胡紅軍,徐干干

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325地質(zhì)隊,安徽 淮北 235000)

0 引言

近年來,隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局和施肥方式發(fā)生了較大的變化,由原來單一作物發(fā)展成大宗傳統(tǒng)作物、果蔬等全面發(fā)展的局面,土壤生態(tài)環(huán)境已發(fā)生了根本變化,對優(yōu)質(zhì)特色土地資源需求更高。土地質(zhì)量地球化學調(diào)查作為一項基礎(chǔ)性農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查工作,旨在查明土壤中養(yǎng)分元素(氮、磷、鉀等)、有益元素(鋅等)、有害元素(鎘、汞、砷等)的地球化學分布、分配特征及生物有效性,分析評價土地質(zhì)量狀況[1-3],是目前發(fā)展特色農(nóng)業(yè)、保障糧食安全的重要手段。

碭山縣位于安徽省最北端,是國家級貧困縣,葛集鎮(zhèn)是碭山縣重要的水果鄉(xiāng)鎮(zhèn),也是遠近聞名的“油桃之鄉(xiāng)”。本文在1∶5萬土地質(zhì)量專項調(diào)查基礎(chǔ)上,以全國第二次土地調(diào)查繪制的土地利用現(xiàn)狀圖斑為評價單元對葛集鎮(zhèn)進行土地質(zhì)量地球化學評價,查明土地質(zhì)量現(xiàn)狀,對當?shù)剞r(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及助力鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為安徽省碭山縣葛集鎮(zhèn),位于碭山縣東北方向皖蘇交界處,距縣城18.8km。研究區(qū)地處淮北平原,地勢平坦,屬于季風半濕潤氣候區(qū)。研究區(qū)屬淮北地層小區(qū)前第四系地層(奧陶系中、下統(tǒng),石炭系上統(tǒng)至三疊系下統(tǒng),古近系),均隱伏于第四系(下更新統(tǒng)桃園組、中更新統(tǒng)潘集組、上更新統(tǒng)茆塘組、全新統(tǒng)蚌埠組)之下,厚150m左右,地貌類型為平原,土壤類型主要為黃潮土、堿化潮土、鹽化潮土(圖1),面積分別為76.80km2、5.34km2、2.98km2,主要土地利用類型為果園,種植油桃、酥梨、黃桃等作物。

1—黃潮土;2—堿化潮土;3—鹽化潮土圖1 安徽省碭山縣葛集鎮(zhèn)土壤類型圖

2 樣品采集與分析測試

2.1 樣品采集

以網(wǎng)格疊加二調(diào)圖斑的采樣布局,在葛集鎮(zhèn)一般種植區(qū)內(nèi)按4個點/km2布置,省級農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)加密至16個點/km2,土壤平均采樣密度為6.4個點/km2,研究區(qū)土壤采樣點位見圖2,樣點主要布設(shè)在地質(zhì)背景、土壤類型和土地利用方式的代表性地塊內(nèi),全區(qū)兼顧均勻性與合理性。主樣點選擇在布設(shè)樣點附近的最大田塊內(nèi),子樣點選擇在周邊20～50m范圍(不能超出評價圖斑范圍)內(nèi)不同田塊,土壤樣品用專用取土器(定制不銹鋼鏟)自地表向下連續(xù)采集0～20cm(旱地)、0～40cm(果園)的土壤柱,由2～4個子樣等量混合而成一個樣品,主樣、子樣采樣方法、采樣深度等一致,除去根莖、葉及石礫、蟲體等雜物,采樣時避開溝渠、路邊、林帶、舊房基、糞堆等無代表性地段。

1—道路;2—河流;3—村莊;4—采樣點位圖2 安徽省碭山縣葛集鎮(zhèn)土壤采樣點位圖

2.2 分析測試

土壤樣品均經(jīng)自然風干并經(jīng)20目尼龍篩加工處理后送實驗室,測試工作由具備地質(zhì)實驗測試甲級資質(zhì)的安徽省地質(zhì)實驗研究所承擔。以《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范(DZ/T0258—2014)》為依據(jù),選擇使用X射線熒光光譜法(XRF)測定P、K2O,電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定Cr、Cu、Cd、Ni、Pb、Zn,原子熒光法(AFS)、凱氏氮蒸餾酸堿滴定容量法(VOL)、離子選擇性電極法(ISE)測定As、Hg、N、pH的分析方法配套方案。測試數(shù)據(jù)質(zhì)量經(jīng)專家驗收合格,質(zhì)量可靠。

2.3 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2016、SPSS 21.0,基于等處理軟件進行數(shù)據(jù)分布檢驗和參數(shù)計算(平均值、最大值、最小值、變異系數(shù)等);地球化學等級圖基于土地質(zhì)量地球化學調(diào)查與評價數(shù)據(jù)管理與維護(應用)子系統(tǒng)及MapGIS 6.7軟件成圖,研究區(qū)以二調(diào)圖斑為評價單元,利用插值法或?qū)傩再x值法對每個評價單元進行賦值,賦值結(jié)果經(jīng)比對驗證,成果可靠[4-8]。

3 評價指標與方法

3.1 土壤養(yǎng)分地球化學等級評價方法

選取N、P、K作為評價土壤養(yǎng)分指標,首先進行單指標等級評價,再按照公式(1)計算得出土壤養(yǎng)分綜合評價得分。

式中:f養(yǎng)綜—土壤N、P、K養(yǎng)分元素評價總得分,ki—土壤N、P、K單指標在土壤養(yǎng)分中所占權(quán)重的系數(shù)分別為0.4、0.4、0.2),fi—土壤N、P、K單指標評價結(jié)果(五等至一等)所對應的等級得分(1分至5分)[9]。

根據(jù)f養(yǎng)綜得分結(jié)果將土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級劃分為一等(f養(yǎng)綜≥4.5)、二等(f養(yǎng)綜<4.5～3.5)、三等(f養(yǎng)綜<3.5～2.5)、四等(f養(yǎng)綜<2.5～1.5)、五等(f養(yǎng)綜<1.5)[10]。

3.2 土壤環(huán)境地球化學評價方法

本文選取Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 8種土壤重金屬元素及pH,參照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(GB15618—2018)》[11]與《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風險管控標準(GB36600—2018)》[12]中的標準,進行重金屬元素單指標土壤環(huán)境地球化學等級評價,基于單指標評價結(jié)果,以每個評價單元內(nèi)Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni單指標劃分的最差的環(huán)境等級作為該評價單元的土壤環(huán)境地球化學綜合等級[13-14]。

3.3 土壤質(zhì)量地球化學綜合評價

土壤質(zhì)量受到土壤養(yǎng)分、土壤環(huán)境雙重影響,疊加各評價單元的土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級與土壤環(huán)境地球化學綜合等級得出土壤質(zhì)量地球化學綜合等級。

4 結(jié)果與討論

4.1 土壤元素地球化學參數(shù)特征

本文對葛集鎮(zhèn)各評價指標元素地球化學參數(shù)進行了統(tǒng)計分析(表1),變異系數(shù)的大小反映元素在空間分布的均勻(變異)程度,土壤中K、Pb、Cr、pH變異系數(shù)小于0.16,分布均勻;N、P、Cd、As、Zn、Ni變異系數(shù)介于0.16～0.36之間,屬中等變異分布;Hg、Cu變異系數(shù)大于0.36,屬強變異分布,表明Hg、Cu元素在土壤中存在明顯的遷移轉(zhuǎn)化,致使局部富集或貧化。

表1 葛集鎮(zhèn)各評價指標元素地球化學參數(shù)統(tǒng)計

土壤12項指標元素經(jīng)正態(tài)檢驗,不符合服從正態(tài)分布,本文選擇迭代剔除離散數(shù)據(jù)(按照算術(shù)平均值加減3倍的標準差)后的算數(shù)平均值代表各元素背景值[15-17],將各評價指標元素背景值與皖北地區(qū)表層土壤背景值相比,土壤中N元素含量明顯偏低(富集系數(shù)K1<0.8),K、Cd、Hg、As、Pb、Cr、Zn、Ni、pH含量相當(富集系數(shù)0.81.21),表明P、Cu元素在表生作用遷移過程中主要發(fā)生富集,可能與過施磷肥、農(nóng)藥有關(guān)。

綜上,部分元素發(fā)生富集或貧化現(xiàn)象可能于土壤類型及人為活動干擾等因素有關(guān)。

4.2 土壤元素相關(guān)性分析

本文基于研究區(qū)內(nèi)552件土壤樣品數(shù)據(jù),以N、P、K、Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni、pH為變量進行R型因子分析(經(jīng)計算,KMO值為0.932),選取公因子方差累計貢獻>80%的因子作方差極大正交旋轉(zhuǎn)[18],確定各因子的元素組合,結(jié)合研究區(qū)土壤地球化學特征,進行區(qū)內(nèi)元素共生組合的特征研究。結(jié)果顯示,主因子F1中元素Ni、Cr、K、As、Pb、Zn、Cd、N的載荷高,呈共生組合,其中P、pH、Hg與其他元素呈負相關(guān),其余元素呈正相關(guān)性;主因子F2中元素Zn、P、Cu、N的載荷高,呈共生組合關(guān)系,其中pH與其他元素呈負相關(guān)(表2)。

表2 葛集鎮(zhèn)土壤元素旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣表

4.3 土壤養(yǎng)分地球化學等級評價結(jié)果

圖3為葛集鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分地球化學單元素等級評價結(jié)果,土壤N以較缺乏、缺乏為主,占總評價面積的82.12%,其次為中等,占總評價面積的16.70%,較豐富土壤僅占總評價面積的1.18%,無豐富土壤分布,缺氮會導致植株生長緩慢,株小葉黃,合成有機質(zhì)少,產(chǎn)量低等現(xiàn)象;P以豐富、較豐富為主,占總評價面積的93.66%,豐富土壤占比很少,無缺乏、較缺乏土壤分布,富磷可能與農(nóng)業(yè)施肥的影響;K比較穩(wěn)定,僅有中等、較豐富土壤分布,分別占總評價面積的54.93%、45.07%。

圖3 安徽省碭山縣葛集鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分單元素等級面積占比圖

土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級評價結(jié)果顯示(圖4),葛集鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀主要為果園,土壤養(yǎng)分質(zhì)量一般。土壤養(yǎng)分以三等(中等)為主,面積為49.32km2,占總評價面積的58.90%,分布面積較大,主要分布在汪小樓西北部,張馬吳莊—新華村—高寨村,以及蔣屯—李庵—范套、土山村一帶;其次為二等(較豐富),面積為30.68km2,占總評價面積的36.64%,分布面積較集中,主要分布于葛集鎮(zhèn)北部白蠟園村、賈寨、夏黃樓村,以及其東部毛雷莊村,該地區(qū)土壤養(yǎng)分較好可能與土壤類型(黃潮土中兩合土能起到供肥保肥雙協(xié)調(diào)作用)有關(guān);四等(較缺乏)土壤分布面積較小,面積為3.73km2,占總評價面積的4.46%,呈零星分布,主要分布在汪沙灘村附近,主要受人為施肥影響;無一等及五等土壤分布。

1—二等(較豐富);2—三等(中等);3—四等(較缺乏)圖4 安徽省碭山縣葛集鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級圖

研究表明,葛集鎮(zhèn)土壤缺N,富P,K穩(wěn)定,整體養(yǎng)分質(zhì)量一般,建議當?shù)蒯槍π缘脑鍪㎞肥、控施P肥,穩(wěn)施鉀肥,同時增施有機肥,以保證土壤肥力,進而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。

4.4 土壤環(huán)境地球化學等級評價結(jié)果

土壤環(huán)境單元素評價等級結(jié)果(圖5),研究區(qū)土壤中重金屬元素Cd、Hg、Pb、Ni、Zn、As和Cr含量均未超出土壤污染風險篩選值。僅Cu含量在極少部分地區(qū)超出土壤污染風險篩選值,但未超出土壤污染風險管控值,占總評價面積的0.31%。經(jīng)現(xiàn)場核實,Cu風險可控地區(qū)距離村莊較近,可能與人為活動干擾有關(guān)。

圖5 安徽省碭山縣葛集鎮(zhèn)土壤環(huán)境單元素評價等級面積占比圖

土壤環(huán)境地球化學綜合等級評價結(jié)果,綜合各單指標土壤環(huán)境地球化學等級,按照最嚴格原則,該區(qū)內(nèi)大部分土壤環(huán)境地球化學綜合等級為一等,面積為83.47km2,占總評價面積的99.69%,土壤環(huán)境綜合評定為無風險;在葛集鎮(zhèn)西南部零星地塊內(nèi)輕微超標,劃分等級為二等,面積為0.26km2,占總評價面積的0.31%,土壤環(huán)境綜合評定為風險可控,主要受Cu元素的污染影響;無三等風險較高土壤。評價結(jié)果顯示研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量優(yōu)質(zhì),無風險土壤面積占比大,可為該鎮(zhèn)綠色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地布局提供基礎(chǔ)資料。

4.5 土地質(zhì)量地球化學等級評價結(jié)果

土壤質(zhì)量地球化學綜合等級評價結(jié)果(圖6),葛集鎮(zhèn)土壤質(zhì)量以二等(良好)為主,面積為49.35km2,占總評價面積的58.94%;一等(優(yōu)質(zhì))分布面積其次,面積為29.46km2,占總評價面積的35.18%;三等(中等)土壤分布面積最少,面積為4.92km2,占總評價面積的5.88%,無差等、劣等土壤分布。其中優(yōu)質(zhì)土壤主要分布在李寨溝兩邊及葛套—毛雷莊一帶,整體來看,受土壤養(yǎng)分和環(huán)境元素分布影響,葛集鎮(zhèn)中部土壤質(zhì)量優(yōu)于兩側(cè)區(qū)域。因此研究區(qū)土壤質(zhì)量整體較好,適宜開展農(nóng)業(yè)活動。

1—一等(優(yōu)質(zhì));2—二等(良好);3—三等(中等)圖6 安徽省碭山縣葛集鎮(zhèn)土壤質(zhì)量地球化學綜合等級圖

4.6 特色土地資源評價

Zn是人體必需的微量元素之一,在人體生長發(fā)育過程中起著極其重要的作用,缺鋅容易導致食欲減退、消化不良、免疫力下降、生長遲緩等多種危害[18-20]。因此,對土壤富Zn研究是非常有必要的。對葛集鎮(zhèn)范圍內(nèi)采集的552件土壤Zn元素進行統(tǒng)計,Zn含量范圍為37.4～150.8mg/kg,均值為71.94mg/kg,高于皖北地區(qū)土壤背景值。依據(jù)《富鋅土壤評價技術(shù)要求》(DB23/T2410—2019)[21],對葛集鎮(zhèn)富鋅土壤進行劃定。土壤鋅含量評價等級劃分標準見表3。

表3 土壤鋅含量評價等級劃分

從圖7富鋅土壤等級劃分圖可知,葛集鎮(zhèn)土壤Zn豐缺狀況以一等(富Zn)為主,面積為37.47km2,占總評價面積的54.07%;其次為二等(足Zn),面積為22.47km2,占比32.42%;三等(Zn適量)面積為8.73km2,占比12.60%;無過鋅、低Zn和缺Zn土壤。富Zn、足Zn土壤受土壤類型(黃潮土)影響,在全鎮(zhèn)范圍內(nèi)均有分布,分布面積廣泛,Zn適量零星分布,整體Zn元素含量中部高于兩側(cè)。研究區(qū)屬油桃、酥梨種植區(qū),此次富Zn土壤的發(fā)現(xiàn),為研究區(qū)發(fā)展特色農(nóng)產(chǎn)品種植,提升農(nóng)產(chǎn)品附加值和品牌效應,促進當?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展提供科學依據(jù)。

1—一等(富鋅);2—二等(足鋅);3—三等(鋅適量);4—村莊圖7 安徽省碭山縣葛集鎮(zhèn)富鋅土壤等級劃分圖

5 結(jié)論

(1)葛集鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分質(zhì)量一般,中等養(yǎng)分占總評價面積的58.9%,主要缺乏N元素,該地區(qū)應增加N肥使用量,同時施用有機肥,提高土壤N元素的有效性,改善土壤缺N現(xiàn)狀,以達到農(nóng)業(yè)增產(chǎn)目的。

(2)葛集鎮(zhèn)土壤環(huán)境質(zhì)量優(yōu)質(zhì),以一等無風險區(qū)為主,占總評價面積的99.69%;二等風險可控占總評價面積的0.31%,主要受Cu元素的污染影響;無風險較高土壤。在Cu元素風險可控地區(qū)應設(shè)立監(jiān)測點,定期監(jiān)測土壤中銅元素的含量變化,確保食品安全。

(3)葛集鎮(zhèn)土壤質(zhì)量整體較好,良好和優(yōu)質(zhì)土壤占總評價面積的94.12%;中等土壤占總評價面積的4.92%;無差等、劣等土壤。

(4)碭山縣葛集鎮(zhèn)富鋅土壤面積較大,占總評價面積的54.07%,主要分布于葛套—毛雷莊一帶,建議當?shù)卣畬Ω讳\土地開發(fā)利用,打造特色農(nóng)產(chǎn)品的品牌。