皖江经济带某区土壤质量地球化学评价与空间分布研究

2021-10-07昂正娇阮传贵

安徽地质 2021年3期

昂正娇，阮传贵

（安徽省地质矿产勘查局第二水文工程地质勘查院，安徽芜湖241000）

0 引言

土壤质量（sοil quality）通常被定义为“特定类型土壤在自然或者农业生态系统边界内保持动植物生产力，保持或者改善大气和水的质量以及支持人类健康与居住的能力[1]”。随着社会的发展和人口的增多，土壤资源受到日益增长的压力[2]。开展土壤质量地球化学调查与研究是树立节约集约循环利用的资源观的具体实践和行动。本文基于土壤指标选取，土壤质量评价方法筛选，通过对研究区范围内表层、深层土壤取样调查、样品测试和综合研究等进行土壤质量地球化学综合评价[3～10]，为土壤环境的保护、治理及土地资源的节约集约循环利用提供数据基础。

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

研究区位于安徽省东南部，长江中下游。地貌主要包括河谷平原和丘陵。境内地势总体特征是：东西低中间高、北低南高，地形起伏较大。区内主要水系有长江等，平均年径总流量28700m3/s。土壤类型包括黄棕壤土、水稻土和砂壤土等。

1.2 区域地质概况

研究区地层区划属扬子地层区下扬子地层分区，主要出露第四纪地层。包括河流相更新统青弋江组（Qpqy）、大桥镇组（Qpd）、全新统芜湖组（Qhw）以及山麓相更新统戚家矶组（Qpq）和下蜀组（Qpx）。新构造运动以升降运动为主，长江西侧新构造运动不甚明显，属地壳稳定的区域。东侧则十分突出，不仅于中更新世青弋江河谷部分地段出现沉降洼地，全新世其沉降范围和幅度均有增大的趋势。

2 样品采集与分析

严格按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295—2016）相关要求对研究区开展1:50000土地质量地球化学调查评价工作。采用网格加图斑的原则布设，网格数量原则上与采样密度相一致。土壤样品点主要采自农田、菜地、林地、建筑用地中。表层土壤采样密度为1点/km2，采样深度0～20cm，共送检加工分析样品571个；深层土壤采样密度为1点/4km2，采样深度1.5～2.0m，共送检加工分析样品142个。

土壤样品经自然风干、人工磨碎后过10目尼龙筛，称取200g正样装牛皮纸袋内送至“安徽省地质实验研究所（原国土资源部合肥矿产资源监督检测中心）”进行检测分析，称取450g副样装塑料瓶内，留存。测试指标包括氮(N)、磷(P)、钾(K)、硒(Se)、碘(Ⅰ)、氟(F)、硼(B)、氧化镁(MgO)、全铁(TFe)、钴(Cο)、钒(Ⅴ)、锗(Ge)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、氧化钙(CaO)、钼(Mο)、硫(S)等。

3 评价单元划分

本次研究单元划分根据1:50000土壤质量地球化学评价的土样采集网格为基础进行划分，按1km×1km的方里网大小，即1km2为评价单元。每个单元网格的指标属性定义为评价单元的指标评价等级。同时，结合地形地貌特征以及地质条件类型予以修整和约束。评价单元划分方法符合《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295—2016）的单元划分要求。

4 土壤质量地球化学评价与空间分布

4.1 土壤pH地球化学等级划分与空间分布

4.1.1 评价标准与方法

土壤酸碱度（pH）分级标准见表1。评价单元的pH值所在的范围对应的土壤酸碱度等级即确定该评价单元为相应的等级。

表1 土壤酸碱度（pH）分级标准Table 1.Sοil acidity and alkalinity(pH)grading criteria

4.1.2 划分结果

根据土样分析数据：pH值范围为3.92～8.88。研究区土壤以碱性为主，中性次之，强酸强碱占比极小。中性-碱性土壤占比约为86.1%，强酸性、强碱性仅占1%。详见图1。

图1 研究区土壤酸碱度评价等级图Figure 1.Assessment grade map of soil acidity and alkalinity in the study area

4.2 土壤养分元素地球化学等级划分与空间分布

4.2.1 土壤养分元素种类

研究区选取氮(N)、磷(P)、钾(K)、硒(Se)、碘(Ⅰ)、氟(F)、镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Cο)、钒(Ⅴ)、锗(Ge)、硼(B)、锰(Mn)、锌(Zn)、钙(Ca)、钼(Mο)、硫(S)等作为养分元素的评价指标。

4.2.2 评价标准与方法

土壤养分元素等级划分标准依据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295—2016）规定标准。参照土壤养分元素等级分级标准，划分出土壤养分元素等级。

4.2.3 土壤养分元素丰缺现状

土样分析结果表明：钾、氟元素丰富，中等以上等级分别为94.7%和95.4%。磷(P)、硒(Se)、镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Cο)、钒(Ⅴ)、锗(Ge)、硼(B)、锰(Mn)、锌(Zn)元素较丰富。其中，磷(P)元素中等及以上等级为72.7%，硒适量以上等级82.5%。氮(N)、碘(Ⅰ)、钙(Ca)、钼(Mο)、硫(S)缺乏。其中，氮(N)、碘(Ⅰ)中等以上等级分别占62.8%、21.8%。

4.2.4 划分结果

按照公式（1）计算土壤养分地球化学综合得分f养综。

式中：f养综—土壤氮、磷、钾评价总得分，1≤f养综≤5；ki—氮、磷、钾权重系数，分别为0.4、0.4和0.2；fi—土壤氮、磷、钾的单元素等级得分。

fi得分分别为1分、2分、3分、4分、5分所对应的单指标评价结果为五等、四等、三等、二等、一等。

划分结果如下：研究区养分等级以三等为主，为40.3%，二、四等样点比例分别为29.8%、24.5%，一、五等样点比例不足6%。养分元素等级空间分布见图2。

图2 研究区土壤养分综合等级分区图Figure 2.Comprehensive grade zoning map of soil nutrients in the study area

4.3 土壤环境元素地球化学等级划分与空间分布

4.3.1 土壤环境元素种类

选择土壤中镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)、镍(Ni)重金属元素作为评价指标。

4.3.2 评价标准与方法

采用单因子指数法，指标评价标准参照《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618—2018）。参照土壤环境元素等级分级标准，划分出土壤环境地球化学元素等级（表2）。

表2 土壤环境地球化学等级划分Table 2.Geοchemical single-index gradingοf sοil envirοnment

4.3.3 土壤环境元素质量现状

结合土样分析结果和评价参照标准，研究区土壤环境元素质量整体良好，土壤样点各评价指标等级为一级的均在95%以上（除镉以外）。

汞(Hg)、砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)一级样点数占总样点数比例分别为98.9%、98.2%、88.09%、99.65%、100%。

4.3.4 划分结果

土壤环境地球化学综合等级由汞(Hg)、砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)五种重金属元素环境地球化学等级叠加产生，综合等级等于单指标元素等级中的最差等级。

研究区大部分土壤环境地球化学综合等级为一级。其中，一级（无风险）84.4%，二级（风险可控）13.3%，三级（风险（较）高）1.1%。土壤环境综合评价等级空间分布见图3。

图3 研究区土壤环境综合评价图Figure 3.Comprehensive assessment map of soil environment in the study area

4.4 土壤质量地球化学综合评价等级划分与空间分布

4.4.1 划分原则及等级

土壤质量地球化学综合等级由评价单元的土壤养分综合等级与土壤环境综合等级叠加产生，其综合等级及含义见表3。

表3 土壤质量地球化学综合等级与含义Table 3.Geοchemical cοmprehensive gradingοf sοil quality and its implicatiοn

4.4.2 划分结果

由划分结果可知，研究区土壤总体质量良好。如图4所示，根据土壤质量地球化学综合等级划分：研究区内土壤质量地球化学综合等级以三等为主，二、一等次之；三级及以上等级占94.7%，其中一等22.4%、二等35.9%、三等36.4%；四等样点占总样点4.29%，五等样点占总样点1.1%。土壤地球化学综合等级空间分布见图5。