贵州省平坝区耕地土壤地球化学质量综合评价

何本蜻，鄢兴旭，罗 沙，孟超领

(1.贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心 贵州省煤田地质局，贵州 贵阳 550008；2.贵州荣源环保科技有限公司，贵州 贵阳 550008)

耕地质量、耕地肥力及耕地重金属污染是当前十分关注的问题，耕地数量减少，耕地质量退化对我国的农业生产、生态环境等都构成了严重威胁(沈仁芳 等，2012)，县域是农业基层管理和技术推广的基本单位，许多研究针对县域尺度了解土壤肥力情况(李文红 等，2016；徐志强，2020；孔鹏飞 等，2020)用各种方法评价耕地质量(聂艳，2005；王大伟 等，2015；吴会军 等，2019；于松林 等，2020；石睿 等，2020)，划分耕地土壤质量地球化学等级，为全面掌握耕地土壤质量、优化养分管理、调整农业种植结构提供科学依据(蔡大为 等，2020；周琦，2020)。贵州省平坝区(文中所述平坝区皆含现划至贵安新区的高峰镇及马场镇)是贵州高原上的鱼米之乡，农业产业发展较好，自古有“黔中大粮仓”的美誉。早在六七十年代区域地球化学资料已在农牧业生产中发挥作用(周国华 等，1994)。本文拟通过对区内的土壤地球化学调查科学规划土地利用，指导土地施肥及作物种植等，以期通过科学管理促进农业发展。

1 研究方法

1.1 研究区概况

区境内以岩溶地貌为主，高原台地、山地、丘陵盆地坝子交错分布。区内山脉属苗岭山群，由于长期的风化侵蚀，各山脉连续性很差，山脉脊线不明显。山地区面积占27.7%，丘陵区面积占47.3%，山间平坝区面积占25%。

平坝区属于北亚热带季风湿润性气候，平坝区雨量充沛，常年每亩地面降水量约800立方米，但由于降水的月、季分布不均，作物往往因降雨不适时而受到不同程度的影响。

1.2 样品采集

以1∶50000土地利用现状图及奥维地图卫星遥感图作为工作底图；表层土壤样品采样点区域的点密度范围控制在9个点/ km2，现场根据布设采样点的合理性、代表性等对布设的采样点进行了100 m范围内的调整。于2017年6月至2018年12月使用竹片、铁锹等共计完成耕地表层土壤样品采集3885件，基本样3805件，重复样77件。此外布置剖面3个，均位于平坝区西北部，采集了12件土壤样品和3件成土母岩样品；大气干湿沉降样3件，位于高峰镇小白岩村、乐平镇高院村及十字乡四甲村，于2017年11月布设，2018年11月采集，大气干湿沉降物采样器为顶面直径为43 cm，底面直径为35 cm，高为48 cm的塑料桶；以及灌溉水样品16件。

1.3 样品分析

分析测试由国土资源部成都综合岩矿测试中心完成。采用X射线荧光光谱法(XRF)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子荧光光谱法(AFS)、催化光度法(COL)、pH电极法(ISE)、容量法、比色法和高盐雾化器等离子体光谱法等对样品进行检测。同时采用外部质量控制和内部质量监控相结合的方法控制分析质量，内部样中基础样所有元素测试合格率为100%，元素重复分析按三倍检出限内RD≤30%，三倍检出限外RD≤25%统计质量，并对全部突变高点和突变低点进行重新取样分析。外部控制样中各批次各元素合格率均大于90%，各批次各元素相关系数均大于0.91；双样本方差检验(F检验)各批次均小于临界值。

图1 采样点位图Fig.1 Sampling position1—平坝乡镇名称；2—灌溉水采样点；3—剖面采样点；4—大气沉降采样点；5—表层土壤采样点；6—平坝区县界；7—平坝区乡镇界线

2 结果与讨论

2.1 土壤地球化学环境

平坝区耕地土壤以酸性为主，强碱性(pH≥8.5)的耕地面积0.03万亩，占全区耕地面积的0.05%；碱性(pH7.5-8.5)耕地面积3.08万亩，占全区耕地面积的5.03%；中性(pH6.5-7.5)耕地面积16.86万亩，占全区耕地面积的27.54%；酸性(pH5.0-6.5)耕地面积38.70万亩，占全区耕地面积的63.23%；强酸性(pH<5.0)耕地面积2.54万亩，占全区耕地面积的4.15%。

一般以石灰岩、白云岩等较纯碳酸盐岩类为母质的土壤环境呈中至碱性，对重金属有钝化作用；以砂泥质岩、泥炭质岩等不纯碳酸盐岩类为母岩的土壤环境呈碱性，对重金属有活化作用(何邵麟 等，2015)。区内酸性土壤面积占67.38%，可能引起重金属活化。

图2 平坝区耕地土壤酸碱度等级图Fig.2 pH value degree of cultivated land in Pingba1—平坝区县界；2—平坝区乡镇界线；3—强碱性 ≥8.5；4—碱性 7.5<8.5；5—中性 6.5<7.5；6—酸性 5<6.5；7—强酸性 <5

2.2 耕地元素特征

对耕地土壤养分元素有机质、氮(N)、碱解氮、磷(P)、速效磷、钾(K)、速效钾、硼(B)、有效硼、锌(Zn)、有效锌、钼(Mo)、有效钼、铜(Cu)、钴(Co)、钒(V)、锰(Mn)、硒(Se)、锗(Ge)、碘(I)和氟(F)21个参数，以及土壤环境元素砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、镍(Ni)和铊(Tl)7项指标进行数据统计分析。分别统计各指标的最大值、最小值、平均值、中位数、标准离差、变异系数、背景值等地球化学参数，以平均值加减3倍标准差剔除原始数据离群样品后，计算各元素的平均值作为背景值。

养分元素中，K元素平均值显著偏低，平均值和背景值均低于中等土壤养分含量要求，其余B、Co、Cu、Mn、Mo、N、P、V、Zn、有机质等，平均值和背景值均高于中等土壤养分含量要求。

As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、Tl 8个环境元素的平均值和背景值均低于农用地土壤污染风险筛选值(GB 15618-2018)，其中Hg、Cd元素变异系数大(张莉 等，2005；张泽东 等，2018)。其余有效量方面，速效磷、有效硼平均值和背景值均低于中等土壤养分含量要求，其余碱解氮、有效钼、有效锌、速效钾及阳离子较换量平均值及背景值均高于中等土壤养分含量要求。

表1 平坝区耕地土壤地球化学参数表Table 1 Geochemical parameters of cultivated land in Pingba

2.3 土壤发育及迁移

土壤剖面中常量、微量元素的含量和分布模式特征可以反映土壤的发育程度及迁移过程(成晓梦，2016；李艳 等，2020)。硅铝比(Sa=SiO2/ Al2O3)的大小，可以反映土壤风化发育程度，Sa越小，表示土壤风化发育程度越强，同时也可以用硅铝比的突异程度来判别成土过程中是否存在异源母质(陈武 等，2010)。化学蚀变系数(CIA=[ Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)]*100)，CIA则反映了长石风化成粘土矿物的程度(Nesbitt 1982)。CIA值越高则岩石风化和土壤成土过程中Na、K、Ca从母岩中淋失越多，化学风化作用越强(Nesbitt et al.，1984；Kautz et al.，2007)。土壤风化淋溶系数(ba =(CaO + MgO + K2O + Na2O) / Al2O3)反映了土壤各层风化淋溶程度，ba 越小，表明淋溶作用越强(Guggenberger et al 1998)。

表2 剖面元素比值Table 2 Element ratios of the section

2.4 灌溉水及大气沉降

根据实测的16件灌溉水样品测试数据(表3)，对照表4可知，平坝区灌溉水pH值最小值7.26，最大值8.36，在限量标准值内；F-、硼、锌、锗、镉、铅、汞、砷、硒、六价铬各单项指标含量均低于限量标准值。

表3 灌溉水环境地球化学含量Table 3 Eco-geochemical content of the irrigation water

表4 灌溉水限量标准表(GB 5084-2005)Table 4 Limit standard of the irrigation water

平坝区大气干湿沉降物元素含量特征见表5和表6。同时为了研究大气沉降对土壤元素含量的影响，计算了与大气干湿沉降物同年采集的平坝区全区表层土壤基本样(3805件)重金属元素含量平均值，将大气干湿沉降物输入浓度与土壤含量值进行比较。

表5 干沉降物元素含量特征Table 5 Characteristics of element content in dry fallout

表6 湿沉降物元素含量特征Table 6 Characteristics of element content in wet fallout

干沉降重金属元素平均值中Pb、Cr、Cd元素含量相对其他元素高，As、Hg元素含量相对较低，重金属元素含量的平均值与土壤中重金属元素的平均值比值从大到小依次为Cd>Pb>Hg>Cr>As。平坝区大气湿沉降物pH值偏酸性，元素含量平均值中B、Zn元素含量相对其他元素高，湿沉降中元素含量的平均值与土壤中元素的平均值比值仅Se大于0，表明湿沉降中重金属元素对土壤影响较小。

3 结论与建议

(1)平坝区耕地以酸性为主，酸性土壤面积占67.38%，土壤发育较强，易影响耕地土壤中重金属的活性，改变耕地土壤中养分的形态和养分的有效性。可适量使用改酸材料(如白云石粉)，适当提高耕地土壤pH。

(2)养分元素K平均值偏低，其余B、Co、Cu、Mn、Mo、N、P、V、Zn、有机质等也仅达到中等土壤养分含量要求，在未来农业生产中可进行针对性施肥。

(3)贵州省平坝区耕地土壤地球化学质量评价对环境质量现状具有重要的现实意义，也对制定土壤合理利用提供了重要依据。