徐 杰，向經(jīng)緯，王浩宇

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 昆明自然資源綜合調(diào)查中心，云南 昆明 650000

0 引言

開(kāi)展土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，并利用已有水文、地質(zhì)、地球化學(xué)及生態(tài)學(xué)有關(guān)資料進(jìn)行土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)，是目前保障生態(tài)文明建設(shè)，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的重要手段［1］. 2020 年初，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局新開(kāi)“重點(diǎn)地區(qū)生態(tài)修復(fù)支撐調(diào)查”工程，“滇中楚雄地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查”屬于此工程下的二級(jí)項(xiàng)目，旨在查明高橋鎮(zhèn)土壤有益元素、重金屬元素分布特征，為該區(qū)后期土地利用規(guī)劃、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)扶貧提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況

高橋鎮(zhèn)位于云南省武定縣西部，距縣政府駐地40 km. 研究區(qū)內(nèi)山區(qū)面積大，屬于典型冷涼山區(qū)，蘊(yùn)藏銅、鐵、鈦等礦產(chǎn)資源. 出露地層主要為寒武系、奧陶系下統(tǒng)、泥盆系、三疊系上統(tǒng)、侏羅系上統(tǒng)、白堊系上統(tǒng)和第四系，巖漿巖主要出露二疊紀(jì)峨眉山玄武巖和基性侵入巖脈［2］. 其中基性侵入巖脈主要分布于構(gòu)造集中帶上，第四系覆蓋于盆地和地形寬緩開(kāi)闊的壩區(qū).羅茨－易門斷裂呈南北向穿過(guò)全境，其余斷層大小不一，主體為北西和北東向兩組（圖1）.

圖1 高橋鎮(zhèn)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig. 1 Geological sketch map of Gaoqiao Town1—第四系（Quaternary）；2—白堊系上統(tǒng)（Upper Cretaceous）；3—白堊系下統(tǒng)（Lower Cretaceous）；4—侏羅系（Jurassic）；5—三疊系（Triassic）；6—二 疊 系 玄 武 巖（Permian basalt）； 7—泥 盆 系 中 統(tǒng)（Middle Devonian）；8—泥盆系下統(tǒng)（Lower Devonian）；9—奧陶系（Ordovician）；10—寒武系中統(tǒng)（Middle Cambrian）；11—寒武系下統(tǒng)（Lower Cambrian）；12—基性侵入巖（basic intrusive rock）；13—斷層（fault）；14—鄉(xiāng)鎮(zhèn)（township）

高橋鎮(zhèn)主要土壤類型為紫色土，零星分布少量水稻土，西側(cè)連片分布黃棕壤，東側(cè)分布紅壤（圖2）. 土地利用類型以林地為主，各村周圍小范圍以旱地、水田為主要利用類型，零星分布少量草地（圖3）.

圖3 高橋鎮(zhèn)土地利用類型圖Fig. 3 Map of land use types in Gaoqiao Town1—草地（grassland）；2—水田（paddy land）；3—水域（water）；4—林地（forest）；5—旱地（dry land）；6—建筑用地（construction land）；7—其他（other land）

2 研究方法

運(yùn)用傳統(tǒng)地球化學(xué)手段，在高橋鎮(zhèn)以1.12 個(gè)/km2的密度進(jìn)行表層土壤樣品采集. 采樣時(shí)選擇具有代表性的地塊，合理避開(kāi)村莊、道路、工廠、垃圾堆放點(diǎn)、建筑用地及其他人為干擾較強(qiáng)的地方，確保采樣質(zhì)量.取土壤0～20 cm 連續(xù)土柱，用竹片削去采集污染面后放入樣袋封存，樣品原始重量大于1000 g［3-5］. 共采集樣品453 件，在室溫條件下自然風(fēng)干后過(guò)20 目尼龍篩，按4 km2組合成一個(gè)分析樣的原則，用四分法取200 g 樣品封存于聚乙烯瓶中送實(shí)驗(yàn)室分析，組合得到分析樣品97 件. 在四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局成都綜合巖礦測(cè)試中心進(jìn)行樣品分析，準(zhǔn)確度采用土樣監(jiān)控分析測(cè)試的國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，精密度使用重復(fù)樣法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)合格率和重復(fù)樣相對(duì)雙差合格率均為100%，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠.

3 土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)方法參照《DZ/T0295—2016 土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”），Cu、Zn 作為養(yǎng)分評(píng)價(jià)指標(biāo)和環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，要求選擇一種進(jìn)行測(cè)試即可.本研究選擇環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析測(cè)試［6-7］. 對(duì)4 km2內(nèi)無(wú)樣品測(cè)試數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)單元采用插值法進(jìn)行賦值，通過(guò)插值誤差計(jì)算，圖斑內(nèi)各元素的相對(duì)誤差均小于30%，滿足評(píng)價(jià)要求.

3.1 土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)

遵循“短板法則”進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)等級(jí)劃分，每個(gè)評(píng)價(jià)單元的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)等同于單指標(biāo)劃分出的最差的環(huán)境等級(jí)［8］. 單指標(biāo)分別為砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、銅（Cu）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等8 種重金屬元素，各元素主要參數(shù)特征如表1 所示.

表1 土壤重金屬元素參數(shù)一覽表Table 1 Parameters of heavy metal elements in soil

元素單指標(biāo)評(píng)價(jià)分為3 個(gè)等級(jí)：一等為無(wú)風(fēng)險(xiǎn)（Ci≤Si），二等為風(fēng)險(xiǎn)可控（Si＜Ci≤Gi），三等為風(fēng)險(xiǎn)較高（Ci＞Gi）. Ci指土壤中污染物指標(biāo)i 的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Si指土壤中污染物指標(biāo)i 在GB15618 中給出的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值；Gi為各地區(qū)元素風(fēng)險(xiǎn)管控值. 單元素環(huán)境評(píng)級(jí)和占比情況詳見(jiàn)表2.

表2 單元素環(huán)境評(píng)級(jí)情況統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of single element environmental grading

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，As、Cr、Hg、Ni、Pb 和Zn 均為一等，占比100%. Cd 一等區(qū)面積約384 km2，占比93.2%；二等區(qū)面積約28 km2，占比6.8%. 后者主要分布于高橋鎮(zhèn)西南、南部的灌木林地及有林地中，未見(jiàn)其他經(jīng)濟(jì)作物. Cu 一等區(qū)面積約378 km2，占比91.75%；二等區(qū)面積約34 km2，占比約8.25%，后者主要分布于高橋村、花橋村西北部的少量地塊和邊界地區(qū)的部分灌木林地中（圖4）.

圖4 高橋鎮(zhèn)土壤環(huán)境綜合評(píng)價(jià)圖Fig. 4 Comprehensive evaluation map of soil environment in Gaoqiao Town1—無(wú)風(fēng)險(xiǎn)（risk-free）；2—風(fēng)險(xiǎn)可控（risk-controllable）；3—風(fēng)險(xiǎn)較高（high risk）

土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，整個(gè)高橋鎮(zhèn)環(huán)境評(píng)級(jí)為一等和二等. 一等區(qū)面積約350 km2.占比84.95%；二等區(qū)面積約62 km2，占比15.05%，主要分布于高橋鎮(zhèn)的高橋村、花橋村及工作區(qū)西部、南部、東南部灌木林地和有林地塊中.

引起Cd 輕微異常的原因或與農(nóng)藥施用不當(dāng)有關(guān)，成土母巖中未見(jiàn)Cd 含量偏高的層位. 高橋鎮(zhèn)Cu資源豐富，侯林等［9］對(duì)縣域銅礦床的研究表明，武定全域Cu 成礦和異常背景一致，主要受構(gòu)造和熱液活動(dòng)影響. 楊斌等［10］在后期對(duì)銅礦床的進(jìn)一步研究中也佐證這一觀點(diǎn)，在本次土地質(zhì)量調(diào)查評(píng)價(jià)中，通過(guò)對(duì)成土物源和地質(zhì)背景的綜合分析，認(rèn)為高橋鎮(zhèn)局部土壤中的Cu 值偏高，是由前期Cu 礦化物質(zhì)風(fēng)化再沉積，加上地表流體、地下熱液的持續(xù)作用所導(dǎo)致.

3.2 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)

按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，選擇養(yǎng)分元素氮（N）、磷（P）、鉀（K）3 種元素含量值做土壤養(yǎng)分單指標(biāo)評(píng)價(jià). 各元素的主要參數(shù)特征如表3 所示.

表3 土壤養(yǎng)分元素參數(shù)一覽表Table 3 Parameters of soil nutrient elements

首先進(jìn)行單元素等級(jí)評(píng)價(jià)，土壤中養(yǎng)分的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)主要參照全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（6 等）［11］. 現(xiàn)將第五等與第六等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合并，五等及五等以上的養(yǎng)分等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)不變（表4）：一等為豐富（f養(yǎng)綜≥4.5）；二等為較豐富（＜4.5～3.5）；三等為中等（＜3.5～2.5）；四等為較缺乏（＜2.5～1.5）；五等為缺乏（＜1.5）.

表4 土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分指標(biāo)（全量）等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Grading standards of soil N，P and K nutrient indexes

計(jì)算土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合得分，參照公式如下：

式中，f養(yǎng)綜為土壤氮、磷、鉀評(píng)價(jià)總得分，1≤f養(yǎng)綜≤5；ki為氮、磷、鉀權(quán)重系數(shù)，分別為0.4、0.4 和0.2；fi為土壤氮、磷、鉀的單元素等級(jí)得分，單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果為五等、四等、三等、二等、一等時(shí)所對(duì)應(yīng)的fi分別為1 分、2分、3 分、4 分、5 分.

土壤養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)分為5 等，同樣遵循“短板法則”，等級(jí)與養(yǎng)分單元素劃分方法相同. 單元素及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果詳見(jiàn)表5.

表5 單元素養(yǎng)分評(píng)級(jí)情況統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistics of single element nutrient grading

土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：一等區(qū)面積約5 km2，占比1.21%，分布于石臘它村西南約2 km的地塊中；二等區(qū)約125 km2，占比30.34%，除樹(shù)溝村無(wú)覆蓋外，在高橋鎮(zhèn)其他區(qū)域零星分布；三等區(qū)約248 km2，占比約60.19%，是養(yǎng)分評(píng)級(jí)中比重最大的部分，呈零星狀分布，在西菊拉村、高姑拉村和樹(shù)溝村相對(duì)集中；四等區(qū)約28 km2，占比6.8%，主要分布于小河村以南、彎腰樹(shù)村以北、石臘它村、高橋村以西、海子村東南部等地區(qū)；五等區(qū)約6 km2，占比1.46%，分布于唐家村東北部（如圖5）.

圖5 高橋鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)圖Fig. 5 Comprehensive evaluation map of soil nutrients in Gaoqiao Town1—豐富（rich）；2—較豐富（relatively rich）；3—中等（medium）；4—較缺乏（relatively deficient）；5—缺乏（deficient）

3.3 土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)

土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)由評(píng)價(jià)單元的土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)與土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)疊加產(chǎn)生，共劃分為5 個(gè)等級(jí). 一等（優(yōu)質(zhì)），表明土壤環(huán)境清潔，土壤養(yǎng)分豐富至較豐富；二等（良好），表明土壤環(huán)境清潔，土壤養(yǎng)分中等；三等（中等），表明土壤環(huán)境清潔且土壤養(yǎng)分較缺乏，或土壤環(huán)境輕微污染且土壤養(yǎng)分豐富至較缺乏；四等（差等），表明土壤環(huán)境清潔或輕微污染且土壤養(yǎng)分缺乏，或土壤環(huán)境輕度污染且土壤養(yǎng)分豐富至缺乏或土壤鹽漬化等級(jí)為強(qiáng)度；五等（劣等），表明土壤環(huán)境中度和重度污染且土壤養(yǎng)分豐富至缺乏，或土壤鹽漬化等級(jí)為鹽土. 高橋鎮(zhèn)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果（表6）顯示，優(yōu)質(zhì)區(qū)面積約101 km2，占比24.51%，總體呈零星狀分布，相對(duì)集中于高橋鎮(zhèn)中部和東南部地區(qū)；良好區(qū)約224 km2，占比54.37%，在高橋鎮(zhèn)北部和西北部相對(duì)集中；中等區(qū)約80 km2，占比19.42%，在高橋村、海子村和花橋村相對(duì)集中，其余地區(qū)呈零星分布；差等區(qū)約7 km2，占比1.7%，分布于唐家村東北部；無(wú)劣等區(qū)（圖6）.

表6 高橋鎮(zhèn)土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality in Gaoqiao Town

圖6 高橋鎮(zhèn)土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)圖Fig. 6 Comprehensive evaluation map of soil quality in Gaoqiao Town1—優(yōu) 質(zhì)（high quality）； 2—良 好（good）； 3—中 等（medium）；4—差等（poor）

3.4 不同土地利用類型中土壤質(zhì)量情況

通過(guò)對(duì)不同土地利用類型土壤質(zhì)量各等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分別計(jì)算各土地利用類型占比情況（表7），分析可得旱地中優(yōu)質(zhì)土壤占比最高，為30.91%，其次為林地，優(yōu)質(zhì)土壤占比25.70%. 水田中中等土壤占比最高，為69.23%. 高橋鎮(zhèn)主要土地利用類型為林地，其中52.32%為良好質(zhì)量土壤.

表7 高橋鎮(zhèn)不同土地利用類型土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality by land use types in Gaoqiao Town

3.5 不同土壤類型中土壤質(zhì)量情況

通過(guò)對(duì)不同土壤類型土壤質(zhì)量各等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分別計(jì)算各土壤類型占比情況（表8），分析可得黃棕壤中優(yōu)質(zhì)土壤占比最高，為57.89%，其次為紅壤，優(yōu)質(zhì)土壤占比43.48%. 水稻土中中等土壤占比最高，為50%. 高橋鎮(zhèn)主要土壤類型為紫色土，其中66.42%為良好質(zhì)量土壤.

表8 高橋鎮(zhèn)不同土壤類型土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Comprehensive geochemical evaluation results of soil quality by soil types in Gaoqiao Town

4 結(jié)語(yǔ)與建議

高橋鎮(zhèn)土壤質(zhì)量整體較好且分布均衡. 云南省重金屬背景值相對(duì)較高，多地出現(xiàn)重金屬污染［12-13］，由地質(zhì)背景引起的異常具有覆蓋面積大、持續(xù)作用力強(qiáng)的特點(diǎn)，后期改良也較為困難. 不同成土母質(zhì)中Cd 超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)椋禾妓猁}巖區(qū)＞沖積物區(qū)＞泥質(zhì)巖區(qū)［14-15］.該區(qū)Cu 和Cd 均未達(dá)到污染級(jí)別，但在后期土地利用中應(yīng)少施用重金屬含量高的農(nóng)藥. 武定縣的城鎮(zhèn)區(qū)主要分布于縣城周邊和高橋鎮(zhèn)［16-18］，人口集中區(qū)土地質(zhì)量評(píng)級(jí)不高，或與持續(xù)擴(kuò)大的城鎮(zhèn)化建設(shè)有關(guān). 對(duì)于評(píng)級(jí)為差等的地塊，應(yīng)適當(dāng)提高有機(jī)農(nóng)肥的施用比率，降低農(nóng)作物耕種頻次，防止土壤質(zhì)量進(jìn)一步惡化. 這類土地單戶種植成本偏高，可依據(jù)政府政策導(dǎo)向做好防護(hù)或集中改良. 該區(qū)屬亞熱帶低緯度高原季風(fēng)氣候區(qū)，風(fēng)化作用對(duì)土質(zhì)影響較為明顯［19-20］，因此，土地治理具有長(zhǎng)期性和周期性的特點(diǎn).