值进行了分析。不同乡镇比值结果见表1。

5.结果分析

（1）变化系数、标准离差一般用于衡量各种元素相对离散程度或高低起伏幅度，为无量纲参数，不受含量级次、分布类型等因素限制，多用于不同元素间离散特征的相互对比[2]。全市耕地土壤22个指标中，Mn、As、Hg、Ti共4个指标变异系数大于1，说明含量数据比较离散，其中Hg变异系数达17.83，Hg含量0.02mg/ kg～402.50mg/kg，变幅达402.48mg/kg；其余变异系数小于1，数据相对集中。与全国背景值相比，N、Cu、Mn、Mo、Co、V、I、F、As、Cr、Cd、Hg、Ni等显著高于全国背景值，其中N、Cu、F、Cd、Hg分别是全国背景值的3.09、3.00、2.93、2.86、2.15倍；Ge略低于全国背景值；其余指标均高于全国背景值。

根据《土地质量地球化学评价规范》，Cu、F平均含量分别为67.7mg/kg、1400.11mg/kg过剩，分别有4222件、5534件单样品含量过剩，分别占总样品数的61.64%、80.79%；Mn和Mo平均含量未过剩，但Mn、Mo分别有1823件、542件单样品含量过剩，分别占总样品数的26.61%、7.91%。根据《土壤环境质量农用土壤污染风险管控标准》，按风险管控值水田类最大值对比，有As、Cd、Hg、Ni部分单件样品含量超标，单样品分别为53、8、109、5件，分别占总样品数的0.77%、0.12%、1.59%、0.07%；其余污染类指标含量均在管控范围内。

（2）不同成土母质风化物、土壤类型，同种元素，比值均存在差异，部分指标比值差异明显，其中含煤碎屑岩F比值最低为0.43，平均含量明显低于全市背景值。碎屑岩中Hg比值最高达4.63，其平均含量明显高于全市背景值。黄棕壤中的F比值最低为0.39，平均含量明显低于全市背景值。黄壤中Hg比值最高为2.88，其平均含量明显高于全市背景值。

不同成土母岩风化物中：Cu除白云岩风化物外，在其余成土母岩风化物中平均含量均过剩；Mo含煤碎屑岩风化物中平均含量过剩；F除含煤碎屑岩风化物外，在其余成土母岩风化物中平均含量均过剩；As在白云岩、灰岩风化物中平均含量超标。不同土壤类型中：Cu在所有土壤类型中平均含量均过剩；F除黄棕壤外，其余土壤类型中平均含量均过剩；As在黄壤、水稻土中平均含量超标。

（3）不同的土地利用类型、酸碱度，同种元素，比值均存在差异，部分指标比值差异明显，但多数指标比值接近1，接近全市背景值。其中：果园中的Cu比值为0.69；强酸性中F比值最低为0.54，表明其平均含量明显低于全市背景值。果园中的B比值最高为2.12；酸性中Hg比值最高为2.60，B、Hg指标平均含量明显高于全市背景值。

不同耕地类型中：Cu在水田、旱地中平均含量均过剩；F在水田、旱地、果园中平均含量均过剩；As在旱地、果园中平均含量超标。不同酸碱度中：Cu在强酸性、酸性、中性中平均含量均过剩；F各酸碱度中平均含量均过剩；As在酸性、中性、碱性中平均含量超标。

（4）由表1可知，不同乡镇，同种元素，比值均存在差异，部分指标比值差异明显，但多数比值接近1，即接近全市背景值。其中：下山镇中的F比值最低为0.52，其指标平均含量明显低于全市背景值。回龙镇中的Hg比值最高达10.86，平均含量显著高于全市背景值。

Cu除巴铃镇、百德镇、屯脚镇外，其余乡镇平均含量均过剩；Mo在潘家庄镇平均含量过剩；F在所有乡镇平均含量均过剩；As在城南街道办事处、东湖街道办事处、回龙镇、龙场镇、鲁础营回族乡、潘家庄镇、屯脚镇、雨樟镇中平均含量均超标；Hg在回龙镇平均含量超标，且为全市背景值的10.86倍，这与回龙镇内的2个汞矿有关。在回龙镇内汞矿700m～25km内取了3个岩石样，结果为F、Cr、Hg、As、Cu、Mn等均出现不同程度的偏高，特别是Hg显著升高，达风险管控值水田类1mg/kg的18.5倍（见表2）。同时，据[3]研究：兴仁滥木厂汞铊矿区（在回龙镇内，为2个汞矿之一）土壤汞、铊、砷三种元素含量均较高。汞、铊、砷随着离采矿点距离的增加而减少。表明前人研究结果与本次岩样分析结果一致。

6.结语

（1）确定了兴仁市的22项耕地土壤指标地球化学背景值。Mn、As、Hg、Tl数据较离散，其中Hg变异系数达17.83，Hg含量0.02mg/kg～402.50mg/kg，变幅达402.48mg/kg；其余数据相对集中。除Ge略低于全国背景值外，其余指标含量均高于全国背景值。（2）统计了不同成土母质风化物、土壤类型、土地利用类型、酸碱度、乡镇等条件下的比值，结果表明同种元素在不同条件下，比值均存在差异，部分指标比值差异明显，特别是Hg的比值差异最明显，比值0.82～10.86，变幅达兴仁市背景值的10.04倍，与回龙镇汞矿有关。（3）兴仁市Cu、F平均含量分别为67.7mg/kg、1400.11mg/kg过剩，单样品含量过剩分别占总样品数的61.64%、80.79%；Mn、Mo平均含量未过剩，但分别有26.61%、7.91%单样品含量过剩。As、Cd、Hg、Ni部分单件样品含量超标，分别占总样品数的0.77%、0.12%、1.59%、0.07%。其余指标含量在正常范围内。

參考文献：

[1]陈磊，代杰瑞，陈磊等，山东省17市土壤地球化学背景值[J].山东国土资源， 2019， 35（1）：46-56.

[2]何邵麟.贵州表生沉积物地球化学背景特征[J].贵州地质， 1998（02）： 3-5.

[3]侯琳琳.贵州省兴仁县滥木厂地区铊汞砷环境污染和铊的土壤存在形态[D].中国成都.成都理工大学. 2002.

[4]韩景敏，邵明，秦品瑞.山东省地质环境承载力现状及对策[J].山东国土资源， 2015， 31（03）： 33-37.

[5]庞绪贵，高宗军，王敏，等.山东半岛特色农产品产地地质地球化学环境研究[M].北京：地质出版社， 2018： 26-29.

耕调项目：黔耕调（2017-03）；黔色勘发[2017]64号。