洪湖市土地质量地球化学评估

郑雄伟 王珊 洪波 孙为国 张元培 罗军强 徐景银 吴颖 郑国权 胡青

摘要：基于洪湖市土地质量的调查成果数据，建立了由土壤养分指标和环境指标组成的评价体系，根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）对洪湖市峰口镇、万全镇进行了土地质量地球化学评价及空间分布研究。将评价区土壤分为优质、良好、中等、差等、劣等5个级别。结果表明，评价区土地质量状况整体良好，优质和良好以上等级土地占评价区的80.91%，其中优质级土地占54.01%。

关键词：土地质量;地球化学评价;综合分等;洪湖市

中图分类号：X825;X171.1

文献标识码：A

文章编号：0439-8114（ 2020）12-0056-05

DOI：10.1408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.12.011

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

农业生产的基本资源是作为植物根基与养分供给的土壤。土地质量地球化学评估是基于收集评价区地质背景、土壤类型、土地利用现状等基础资料及以往生态地球化学调查成果的基础上，有针对性地开展该层次评价指标的筛选、权重系数的确定等关键工作，使得最终划分的地球化学等级能够客观反映研究区土壤养分质量、土壤环境质量、大气质量、地表水质量等现状水平。最终通过野外实地观察地质背景、土壤类型、土壤质地、土地利用、种植类型、农作物品质等方面来实现土地质量地球化学等级的校验[1，2]。全国范围内多省取得了大量的土地质量地球化学评价的研究成果[3-7]。本研究选择洪湖市西北部地区的峰口镇和万全镇开展1：50 000土地质量地球化学评估，可以基本查明区内的绿色土地，掌握优质的土地资源，以期为发展特色优质农产品、土地资源的质量管护提供重要依据。

1 调查区域基本概况

洪湖市地跨东经113°07'-114°05'，北纬29°39'-30°12'，位于湖北省中南部，长江中游北岸，江汉平原东南端。东南濒长江，与嘉鱼县、赤壁市及湖南省临湘市隔江相望;西与监利县接壤;北依东荆河，与汉南区、仙桃市相邻。调查区面积302 km2，包含2个镇，峰口镇面积134 km2，万全镇面积168 km2，地貌类型为冲积平原，位于扬子准地台沔阳凹陷（Ⅱ2 1-7），调查区内第四系全新统分布广泛，按成因类型划分为冲积、湖冲积和沼泽沉积3种类型，见图1。土壤类型以水稻土和潮土土类为主，pH介于4.7- 8.5，有机质及营养元素含量较高，土壤肥力高，土壤养分含量丰富。土地利用类型多样，利用方式主要以耕地和水域及水利设施用地为主，按照土地利用现状分类标准（ GB/T 21010-2007），其中，耕地面积183.00 km2，占60.60%;水域及水利设施用地面积79.80 km2，占26.42%;园地面积0.11 km2，占0.04%;林地面积4.10 km2，占1.36%。

2 样品采集与分析测试

评估以表层土壤样品调查为主，以灌溉水、大气降尘（水）样品调查为辅。表层土壤采样密度5.02个点/km2，采集样品1 545件;灌溉水采样密度1个点/16 km2，采集样品20件;大气降尘、降水样品各24件。样品分析测试工作由湖北省地质实验测试中心完成，土壤样品分析了Se、I、F、Cd、Pb、Hg、As、Cr、Cu、Zn、N、P、S、CI、B、Mo、Mn、Co、Ni、Sr、Ce、K20、Na2O、Ca0、Mg0、Fe203、Si02、A1203及TOC、pH等30项指标;灌溉水样品分析了As、Mo、Se、Cr+6、K、N、Ba、Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、Mn、Fe、P及pH、硫酸盐、氯化物、氟化物、硝酸盐、高锰酸钾指数、总硬度、溶解性总固体等23项指标;降尘样品分析了Cd、Hg、As、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni、Se等9项指标;降水样品分析了As、Mo、Se、Cr+6、K、N、Ba、Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、Mn、Fe、P及pH、硫酸盐、氯化物、氟化物、硝酸盐、高锰酸钾指数、总硬度、溶解性总固体等23项指标。采用国家一级土壤标准物质（GBW系列）进行监控，分析过程严格按照《多目标区域地球化学调查规范》（ DD2005-01）要求进行，分析结果通过中国地质调查局验收，能够完全满足市县级土地质量地球化学评估要求。

3 评价方法

3.1 土壤养分地球化学指标的筛选

就土地在生活和农业生产中的主要功能而言，体现其质量优劣的主要内部因素是养分因素和环境因素，在土地质量评价中它们被视为影响土地质量的第一评估指标层。土壤研究成果表明，第一评估层中的养分指标层主要由必需大量元素指标层（N、P、K、S、Ca、Mg、有机碳）、必需微量元素指标层（Fe、Mo、B、Zn、Cu、Mn、CI）和有益元素指标层（Si、Co、Ni、Na、Ce、Sr、F、I、Se）组成;环境健康指标层主要由重金属有害元素指标层（Hg、Cd、As、Pb、Cr）以及土壤理化指标（pH）组成[8-14]。

由于各指标元素在土壤中存在着分布特征、富集程度及贡献率权重上的差异，因此在对区域性土地质量评价时，评估指标的确定尤为重要。本次土壤质量地球化学评价指标筛选范围见表1，共涉及29项指标。在此特别说明一下，由于铝并非植物必需元素，且在植物体内移动性很小;土壤中的铝大部分以固定态铝的形式存在，对植物和环境没有毒害作用，只有离子态铝才对其产生影响，因此在本研究中不作为参评指标。

3.2 土壤养分地球化学等级划分

按照各省（市、区）的土壤养分分级标准，进行土壤单指标养分地球化学等级划分。在氮、磷、钾土壤单指标养分地球化学等级划分基础上，按照公式计算土壤养分地球化学综合得分f 养综=∑ ，ki .fi，式中，厂养综为土壤N、P、K评价总得分，1≤养综≤5，ki為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。5等、4等、3等、2等、1等所对应的fi得分分别为1、2、3、4、5分。土壤养分地球化学评价等级划分为5个等级，f养综≥4.5，I级，丰富;4.5<厂养综≤3.5，Ⅱ级，较丰富;3.5

3.3 土壤环境地球化学等级划分

计算土壤污染物i的单项污染指数Pi=Ci/Si，式中，Ci为土壤中i指标的实测浓度;S为污染物i在GB15618-2008中给出的二级标准值。按照表2所示的土壤单项污染指数环境地球化学等级划分界限值，分别进行1：50 000的单指标土壤环境地球化学等级划分。综合评价等级按照污染最重因子的等级进行划分。

在单指标土壤环境地球化学等级划分基础上，每个评价单元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。按照土壤酸碱度分级标准：<5.0，强酸性;[5.0，6.5]，酸性;（6.5，7.5]，中性;（7.5，8.5]，碱性;>8.5，强碱性，进行1：50 000的土壤酸碱度地球化学等级划分。pH对土壤环境的影响主要表现在不同的pH会影响到土壤中重金属的活性，从而影响到土壤重金属含量超标的临界值，不同的pH对应的土壤环境质量Ⅱ级标准值参考CB15618-2008。

4 评价结果

4.1 土壤养分地球化学综合等级划分及空间分布

根据土壤养分元素分级统计结果（表3），对研究区分布土壤养分综合评定，在全区农业种植、水产养殖239.34 km2的土壤分布区内，区内土壤养分达到丰富I级水平的土壤分布区面积为7.90 km2，占耕种、养殖总面积的3.30%，其主要分布在峰口镇潭洲村、东晓村、范湖村、林沟村等地，万全镇的全丰村、洪春村、中岭村、陆潭村、南岭村、北岭村等地。土壤养分属Ⅱ级较丰富的土壤分布区面积为160.88 km2，占耕种、养殖总面积的67.22%，主要位于峰口镇的北部地区，万全镇的东北部和西南部。土壤养分属中等Ⅲ级区的面积为66.93 km2，占耕种、养殖总面积的27.96%，其相对集中分布于峰口镇的童岭村、直岭村、四墩村、麻壕村、大公村等地，万全镇的全丰村、洪春村、中岭村、陆潭村、南岭村、北岭村等地。区内Ⅳ级养分较缺乏分布区的范围相对较小，其面积仅为3.63 km2，占耕种、养殖总面积的1.52%，在全区呈零散状局部分布（图2）。412土壤环境地球化学综合等级划分及空间分布

通过全区1：50 000土壤地球化学调查，共获取了1 545件表层土壤30个指标的含量数据，依据土壤环境质量评价指标，选定主要重金属元素Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni 8项指标作为评价对象对评价区土壤质量进行判别评估。

通过对各环境指标进行综合参数计算，获得土地质量评估有害重金属元素分等图，根据相应标准对研究区土壤重金属有害元素进行分级，统计结果如表4所示，土壤中Hg、Pb、Cr、Zn元素在研究区无污染，全部为一级区;土壤中As、Cu、Ni全部为一级和二级，局部小面积轻微污染，As和Cu -级面积占99%以上，Ni -级面积占90%以上;土壤中Cd以一级、二级为主，三级区仅占0.17%，局部小面积轻度污染。各重金属元素均无四级和五级污染。

土壤环境质量综合等级划分结果（图3）显示，区内达清洁一级等级标准的分布区面积为197.26km2，占可利用土地面积的82.42%;轻微清洁、轻度污染（二级、三级）分布区的面积为42.08 km2，占可利用土地面积的17.58%，其主要分布在峰口镇范湖村、破岭村、土京村、红花村、童岭村、双丰村以及万全镇洪中村、晓河村、汪庙村、六垸村、万电村的少数地块中。不存在中度、重度污染（四级、五级）分布区。

4.3 土壤质量地球化学综合等级划分及空间分布

土壤质量地球化学综合等级由研究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。土壤质量地球化学综合等级的表达如表5所示。其中，一等为优质，表明土壤环境清洁，土壤养分丰富至较丰富;二等为良好，表明土壤环境清洁，土壤养分中等;三等为中等，表明土壤环境清洁，土壤养分较缺乏或土壤环境较轻微污染，土壤养分丰富至较缺乏;四等为差等，表明土壤环境清洁或轻微污染，土壤养分缺乏或土壤环境轻度污染，土壤养分丰富至缺乏或土壤盐渍化等级为强度;五等为劣等，土壤环境中度或重度污染，土壤养分丰富至缺乏或土壤盐渍化等级为盐土。

由图4、表6可见，研究区总体上土壤质量较好。其中，未发现有土壤质量属五等劣质的土壤分布区的存在;土壤质量属一、二等优质、良好的土壤分布区合计面积达193.63 km2，占可利用土地面积的80.91%;三、四等中等、差等级别的土壤分布累计面积为45.71 km2，占可利用土地面积的19.09%，其主要分布于峰口镇万宝村一万全镇张当村一六垸村一马鞍村地带及峰口镇河咀村、童岭村、双丰村、继美村、红花村及万全镇徐桥村、万电村、洪中村、杨榨村、全丰村、永丰村等地局部区域。

4.4 灌溉水质量和大气降尘（水）地球化学综合等级划分

根据测试分析数据，参照《土地质量地球化学评价规范（ DZ/T 0295-2016）》对大气质量和灌溉水质量进行评价，可以发现研究区的灌溉水质量综合等级全部达到一等合格标准，大气综合质量全部为一等优质大气质量环境区[15，16]。

5 小结

本次评价结果表明，洪湖市峰口镇和万全镇土地质量状况整体良好，优质和良好以上等级土地占评价区的80.91%，优势农作物有水稻、玉米、油菜和小麦等。本次的评估工作中，不仅考虑了土壤养分指标和环境健康指标，而且综合考虑了灌溉水质量、大气降尘等影响土地质量的重要因素，使评估成果更科学和符合实际。评估土壤养分状况时，土壤养分有效态含量更能反映土壤給植物提供养分和生产生物质的能力，今后的评估应注重考虑使评估结果更符合实际。致谢：感谢胡瑞春高工对文章的审阅。

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基金项目：湖北省“金土地”T程——高标准基本农田地球化学调查项目（洪土资函[2016118号）

作者简介：郑雄伟（1986-），男，湖北黄冈人，工程师，硕士，主要从事矿产勘查及农业地质调查工作，（电话）15927253436（电子信箱）493928635@qq.com;通信作者，王珊（1987-），女，助理工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作，（电子信箱）373805843@qq.com。