龍宣霖，孔鵬飛，秦先進(jìn)，郭宇

（貴州省地礦局一0 二地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563003）

0 引言

貴州遵義松林黑色巖系巖區(qū)為華南下寒武統(tǒng)Ni-Mo 礦化帶中的典型礦床之一（周潔等，2008；羅泰義等，2003），其賦礦層位為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組底部黑色頁(yè)巖。前人報(bào)道了遵義松林Ni-Mo 礦區(qū)周?chē)寥乐杏卸驹兀∕o、Ni、As、Cd、Zn、Cu、Pb、V、Hg、Cr）的分布狀況及可能的環(huán)境影響（樊正烈，2010），然而，由于Ni-Mo 礦開(kāi)采過(guò)程中暴露在地表的富含多金屬尾礦和黑色頁(yè)巖圍巖碎石等在外界媒介（水、氣、熱等）作用下，有毒元素鎘、砷等活化浸出，遷移至松林地區(qū)土壤中，可能造成鎘、砷污染，其污染程度及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)亟待深入（李朝奎等，2010）。本項(xiàng)研究擬通過(guò)對(duì)遵義松林黑色巖系巖區(qū)土壤中元素的調(diào)查分析，查明該區(qū)土壤元素含量水平、分布及其環(huán)境質(zhì)量。同時(shí)評(píng)價(jià)土壤中鎘、砷污染狀況及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為確定遵義松林地區(qū)耕地土壤是否存在針對(duì)鎘、砷污染修復(fù)必要性提供初步的科學(xué)數(shù)據(jù)和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

松林地區(qū)隸屬于貴州省遵義市匯川區(qū)，位于匯川區(qū)西南部。位于貴州高原北部，北倚婁山、南瀕烏江，處于黔北山原向黔中丘原過(guò)渡地帶，地勢(shì)為西北向東南逐漸降低。松林地區(qū)氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，平均氣溫為14～15℃，年平均氣溫14.6℃。區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育，碳酸鹽巖類(lèi)占70%，地下河和出露的泉水點(diǎn)較多，全區(qū)出露地層由老到新為寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系與侏羅系。巖性主要為碳酸性巖與陸巖碎屑巖（圖1）。

2 樣品采集與分析測(cè)試

在遵義松林地區(qū)調(diào)查地類(lèi)分布范圍內(nèi)，按照4～16 個(gè)點(diǎn)/km2的原則共采集0～20 cm 表層土壤樣品405 件，無(wú)污染自動(dòng)風(fēng)干，過(guò)20 鉬孔徑篩，送貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室，將樣品加工至200 鉬孔徑篩，土壤樣品全量分析指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)、N、P、K、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Se、Ge、I、F、pH 值、As、Cd、Cr、Hg、Pb、Co、Ni、V、Tl，共計(jì)23 項(xiàng)。

圖1 松林地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

3 土壤地球化學(xué)特征

與全國(guó)土壤A 層背景值相比，松林地區(qū)表層土壤區(qū)域地球化學(xué)背景值只有K元素低于全國(guó)平均值，其余元素區(qū)域地球化學(xué)背景值均高于全國(guó)平均值（樊正烈，2010）。

通過(guò)不同元素或指標(biāo)變異系數(shù)的變化情況可知，區(qū)內(nèi)Ge、N、Zn、Ti、F、Pb、SOM 元素的變異系數(shù)分別為0.3、0.19、0.27，含量分布最均勻；其次為Cr、B、V、Se、Co、Cd、K2O、Mo、Ni 等元素，其變異系數(shù)在0.3～0.5，為弱離散類(lèi)；As、Cu、P、Hg、Mn、I、pH等元素其變異系數(shù)在0.5～1.0，為中離散類(lèi)。對(duì)pH值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，全地區(qū)pH 分布的中值為5.7，眾數(shù)為5.4，其土壤整體偏酸性，體現(xiàn)了區(qū)內(nèi)大面積分布的碳酸鹽巖分布區(qū)的強(qiáng)烈風(fēng)化淋漓作用下的酸化特性（表1）（周廣柱等，2005）。

表1 松林地區(qū)土壤全量地球化學(xué)參數(shù)表（n=405）

3.1 不同成土母巖土壤各元素特征

松林地區(qū)不同成土母巖土壤元素或指標(biāo)均值統(tǒng)計(jì)表（表2）顯示，地區(qū)內(nèi)成土母巖以碳酸鹽巖為主。其中，白云巖成土母巖區(qū)As、F、Hg、I、Mo、N、P、Pb、Ti、Zn 等元素均值相對(duì)較高；灰?guī)r成土母巖區(qū)Cd、Co、Cr、Cu、I、Mn、Ni、Se、SOM、V 等元素均值相對(duì)較高；泥巖成土母巖區(qū)B、Ge、K2O 等元素均值相對(duì)較高。白云巖成土母巖區(qū)Co、Cr、Cu、Ge、K2O、Ni、V 等元素均值相對(duì)較低；灰?guī)r成土母巖區(qū)B、N、Ti、Zn 等元素均值相對(duì)較低；頁(yè)巖成土母巖區(qū)As、Cd、F、Hg、I、Mn、Mo、P、Pb、Se、SOM 等元素均值相對(duì)較低。

表2 不同成土母巖土壤元素或指標(biāo)均值統(tǒng)計(jì)

3.2 不同土壤類(lèi)型元素特征

松林地區(qū)不同土壤類(lèi)型土壤元素或指標(biāo)均值統(tǒng)計(jì)表（表3）顯示，地區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型以黃壤為主，石灰土最少。其中，黃壤As、Cd、Co、Cr、Cu、Ge、Hg、I、Mn、Ni、P、Pb、pH、Se、V、Zn 等元素均值相對(duì)較高，B、F、Ge、K2O、Mo、N、SOM、Ti 等元素均值相對(duì)較低；水稻土B、F、Ge、K2O、Mo、N、SOM、Ti 等元素或指標(biāo)均值相對(duì)較高，As、Cd、Co、Cr、Cu、Ge、Hg、I、Mn、Ni、P、Pb、pH、Se、V、Zn 等元素均值相對(duì)較低。

表3 不同土壤類(lèi)型土壤元素或指標(biāo)均值統(tǒng)計(jì)

4 土壤中元素富集分析

4.1 部分養(yǎng)分元素局部富集

B 在泥巖、頁(yè)巖成土母巖分布區(qū)富集。Cu、Se、V 在二疊系泥巖、寒武系頁(yè)巖成土母巖分布區(qū)富集；Ge 在寒武系金頂山組明心寺組頁(yè)巖成土母巖分布區(qū)富集；Mo 在寒武系白云巖、震旦系燈影組白云巖成土母巖分布區(qū)富集；P 在震旦系燈影組白云巖成土母巖分布區(qū)富集。

4.2 部分環(huán)境元素局部富集

As、Pb 元素在寒武系婁山關(guān)組白云巖成土母巖分布區(qū)富集；Cd、Cr、Ni 元素在二疊系龍?zhí)督M泥巖、震旦系燈影組白云巖成土母巖分布區(qū)富集；Hg 元素主要在震旦系燈影組白云巖成土母巖分布區(qū)富集（何志祥等，2011；李勝榮和肖啟云，2002）。

通過(guò)土壤垂向剖面中的腐質(zhì)層、淋容層、淀積層、母質(zhì)層及成土母巖樣品分析測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析得知，元素在不同成土母巖區(qū)土壤垂向剖面中含量變化表現(xiàn)出與成土母巖較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性（圖2～3）（李有禹，1997；謝淑容等，2008）。

5 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

5.1 土壤養(yǎng)分質(zhì)量評(píng)價(jià)

查明松林地區(qū)土壤中單指標(biāo)養(yǎng)分元素等級(jí)，并根據(jù)氮（N）、磷（P）、鉀（K）含量對(duì)土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，松林地區(qū)土壤養(yǎng)分綜合質(zhì)量以二等（較豐富）為主；三等（中等）次之。一等（豐富）土壤面積0.22 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例2.72%；二等（較豐富）土壤面積6.85 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例84.1%；三等（中等）土壤面積1.02 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例12.59%；四等（較缺乏）土壤面積0.05 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例0.59%；全地區(qū)無(wú)五等（缺乏）土壤（表4）。

表4 不同養(yǎng)分質(zhì)量等級(jí)類(lèi)別土壤面積占比（%）

5.2 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

查明松林地區(qū)土壤酸堿度（pH）、砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、汞（Hg）、鎳（Ni）等元素單指標(biāo)土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)、多指標(biāo)環(huán)境質(zhì)量綜合等級(jí)分布情況（周廣桂等，2005）。松林地區(qū)土壤環(huán)境綜合等級(jí)以安全利用類(lèi)為主。優(yōu)先保護(hù)類(lèi)土壤面積3.25 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例8.33%；安全利用類(lèi)土壤面積35.58 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例91.18%；嚴(yán)格管控類(lèi)土壤面積0.19 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例0.5%（表5）。

圖2 SLPM1 土壤剖面圖

圖3 SLPM2 土壤剖面圖

表5 不同環(huán)境質(zhì)量等級(jí)類(lèi)別土壤面積占比（%）

5.3 土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

進(jìn)行了土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，初步查明松林地區(qū)土壤質(zhì)量綜合等級(jí)情況（圖4）。松林地區(qū)土壤質(zhì)量以三等（中等）為主。一等（優(yōu)質(zhì)）土壤面積1.7km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例4.36%；二等（良好）土壤面積1.38 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例3.53%；三等（中等）土壤面積35.75 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例91.62%；無(wú)四等（差等）土壤面；五等（劣等）土壤面積0.19 km2，約占松林地區(qū)土壤總面積比例0.5%（表6，表7）。

表6 不同微量元素等級(jí)類(lèi)別土壤面積占比（%）

表7 松林地區(qū)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)

6 生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

6.1 土壤鎘砷含量分析結(jié)果

遵義松林地區(qū)土地利用類(lèi)型主要為旱地，其土壤的理化性質(zhì)為Corg=1.89%，CO2=0.03%，Stot=0.062%，pH=4.38。本研究所采耕地表層土壤樣品的鎘、砷含量分析結(jié)果列于表1。由表8 可見(jiàn)，松林地區(qū)耕地土壤中鎘、砷含量范圍分別為0.1～0.9 mg·kg-1和4.7～48.4 mg·kg-1，平均值分別為0.429 mg·kg-1和19.4mg·kg-1。土壤鎘、砷含量明顯高于貴州省土壤鎘、砷環(huán)境背景值（Cd 0.133 mg·kg-1，As 13.30 mg·kg-1）（表8）（王洋洋等，2008）。與遵義其他地區(qū)碳酸鹽巖發(fā)育的土壤（Cd 0.20 mg·kg-1，As 22.50 mg·kg-1）、碎屑巖風(fēng)化的土壤（Cd 0.18 mg·kg-1，As 28.78 mg·kg-1）相比，所研究土壤鎘、砷含量明顯偏高。上述對(duì)比初步表明，遵義松林地區(qū)耕地土壤具有高鎘、砷含量特征，可能遭受這兩種重金屬元素污染，值得進(jìn)一步評(píng)價(jià)（張國(guó)祥等，1996；郭偉等，2011）。

6.2 鎘砷污染地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

為了評(píng)價(jià)遵義松林地區(qū)耕地土壤鎘、砷的污染狀況，本研究以貴州鎘、砷土壤環(huán)境背景值分別作為研究區(qū)土壤鎘、砷的背景值，取k 值為1.5 進(jìn)行地質(zhì)累積指數(shù)計(jì)算（滕彥國(guó)等，2002；胡恭任和于瑞蓮，2008）。遵義松林地區(qū)耕地土壤鎘、砷地質(zhì)累積指數(shù)的變化范圍分別為1.85～4.54 和1.20～2.69，對(duì)應(yīng)的污染等級(jí)范圍分別為2～5 和2～3（金昭貴和周明忠，2012）。通過(guò)與地質(zhì)累積指數(shù)相對(duì)應(yīng)的污染程度評(píng)價(jià)，研究區(qū)耕地土壤樣品的鎘污染程度為中度污染至極重污染，多數(shù)樣品具中度污染—重污染程度；耕地土壤樣品的砷污染程度為中度污染至中度污染—重污染的范圍，樣品普遍具中度污染程度。

6.3 生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)土壤養(yǎng)分元素進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)得知，地區(qū)內(nèi)土壤中氮元素全量及有效量含量等級(jí)均較高。磷元素全量及有效量含量等級(jí)差異性較大，主要受成土母巖的控制，磷含量明顯高于其他地區(qū)；地區(qū)內(nèi)土壤鉀元素、硼元素含量等級(jí)則與磷元素相反，鉀元素、硼元素含量等級(jí)明顯低于其他地區(qū)。地區(qū)內(nèi)土

表8 遵義松林Ni-Mo 礦區(qū)耕地土壤鎘、砷含量

圖4 松林地區(qū)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)圖

單位：mg·kg-1。壤硒、鍺、鋅元素整體質(zhì)量等級(jí)較高，富硒土壤面積較大。通過(guò)對(duì)土壤環(huán)境元素進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)得知，地區(qū)內(nèi)土壤中存在的重金屬元素的主要是鎘、砷元素，其中高值主要出現(xiàn)在寒武系白云巖（燈影組）、寒武系頁(yè)巖（牛蹄塘組）地層分布區(qū)域。土壤中環(huán)境元素含量與地層有一定的相關(guān)性，可以分布對(duì)易產(chǎn)生環(huán)境元素富集的地層分布區(qū)域內(nèi)的地塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)相關(guān)區(qū)域內(nèi)種植的農(nóng)作物進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)。在施肥過(guò)程中根據(jù)元素的相關(guān)性以及不同元素組合在農(nóng)作物中的富集作用，合理搭配施肥（畢春娟和陳振樓，2001）。并在施肥過(guò)程中對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)土壤中環(huán)境元素含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)（葉寒青和楊祥良，2001）。

7 結(jié)論

（1）區(qū)內(nèi)土壤營(yíng)養(yǎng)元素較豐富。表層土壤元素分析表明，松林區(qū)土壤中植物營(yíng)養(yǎng)有益元素整體上較豐富。主要營(yíng)養(yǎng)元素如氮、有機(jī)碳（TOC）等均出現(xiàn)大面積豐富的地區(qū)。

（2）局部土壤重金屬污染，環(huán)境狀況不容樂(lè)觀。研究表明，研究區(qū)存在以鎘等元素為主的大面積的重金屬污染。土壤中以鎘為主的重金屬污染主要分布在松林鎮(zhèn)及其周邊地區(qū)。在這些污染區(qū)某些重金屬元素已經(jīng)進(jìn)入植物、蔬菜、稻谷以及人體內(nèi)，威脅食品安全和人體健康（劉文新等，1999）。

（3）土壤健康元素分布較廣泛。硒元素在表層土壤中的分布是豐富的，主要分布在牛蹄塘組黑色系的分布區(qū)，富集區(qū)域達(dá)90%以上，為發(fā)展富硒農(nóng)業(yè)提供了寶貴的土壤資源。

（4）根據(jù)主導(dǎo)性、系統(tǒng)性、獨(dú)立性、生產(chǎn)性、空間變異性、定量與定性相結(jié)合、實(shí)用性、相對(duì)穩(wěn)定性和區(qū)域性等原則篩選確認(rèn)土地質(zhì)量地球化學(xué)分等指標(biāo)為：必需大量元素N、P、K，必需微量元素Mo、Mn，環(huán)境指標(biāo)pH、Cd，健康指標(biāo)Se、I，研究區(qū)土地質(zhì)量整體中等。

（5）通過(guò)采用地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)，研究區(qū)耕地土壤樣品的鎘污染程度以中度污染—重污染為主，樣品砷污染程度普遍為中度污染。因此，評(píng)價(jià)結(jié)果表明遵義松林地區(qū)耕地土壤已遭受鎘、砷污染，且其污染程度相對(duì)較高。所研究的耕地土壤樣品中，鎘以高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為主；砷則以中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為主。結(jié)果表明研究區(qū)耕地土壤鎘、砷具有較高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，值得展開(kāi)進(jìn)一步的土壤污染修復(fù)研究。