山东省17市土壤地球化学背景值

庞绪贵,代杰瑞, 陈磊，刘华峰，喻超，韩鎏，任天龙， 胡雪平，王红晋,王增辉,赵西强，曾宪东，任文凯，王存龙

(1.山东省地质调查院，山东 济南 250013；2. 山东省土地质量地球化学与污染防治工程技术研究中心，山东 济南 250014；3.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

土地质量地球化学调查是一项基础性、公益性、战略性的地质调查与研究工作。近20年来，利用财政资金通过山东省黄河下游流域生态地球化学调查等4个项目，全面完成了山东省土地质量地球化学调查与评价，使山东省1∶25万土地质量地球化学调查工作全覆盖，取得了一批重要的调查与评价成果[1-26]。这些成果已逐步应用于基本农田建设、土地资源保护、整治和开发利用及土壤保护治理和矿产资源勘查等领域，保障了山东省社会经济的可持续发展。本次以其中的表层土壤Ag，As，Au，B等54项指标地球化学调查数据为基础，分行政区域统计并研究了全省17市表层土壤地球化学参数及其特征，厘定了山东省17市土壤地球化学背景值，并与全国、全省背景值进行对比，分析了其差异性。

1 概述

1．1 自然地理与经济

山东省位于中国东部沿海、黄河下游，滨临渤

海、黄海；境域介于东经114°47′30″～122°42′18″，北纬34°22′54″～38°24′00″之间,包括半岛和内陆两部分，山东半岛突出于渤海、黄海之中，同辽东半岛遥相对峙；内陆部分自北而南与河北、河南、安徽、江苏4省接壤。地貌以山地、丘陵和平原为主，中部山地突起，西南、西北低洼平坦，东部缓丘起伏，形成以山地丘陵为骨架、平原盆地交错环列其间的地形大势。泰山雄踞中部，为全省最高点，黄河三角洲为陆地最低处，一般海拔2～10m。水系比较发育，干流长10km以上的河流有1500多条，河流分属海河水系、黄河水系、淮河水系及直接注入渤海和黄海的其他河流。湖泊集中分布在鲁中南山丘区与鲁西南平原之间的鲁西湖带。气候属暖温带季风气候类型，具有降水集中，雨热同季，春秋短暂，冬夏较长等特点，且春夏秋冬四季分明。年平均气温11℃～14℃，由南而北自西向东递减。无霜期一般180～220d。光照资源充足，光照时数年均2290～2890h，热量条件可满足农作物一年两作的需求，平均降水量550～950mm，降水量由东南向西北递减，降水量多集中于每年的6—9月份。

山东省是中国经济最发达的省份之一，2017年，全省实现生产总值(GDP)72678.2亿元，经济总量稳居全国第3位，山东省是中国的农业大省，农业增加值长期稳居全国第一位。适宜的气候为区内农业发展提供了优越自然条件，粮食作物种植分夏、秋两季。夏粮主要是冬小麦，秋粮主要是玉米、地瓜、大豆、水稻、谷子、高粱和小杂粮。其中小麦、玉米、地瓜是山东的三大主要粮食作物。经济作物以棉花、烟叶、花生、蔬菜为主。山东为全国主要水果、蔬菜产地省份之一，烟台苹果、莱阳梨、大泽山葡萄、沾化冬枣、肥城桃、乐陵金丝小枣、枣庄石榴、明水香米、章丘大葱和寿光蔬菜等全国闻名。沿海及湖区水产较发达，远洋渔业生产亦具相当规模。

1．2 地质概况

山东省地处华北板块东南缘和扬子板块东北端。地层大部属华北地层大区晋冀鲁豫地层区，发育比较齐全，地表出露以中、新生代地层为主，其次为古生代地层，元古宙地层分布局限，太古宙地层零星出露，地层分区性明显；侵入岩类发育，广泛出露，占基岩面积的60%。自中太古代至新生代均有出露，以新太古代、新元古代和中生代侵入岩分布最广，岩石类型较为齐全，有超镁铁质-铁镁质岩、中性岩、酸性岩、偏碱性岩，另外还有碳酸岩和含金刚石的金伯利岩；大地构造横跨华北和扬子两大板块，区域构造复杂，以沂沭断裂带、五莲断裂、牟平-即墨断裂带为界划分为华北板块和扬子板块二个构造单元，断裂构造发育，区域性分划性断裂有牟平-即墨断裂、五莲断裂、沂沭断裂带、聊城-兰考、齐河-广饶等断裂。矿产资源丰富，分布广泛。能源、黑色金属、有色金属、贵金属、稀有金属、稀土金属、非金属、水气矿产等矿种均有分布，区域分布特征明显，全省已发现147种矿产资源，查明资源储量的85种。

1．3 成土母质与土壤类型

成土母质是指母岩经风化剥蚀、搬运及堆积等过程后于地表形成的松散风化壳的表层。因此，成土母质对母岩有很好的继承性。成土母质又是形成土壤的物质基础，对于土壤的形成和发育具有重要的意义，在一定的生物、气候条件下，成土母质的差异性往往成为土壤分异的主要因素。按岩石的地质成因及沉积形成，山东省成土母质可分为残坡积物母质、洪冲积物母质、冲积物母质、湖积物母质、海相沉积物母质、风积物母质、黄河冲积物母质、黄土母质等8种类型。残坡积物母质是山东省主要的成土母质，根据母质的物源不同可分为酸性岩类、基性岩类、砂页岩类、石灰岩类等。

根据全国土壤普查暂行技术规程和《山东省第二次土壤普查土壤工作分类暂行方案》，山东省土壤类型分为棕壤、褐土、红粘土、风沙土、火山灰土、石质土、粗骨土、砂姜黑土、山地草甸土、潮土、盐土、滨海盐土、碱土、水稻土、新积土等15个土类。按各自的发育程度、附加成土过程和土壤属性进一步分为分39个亚类[27]。山东省土壤水平分布特征明显，在西北部黄河冲积平原至东南沿海，气候由半湿润到湿润过渡，棕壤和褐土的水平分布呈现与生物气候带相一致，鲁东丘陵区和鲁中南山地丘陵区东南沿海，为棕壤的集中分布区；鲁中南山地丘陵区中南部，棕壤和褐土呈明显复区分布；鲁西北黄河冲积平原区是华北平原的一部分，为黄河冲积物发育的潮土所覆盖，局部与盐土成复区；在鲁西北平原与鲁中南山地丘陵区相毗邻的南四湖滨湖洼地、北部交接洼地，以及鲁中南地区东部沂沭河谷、胶莱河谷平原分布着大面积的沙姜黑土；鲁东丘陵区分布大面积的酸性粗骨土和酸性石质土，鲁中南山地丘陵区北部以石灰性河潮土为主，南部为非石灰性河潮土。

2 工作方法

2．1 样品采集与组合

土壤地球化学背景值样品采集按照《多目标区域地球化学调查规范(1∶25万)》执行，样品采集0～20cm的表层土壤，样点布设采用方格网格法，布置在农用大田、菜地、果园、林地等，避开存在人为污染和搬运的堆积土，使组合的分析样能反映采样单元主要土壤地球化学特征的前提下，采样点尽可能布设在了采样单元格中央。实地采集时主要选择单元样格内的主要土壤类型，表层土壤采取4个单点样品组合为1件组合样品，尽可能保持每一组合样内的4个单点样土壤类型一致，为增加土壤样品的代表性，采用一点多坑法采样，单点土壤样品的原始重量均大于1000g。土壤地球化学背景值样品采样密度为1点/km2，采集的表层土壤样品过20目筛，并按4个相邻网格样品组合成一件样品进行分析，土壤地球化学背景值样品组合样密度为1件/4km2，组合样送样重量为200g。山东省共分析土壤地球化学背景值样品39794件[28-34]。

2．2 测试元素(指标)与方法及测试质量

表层土壤样品批次多，分析指标多，样品数量大，样品分析测试方法技术严格按照中国地质调查局地质调查技术标准《多目标区域地球化学调查规范(1∶25万)》的规定执行，土壤地球化学背景值样品分析测试Ag，As，Au，B，Ba，Be，Bi，Br，C，Cd，Ce，Cl，Co，Cr，Cu，F，Ga，Ge，Hg，I，La，Li，Mn，Mo，N，Nb，Ni，P，Pb，Rb，S，Sb，Sc，Se，Sn，Sr，Th，Ti，Tl，U，V，W，Y，Zn，Zr，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O，Corg，pH值等54项元素(指标)[35]。

土壤地球化学背景值样品测试在武汉综合岩矿测试中心进行，分析仪器以先进的现代化大型ICP-MS，ICP-OES，XRF为主体，加上其他先进的灵敏度高的专项分析仪器。采用的测试方法为等离子体发射光谱法、X射线荧光光谱法、原子荧光光谱法、发射光谱法、石墨炉原子吸收法、泡塑吸附分离法、离子选择性电极法、催化极谱法、激光荧光测铀仪法、碘量法、化学发射光谱法、非水滴定法、重铬酸钾-硫酸消化蒸馏容量法、氧化还原法、催化比色法、离子电极法等16种配套分析方法。样品测试质量采用了重复样、标准样、密码样、异常点的重复检验样、外部监控样等多种监控手段进行监控，并通过了中国地质调查局区域地球化学分析质量监督检查组的验收，表层土壤地球化学样品分析质量为优秀级。

2．3 土壤地球化学背景值参数的计算

土壤地球化学背景值的求取，首先对取得的表层土壤分析数据按年度、批次进行整理，分离出物理点数据、重复样数据和质量监控样数据，再对每个物理点赋以高斯-克吕格坐标。在分年度、分批次整理的基础上，对所有数据进行合并，形成全区表层土壤全量54项元素(指标)地球化学分析数据，依据《数据的统计处理和解释正态性检验》(GB/T4882-2001)，在置信度α=0.05水平下，采用峰度、偏度法对数据频率分布形态进行正态检验。当统计数据服从正态分布时，用算术平均值(X)代表背景值；服从对数正态分布的数据，用几何平均值(Xg)代表背景值。不服从正态分布的数据，按照算术平均值加减3倍算术标准偏差(X±3S)或几何平均值乘除几何标准偏差(Xg·S±3)的立方进行剔除，经反复剔除后服从算术正态分布或对数正态分布时，用剔除后的数据算术平均值或几何平均值代表土壤背景值，经反复剔除后仍不满足正态分布或对数正态分布，当呈偏态分布时，以剔除后数据众值(Xmd)或算数平均值(X)代表背景值；当呈双峰或多峰分布时，以剔除后数据中位数值(Xme)或平均值(X)代表背景值。

pH值参数统计与上述方法不同，应按下列步骤进行，先将土壤pH值换算成[H+]平均浓度进行统计计算，然后再换算成pH值，其公式为：[H+]=10-pH，[H+]平均浓度=∑10-pHn/n,pH=-lg[H+]平均浓度。

3 主要成果

3．1 背景值的概念与意义

土壤地球化学背景值[36-45]是指自然应力和人类活动共同作用影响下(土壤的第Ⅱ环境)区域表层土壤的含量值，实际上是成土母质组成、成土过程中元素迁移重分配、人为扰动污染等各种因素长期综合作用的结果，以表层土壤地球化学调查元素含量表征。它与土壤基准值有着密切继承关系，总体受土壤基准值的控制，但由于经长期风化、淋溶作用和人类生产生活等活动的影响和改造，表层土壤地球化学元素含量特征已发生一定的演变，导致元素地球化学基准值和背景值两者之间存在一定的差异。土壤元素地球化学背景值是土壤环境质量评价、土壤肥力和营养水平分级、土地管护和合理利用、土壤改良和平衡施肥、农业种植规划、土壤生态环境保护决策的基础依据。

3．2 表层土壤地球化学元素分布特征

全省17市土壤地球化学背景值参数统计见表1～表6。

(1)全省17市表层土壤中绝大部分元素的含量分布相对深层土壤变化有所加大，但总体亦比较均匀，多数元素在17市中变异系数小于0.40,反映了全省17市表层土壤在长期历史中均匀演化并受土壤基准值控制作用的特征。

注：含量单位C，N，OrgC和氧化物为10-2，Au为10-9，pH无量纲，其余为10-6；括号中的数值为原始样本数。

注：含量单位C，N，OrgC和氧化物为10-2，Au为10-9，pH无量纲，其余为10-6；括号中的数值为原始样本数。

表3 潍坊、济宁和泰安土壤地球化学背景值

注：含量单位C，N，OrgC和氧化物为10-2，Au为10-9，pH无量纲，其余为10-6；括号中的数值为原始样本数。

表4 威海、日照和莱芜土壤地球化学背景值

注：含量单位C，N，OrgC和氧化物为10-2，Au为10-9，pH无量纲，其余为10-6；括号中的数值为原始样本数。

表5 临沂、德州和聊城土壤地球化学背景值

注：含量单位C，N，OrgC和氧化物为10-2，Au为10-9，pH无量纲，其余为10-6；括号中的数值为原始样本数。

表6 滨州和菏泽土壤地球化学背景值

注：含量单位C，N，OrgC和氧化物为10-2，Au为10-9，pH无量纲，其余为10-6；括号中的数值为原始样本数。

(2)全省17市元素背景值变幅较大的元素主要为Au，As，B，Br，C，Cl，Cu，Hg，N，Ni，S，Co，Sr，CaO，MgO，Na2O，Corg，其变异系数大于或等于0.40，东营市Cl元素变异系数为1.11，Br元素的变异系数为0.80，济宁市C元素的变异系数为0.57；一般来说，元素背景含量的变化主要受成土母质及后期人为等多因素的影响。东营市Cl，Br元素含量变化大，这与东营市所处的地理位置密切相关，具有明显的地域特征。

(3)重金属元素在不同的地区变化较大，总体表现为淄博、济南、枣庄、济宁等城市背景值偏高，而其他市背景值相对偏低，特别是威海、烟台、青岛、日照等沿海城市。Hg元素除在淄博较高外，一般变化不大；As元素的地区性差异较为明显，济南、淄博、东营、济宁、滨州、德州、菏泽As的背景值较高，相当于威海、日照、临沂的1.6～2.5倍；各市Pb元素的背景值变化不大，仅淄博和烟台略高；Cu，Cr，Ni在各市土壤中的背景值特点是，青岛和威海最低，Cu，Cr淄博最高，Ni淄博略高，其他市背景无显著变化；Cd的背景值在淄博、济宁、菏泽和济南相对较高，威海、青岛最低，其他市变化不大；Zn的背景值在青岛最低，淄博最高，济宁、莱芜和滨州相对较高。

(4)农业营养和有益元素中，Al2O3除在莱芜、SiO2除在青岛、Mo除在淄博较高外，其余各市的背景值变化不大；平原区各市土壤中P，B，CaO，MgO的背景值较高，而胶东半岛各市背景值较低，其中威海B背景值(16.7×10-6)仅是其他市的31%～44%；K2O，Na2O在胶东半岛各市背景值较高，N，Se，OrgC在枣庄和淄博的背景值较高，东营背景值最低。

(5)卤族元素Cl，Br在东营背景值最高，Cl背景值是其他市的20.75～66.29倍，Br背景值是其他市的2.52～7.27倍，F除在淄博、莱芜、济宁和滨州较高外，其他各市背景值变化不大；I背景值大致呈现出山东半岛沿海各地区>鲁西北平原>鲁中南>鲁北沿海地区的特点。土壤pH在威海、日照、临沂、烟台等4市土壤中整体显弱酸性，其中威海土壤pH最低为6.03，在青岛、莱芜、枣庄、泰安、潍坊整体显中性，在其余市显弱碱性，滨州土壤pH最高为8.28。

4 结语

通过对山东省表层土壤地球化学元素含量进行统计分析，确定了山东省54项指标土壤地球化学背景值，这些成果为地方政府改善生态环境，进行农业区划、环境保护、国土资源管理、地方病防治等领域提供了基础地球化学资料和科学依据。