陳偉民，宋亞新，劉軍，潘東，劉宏偉，白耀楠，王廣磊，折士焜，王玉杰，高海鷗

（1.有色金屬礦產(chǎn)地質調查中心，北京 100012；2.中國地質調查局天津地質調查中心，天津 300170）

0 引言

土地是指地球陸地表面和近地面層包括氣候、土壤、水文、植被以及過去和現(xiàn)在人類活動影響在內的自然歷史綜合體（劉軍保等，2010），具有生物質的生產(chǎn)功能，城鄉(xiāng)環(huán)境的調節(jié)、凈化、循環(huán)、緩沖等生態(tài)服務功能，維持農(nóng)民的基本生計功能服務，以及支撐城市社會經(jīng)濟發(fā)展和基礎設施建設的空間需求四大功能（孫秀艷，2013）。土地質量地球化學評價是依據(jù)影響土地質量的營養(yǎng)有益元素、重金屬元素及化合物、有機污染物、土壤理化性質等地球化學指標，及其對土地基本功能的影響程度而進行的土地質量地球化學等級評定。我國系統(tǒng)的土地質量調查始于1999年，自然資源部中國地質調查局在全國大范圍內開展的1∶25萬尺度的多目標區(qū)域地球化學調查研究工作，對我國耕地質量的地球化學總體狀況形成了初步判斷，為土地資源管理奠定了基礎。1∶5萬土地質量地球化學調查是在重點地區(qū)開展的一項調查評價工作，旨在查清土壤環(huán)境質量和特色土地資源分布，為土壤環(huán)境保護，綠色名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和土地資源生態(tài)管護等提供依據(jù)。近年來，一大批學者（魏靜等，2014；王昌宇等，2019；武春林等，2019；吳云霞等，2019；陶春軍等，2020；雍太健等，2020）依托土地質量地球化學調查工作，對重點地區(qū)土壤營養(yǎng)元素、特色元素、土地質量等進行了分析研究，為地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了科學建議。

張北縣位于燕山—太行山連片扶貧區(qū)環(huán)繞京津地區(qū)，是國家級貧困縣，2020年擬按程序退出貧困縣序列。為助力張北縣脫貧攻堅，2019年中國地質調查局啟動的“河北張家口地區(qū)綜合地質調查”項目，開展張北縣臺路溝鄉(xiāng)等土地質量調查評價工作，查明土地質量現(xiàn)狀，圈定優(yōu)質土地區(qū)塊，提出優(yōu)質土地保護和合理利用建議。

1 研究區(qū)概況

臺路溝鄉(xiāng)位于河北省張家口市張北縣東南部壩頭一線，區(qū)域上屬于內蒙古高原南緣的壩上高原區(qū)，地勢總趨于南高北低，海拔1450～1860 m，是縣境內連接壩上與壩下地區(qū)的第二大交通樞紐。年平均氣溫2.5℃，年均降雨平均量434.5～484.5 mm，多年平均年蒸發(fā)量858.5 mm。屬典型的中溫帶半干旱大陸性氣候。全鄉(xiāng)總面積172.52 km2。耕地面積占總面積20.9%；林地占總面積22.9%；草地及荒坡、荒山占總面積56.2%，森林覆蓋率為30%。土壤以栗鈣土質為主，其次為沙土質、粘土質。

區(qū)內地層主要為大面積分布的中新統(tǒng)漢諾壩組（N1h）致密塊狀玄武巖、橄欖玄武巖與氣孔、杏仁狀玄武巖互層（圖1）；其次為分布于南部鎮(zhèn)虎臺村西較小范圍的上白堊統(tǒng)南天門組（K2n）黃褐色、磚紅色礫巖、砂礫巖；以及全新統(tǒng)沖洪積物（Qhapl)、全新統(tǒng)坡洪積物砂礫石、亞砂土及亞粘士等。區(qū)內未見巖漿巖出露。主要有北東向的張北-沽源大斷裂及其次級斷裂。區(qū)內中北部橄欖石、玄武巖、黃土礦等礦產(chǎn)資源豐富，極具開采價值。

圖1 臺路溝鄉(xiāng)地質簡圖

農(nóng)作物以莜麥、亞麻、馬鈴薯為主，其中在春墾等行政村已經(jīng)形成以馬鈴薯為主導產(chǎn)業(yè)的綠色農(nóng)產(chǎn)品基地。

2 樣品采集及評價方法

2.1 樣品采集

2.1.1 土壤樣采集

以土地利用類型為調查單元，耕地、園地采樣密度為2～3點/km2，草地和林地1～2點/km2，建設用地與自然保留地1～2點/km2，同時按總樣品的2%布設重復樣。每個樣品由5個子樣等量混合組成，以布設的采樣點圖斑中心位置為主樣點，同時向四周輻射50～100 m確定4子樣點，子樣點不能超出圖斑范圍。耕地采集耕層土壤，采樣深度為0～20 cm；果園地的土壤，采集部位為0～60 cm的毛根區(qū)；林地草地土壤，采集深度為0～20 cm。

2.1.2 灌溉水樣采集

基本采樣密度一般為1點/10 km2。工作區(qū)是以地下水灌溉為主的地區(qū)，灌溉水樣品按照井水點分布情況布設。取樣前先用待取水洗滌裝樣瓶和塞子2～3次，再將取樣瓶沉入水中30 cm深處取樣，采樣時盡量輕擾動水體，防止雜物混入。1000 mL原水樣：指水樣采集后，不添加任何保護劑。原水樣保存于聚乙烯塑料瓶中。100 mL酸化水樣：指水樣采集后加入酸進行酸化的水樣，酸化水樣保存于聚乙烯塑料瓶中，加入0.5 mL硝酸（HNO3，1+1）溶液。

2.2 樣品加工

土壤樣品自然晾干后由技術人員過篩，壓碎的土樣全部通過2 mm的孔徑尼龍篩，過篩后土壤樣品稱量后混勻縮分，一部分樣品送實驗室分析，副樣（質量不低于300 g）裝入干凈塑料瓶，送樣品庫保存。樣品晾曬、加工、運輸過程嚴格把控，防止污染、混淆。

2.3 分析方法

樣品測試由華北有色地質勘查局燕郊中心實驗室承擔。土壤樣品測定了Cu、Pb、Co、Ni、Cd、V、Mo、Cr、K、Mn、P、Zn、As、Sb、Hg、Se、B、Sn、N、有機質、pH、速效鉀、有效硼、有效鋅等24項指標。灌溉水測定了Se、Cd、Pb、Cr、Hg、As、F、I、N、P、K、B、Mo、pH等14項指標。

土壤中Cd、Co、Cu、Mo、Ni、Pb、Cr、K2O、Mn、P、V、Zn采用電感耦合等離子質譜法測定，有機質采用紅外碳硫法測定，N采用凱氏定氮法測定，B、Sn采用光譜法測定，As、Sb和Hg采用氫化物發(fā)生原子熒光法測定，Se采用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定，pH值采用酸度計測定，速效鉀、有效鋅采用等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定，有效硼采用等離子體質譜法（ICP-MS）測定。

灌溉水中Pb、Cd、Mo、K+采用電感耦合等離子體質譜法測定，As、Hg、Se采用原子熒光光譜法測定，Cr、I、N、P采用分光光度法測定，F(xiàn)采用離子選擇電極測定，pH值采用pH計測定。

采用插入標準樣、重采樣、外控樣等多種監(jiān)控手段，保證了分析質量的可靠性。本次檢測工作中，各類樣品所有檢測項目的一級標準物質檢測合格率均達到100%；全部項目檢測的內檢合格率均達到100%；全部項目檢測的報出率均達到100%；元素異常復查合格率均達到100%。

2.4 評價標準與方法

本文土地質量地球化學評價主要包括土壤養(yǎng)分、土壤環(huán)境評價、土壤質量評價、灌溉水環(huán)境評價及土地質量地球化學等級評價等。評價方法參照《土地質量地球化學評價規(guī)范（DZ/T 0295-2016）》①等相關評價部分。

其中，根據(jù)《土壤環(huán)境質量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）（GB 15618-2018）》②評價該區(qū)土壤環(huán)境質量狀況，分為優(yōu)先保護區(qū)、安全利用區(qū)和嚴格管控區(qū)。其中，Ni、Cu、Zn不劃分嚴格管控區(qū)。當土壤中的污染物含量等于或低于規(guī)定的風險篩選值時，農(nóng)用地土壤污染風險低，一般可忽略，該類地區(qū)可劃分為無風險的優(yōu)先保護區(qū)。當土壤中的污染物含量高于風險篩選值時，農(nóng)用地土壤可能存在污染風險，應加強土壤環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)調監(jiān)測。當土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr含量高于風險篩選值，等于或低于風險管制值時，農(nóng)用地土壤可能存在食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質量安全標準等土壤污染風險，該類地區(qū)劃分為可能存在風險的安全利用區(qū)，原則上應采取農(nóng)藝調控、替代種植等安全利用措施。當土壤中的Cd、Hg、As、Pb、Cr含量高于風險管制值時，農(nóng)用地土壤存在食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質量安全標準的污染風險較高，且難以通過安全利用措施降低農(nóng)用地土壤污染風險等級，該類地區(qū)應劃分為高風險的嚴格管控區(qū)，原則上應采取禁止種植食用農(nóng)產(chǎn)品、退耕還林等嚴格管控措施。

在單因子指標評價的基礎上，運用一票否決法進行多因子綜合分級評價。當單因子指標均為優(yōu)先保護區(qū)時，綜合評價認定為優(yōu)先保護區(qū)；當單因子指標有1個為安全利用區(qū)，其他單因子指標均為優(yōu)先保護區(qū)時，綜合評價認定為安全利用區(qū)；當單因子指標有1個為嚴格管控區(qū)，其他單因子指標為優(yōu)先保護區(qū)或安全利用區(qū)時，綜合評價認定為嚴格管控區(qū)。

3 土地質量地球化學評價

3.1 土壤元素地球化學參數(shù)特征

對臺路溝鄉(xiāng)表層土壤元素地球化學特征參數(shù)統(tǒng)計分析，與河北省平原區(qū)表層土壤背景值相比（表1），臺路溝鄉(xiāng)土壤中Ni、有機質含量顯著偏高（富集系數(shù)（K1>1.6）），B、Cd、P元素顯著偏低（富集系數(shù)（K1<0.6））；土壤中Co、N、Mo、V、Cr、Mn等元素含量相對較高（富集系數(shù)（1.0

表1 臺路溝鄉(xiāng)土壤元素地球化學特征參數(shù)表

3.2 土壤質量地球化學等級

3.2.1 土壤養(yǎng)分地球化學等級

（1）土壤單元素或單指標養(yǎng)分等級

臺路溝鄉(xiāng)土壤中氮元素含量以中等為主，占總面積的46.37%，豐富-較豐富區(qū)合計占總面積的40.86%；磷元素含量以較缺乏為主，占總面積的52.51%，豐富-較豐富-適中區(qū)合計占總面積的38.10%；鉀元素含量以較豐富為主，占總面積的53.96%；有機質含量以中等為主，占總面積的42.32%，豐富區(qū)占總面積的11.02%，較豐富區(qū)占總面積的12.35%；有效硼含量以中等為主，占總面積的67.71%；有效鋅含量以較豐富為主，占總面積的62.71%；速效鉀含量以較缺乏為主，占總面積的58.48%，中等區(qū)占總面積的35.71%；Se狀況以邊緣（較缺乏）為主要，占總面積的56.36%，適中比例為32.22%。

（2）土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級

依照《土地質量地球化學評價規(guī)范（DZ/T 0295-2016）》①有關土壤養(yǎng)分地球化學綜合評價等級劃分，對工作區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學綜合評價等級進行了評價。臺路溝鄉(xiāng)土壤總體養(yǎng)分狀況為中等適中，占總面積的66.85%，較豐富比例為19.07%，較缺乏比例為13.84%，不存在養(yǎng)分缺乏地塊。

3.2.2 土壤環(huán)境地球化學等級

（1）土壤單元素或單指標環(huán)境質量等級

臺路溝鄉(xiāng)土壤pH值為6.56～8.67之間，平均值7.30，按照土壤酸堿度分級標準，臺路溝鄉(xiāng)大部分地塊以中性土壤（6.5≤pH≤7.5）為主，占總面積的75.56%，北部土壤以堿性（7.5≤pH≤8.5）為主，占總面積的24.37%。

土壤中As、Cd、Hg、Pb、Cr、Cu、Zn等元素環(huán)境地球化學質量為一等（無風險）。Ni元素存在二等（風險可控），但超標面積極小，占總面積的1.12%。超標地塊主要在大圪垯村北、前后花村東、朝陽窯村-郭家村，主要林地、草地及采礦用地。全鄉(xiāng)沒有高風險污染地塊。

（2）土壤環(huán)境地球化學綜合等級

臺路溝鄉(xiāng)土壤環(huán)境地球化學綜合評價等級以一等無風險區(qū)為主，占總面積的98.88%。二等風險可控區(qū)占總面積的1.12%，主要是受Ni元素的污染影響，位于前大營灘西南、羊囫圇長、朝陽窯村北東、鎮(zhèn)虎臺村北東等少量地塊。無三等高風險區(qū)。

3.2.3 土壤質量綜合評價

土壤質量地球化學綜合評價等級以良好級質量為主（圖2），占總面積的66.46%。優(yōu)等級區(qū)占總面積的18.57%，中等級占總面積的25.82%。無差等、劣等級。

圖2 張北縣臺路溝鄉(xiāng)土壤質量地球化學綜合等級圖

3.2.4 綠色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境評價

依照《土地質量地球化學評價規(guī)范（DZ/T 0295-2016）》①及《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質量（NYT 391-2013）》④土壤質量要求標準，對工作區(qū)綠色農(nóng)產(chǎn)品的土壤環(huán)境進行評價。查明臺路溝鄉(xiāng)土壤168.19 km2約97.49%的面積符合綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質量標準，僅2.51%約4.33 km2的土壤不符合綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質量標準，調查區(qū)土壤具有開發(fā)綠色食品的巨大潛力。

3.3 灌溉水環(huán)境地球化學等級

對20件灌溉水進行統(tǒng)計，臺路溝鄉(xiāng)灌溉水各項元素均處于分級標準值限量標準以下（表2），灌溉水環(huán)境地球化學等級為一級。

表2 臺路溝鄉(xiāng)灌溉水元素特征統(tǒng)計表

3.4 土地質量地球化學等級

在土壤質量地球化學綜合等級基礎上，疊加灌溉水環(huán)境地球化學綜合等級，形成土地質量地球化學等級。因灌溉水環(huán)境地球化學等級為一級，綜合分析顯示，臺路溝鄉(xiāng)土地質量地球化學等級與土壤質量地球化學綜合等級一致，以良好級質量為主，占總面積的66.46%；優(yōu)質級區(qū)占總面積的18.57%，中等級占總面積的14.97%，無差等、劣等級。

4 討論

4.1 土壤中Ni元素的二等風險可控（污染）問題

從臺路溝鄉(xiāng)莜麥的根系土重金屬元素賦存形態(tài)特征（圖3）分析，Ni以其殘渣態(tài)所占比例均在76%以上，這可能說明Ni元素主要來源于母巖自然風化過程。臺路溝鄉(xiāng)大面積出露的主要地層為中新統(tǒng)漢諾壩組，巖性為致密塊狀玄武巖、橄欖玄武巖與氣孔、杏仁狀玄武巖互層。該巖性普遍具有較高的Co、Ni、Cr含量。據(jù)李天福等（1999）資料表明，漢諾壩玄武巖中Cr、Co、Ni含量為89～177 μg/g、43.4～52.8 μg/g、269～282 μg/g，高出河北平原區(qū)表層土壤背景值（Cr 65.21 μg/g、Co 12.01 μg/g、Ni 28.06 μg/g），巖石中的大部分元素經(jīng)過物理、化學風化及生物作用進入土壤，土壤繼承了大部分巖石中元素的含量特征，造成臺路溝鄉(xiāng)土壤中Cr、Co、Ni元素含量較高，顯示部分土壤Ni的二等風險可控（污染）（占總面積的1.12%）。

圖3 臺路溝鄉(xiāng)根系土重金屬元素賦存形態(tài)特征圖

4.2 酸堿度對土壤硒含量的影響

土壤酸堿度（pH值）是影響土壤硒含量的重要指標，是土壤在其形成過程中受生物、氣候、地質和水文等因素綜合作用所產(chǎn)生的屬性，主要影響土壤硒的賦存形式和生物有效性，進而影響土壤硒含量。評估區(qū)表層土壤pH值為6.56～8.67（表1），平均值為7.30，變異系數(shù)為25.13%，表明其空間變異性較小，堿性土壤廣泛分布。R型因子分析發(fā)現(xiàn)Se含量與pH值呈顯著負相關，說明評估區(qū)酸性土壤中硒容易富集，堿性土壤中硒不容易富集。所以土壤中Se狀況以邊緣（較缺乏）為主要，占總面積的56.36%，適中比例為32.22%。

4.3 土地施肥建議

依據(jù)土壤肥力分布及N、P、K主要養(yǎng)分元素的地球化學豐缺等級成果，對臺路溝鄉(xiāng)土壤養(yǎng)分等級進行綜合劃分，劃定不同類型的豐缺素區(qū)，并針對不同的缺素區(qū)，給出相應的施肥建議（圖4），其中有34.14%的區(qū)域（面積58.90 km2）氮磷鉀均不缺，該區(qū)域可不簡易施肥；51.64%的區(qū)域（面積89.09 km2）氮鉀平衡缺磷，該區(qū)域建議適當增加磷肥；10.26%的區(qū)域（面積17.70 km2）鉀平衡缺氮磷，該區(qū)域建議適當增加氮肥和磷肥；2.09%的區(qū)域（面積3.61 km2）磷鉀平衡缺氮，該區(qū)域建議適當增加氮肥；1.44%的區(qū)域（面積2.48 km2）氮磷平衡缺鉀，該區(qū)域建議適當增加鉀肥；0.43%的區(qū)域（面積0.73 km2）磷平衡缺氮鉀，該區(qū)域建議適當增加氮肥和鉀肥。

圖4 臺路溝鄉(xiāng)土壤平衡施肥建議圖

5 結論與建議

（1）與河北省平原區(qū)表層土壤背景值相比，臺路溝鄉(xiāng)土壤中有機質含量顯著偏高，P元素顯著偏低。臺路溝鄉(xiāng)土壤中Ni、Co、N、Mo、V、Cr、Mn等元素含量相對較高，Pb、Sb、As、Hg、Sn、B、Cd等元素含量相對較低。有效鋅、有效硼、速效鉀、Cd等變異系數(shù)大于30%，說明這部分元素、指標分布較不均勻，部分可能與地質背景及人為干擾等因素有關。

（2）臺路溝鄉(xiāng)土壤養(yǎng)分元素主要較缺乏磷及速效鉀、硼、銅、硒。

（3）臺路溝鄉(xiāng)土壤環(huán)境地球化學綜合評價等級以臺路溝鄉(xiāng)土壤環(huán)境地球化學綜合評價等級以一等無風險區(qū)為主，占總面積的98.88%。二等風險可控區(qū)占總面積的1.12%，主要是受Ni元素的污染影響。

（4）臺路溝鄉(xiāng)土壤約97.49%的面積符合綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質量標準，具有開發(fā)綠色食品的巨大潛力。

（5）臺路溝鄉(xiāng)灌溉水各元素均處于限量標準以下，為優(yōu)質灌溉水。

（6）臺路溝鄉(xiāng)土地質量地球化學等級以良好級質量為主，占總面積的66.46%；優(yōu)質級區(qū)占總面積的18.57%，中等級占總面積的14.97%，無差等、劣等級。

（7）依據(jù)土壤肥力分布及N、P、K主要養(yǎng)分元素的地球化學豐缺等級成果，對臺路溝鄉(xiāng)土壤養(yǎng)分等級進行綜合劃分，劃定不同類型的豐缺素區(qū)，并針對不同的缺素區(qū)，給出相應的施肥建議，對于缺氮地區(qū)適當增施氮肥，缺磷地區(qū)適當增施磷肥，缺鉀地區(qū)適當增施鉀肥，即有缺什么補什么，有條件可施用有機肥，增加和更新土壤有機質，改良土壤理化性質，同時應定期增施微肥，提高土壤微量元素含量，提升農(nóng)作物品質和產(chǎn)量。當然，今后應控制化肥的使用，長期使用會造成土壤中重金屬元素的富集。

注 釋

①中華人民共和國國土資源部.2016.土地質量地球化學評價規(guī)范:DZ/T 0295—2016[S].北京:地質出版社.

② 生態(tài)環(huán)境部，國家市場監(jiān)督管理總局.2018.土壤環(huán)境質量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）:GB 15618—2018[S].北京:中國環(huán)境出版社.

③河北省地質調查院.2010.中華人民共和國多目標區(qū)域地球化學調查報告1∶25萬河北省張家口盆地[R].21-26.

④ 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.2013.綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質量:NYT 391—2013[S].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社.

⑤ 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.2015.農(nóng)田灌溉水質量標準:GB 5084—2005[S].北京:中國標準出版社.