武汉长江新城地区土地质量地球化学评价

吕 星， 朱传伟， 王 倓， 肖明宏， 张 号

(湖北煤炭地质勘查院，武汉 430070)

0 引言

武汉预将“长江新城”建为一项百年亮点工程，力争打造成体现武汉特色、具有武汉影响力的生态绿城、国际友城、创富名城[1-4]。“长江新城”区广泛分布农业耕作用地及工矿企业，生产生活垃圾堆放较随意，农药、化肥肆意使用，而土壤酸化程度与长期大量使用化肥有关[5-7]，生产生活垃圾产生的重金属在土壤中难以降解且能够转移到农作物中，会威胁到农产品的安全性[8-10]。采用土地质量地球化学综合研究与评价的方法，可获取土地资源的必要信息，为综合评价土地质量提供广泛的数据基础，对富硒土壤资源及富硒农产品开发具有指导作用[11-16]，对实现可持续土地利用规划，提高土地的利用效益具有重要的现实意义[17-18]。以1∶2.5万土壤地球化学调查数据为基础，以第二次土地调查形成的土地利用现状图斑为评价单元，开展土壤质量的地球化学评价，辅以灌溉水体质量研究，以实现对研究区土地质量的地球化学评价，为长江新城污染防治和土地的规划利用提供依据。

1 研究区概况

研究区位于武汉中北部谌家矶-武湖-阳逻区块，南以长江为界，西至滠水河，北至318国道，东至倒水河，总面积约550km2。长江新城总体地貌为平原湖区，包括湖积、冲积、冲湖积平原及侵蚀剥蚀低丘陵、侵蚀剥蚀高丘陵区单元。土壤类型主要包括灰潮土、黄棕壤和水稻土。研究区大部分为第四系覆盖，仅零星分布白垩系—古近系公安寨组(K2E1g)粉砂岩及少量南华系双台组(Nh1s)白云钠长片岩；岩浆岩相对不发育，仅钻探工程在西南角白垩系—古近系公安寨组中揭露一定规模玄武岩(图1)。

1.第四系走马岭组湖积；2.第四系走马岭组湖冲积；3.第四系走马岭组冲积；4.第四系下蜀组冲积；5.第四系王家店组洪冲积；6.第四系阳逻组冲积；7.白垩系—古近系公安寨组；8.南华系双台组；9.推测断裂；10.实测活动逆断层；11.实测活动正断层；12.水域

2 样品采集及分析方法

2.1 样品采集

数据基于武汉市多要素城市地质调查示范项目中的1∶2.5万土壤地球化学调查，项目野外工作时间为2019年7—11月。研究区共采集土壤样品9 904件。本次选择区内表层土壤的重金属元素和养分元素等指标进行土地质量地球化学评价。采用网格化加图斑方法布点，采样密度约16点/km2，主要样品主要采集于农田、鱼塘、水浇地、林地等，一般由4～6个子样等量混合而成。

2.2 分析方法

本次评价依据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T0295—2016)[19]，测试指标N、P、K2O、有机质(Corg)等营养元素，As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg等重金属元素，在湖北省地质实验测试中心及江苏地质矿产设计研究院完成测试，用国家一级标准物质(GBW系列)方法进行检验。

2.3 赋值方法

以第二次土地调查形成的土地利用现状图斑为基本评价单元。当图斑中有两个及以上的样品数据时，用平均值作为评价单元的指标赋值。当图斑中没有样品数据时，采用克里格插值法进行赋值。

3 土壤地球化学等级划分标准、地球化学评价及空间分布

3.1 土壤养分地球化学等级划分及空间分布

养分划分标准采用《土地质量地球化学评价规范》分级标准[19]。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)计算土壤养分综合评价等级，共划分为5个等级。

(1)

式中：f养综为评价总分；ki为权重系数，N、P、K分别为0.4、0.4和0.2；fi分别为N、P、K的单元素等级得分，由低到高分为5级。

按照以上评价方法，研究区总体土壤养分表现为较缺乏：土壤养分必需主量元素N、P、K主要为中等(三等)，面积为214.00km2，占总面积的38.79%，广泛分布于全区；其次为较丰富及较缺乏，面积分别为154.92km2及142.35km2，占总面积的28.08%及25.80%；丰富及缺乏面积较小；中等及以下共占研究区面积的68.62%。土壤养分丰富—较丰富分布于长提村-康乐村附近，其它地区土壤养分广泛为中等—较缺乏，北部耕地广泛分布的区域更为中等—缺乏(图2)。建议进行精准施肥及施用生石灰及有机肥等土壤改良措施。

图2 土壤养分综合评价

3.2 土壤有益元素Se地球化学等级划分及空间分布

硒是人体必需的一种微量元素，具有抗氧化、抗癌，增强免疫力的作用，能够调节多种维生素的吸收[20]。根据《土地质量地球化学评价规范》分级标准，Se元素在0.4mg/kg以上含量为高—过剩，低于0.175mg/kg为边缘—缺乏。调查区土壤Se元素含量普遍为适量，占比83.61%；边缘及缺乏主要分布于调查区东部及北部，且多为耕地；仅汤湖附近高车分场0.20km2为过剩；武湖、柴泊湖、朱家湖等湖泊区域及前川街道、谌家矶街道、阳逻街道等建筑区等含量较高，占比8.21%(图3)；大量耕地普遍仅为缺乏—适量，湖泊及建筑区含量为高，反映了人为活动对环境的影响，需要加强环境保护和环境监测。

图3 土壤有益元素Se综合评价

3.3 土壤环境质量地球化学等级划分及空间分布

本次评价参照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618—2018)[21]，环境风险筛选依据Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn八种元素。

调查区土壤整体较为清洁，无风险面积为499.77km2，占总面积的90.59%；风险可控总面积为51.86km2，占总面积的9.40%；风险较高总面积为0.01km2。Cd元素是造成调查区内土壤环境地球化学综合等级由无风险升为风险可控最大影响因素，从图4可以看出，除武湖、三里桥渔场等湖泊或堰塘外，高Cd含量主要分布在二道河村—红联村一线。根据结果分析，本次土壤环境质量地球化学等级整体较好，土地资源优质，为大力发展绿色农业提供基础资源，建议在有限的耕地范围内发展无公害、绿色食品，杜绝新开污染型工厂企业。

图4 土壤环境综合评价

3.4 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是通过土壤养分地球化学综合等级叠加土壤环境地球化学等级综合形成。从总体评价情况来看(图5)，调查区土壤质量以良好及中等的二三等地为主，面积共计400.04km2，所占比例为72.52%；其次为优质(一等)，面积为129.45km2，占比23.47%；中等以上占比95.99%。空间分布上，优质—良好主要分布于研究区南部，尤其是康乐村—龙行天下工业园一带；中等—差等主要分布于研究区北部，劣等仅在汤湖附近高车分场有极少量分布。

图5 土壤质量综合评价

3.5 灌溉水环境地球化学等级划分及空间分布

本次灌溉水评价依据中华人民共和国《农田灌溉水质量标准》(GB5084—2005)[22]，以As、Cd、Cr6+、Cl-、F-、Hg、Pb、耗氧量等13种为评价指标。灌溉水评价单元为灌溉水样控制面积单元，划分灌溉水样控制面积单元以调查区水系分布状况为主，结合地形地貌和行政村分布确定。

研究区陆咀村、靠山村水库、桃山村灌溉水质为二等(不合格)，其余为一等(合格)，长江新城灌溉水一等(合格)比例约占95.31%，二等(不合格)比例约占4.69%；其中不合格中控制耕地面积为7.23km2。不合格主要集中在调查区东北部仓埠一带，水源附近分布大片耕地，未见工厂与垃圾堆积，考虑可能为施肥、农药以及使用农药瓶取水灌溉时，间接污染水体(图6)。

4 土地质量地球化学评价及空间分布

土地质量地球化学等级(图7)是在土壤质量地球化学综合等级(图5)基础上，叠加灌溉水(图6)及大气环境地球化学综合等级而综合形成[23-24]。

图6 灌溉水综合评价

图7 土地质量综合分级评价

从总体评价情况来看，调查区土地质量与土壤质量地球化学综合分级特征相似，以Ⅱ—Ⅲ级地为主，面积为400.01km2，所占比例为72.51%，其次为Ⅰ级，面积为129.45m2，所占比例为23.47%，Ⅲ级以上占比95.98%。Ⅰ—Ⅱ级主要分布于康乐村—龙行天下工业园一带；Ⅲ级遍布全区，Ⅴ级仅在汤湖附近高车分场有少量分布。

5 结论

1)长江新城土壤养分总体表现为较缺乏，土壤环境质量处于较清洁水平，土壤质量地球化学综合等级总体处于良好及中等水平，为发展绿色农业提供了基础资源。

2)长江新城土壤中Se元素总体为适量，耕地中Se元素含量总体为缺乏—适量；湖泊和建筑区中Se元素相对富集，整体反映人类活动对环境产生一定程度的影响，需要适当的加强环境监测和保护。

3)长江新城整体为一等灌溉水，少量为二等(不合格)灌溉水，综合评价长江新城土地质量综合等级，以Ⅱ—Ⅲ级地为主，与土壤质量地球化学综合等级结果基本一致。