龐緒貴,陳鈺,劉漢棟,代杰瑞,董健,陳磊，李肖鵬

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟南 250013；2.山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

山東半島是我國最大的半島，山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)范圍包括山東全部海域和青島、東營、煙臺、濰坊、威海、日照6市及濱州市的無棣、沾化2個沿?？h所屬陸域，海域面積15.95萬km2，陸域面積6.4萬km2。地形地貌東部半島大部是起伏和緩、谷寬坡緩的波狀丘陵，為魯東丘陵區(qū)；北部是黃河沖積而成的平原，是華北平原的一部分，為魯西北平原區(qū)[1]。區(qū)內(nèi)土地利用類型齊全，涵蓋耕地、林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、園地等8個一級類，其中，耕地和林地是山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)土地利用的兩個主要類型，分別占土地總面積的80.43%和9.09%。耕地主要分布在河流的沖洪積平原、山前平原及廣大低丘陵區(qū)；林地主要分布于低山區(qū)、丘陵區(qū)及河漫灘地區(qū)；城鎮(zhèn)村及工礦用地居三，占2.76%，園地居四，占2.50%；其余4類土地僅占土地總面積的5.22%。區(qū)內(nèi)交通十分便利。

山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)是山東省經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)，近年來，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進程的快速發(fā)展，區(qū)內(nèi)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境不斷惡化，其中，土

壤環(huán)境污染和農(nóng)產(chǎn)品安全問題一直是制約山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)發(fā)展的重要問題，影響了區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品和居民健康安全，導致部分農(nóng)產(chǎn)品重金屬元素含量超標，破壞了人類賴以生存的環(huán)境，直接危及到人們的生活環(huán)境和身心健康，影響了地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)作物的生長與土壤中地球化學元素密切相關(guān)，開展山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)土壤地球化學調(diào)查，從土壤中地球化學元素分布入手，研究土壤中地球化學元素背景含量及有益和有害元素的遷移、轉(zhuǎn)化和富集規(guī)律，對山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)農(nóng)業(yè)布局與農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。

1 地質(zhì)背景與土壤

1.1 地質(zhì)背景

區(qū)內(nèi)以沂沭斷裂帶、郝官莊-山相家斷裂及即墨-牟平斷裂為界，跨2個Ⅰ級構(gòu)造單元，斷裂西北為華北陸塊，東南為蘇魯造山帶；以齊廣斷裂、沂沭斷裂帶、郝官莊-山相家斷裂及即墨-牟平斷裂為界，自西向東劃分為華北坳陷、魯西隆起、魯東隆起

和膠南-威海隆起4個Ⅱ級構(gòu)造單元[2]。區(qū)內(nèi)地層出露規(guī)模大，約占調(diào)查區(qū)總面積的70%，以中生界為主，次為新生界第四系，太古宇、元古宇及古生界少量出露。構(gòu)造處在華北陸塊和蘇魯造山帶接合帶，由于受板塊與板塊間的碰撞期后地質(zhì)作用影響，使早先形成的EW向展布的地質(zhì)體，沿著NE向斷裂左旋平移，使其區(qū)域構(gòu)造線整體呈NE向展布，區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造不明顯。巖漿巖分布廣，類型多，從元古宙、中生代到新生代都有巖漿活動蹤跡，其巖性從基性—中性—酸性—偏堿性均有分布，產(chǎn)狀有巖基、巖株、巖脈和潛火山巖等。

1.2 成土母質(zhì)及土壤

成土母質(zhì)又稱土壤母質(zhì)，是指地表巖石經(jīng)風化作用使巖石破碎形成的松散碎屑，物理性質(zhì)改變，形成疏松的風化物，是形成土壤的基本的原始物質(zhì)，是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和植物礦物養(yǎng)分元素的最初來源。因此，成土母質(zhì)對母巖有很好的繼承性。成土母質(zhì)又是形成土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，對于土壤的形成和發(fā)育具有重要的意義，在一定的生物、氣候條件下，成土母質(zhì)的差異性往往成為土壤分異的主要因素。按巖石的地質(zhì)成因及沉積形成，調(diào)查區(qū)成土母質(zhì)可分為殘坡積物母質(zhì)、洪沖積物母質(zhì)、沖積物母質(zhì)、湖積物母質(zhì)、海相沉積物母質(zhì)、風積物母質(zhì)等類型。

據(jù)山東省第二次土壤普查制定的土壤分類方案，區(qū)內(nèi)土壤分棕壤、褐土、風沙土、火山灰土、石質(zhì)土、粗骨土、砂漿黑土、山地草甸土、潮土、鹽土、濱海鹽土、水稻土等。依其各自的發(fā)育程度、附加成土過程和土壤屬性，可進一步分為棕壤、白漿化棕壤、潮棕壤、棕壤性土、褐土、石灰性褐土、溶淋褐土、潮褐土、褐土性土、草甸風沙土、火山灰土、酸性石質(zhì)土、中性石質(zhì)土、鈣質(zhì)石質(zhì)土、中性粗骨土、酸性粗骨土、鈣質(zhì)粗骨土、砂漿黑土、石灰性砂漿黑土、山地草甸土、潮土、脫潮土、濕潮土、鹽化潮土、堿化鹽土、濱海鹽土、濱海潮灘鹽土、淹育水稻土等28個亞類[3]。

2 樣品的采集與測試

2.1 樣品采集

樣品采集包括表層和深層土壤，樣點布設(shè)采用網(wǎng)格法，布置在農(nóng)用大田、菜地、果園、林地等，避開人為污染和搬運的堆積土，使組合的分析樣能反映采樣單元主要土壤地球化學特征的前提下，采樣點盡可能布設(shè)在了采樣單元格中央。野外采樣前在室內(nèi)把采樣點標繪在1∶5萬地形圖上，使用便攜式GPS并結(jié)合地形圖定點，表層樣由多個子樣組成，GPS定點標繪在中心子樣點的位置，深層樣采集一個子樣，每一采樣點都用噴漆在明顯的固定物上作了固定標記。表層土壤樣品采樣密度為1點/km2，采樣深度0～20cm；深層土壤樣品采樣密度為1點/4km2，采樣深度一般達到150～200cm，在低山丘陵區(qū)采樣深度150cm以下。采集的土壤樣品過20目篩，并按4個相鄰網(wǎng)格樣品組合成一件樣品進行分析，表層土壤組合樣為1件/4km2，深層土壤組合樣為1件/16km2，組合樣送樣重量為200g[4]。

2.2 測試元素與指標

表層、深層土壤測量元素或指標依據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標準《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范(1∶25萬)》的規(guī)定，分析測試Ag，As，Au，B，Ba，Be，Bi，Br，C，Cd，Ce，Cl，Co，Cr，Cu，F(xiàn)，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，F(xiàn)e2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O，Corg，pH值等54項指標[5]。樣品測試單位為武漢綜合巖礦測試中心。

2．3 測試質(zhì)量評述

表層和深層土壤分析平均報出率為99.98%，單項指標報出率均大于97%，單項指標報出率(規(guī)定不低于90%)和平均報出率(規(guī)定不低于98%)均達到了規(guī)范要求。分析的準確度(△lgC)和精密度(λ)是用國家一級標準物質(zhì)(GBW)進行檢驗。每批樣品(43件)中插入8件標準物質(zhì)，用其標準物質(zhì)的標準值來衡量分析方法的精密度和準確度。經(jīng)統(tǒng)計土壤元素分析準確度(△lgC)最大0.10，精密度(λ)最大0.15，符合規(guī)范要求ΔlgC≤0.10，λ≤0.17的要求，合格率為100%。每批樣品(43件)中插入1件重復樣，2件重復分析樣，以檢驗重復分析質(zhì)量，計算原始分析與重復檢驗數(shù)據(jù)之間相對偏差(RD)：RD=[|A-B|/2(A+B)]×100%，RD≤40%為合格，經(jīng)統(tǒng)計重復分析合格率除Au元素為86.7%(規(guī)范要求Au元素大于85%)外，其他元素均大于95%，符合規(guī)范要求。樣品測試結(jié)果由中國地質(zhì)調(diào)查局區(qū)域地球化學分析質(zhì)量監(jiān)督檢查組進行了驗收，評定為優(yōu)秀。以上結(jié)果說明土壤樣品分析結(jié)果達到了《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范(1∶25萬)》中對樣品測試質(zhì)量的要求。

2．4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

對取得的表層土壤、深層土壤全量54元素或指標分析數(shù)據(jù)進行整理，分離出采樣點數(shù)據(jù)、重復樣數(shù)據(jù)和質(zhì)量監(jiān)控樣數(shù)據(jù)，再對每個采樣點賦以高斯-克呂格坐標，形成全區(qū)的地球化學數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換成全區(qū)單元素或指標地球化學網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。利用MapGIS等軟件進行空間分析，進一步為每個點賦以行政區(qū)劃等屬性，進行地球化學參數(shù)統(tǒng)計分析。

全區(qū)統(tǒng)計采用Excel電子表格工具欄內(nèi)的數(shù)據(jù)分析功能，運用各參數(shù)計算方法進行統(tǒng)計。不同單元統(tǒng)計，首先編制各統(tǒng)計單元分布圖，應用MapGIS空間分析功能，分別按照單元區(qū)域范圍提取需進行統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，建立單元子區(qū)文件，分別進行參數(shù)統(tǒng)計。地球化學參數(shù)統(tǒng)計內(nèi)容包括：樣品數(shù)、最小值、最大值、中位數(shù)、算術(shù)平均值、幾何平均值、標準離差、變異系數(shù)、異常下限等。

3 主要成果

土壤地球化學基準值和背景值是土壤地球化學調(diào)查研究的基礎(chǔ)參數(shù)，它們分別代表了不同環(huán)境土壤中元素含量水平和變化規(guī)律[6-10]。表層、深層土壤是在同一成土母質(zhì)基礎(chǔ)上發(fā)育而成，土壤地球化學含量特征具一致性，但表層土壤在成土過程中，受自然風化淋濾作用和人為擾動如后期工業(yè)“三廢”、增施肥料、污灌和農(nóng)藥等因素影響，使其含量特征產(chǎn)生明顯差異[11-14]。

3．1 土壤地球化學基準值

土壤地球化學基準值是指未受到人類活動影響和環(huán)境污染的原始自然狀態(tài)條件下各類成土母質(zhì)的元素地球化學豐度，其控制因素主要是地質(zhì)背景、沉積物來源和類型，以及地貌氣候條件等。山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)深層土壤基準值是指以深層(采樣深度150～200cm)土壤地球化學元素分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按統(tǒng)計單元剔除離群數(shù)值后所獲得的土壤元素含量平均值(表1)。

(1)與全國土壤豐度值[15]對比(收集到13項指標)，區(qū)內(nèi)深層土壤大部分指標基準值與全國土壤豐度值相當，偏低的元素有Cu，V，Pb，Co，明顯低的元素有Hg，Se，As，Zn。這說明區(qū)域原始土壤中Hg，Pb等元素環(huán)境質(zhì)量較好，但同時說明Cu，Co，Zn，Se等微量營養(yǎng)元素總量不足，特別是Se僅為全國的40%，Zn僅為全國的77%，這些營養(yǎng)元素在土壤中原始儲備量的不足，是土壤出現(xiàn)缺素的主要原因，原始含量過低將影響農(nóng)作物質(zhì)量。

表1 山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)土壤地球化學基準值統(tǒng)計

注：深層土壤含量統(tǒng)計樣品數(shù)為：全區(qū)4761件、青島市749件、東營市482件、煙臺市916件、濰坊市1017件、日照市344件、威海市404件。含量單位Au為10-9；Al2O3，C，CaO，K2O，MgO，N，Na2O，OrgC，SiO2，TFe2O3為10-2；pH無量綱，其余為10-6。

(2)與山東省深層土壤元素含量平均值對比，區(qū)內(nèi)深層土壤中相對偏低的元素有Zn，Cu，Hg，Pb，Cr，V，Cd，Ni，其中Zn，Cu明顯偏低，分別是山東省土壤平均值的77%，78%；Co明顯高于山東省土壤平均值，為全省平均值的1.27倍，而Se，Mn，F(xiàn)，As與山東省土壤平均值基本接近。

(3)全區(qū)深層土壤中大部分元素含量分布均勻，變異系數(shù)多小于0.50，特別是SiO2，pH，Ge，Al2O3，Y，Nb，Rb，Ti，Tl，Be，Ga，K2O等變異系數(shù)小于0.25；而Ag，Au，Br，Cl，Hg，I，Mo，S，Sb等元素分布不均勻，變異系數(shù)大于0.75，特別是Au，Cl，Hg分布極不均勻，變異系數(shù)分別為2.88，2.83和2.41；可見，在深層土壤中，難遷移和強分散元素的空間變異性最弱，與金及多金屬成礦作用有關(guān)的Ag，Au，Hg，Mo，S，Sb和Cl，Br，I等鹵族元素空間變異性最強烈，深層土壤元素的這一分布特征與區(qū)內(nèi)金及多金屬礦廣泛分布和地處沿海一帶相對應。

(4)為便于土壤環(huán)境等相關(guān)方面研究對基礎(chǔ)資料的需要，統(tǒng)計了區(qū)內(nèi)青島、東營等6個市的土壤地球化學基準值，以供相關(guān)人員查閱。從統(tǒng)計結(jié)果可以看出，各市絕大部分元素基準值相對穩(wěn)定，與全區(qū)基準值基本一致。僅As，B，Ba，Br，C，Cd，Cl，P，S，MgO，CaO，Corg指標在各地市變化較大；As，B，Br，C，Cd，Cl，P，S，MgO，CaO指標東營市含量最高，Ba元素威海市含量最高，Corg日照市含量最高；As，B，Cd，MgO等指標威海市含量最低，Br，Cl，S等指標日照市含量最低，Ba，Corg等2指標威海市含量最低，C，P元素煙臺市含量最低，CaO青島市含量最低；上述基準值的變化較客觀地反映了區(qū)內(nèi)深層土壤各指標的地球化學變化，各行政區(qū)不同元素的土壤地球化學基準值主要受地質(zhì)背景控制。

(5)深層土壤中pH平均值為7.79，呈弱堿性，尚未受到土壤酸化的影響。但從各市分析其變化也有不同，東營市、濰坊市、青島市深層土壤pH值分別為8.62，8.27和7.54呈堿性，其他市深層土壤pH值在6.75～7.25之間，呈中性。

3．2 土壤地球化學背景值

土壤地球化學背景值是指在未受或少受人類活動影響的土壤中元素的含量。由于人類活動的長期積累和現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，使自然環(huán)境的化學成分和含量水平發(fā)生了明顯的變化，絕對未受污染的土壤環(huán)境是不存在的，因此土壤地球化學背景值實際上是一個相對概念。山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)表層土壤背景值是指以表層(采樣深度0～20cm)土壤地球化學元素分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按統(tǒng)計單元剔除離群數(shù)值后所獲得的土壤元素含量平均值(表2)。

(1)與全國表層土壤豐度值[16]對比(收集到46項指標)，區(qū)內(nèi)表層土壤大部分指標背景值與全國土壤豐度值相當；Cd，CaO，Sr，Ba，Na2O等指標明顯高于全國表層土壤豐度值，除Cd元素受后期人類活動疊加影響外，多數(shù)指標為地質(zhì)背景偏高引起；明顯偏低的指標有Mo，OrgC，Hg，Ag，I，W，Sb，Se，Bi，U，As，Th，Ge，B等，其中Mo為全國土壤平均值的33.88%，OrgC為全國的41.44%，Se為全國的55.86%，說明土壤中營養(yǎng)有益元素的總量是相對缺乏的，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中應當注意。

(2)與山東省表層土壤含量平均值對比(收集到48項指標)，調(diào)查區(qū)內(nèi)表層土壤中大部分指標接近山東省土壤平均值；Mo，Ag，W，I，Sb，Bi，Ge等元素明顯低于山東省土壤平均值，其中Mo元素僅為山東省土壤平均值的50%；Se，Sr，N，OrgC，Ba，Cd，Hg，TFe2O3，P等指標則明顯高于山東省土壤平均值，其中重金屬元素Hg，Cd含量分別為全省土壤平均值的1.53，1.41倍，其污染程度高于全省其他地區(qū)，與區(qū)內(nèi)金與多金屬礦開采有一定關(guān)系。

(3)區(qū)內(nèi)表層土壤中大部分元素含量分布均勻，變異系數(shù)多小于0.50，特別是Be，Ga，Ge，Nb，Rb，Ti，Tl，Y，Al2O3，K2O，SiO2，pH等指標變異系數(shù)小于0.25；而Ag，Au，Br，Cd，Cl，Hg，S等元素分布不均勻，變異系數(shù)大于0.75，特別是Au，Cl，Hg，S4元素分布極不均勻，變異系數(shù)分別為3.14，3.16，4.73和3.88；可見，表層土壤與深層土壤元素分布具有相似性，說明表層土壤在風化過程中有一定的繼承性，難遷移和強分散元素的空間變異性最弱，只是與金成礦作用有關(guān)的Au，Hg，S等元素和鹵族元素Cl空間變異性更強烈。

(4)為便于土壤環(huán)境等相關(guān)方面研究對基礎(chǔ)資料的需要，統(tǒng)計了區(qū)內(nèi)的青島、東營等市的土壤地球化學背景值，以供相關(guān)人員查閱。從統(tǒng)計結(jié)果可以看出，各市絕大部分元素背景值相對穩(wěn)定，與全區(qū)背景值基本一致。僅As，Au，B，Ba，Br，C，Cl，I，Li，S，Sb，MgO，CaO等指標在各市含量變化較大；As，B，Br，C，Cl，Li，S，Sb，MgO，CaO等指標東營市含量最高，Ba，I等元素威海市含量最高，Au元素煙臺市含量最高；As，B，C，Li，S，Sb，MgO等指標威海市含量最低，Au，Br，Cl等指標日照市含量最低，Ba，I等元素威海市含量最低，CaO青島市含量最低；上述背景值的變化較客觀地反映了區(qū)內(nèi)表層土壤各指標的地球化學變化，各市不同元素的土壤地球化學背景值主要受地質(zhì)背景和后期人類活動等因素控制，如煙臺市金背景值高與金礦分布及采冶等有關(guān)。

表2 山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)土壤地球化學背景值統(tǒng)計

注：表層土壤含量統(tǒng)計樣品數(shù)為：全區(qū)18524件、青島市2910件、東營市1876件、煙臺市3536件、濰坊市3979件、日照市1338件、威海市1527件。Au含量為10-9，Al2O3，C，CaO，K2O，MgO，N，Na2O，OrgC，SiO2，TFe2O3含量為10-2，pH無量綱，其余為10-6。

(5)深層土壤中pH值平均值為7.79，而表層土壤中pH值平均值為7.08，最低為4.29，受后期人類活動疊加影響，表層土壤pH值有明顯的降低趨勢。對比各市表層土壤pH背景值可見，日照、威海、煙臺等市pH值背景值在6.03～6.45，呈弱酸性，青島市6.60，濰坊市7.43，呈中性，東營市8.26，呈弱堿性。

4 結(jié)論

通過對山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)土壤中元素地球化學基準值和背景值統(tǒng)計，認為區(qū)內(nèi)表層、深層土壤中除與金及多金屬成礦作用有關(guān)的Ag，Au，Hg，Mo，S，Sb等元素和Cl，Br，I等鹵族元素空間變異性大外，大部分元素分布均勻，且表層土壤與深層土壤元素分布具有相似性。對青島、東營、煙臺、濰坊、日照、威海等市的土壤地球化學基準值和背景值及其變化規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)6市絕大部分元素基準值和背景值相對穩(wěn)定，與半島藍色經(jīng)濟區(qū)基本一致，僅部分指標基準值和背景值變化較大；各市土壤地球化學基準值主要受地質(zhì)背景控制，而土壤地球化學背景值主要受地質(zhì)背景和后期人類活動等多層因素控制。深層土壤中pH值平均值為7.79，而表層土壤中pH值平均值為7.08，最低為4.29，受后期人類活動疊加影響，表層土壤pH值有明顯的降低趨勢。

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