贵州省赤水市耕(园)地土壤质量地球化学评价

2020-11-06唐婷婷田文明唐佐其强希润王安华

贵州地质 2020年3期

唐婷婷，牟军，田文明，唐佐其，强希润，王安华

(贵州省地质调查院，贵州贵阳 550081)

土壤是陆地生态系统的重要组成要素，也是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源(赵庆令等，2016；黄子龙等，2019；周国华，2014)。作为土壤的物质基础，土壤元素的构成及含量决定了土壤肥力和环境质量，影响着农作物产量和品质(王玉军等，2017；李翠翠等，2014)。因此，查明土壤肥力和环境质量对发展农业生产和提高农产品安全性具有重要意义。

赤水市山多地少，土地零碎，森林覆盖率高，生态环境好，发展传统农业投入较大，收入甚微，适于发展优质、高效、安全的绿色农产品(周国富，1996；杨飞等，2018)。本文以赤水市耕(园)地土壤为研究对象，分析土壤元素组成和分布特征，并对土壤元素养分状况与土壤环境质量进行综合研究，为区域土壤施肥、增加土壤肥力和发展绿色农业提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于贵州省北部，地处黔北，紧连川南，为川黔边贸纽带、经济文化重镇，是黔北通往巴蜀的重要门户，素有“黔北门户”之称(谢远堃，2018)。全市面积1 852 km2，人口约24.55万。区内属亚热带湿润季风气候，湿润温和，年均气温18.1℃，年均降雨量1 195.7 mm。区内以砂岩、泥岩为主，地形切割强烈，山高、坡陡、沟深。土壤以紫色土、黄壤为主，是贵州省紫色土集中分布区(廖小锋等，2017；闫利会等，2012)。现有耕(园)地24 431.8 hm2，人均不足0.053 hm2，土地资源弥足珍贵。

1.2 样品采集

图1 赤水市耕(园)地土壤采样点分布图

1.3 样品测试

样品分析测试由贵州省地矿局中心实验室所承担，测试分析过程严格按照生态地球化学评价样品分析方法和技术要求进行，Cu、Zn、Pb、Mn、Ni、P、K采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定，Cd采用电感耦合等离子体质谱法测定，As、Hg采用原子荧光光谱法测定，B采用粉末发射光谱法测定，Mo采用离子体质谱法测定，有效态元素采用LY/T系列《森林土壤分析方法》测定。表层土壤以国家一级土壤标准物质(GBW 系列)进行准确度、精密度监控。以49件(2%)重复样和 114件(5%)重复分析来评定采样和分析误差。经检查，报出率、准确度、精密度及重复样测试合格率均为100%。

1.4 土壤环境等级评价

依据规范(GB15618-2018)分类标准，对研究区单元素土壤环境进行分级，划分为优先保护、安全利用、严格管控类。以单元素土壤环境分级为基础，以单元素中最差的级别作为该单元土壤环境综合分级，以此方法评价土壤综合环境质量。

1.5 土壤养分等级评价

依据规范(DZ/T 0295-2016)分级标准，对研究区土壤单元素养分进行分级，划分为丰富、较丰富、中等、较缺乏、缺乏五个等级。在N、K、P养分等级划分基础上，按照下面公式计算土壤养分综合得分/养综：

式中，ki代表N、P、K权重系数，分别为0.4，0.3和0.3，i代表土壤N、P、K的单元素等级得分，养综养综代表土壤N、P、K评价总得分。根据得分结果，划分丰富、较丰富、中等、较缺乏、缺乏五个等级。

1.6 土壤质量等级评价

在土壤环境综合和养分综合等级评价的基础上，依据规范(DZ/T 0295-2016)中土壤质量综合等级含义，对耕(园)地土壤质量综合等级进行划分，划分为优质、良好、中等、差等、劣等五个等级。

1.7 数据处理

采用SPSS21对土壤元素含量特征进行描述性统计，用GeoChem Studio、MapGIS软件、土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护(应用)子系统及Arcgis 10.2软件绘制土壤养分等级评价图、土壤环境等级评价图、土壤质量等级评价图。

2 结果与分析

2.1 土壤地球化学特征

土壤受生物、气候、母质、地形、时间等自然因素和人类活动的影响，其化学组成呈现出明显的时空变异性(张云霞等，2014)。对表层土壤pH、作物必需养分元素、重金属元素进行统计分析，详见表1。

表1 赤水市耕(园)地土壤养分和重金属元素含量统计

2.2 土壤环境等级评价

根据重金属土壤污染风险管控类型划分标准，将赤水耕(园)地划分为3个类型(表2)。赤水市耕(园)地土壤中，57.7%的Cd，超过99.8%的As、Cu、Hg、Zn，全部Pb、Cr、Ni元素属于Ⅰ类优先保护类；42.3%的Cd，低于0.2%的As、Cu、Hg、Zn属于Ⅱ类安全利用类；本次调查显示研究区尚无Ⅲ类严格管控类。各元素等级分布结果如图3a-g，Pb、Cr、Ni元素Ⅰ类土壤全区覆盖；Hg、As、Cu、Zn元素Ⅱ类土壤呈零星状分布，Ⅰ类土壤在全区广泛分布；Cd元素Ⅰ类土壤连片分布于东部、中部，Ⅱ类土壤主要分布于西部地区。

根据8种单元环境等级评价结果对赤水市土壤环境综合等级进行评价。评价结果显示(图3i，表2)，赤水市土壤环境质量优良，无Ⅲ类严格管控类。大部分地区属于Ⅰ类优先保护类，占总面积57.5%，其余地区属于Ⅱ类安全利用类，占总面积42.5%。研究区Ⅱ类广泛分布，主要受Cd含量的影响，其分布特征与Cd近似。区内工矿较少，Cd含量较高，可能受农业活动主要包括化肥和农药的施用(LV et al.，2013；RODRíGUEZ MARTíN et al.，2006)的影响。

图2 赤水市耕(园)地土壤酸碱度(pH)、养分等级图

表2 赤水市耕(园)地土壤环境等级划分

2.3 土壤养分等级评价

表3 赤水市耕(园)地土壤养分等级划分

从空间分布看(图2b-n)，赤水市耕(园地)土壤中养分元素丰缺分布不均。YXB、P、YXMo、OP、AN、AK、Mn元素全区较为缺乏，较丰富土壤呈稀疏星点状分布；SOM、Mo在东部、中部较缺乏，在西部较丰富；K在西南部较缺乏，在北部较丰富。B主要以地质背景分布为主，较丰富土壤分布于东部及北部，为上侏罗系地层分布区。N在中部、东部较缺乏，西部较丰富；YXZn全区较为丰富，较缺乏土壤呈星点分布于中部、西部。

N、P、K通常被称为植物生长发育的必需三要素，是重要的肥力因子(刘国栋等，2008)。根据N、K、P养分等级评价结果对养分综合等级进行评价分析，结果显示，赤水市耕(园)地土壤养分综合等级以较缺乏为主，中等次之，分别占总面积的54.43%、40.27%，全市各乡镇均有分布；丰富—较丰富等级占总面积的1.55%，呈星点状分布(表3，图3)。

2.4 土壤质量综合评价

结合土壤环境综合、养分综合评价结果，对赤水市耕(园)地土壤质量进行综合评价分析。结果显示(图4)，赤水市耕(园)地土壤质量综合等级以中等为主，占总面积76.81%，全市分布；土壤质量优良率为19.43%，主要分布北部、东部。差等占总面积3.76%，分布于赤水中部，无劣等土壤分布。由于赤水市耕(园)地土壤养分综合以中等以下为主，土壤环境综合Ⅱ类安全利用类占总面积42.5%，因此造成区内土壤质量以中等为主。

3 讨论与建议

赤水市耕(园)地土壤pH平均值为5.49，为偏酸性土壤。除受成土母质影响外，赤水市属中亚热带湿润季风气候区，其风化淋溶较强，盐基易淋失，导致土壤普遍偏酸性。

图3 赤水市耕(园)地土壤环境等级评价

图4 赤水市耕(园)地土壤质量等级评价

赤水市养分含量总体较低，除YXZn外，其余元素均较缺乏。赤水市气候炎热，多雨，地形切割强烈，利于土壤中元素迁移，容易造成营养物质的流失，这可能是区内耕(园)地养分元素含量整体较低的原因。而区内磷最为缺乏，仅为全国背景值的1/50，可能是由于酸性土壤中铁、铝活性高，与磷形成难溶性的铁磷和铝磷，甚至有效性更低的闭蓄态磷，使土壤磷和施入土壤中的肥料磷绝大部分转化为固定态磷，致使绝大多数的酸性土壤与植物性土壤都缺磷(张祥等，2013；靖彦等，2013；黄静等，2014)。

总体而言，赤水市耕(园)地土壤呈酸性，土壤环境质量优良，养分含量低，建议根据土壤、气候、作物特点配方施肥，增加施用草木灰、禽畜、粪便等有机肥，促进生态平衡，提高农产品质量，发展绿色农业(逯汉宁，2017；于小俸等，2013)。