冀中平原典型区土地质量地球化学评价

姜长松 刘进 谢静博 张建石 康彦科 周加森

摘要 通過在冀中平原选择典型区域开展土地质量地球化学调查，结果表明，典型区土壤整体以碱性土壤为主；表层土壤养分总体较为丰富，呈多样性分布，其中磷、有机质含量较为丰富，氮、钾、锌、含量适中，硼、锰、钼、钒、钴、铜、锗含量则相对缺乏；土壤不存在重金属污染区域；干湿沉降物对土壤环境质量的影响较小；土地质量以一等（优质）和二等（良好）为主，二者占比为99.61%，极少分布三等（中等）土地。依据评价结果，可为研究区实施土壤环境保护及进行农业结构调整提供科学依据，对丰富土地质量地球化学评价体系具有重要意义。

关键词 土壤养分；土壤环境；地球化学评价；冀中平原

中图分类号 S159-3   文献标识码 A

文章编号1007-7731（2023）09-0153-04

土地是社会经济可持续发展的重要资源和保障，其作用与数量、质量密不可分，是确保粮食生产能力以及粮油农产品安全的重要基础保障[1-4]。土地质量地球化学调查与评价是以表层土壤地球化学调查为主，同时兼顾大气沉降和农业灌溉水地球化学综合调查，以绿色可持续发展的土壤地球化学理论为指导，以土壤基本元素含量来量化土地质量，实现土地资源因地制宜高效利用和成果数据的查询及利用为目的的一项综合评价工程[5]。2021年11月至2022年8月，为摸清冀中平原土壤质量情况，华北有色工程勘察院选取部分典型区作为研究区，开展了该地区的土地质量地球化学调查。根据采集的土壤样品及分析测试结果，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）和《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295—2016），选择其中部分元素作为评价因子。依据农用地土壤环境质量现状，优化农产品种植结构，提升农产品质量，为研究区科学的利用土地资源提供科学依据[6-8]。

1 研究区域概况

研究区位于河北省中部，京津石三角中心地带，地理坐标为38°30′46″～38°48′30″ N、115°01′16″～115°18'13″ E，交通便利。属太行山前麓坡水区，总的地势是西北部高，东南部低，缓倾斜，无明显起伏变化。研究区地形相对高差27.8 m，地面纵坡平均为1/800，地面高程30～50 m。属暖温带大陆性半干旱季风气候，四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，冬季寒冷少雪，年平均气温11.8℃，多年平均降雨量为507.5 mm，降雨年内分布不均。

2 样品的采集及测试

2.1 样品采集

2.1.1 土壤样品采集。土壤样品采集以研究区1∶15万农业结构分布图为基本底图，结合研究区地形地貌及土地利用现状等特点，按照网格法布设采样点，依据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295—2016），完成采样面积192.8 km2，共采集土壤表层采样点位392个（土壤表层采样392件、平行样8件），采样时手持采样终端进行GPS校准，采用双对角线法采集表层（0～20 cm）土壤样品，按四分法取样，现场记录土壤样品信息、点位经纬度及海拔[9]。

2.1.2 大气干湿沉降物样品采集。大气干湿沉降点位布设8个，共采集16件样品，大气干湿沉降物采集器布设在研究区主要农作物种植地块内及其周围，选择远离点状污染源（如高大烟窗）和线状污染源（如主干公路）以及四周无高大遮挡物的居民楼或村委会办工楼楼顶安装采样容器。项目采用30 L直径37.5 cm的塑料胶桶对大气干湿沉降物进行收集。安装时严格按照《土地质量地球化学评价规范》执行，并用水泥砖固定，确保长期使用安全。大气干湿沉降物接尘缸放置9个月，一次回收大气干湿沉降物样品。样品采集时，首先将有干湿沉降物的接沉缸总量准确称重，做好记录后，把所有接沉缸样品直接送到化验室进行分析测试。

2.2 样品测试

样品分析测试工作由承德华勘五一四地矿测试研究有限公司承担，根据《生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）》，土壤样品共测试有机质、氮、磷、钾、硼、锰、钼、钒、钴、锗、锌、铜全量和碱解氮、速效磷、速效钾、有效钙、有效镁、有效硫及有效铁18项土壤养分元素，镉、汞、砷、铅、铬、镍、铜和锌8项土壤环境元素，合计31项。大气干沉降与湿沉降样品须分别测试汞、砷、铅、镉、铬5项重金属元素。

3 评价方法

本文土地质量地球化学评价主要包括土壤酸碱度、土壤养分、土壤环境、土壤质量评价及土地质量地球化学等级评价等。评价方法参照《土地质量地球化学评价规范（DZ/T0295—2016）》等相关评价。本次评价工作属市县级土地质量地球化学评价，评价比例尺为1∶5万。评价图斑是土地质量地球化学评价的最小空间单位，也是布样的依据，评价图斑以研究区农业结构调整分布图图斑划分。

4 评价结果与分析

4.1 土壤酸碱度评价

土壤酸碱度在作物生长方面的影响表现极为显著，适宜的土壤酸碱度不仅能提高土壤养分的有效性，而且能提高作物的产量和品质[10]。从图1可以看出，研究区土壤整体以碱性土壤为主，研究区土壤pH平均值为7.8，值域范围在5.8～8.5。研究区内的1.02%的样点为酸性土壤，10.71%的样点为中性土壤，88.27%的样点呈现碱性土壤，研究区无强酸性、强碱性的样点。

4.2 土壤养分元素地球化学评价

土壤养分与植物生长密切相关，影响着整个农业生态系统[11]。土壤养分元素分级统计结果见表1，由表1可知，研究区土壤中氮元素含量以三等（中等）和二等（良好）为主，二者占比达95.12%；磷元素含量以一等（优质）和二等（良好）为主，二者占比达94.98%；钾元素含量以三等（中等）为主，占比达99.31%；土壤有机质含量以三等（中等）和四等（差等）为主，二者占比达97.36%。微量元素对农作物生长具有重要作用，特别是锗等有益微量元素的表生带地球化学循环具有重要的生态服务价值。研究区土壤有益微量元素方面，硼元素含量以四等（差等）为主，占比达76.17%；钒元素含量以四等（差等）和五等（劣等）为主，二者占比达96.58%；钼元素、锰元素、钴元素、铜元素、锌元素和锗元素含量均以三等（中等）和四等（差等）为主，二者占比分别为74.4%、99.74%、99.36%、78.27%、84.90%和87.92%。

4.3 土壤环境元素地球化学评价

由表2可知，研究区土壤均为清洁，不存在重金属污染区域，研究区土壤汞、镉、砷、铅、铬、镍、铜及锌含量均总体较低，土壤汞、镉、砷、铅、铬、镍、铜及锌清洁（一等）等级面积均为179 km2，占比为100%，不存在重金属污染的地区。

4.4 大气干湿沉降物环境地球化学特征

大气干湿沉降是元素从外源进入土壤的主要途径之一，跨区域性和长距离传输是大气干湿沉降的重要特征[12]。从表3可以看出，大气干湿沉降物样品中砷、镉、铬、汞、铅、硒6种重金属元素的年沉降通量密度的平均值从大到小依次为铅>铬>硒>镉>砷>汞，其中铅年沉降通量相对最高，年沉降通量平均值为0.326 1 mg·m-2·a-1；与全国大气干湿沉降通量平均值对比分析可以得出，研究区各元素年沉降通量值均远低于全国水平，说明研究区大气重金属污染水平较小。各重金属元素变异系数由高到低为砷>硒>铅>汞>铬>镉，其中镉、铬、汞变异系数在0.5～1.0，含量空间分布变化大，铅、硒及砷的变异系数大于1.0，含量空间分布变化极大。

4.5 土地质量化学评价

根据《土地质量地球化学评价规范》，在土壤质量地球化学综合等级基础上，叠加大气干湿沉降物环境地球化学综合等级，形成土地质量地球化学等级。该地区土地质量地球化学综合等级为一等（优质）的总面积约为106.95 km2，占面积比例为59.68%；二等（良好）的土壤总面积约为71.56 km2，占比为39.93%；三等（中等）的总面积约为0.71 km2，占比为0.39%；四等（差等）和五等（劣等）的总面积均为0（表4）。

5 结论

研究区土壤整体以碱性土壤为主，土壤pH的平均值为7.8，范围在5.8～8.5；研究区表层土壤养分总体较为丰富，呈多样性分布，其中磷、有机质含量较为丰富，氮、钾、锌、含量适中，硼、锰、钼、钒、钴、铜、锗含量则相对缺乏；研究区土壤环境质量较好，土壤环境地球化学质量8种重金属元素的地球化学综合等级均为清洁（一等），不存在重金属污染区域。研究区大气环境质量良好，干湿沉降物对土壤环境质量的影响较小。土地质量以一等（优质）和二等（良好）为主，二者占比99.61%，极少分布三等（中等）土地，不存在四等（差等）和五等（劣等）的土地。

参考文献

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[10] 杨玥.旱地保护性耕作对土壤水肥特征与作物产量的影响[D].杨凌：西北农林科技大学，2021.

[11] 张磊.西鄂尔多斯三种灌木空间格局及资源分配对放牧干扰的响应[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2021.

[12] 袁盛博，李丕鹏，鲍大忠，等.贵州安龙县大气干湿沉降物环境地球化学特征研究[J].西部资源，2021（3）：185-186，189.

（责编：张宏民）

作者简介 姜长松（1996—），男，河北承德人，硕士，助理工程師。研究方向：农业水土工程理论与技术。