安徽省岳西县来榜地区土地质量地球化学评价

陶春军，周天健，李朋飞，罗 娇，张笑蓉

(1. 安徽省地质调查院，合肥 230001；2. 安徽省地质矿产勘查局321地质队，铜陵 244033)

土地是农业最基本的生产资料，随着现代工业化进程的加快，土壤环境污染状况进一步加剧，这严重制约了土地可持续性利用，土地质量成为学者们关注的焦点问题之一[1-10]。通过开展土地质量地球化学评价，可为土地数量、质量、生态“三位一体”管护提供基础依据[11]。目前安徽省已启动“1∶5万市(县)级土地质量地球化学调查”项目及更大比例尺的土地质量地球化学评价试点工作。

安徽省岳西县是国家级贫困县及重点产茶县，来榜镇是岳西县重要的中心集镇，也是“岳西翠兰”茶叶的重要产区之一。目前，该区尚未开展1∶5万土地质量地球化学评价工作，制约了利用优势特色土地资源带动农业产业的升级。本文在1∶5万土壤地球化学专项调查的基础上，以第二次土地调查形成的土地利用现状图斑为评价单元进行土地质量地球化学评价，这对进一步助力精准扶贫，实现乡村振兴具有重要意义。

1 研究区概况

研究区位于安徽省岳西县来榜镇(图1)，面积约40 km2。来榜镇位于岳西县中心，属亚热带季风气候区。研究区属皖西山地，总体地势为西北和东南高，中间低，地形起伏较大，海拔为400～800 m，山体岩层主要为各类片麻岩及混合花岗岩。区内主要河流为来榜河，自北东向南西流经来榜镇，为皖河支流潜水的一级支流。研究区属华北地层区大别山地层分区，岩浆岩主要为元古代变质侵入岩，岩性主要为英云闪长质片麻岩和花岗闪长质片麻岩，局部分布二长花岗质片麻岩。成土母质主要为变质酸性岩类风化物母质和河流冲积物母质。土壤类型主要为黄棕壤和水稻土。

1.花岗闪长质片麻岩;2.英云闪长质片麻岩;3.新太古代—古元古代大别山岩群;4.角闪岩;5.地质界线;6.正断层;7.右行平移断层;8.片麻理产状图1 研究区地质简图[12]Fig. 1 Geological sketch map of the study area[12]

2 样品采集及分析方法

2.1 样品采集

来榜地区土地质量地球化学评价的数据来自1∶5万土壤地球化学专项调查，选择研究区表层土壤的养分元素和重金属元素等指标进行土地质量地球化学评价。土壤采样密度为8个点/km2，主要采用网格化加图斑方法布点，样点布设在网格内最大图斑中，兼顾地块形状、大小等进行调整。土壤样品主要采集于农田、茶园、林地等，优先选择图斑最大的农用地田块。土壤样品采集点避开了沟渠、路边、田埂、房基、垃圾堆等及微地形高低不平等无代表性地段。土壤样品用专用采样器自地表向下连续采集0～20 cm的土壤柱，除去植物根茎(未刮去表层土)等杂物，由3～5个子样等量混合而成。

2.2 分析方法

土壤样品分析测试了As、B、Cd、Cr、Cu、F、Hg、Mn、Mo、N、Ni、P、Pb、Se、Zn、TFe2O3、K2O、CaO、MgO、Corg、pH值等21项指标，在自然资源部合肥矿产资源监督检测中心完成测试，采用国家一级土壤标准物质(GBW系列)进行监控。用X射线荧光光谱法(XRF)测定P、Pb、CaO、Cr、Zn、N、Cu、TFe2O3、MgO、Mn、K2O、Ni；等离子体质谱法(ICP-MS)测定Cd；深孔对电极摄谱(ES)测定B；原子荧光法(AFS)测定Hg、As、Se；催化极谱法(POL)测定Mo；离子选择性电极法(ISE)测定F、pH；氧化还原容量法(VOL)测定Corg。本次分析方法检出限均达到或优于《DZ/T 0258—2014 多目标区域地球化学调查规范》[13]的要求，各分析质量指标均符合相关规范要求，准确度、精密度的一次合格率均为100%。

3 评价方法

3.1 评价单元赋值

本次评价单元采用第二次土地调查形成的土地利用现状图斑。当1个图斑中有2个以上评价数据时，用平均值进行评价单元的指标赋值。当图斑中没有评价数据时，采用Kring泛克里格插值法进行赋值，对赋值结果进行插值准确性验证，结果显示插值结果较准确。

3.2 土壤地球化学等级划分

土壤养分N、P、K单元素等级划分标准采用《DZ/T 0295—2016土地质量地球化学评价规范》[14]分级标准(表1)。在土壤N、P、K单指标养分地球化学等级划分基础上，按照公式(1)计算土壤养分地球化学综合评价等级[12]，其等级划分见表2。公式(1)为

(1)

式中：f养综为土壤N、P、K评价总得分，1≤f养综≤5；ki为N、P、K权重系数，分别为0.4、0.4和0.2；fi分别为土壤N、P、K的单元素等级得分。五等、四等、三等、二等、一等所对应的fi分值分别为1分、2分、3分、4分、5分。

本次评价的土壤环境地球化学等级评价指标划分标准参照《GB15618—2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》[15]的土壤污染风险管控标准值，区内土地利用现状以园地、林地为主，所以风险筛选值均采用其中的其他分级标准，具体界限值见表3，风险管控值见表4。等级划分按照公式(2)，计算土壤污染物i的单项污染指数Pi。

公式2为

Pi=Ci/Si,

(2)

式中：Ci为土壤中i指标的实测浓度；Si为污染物i

的土壤污染风险管控标准值。Pi≤1，为一等(清洁)；1

表1 土壤养分N、P、K单元素等级划分标准[14]

表2 土壤养分地球化学综合等级划分[12]

表3 农用地土壤污染风险筛选值[15]

表4 农用地土壤污染风险管控值[15]

按照土壤单项污染指数环境地球化学等级划分界限值，并进行单指标土壤环境地球化学等级划分。在此基础上，每个评价图斑的土壤环境地球化学综合等级等同于单指标划分出的环境等级最差的等级[14]。

3.3 土壤质量综合等级划分

土壤质量地球化学综合等级由评价单元的土壤养分地球化学综合等级与土壤环境地球化学综合等级叠加产生，其综合等级表达图示与含义如表5所示。

表5 土壤质量地球化学综合等级表达图示与含义[14]

Table5Representationandmeaningofgeochemicalcomprehensivegradesofsoilquality[14]

4 土地质量地球化学评价及空间分布

4.1 土壤养分地球化学评价及空间分布

为了使农产品能获得较高的产量，一些农民不合理或过量施用化肥现象时有发生。联合国粮农组织( FAO) 统计数据显示，中国水稻种植中氮肥施用量显著高于世界平均氮肥施用量水平[16]。因此，开展土壤养分地球化学调查，客观评价土壤养分丰缺现状，提出合理的施肥建议是必要的。

图2 研究区土壤养分地球化学综合等级图Fig. 2 Comprehensive geochemical grade map of soil nutrients in the study area

研究区面积为40.0 km2，扣除居民建设用地及水域面积后，实际参与评价的总面积约36.9 km2。土壤养分地球化学综合等级评价结果(图2)显示，研究区土壤养分地球化学综合等级以三等(中等)土壤为主，面积为25.45 km2，占研究区评价总面积的68.98%，主要分布于研究区南部、西北部及中东部。二等(较丰富)土壤面积为6.88 km2，占研究区评价总面积的18.66%，主要分布于研究区东北部余家花屋一带及来榜镇周边。一等(丰富)土壤零星分布，仅占研究区评价总面积的0.41%。研究区土壤养分虽以三等(中等)和二等(较丰富)土壤为主，但仍存在11.95%的四等(较缺乏)土壤和五等(缺乏)土壤，主要分布于研究区中西部沙尖一带。总体上，研究区大量元素土壤养分条件一般。养分缺乏区少量分布，说明研究区部分土壤肥力状况较差，需通过补肥满足农业生产的需要。

4.2 土壤环境质量地球化学评价及空间分布

土壤环境质量地球化学综合等级图(图3)显示研究区以一等土壤(清洁)为主，面积为35.84 km2，占研究区总面积的97.14%；其次为二等土壤(轻微污染)，主要分布于研究区北部及南部羊河小学附近，面积为0.92 km2，占研究区评价总面积的2.49%；三等土壤(轻度污染)和四等土壤(中度污染)均零星分布，分别占研究区评价总面积的0.22%和0.15%，无五等土壤(重度污染)。

图3 研究区土壤环境质量地球化学综合等级图Fig. 3 Comprehensive geochemical grade map of soil environmental quality in the study area

土地重金属污染可能导致农作物减产甚至绝收[17]。土壤重金属可以通过食物链被生物富集。由于土壤重金属污染具有隐蔽性和生态危害滞后性，土壤重金属污染往往不能及时引起重视，只有在发生了严重污染事件之后，人们才认识到重金属污染的危害[18-19]。通过此次研究，发现研究区土壤环境地球化学综合等级较好，这种优质的土地资源能为该地区大力发展绿色农业奠定土地资源基础。通过评价为该区绿色无公害农产品种植区划及产业规划提供了较好的依据。

4.3 土地质量地球化学评价及空间分布

将土壤养分地球化学综合等级与土壤环境地球化学综合等级叠加，形成土壤质量地球化学综合等级如图4所示。

图4 研究区土壤质量地球化学综合等级图Fig. 4 Soil quality geochemical grade map of the study area

由图4可知，研究区以二等土壤(良好)为主，主要分布于研究区南部、中东部及西北部，面积为24.67 km2，占研究区评价总面积的66.87%；其次为一等土壤(优质)，主要分布于研究区东北部余家花屋、中东部来榜镇周边及南部羊河小学附近，面积为6.85 km2，占研究区评价总面积的18.57%；三等土壤(中等)分布较分散，面积为4.6 km2，占研究区评价总面积的12.48%；四等土壤(差等)主要分布于沙尖西，面积为0.72 km2，占研究区评价总面积的1.94%；五等土壤(劣等)零星分布，仅占研究区评价总面积的0.14%。研究区土壤质量地球化学综合等级评价总体较好，大部分地区区域均为优质-中等土壤，差等土壤区和劣等土壤区零星分布。

通过评价，本次采集的10件灌溉水样品中各元素含量均远低于《GB 5084-2005 农田灌溉水质标准》[20]，如As、Pb、Zn、Cu、Cr6+等元素最大值分别为1.55 ug/L、1.23 ug/L、18.91 ug/L、2.02 ug/L、20.1 ug/L，其单指标环境地球化学等级均为一等灌溉水，表示灌溉水环境质量均符合标准。灌溉水综合环境地球化学等级为一等，表明研究区灌溉水水质优良。研究区为大别山区，本次工作未采集大气干湿沉降样品。在土壤质量地球化学综合等级划分的基础上，叠加灌溉水环境地球化学综合等级，形成了土地质量地球化学等级[14]，其评价结果及空间分布情况与土壤质量地球化学综合等级结果一致。

4.4 硒丰缺评价

硒(Se)是人体必须的生命和健康元素，能提高人体免疫、促进淋巴细胞的增殖及抗体和免疫球蛋白的合成，增强免疫力，对肿瘤亦有明显的抑制作用，缺Se则可能导致多种人畜疾病。富Se土壤已成为我国最为宝贵的土地资源，具有广阔的开发应用前景，因此，对土壤富Se程度及富Se成因研究是非常有必要的[5-6]。

依据土壤养分元素Se等级划分标准[14]，对研究区内土壤Se进行丰缺评价(图5)。研究表明，研究区土壤Se丰缺状况以边缘为主，面积为26.69 km2，占研究区评价总面积的72.35%；Se适量土壤主要分布于西北角茶山一带及东南部黄花村周边地区，面积为8.09 km2，占研究区评价总面积的21.93%；较富(高)Se土壤零星分布在羊河小学、杨家屋、来榜镇西北角，仅占研究区评价总面积的0.58%。无Se过剩土壤分布。综上可知，研究区内土壤Se含量较缺乏。研究区位于大别山超高压变质岩分布区，主要岩性为片麻岩，绝大多数表层土壤样品达不到富Se土壤标准[21]，但区内采集的25组岳西翠兰茶叶中有22组，即88%的样品达到了富Se茶标准[22]，反映区内具有种植富硒茶的潜力。对研究区茶叶Se与土壤Se、土壤有效Se进行了相关分析[23]，茶叶Se与根系土Se全量相关系数为-0.61，呈显著负相关，与土壤有效Se相关性不明显，说明研究区岳西翠兰土壤缺硒不是茶叶富硒的主要因素，可能是岳西翠兰茶树属于对硒富集能力较强的植物，采集样品的茶树均生长周期较长，茶树对Se产生了一定的累积效应。另外，茶叶所施的肥料中可能含有一定的硒，本次工作未对富硒茶树所施肥料进行检测。

图5 研究区土壤Se元素丰缺现状Fig. 5 Current status of soil selenium deficiency in the study area

5 结论

(1)岳西县来榜地区土壤养分地球化学综合等级总体以三等(中等)和二等(较丰富)土壤为主，中等以上土壤占研究区评价总面积的88.05%。土壤环境地球化学综合等级评价以一等(清洁)土壤为主，占研究区评价总面积的97.14%，具有发展绿色农业的潜力。土壤质量地球化学综合等级评价总体较好，大部分地区为优质—良好区。

(2)岳西县来榜地区灌溉水样品单指标及综合环境地球化学等级均为一等灌溉水，灌溉水水质优良。土地质量地球化学等级评价结果与土壤质量地球化学综合等级结果一致。

(3)岳西县来榜地区土壤Se较缺乏，但88%的岳西翠兰茶叶达到了富Se茶标准，翠兰茶叶富Se的具体成因有待进一步研究。