黑龙江省望奎县黑土地土壤环境质量现状研究

刘立芬

(1.黑龙江省自然资源调查院，黑龙江 哈尔滨 150036； 2.黑龙江省自然资源调查院 黑龙江省黑土地水土资源研究重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150036)

黑土是自然界最肥沃的土壤，其性状好，肥力高，是最适宜农耕的优质土地，被誉为“土壤中的大熊猫”。黑土地上生机无限，黑土地的保护利用和可持续发展一直是全社会关注的热点问题。黑龙江省位于世界三大黑土带之一的中国东北黑土带上，松嫩平原、三江平原地势平坦，土质肥沃，淡水资源丰富，具有得天独厚的农业发展优势，是我国重要的商品粮生产基地和畜牧业产地，为我国实现粮食自给作出了贡献。而绥化市望奎县就位于松嫩平原腹地寒地黑土的核心分布区，是国家商品粮生产基地县，在这一地区开展土壤环境质量状况调查研究工作，可为当地的绿色农业发展、土地资源科学管护等提供参考资料。

黑土地大自然赋予人类的宝藏，学者专家从未停止探索它的脚步。广义上的黑土包含了黑土、黑钙土、暗棕壤、白浆土、草甸土等[1-2]，其具有腐殖质含量高、颜色呈黑色的显著特[3]。早在19世纪各国学者就对黑土的形成和演化进行研究[4]；到20世纪，黑土分类演化等研究得到快速发展[5-6]；进入21世纪，对黑土地的研究方向愈加广泛，黑土地应用保护方面研究逐步增多[7]。国内学者研究对象主要集中在我国东北黑土地，刘景双等[8-9]对黑土中有机碳的含量及空间分布进行了深入研究；于磊等[10-11]对黑土退化原因及治理提出了对策；李娜等[12-13]对土壤肥力进行了研究评价；李嫣然等[14]对黑土地保护对策进行了研究探讨。随着研究的深入，人们对黑土地的认识逐步加深，学者研究主要对应东北黑土地，鲜少针对某一地区开展大比例尺的扫面调查。本文所述是根据黑龙江省绥化市开展的1∶5万土地质量地球化学调查工作取得资料，经整理分析，系统研究评价黑龙江省望奎县主要农耕区土壤环境质量现状，为当地绿色农业生产提供有用资料，为乡村振兴建设积极助力。

1 研究区概况

研究区为黑龙江省绥化市望奎县中东部地区，地处黑龙江省中部松嫩平原与小兴安岭西南边缘的过渡地带，三面临河，位于呼兰河北岸、通肯河东岸、呼兰河西岸，总体呈现东高西低，由岗丘状高平原、微倾斜高平原向河谷平原过渡。研究区总面积约为1 745 km2，东、南与绥化市北林区接壤，北与海伦市相邻，高速公路、省道、县道贯通，“村村通”乡村路网发达，交通十分便利。

研究区内地层以第四系中更新统冲洪积覆盖为主[15-16]，岩相主要为黏土、亚黏土；东部和南部地区有局部的白垩系四方台组、嫩江组分布，岩性以泥岩、页岩为主；而在河流沿岸为全新统河漫滩堆积，岩性主要有亚黏土、亚砂土、砂和砂砾石。区内分布土壤类型主要有黑土、黑钙土和草甸土[17-20]，其中黑土为主，广泛分布于全区，其次为草甸土，主要分布于河流水系沿岸，而黑钙土仅在后三乡一带有少量分布。研究土地利用以耕地为主，约占全区的81.81%，其中旱田为主，种植作物主要为玉米、大豆，马铃薯亦有较大面积种植，水田种植水稻，果园、林地、草地约占9.85%，林地以人工林为主，其他地区为水系、滩涂、建设用地等。

2 工作方法

2.1 样品采集

研究土壤样品采集在秋季农作物成熟后和春耕前完成，尽量降低农业生产施肥对样品的影响。采用1∶5万比例尺进行土壤样品采集工作，采样密度为4个点/ km2，采样深度为表层1～20 cm，每个样品为一定范围内三点取子样组合而成。采样时去除表面枯枝、残根、砾石等杂物，垂直采集地表0～20 cm深的土壤，收集样品时在样坑壁上刻槽取样，混合均匀后采集，样品质量大于1 000 g。详细记录样点坐标，土壤颜色、土地利用方式等样品信息和周边环境信息。样品采集后自然条件下晾干，时常揉搓，以防样品黏结成块，待干燥后以木棒敲打粉碎，过孔径2 mm筛后150 g装样品袋送测试部门进一步分析。样品的分析测试工作由黑龙江省地质矿产测试应用研究所完成。

2.2 样品分析测试

本次采集土壤样品分析测试了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、pH值9项元素指标，分析方法检出限、准确度、精密度参照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)。土壤样品分析指标的所用分析方法报出率大于90%，总报出率高于98%。分析的准确度和精密度均采用国家一级标准物质(GBW 系列)检验分析方法准确度。对选用的国家一级标准物质，用被选定分析方法对每个标准物质进行12次分析，分别计算每个标准物质平均值与标准值之间对数偏差(ΔlgC)，以此衡量土壤样品分析的准确度，计算每个标准物质多次测定数据的相对标准偏差(RSD)用来检验分析方法精密度，各元素分析方法准确度、精密度合格率要求为100%。各元素指标分析方法检出限及准确度、精密度见表1。

表1 样本各指标分析方法检出限及准确度和精密度Tab.1 Detection limit，accuracy and precision of each index analysis method for samples

2.3 数据处理

本次研究主要使用Excel、MapGIS67、ArcGIS10.0、GeoIPAS4.0等应用软件对取得的数据资料进行整理统计和图件绘制。

3 取得成果

本次研究区内共采集表层以土壤样品7 005件，分析了8项重金属元素及土壤pH值，取得了一系列数据资料，通过对数据资料的研究分析，系统查明了研究区内重金属元素的含量及分布特征，并依据相关标准对土壤环境现状进行了研究评价。

3.1 土壤重金属元素及酸碱度地球化学特征

3.1.1 参数地球化学特征

通过样品测试分析取得了大量的数据资料，计算统计了研究区表层土壤中砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌及其pH值九项元素指标的算术平均值、标准偏差、变异系数等一系列地球化学参数(表2)。

表2 表层土壤样品元素地球化学参数统计Tab.2 Statistical of geochemical parameters of elements from surface soil samples

通过地球化学参数统计信息可见，研究区内各重金属元素平均含量均不高，均显著低于农用地土壤污染风险筛选值。除镉、汞元素外，其他6种重金属元素的平均值与中位数相近，变异系数也较小，均在0.20以下，6种元素在该区内分异不大，总体呈现相对均匀或较均匀的状态，鲜少有异常分布区。研究区表层土壤中汞元素变异系数最高，为0.665，可见汞元素在该区内分异较大，呈较显著的不均匀分布特征；镉元素变异系数为0.452，在该区内呈现不均匀分布特征，可能存在局部贫化或富集。而研究区内表层土壤pH值平均为6.34，中位数为6.08，呈微弱酸性。

本次研究通过迭代剔除3倍离差方法统计调查区内各元素背景值，并对比松嫩平原南部表层土壤、黑龙江省及全国土壤A层背景值，以反映调查区表层土壤中各元素相对于各不同统计单元的富集或贫化程度(表3)。

表3 表层土壤相对不同对比单元富集系数统计Tab.3 Statistical of concentration coefficients of relatively different comparative units of surface soil

由表1中统计可见，研究区表层土壤中砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌元素背景值均高于松嫩平原南部背景值，富集系数(K1)大于1，其中镉元素富集系数为1.03，富集不明显；砷、铬、铜、镍、铅、锌元素富集系数1.1≤K1<1.3，呈现相对轻微富集；汞元素1.3≤K1<1.5，呈现相对富集状态；而该调查区土壤pH背景值为6.33，总体呈现弱酸性。

对比黑龙江省A层土壤背景值，研究区内镉、铬、铅、锌元素富集系数(K2)0.9≤K2<1.1，相对富集或贫化均不明显，铜、镍元素富集系数1.1≤K2<1.3，呈现轻微富集；砷元素富集系数K2为1.35，呈相对富集状态；而汞元素富集系数为0.84，显示该区土壤中汞元素相对于黑龙江省A层土壤呈轻微贫化状态。

对比全国土壤A层背景值，镉、铬、铜、镍、铅富集系数(K3)均在0.9～1.1，富集或贫化均不明显；砷、锌元素富集系数0.7≤K2<0.9，呈现轻微贫化，而汞元素富集系数为0.48，呈现显著贫化状态。

表3中需要说明的是，①pH值无量纲，其他元素含量单位为10-6，表中“—”表示未收集到数据；②松嫩平原南部表层土壤背景值引自《黑龙江省松嫩平原南部农业地质调查总体综合评价报告》；③K1、K2、K3分别为望奎县表层土壤背景值对比松嫩平原表层土壤、黑龙江省A层土壤和中国A层土壤背景值的富集系数。

本次研究区内土壤类型主要为黑土、黑钙土和草甸土3种，本次采集样品中，有5 298件位于黑土分布区，约占总样品的75.6%；有1 658件位于草甸土分布区，约占总样品的23.7%；仅有49件位于黑钙土分布区，约占总样品的0.70%。对不同土壤类型分布区采集样品中重金属元素平均含量进行统计研究，结果见表4。由统计可见，重金属元素在各土壤类型中平均含量较为相近，多数元素在黑钙土中平均含量略高于黑土和草甸土。

3.1.2 重金属元素分布特征

根据样品分析取得的数据信息，编制研究区表层土壤地球化学图，详细查明了研究区内表层土壤中砷、镉等8项重金属元素的分布特征及土壤酸碱度特征。

(1)砷元素。由砷元素地球化学图可见，研究区内砷元素含量普遍较低，总体呈现西北高、东南低的分布状态，较高背景场主要分布在西北部后三乡—灵山满族乡一带以及前三—前头—后惠村一带地区，此外在望奎县城周边以及火箭乡附近砷元素含量亦较高；砷低背景地区主要分布在克音河、呼兰河沿岸地区，河流近岸滩涂地区呈现显著砷元素低含量分布，头道乌龙沟、二道乌龙沟沿岸砷元素含量亦较低。

(2)镉元素。由镉元素地球化学图可见，研究区镉元素分布不均匀，总体呈现西高东低的分布状态。区内镉元素含量高背景地区多呈现零星的点状分布状态，主要分布在中西部地区，仅在望奎县城周边及东郊乡一带呈现较大面积的高背景场分布，这可能与该地区城镇化发展较发达有关。灯塔乡—莲花镇一带分布有显著的大面积镉元素低背景区，而在海丰镇南信二后村—恭头一村一带地区亦呈现镉元素低背景分布。

(3)铬元素。铬元素在研究区内分布较均匀，含量多处于60～70 mg/kg，仅在望奎县城区一带及卫星镇—海丰镇—莲花镇一带地区铬元素含量略高。

(4)铜元素。由铜元素地球化学图可见，研究区内铜元素分布较为均匀。偏高背景场主要分布在望奎县城周边以及莲花镇周边一带地区，先锋镇和东郊乡城区铜元素含量亦较高，城镇化生产生活可能影响了周边的铜元素的累积富集。此外，在头道乌龙沟、二道乌龙沟、三道乌龙沟上游沿岸呈现较明显的沿河近岸铜元素高含量分布；铜元素偏低背景场主要分布在火箭乡西部兰头—厢兰四村一带、东郊乡东南部水四—敏三村一带地区。

(5)汞元素。由汞元素地球化学图可见，研究区表层土壤中汞元素分布不均匀，高背景场主要集中在望奎县城周边一带地区，此外在东郊乡、厢白满族乡、惠七满族镇、莲花镇等范围较大的村镇居民地周边亦呈现零星的汞元素高背景分布，这些地区城镇化发展较好，人类的生产生活活动可能是影响汞元素在该地区呈现较高背景分布的因素之一。而该区低背景场分布亦较为零散，灵山满族乡东南部至厢白满族乡一带、东升乡南及卫星镇北部汞元素含量略低。

(6)镍元素。研究区表层土壤中镍元素含量总体呈现西高东低的分布特征，含量主要在25～33 mg/kg，高背景场分布在后三乡、灵山满族乡至望奎县城南及火箭乡一带地区，呼兰河沿岸以及克音河西岸东升乡—海丰镇一带镍元素含量呈低背景分布。

(7)铅元素。由铅元素地球化学图可见，研究区内铅元素分布较为均匀。高背景场主要分布在望奎县城周边及后三乡、灵山满族乡一带地区，火箭乡西部及卫星镇北部铅元素含量亦略高。而在头道乌龙沟、二道乌龙沟及呼兰河、克音河沿岸地区呈现较明显的沿河近岸铅低背景分布，灯塔乡一带铅元素含量亦较低。

(8)锌元素。由锌元素地球化学图可见，研究区内锌元素总体上呈现西高东低的分布特征。高背景场主要集中在望奎县城周边一带地区，在头道乌龙沟、二道乌龙沟、三道乌龙沟上游沿岸呈现较明显的沿河近岸锌元素较高含量分布；锌低背景场主要分布在海丰镇一带地区。

此外，土壤酸碱度方面，通过研究统计，研究区内表层土壤pH值主要在5.0～6.5之间，以酸性状态为主，无pH值低于5.0的强酸性土壤；研究区内各水系沿岸土壤pH值略高，为中性至弱碱性，这主要与绥化地区地表河流水质多呈现弱碱性有关。

3.2 土壤环境地球化学评价

砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌八种重金属元素是土壤环境质量评价的主要指标，2018年生态环境部发布实施的《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)和《土壤环境质量建设土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)对不同土地利用类型土壤中各重金属元素含量限定了风险筛选值和管制值，见表5。

表5 农用地和建设用地土壤污染风险筛选值及管制值Tab.5 Screening value and control value of soil pollution risk of agricultural land and construction land

本次研究以第二次土壤调查取得地块信息为主要评价单元，参照上述标准统计，结果表明，望奎地区土壤中各种金属元素含量普遍低于土壤污染风险筛选值，对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境的风险低，一般情况可以忽略。其中砷、铬、铜、汞、镍、锌6种元素含量全部低于土壤污染风险筛选值，仅个别地块中镉元素含量高于土壤污染风险筛选值且低于管控值，约有5.78 km2，5处地块铅元素含量高于土壤污染风险筛选值且低于管控值，约有0.22 km2，其土壤生态环境可能存在风险，应重点进行关注。

表6 土壤环境地球化学等级划分界限Tab.6 Dividing boundaries of soil environmental geochemical grade

通过研究统计，望奎县区内土壤环境质量现状非常优良，砷、铬、铜、锌元素100%为清洁状态。研究区内土壤99.65%为镉元素清洁状态；约5.72 km2为轻微污染，约占全区0.33%，为零散地块分布，2处地块为镉元素轻度污染，面积约0.47 km2，约占全区0.03%；无镉元素中度污染和重度污染土壤。区内土壤约99.94%为汞元素清洁状态，约1.10 km2呈现轻微污染，约占全区0.06%，无汞元素轻度污染、中度污染和重度污染土壤。区内土壤约99.91%呈现镍元素清洁状态，约1.60 km2呈轻微污染状态，约占全区0.09%，无镍元素轻度污染、中度污染和重度污染土壤。区内99.99%为铅元素清洁土壤，仅有一处地块为铅元素轻微污染状态，面积为0.17 km2，约占全区0.01%，无铅元素中度污染和重度污染土壤。综合8种重金属元素的评价统计，对研究区土壤环境地球化学综合评价，结果表明，该研究区内99.49%均为清洁土壤；有8.41 km2为轻微污染土壤，约占调查区0.48%；有0.47 km2处于轻度污染状态，约占调查区0.03%。

综合可见望奎县地区农耕区黑土地壤环境质量优良，区内没有大面积集中连片污染地块，农耕区普遍为一等清洁状态，鲜少的轻微污染地块分布较为零散，极个别地块达到轻度污染状态，建议谨慎种植蔬菜类农作物[23-25]。

4 结论

通过上述研究可见，在黑龙江省望奎县黑土地土壤中砷、镉、铬等8项重金属元素含量普遍低于土壤污染风险筛选值，对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境的风险低，一般情况可以忽略。极少数地块有个别重金属元素高于土壤污染风险筛选值且低于管控值，其土壤生态环境可能存在风险，应重点进行关注，此类地块谨慎种植蔬菜作物。综合研究表明该区土壤环境质量优良，全区99.49%为一等清洁土壤，且农耕地块集中连片，绿色农业发展条件得天独厚。