龙宣霖，孔鹏飞，秦先进，郭宇

（贵州省地矿局一0 二地质大队，贵州 遵义 563003）

0 引言

贵州遵义松林黑色岩系岩区为华南下寒武统Ni-Mo 矿化带中的典型矿床之一（周洁等，2008；罗泰义等，2003），其赋矿层位为下寒武统牛蹄塘组底部黑色页岩。前人报道了遵义松林Ni-Mo 矿区周围土壤中有毒元素（Mo、Ni、As、Cd、Zn、Cu、Pb、V、Hg、Cr）的分布状况及可能的环境影响（樊正烈，2010），然而，由于Ni-Mo 矿开采过程中暴露在地表的富含多金属尾矿和黑色页岩围岩碎石等在外界媒介（水、气、热等）作用下，有毒元素镉、砷等活化浸出，迁移至松林地区土壤中，可能造成镉、砷污染，其污染程度及生态风险评价亟待深入（李朝奎等，2010）。本项研究拟通过对遵义松林黑色岩系岩区土壤中元素的调查分析，查明该区土壤元素含量水平、分布及其环境质量。同时评价土壤中镉、砷污染状况及其潜在生态风险，为确定遵义松林地区耕地土壤是否存在针对镉、砷污染修复必要性提供初步的科学数据和依据。

1 研究区概况

松林地区隶属于贵州省遵义市汇川区，位于汇川区西南部。位于贵州高原北部，北倚娄山、南濒乌江，处于黔北山原向黔中丘原过渡地带，地势为西北向东南逐渐降低。松林地区气候属中亚热带季风湿润气候，平均气温为14～15℃，年平均气温14.6℃。区内岩溶发育，碳酸盐岩类占70%，地下河和出露的泉水点较多，全区出露地层由老到新为寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系与侏罗系。岩性主要为碳酸性岩与陆岩碎屑岩（图1）。

2 样品采集与分析测试

在遵义松林地区调查地类分布范围内，按照4～16 个点/km2的原则共采集0～20 cm 表层土壤样品405 件，无污染自动风干，过20 钼孔径筛，送贵州省地质矿产中心实验室，将样品加工至200 钼孔径筛，土壤样品全量分析指标包括有机质、N、P、K、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Se、Ge、I、F、pH 值、As、Cd、Cr、Hg、Pb、Co、Ni、V、Tl，共计23 项。

图1 松林地区地质简图

3 土壤地球化学特征

与全国土壤A 层背景值相比，松林地区表层土壤区域地球化学背景值只有K元素低于全国平均值，其余元素区域地球化学背景值均高于全国平均值（樊正烈，2010）。

通过不同元素或指标变异系数的变化情况可知，区内Ge、N、Zn、Ti、F、Pb、SOM 元素的变异系数分别为0.3、0.19、0.27，含量分布最均匀；其次为Cr、B、V、Se、Co、Cd、K2O、Mo、Ni 等元素，其变异系数在0.3～0.5，为弱离散类；As、Cu、P、Hg、Mn、I、pH等元素其变异系数在0.5～1.0，为中离散类。对pH值的统计结果表明，全地区pH 分布的中值为5.7，众数为5.4，其土壤整体偏酸性，体现了区内大面积分布的碳酸盐岩分布区的强烈风化淋漓作用下的酸化特性（表1）（周广柱等，2005）。

表1 松林地区土壤全量地球化学参数表（n=405）

3.1 不同成土母岩土壤各元素特征

松林地区不同成土母岩土壤元素或指标均值统计表（表2）显示，地区内成土母岩以碳酸盐岩为主。其中，白云岩成土母岩区As、F、Hg、I、Mo、N、P、Pb、Ti、Zn 等元素均值相对较高；灰岩成土母岩区Cd、Co、Cr、Cu、I、Mn、Ni、Se、SOM、V 等元素均值相对较高；泥岩成土母岩区B、Ge、K2O 等元素均值相对较高。白云岩成土母岩区Co、Cr、Cu、Ge、K2O、Ni、V 等元素均值相对较低；灰岩成土母岩区B、N、Ti、Zn 等元素均值相对较低；页岩成土母岩区As、Cd、F、Hg、I、Mn、Mo、P、Pb、Se、SOM 等元素均值相对较低。

表2 不同成土母岩土壤元素或指标均值统计

3.2 不同土壤类型元素特征

松林地区不同土壤类型土壤元素或指标均值统计表（表3）显示，地区内土壤类型以黄壤为主，石灰土最少。其中，黄壤As、Cd、Co、Cr、Cu、Ge、Hg、I、Mn、Ni、P、Pb、pH、Se、V、Zn 等元素均值相对较高，B、F、Ge、K2O、Mo、N、SOM、Ti 等元素均值相对较低；水稻土B、F、Ge、K2O、Mo、N、SOM、Ti 等元素或指标均值相对较高，As、Cd、Co、Cr、Cu、Ge、Hg、I、Mn、Ni、P、Pb、pH、Se、V、Zn 等元素均值相对较低。

表3 不同土壤类型土壤元素或指标均值统计

4 土壤中元素富集分析

4.1 部分养分元素局部富集

B 在泥岩、页岩成土母岩分布区富集。Cu、Se、V 在二叠系泥岩、寒武系页岩成土母岩分布区富集；Ge 在寒武系金顶山组明心寺组页岩成土母岩分布区富集；Mo 在寒武系白云岩、震旦系灯影组白云岩成土母岩分布区富集；P 在震旦系灯影组白云岩成土母岩分布区富集。

4.2 部分环境元素局部富集

As、Pb 元素在寒武系娄山关组白云岩成土母岩分布区富集；Cd、Cr、Ni 元素在二叠系龙潭组泥岩、震旦系灯影组白云岩成土母岩分布区富集；Hg 元素主要在震旦系灯影组白云岩成土母岩分布区富集（何志祥等，2011；李胜荣和肖启云，2002）。

通过土壤垂向剖面中的腐质层、淋容层、淀积层、母质层及成土母岩样品分析测试数据进行综合分析得知，元素在不同成土母岩区土壤垂向剖面中含量变化表现出与成土母岩较强的关联性（图2～3）（李有禹，1997；谢淑容等，2008）。

5 土壤质量评价

5.1 土壤养分质量评价

查明松林地区土壤中单指标养分元素等级，并根据氮（N）、磷（P）、钾（K）含量对土壤养分综合等级进行了评价，松林地区土壤养分综合质量以二等（较丰富）为主；三等（中等）次之。一等（丰富）土壤面积0.22 km2，约占松林地区土壤总面积比例2.72%；二等（较丰富）土壤面积6.85 km2，约占松林地区土壤总面积比例84.1%；三等（中等）土壤面积1.02 km2，约占松林地区土壤总面积比例12.59%；四等（较缺乏）土壤面积0.05 km2，约占松林地区土壤总面积比例0.59%；全地区无五等（缺乏）土壤（表4）。

表4 不同养分质量等级类别土壤面积占比（%）

5.2 土壤环境质量评价

查明松林地区土壤酸碱度（pH）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）、汞（Hg）、镍（Ni）等元素单指标土壤环境质量等级、多指标环境质量综合等级分布情况（周广桂等，2005）。松林地区土壤环境综合等级以安全利用类为主。优先保护类土壤面积3.25 km2，约占松林地区土壤总面积比例8.33%；安全利用类土壤面积35.58 km2，约占松林地区土壤总面积比例91.18%；严格管控类土壤面积0.19 km2，约占松林地区土壤总面积比例0.5%（表5）。

图2 SLPM1 土壤剖面图

图3 SLPM2 土壤剖面图

表5 不同环境质量等级类别土壤面积占比（%）

5.3 土壤质量综合评价

进行了土壤质量综合评价，初步查明松林地区土壤质量综合等级情况（图4）。松林地区土壤质量以三等（中等）为主。一等（优质）土壤面积1.7km2，约占松林地区土壤总面积比例4.36%；二等（良好）土壤面积1.38 km2，约占松林地区土壤总面积比例3.53%；三等（中等）土壤面积35.75 km2，约占松林地区土壤总面积比例91.62%；无四等（差等）土壤面；五等（劣等）土壤面积0.19 km2，约占松林地区土壤总面积比例0.5%（表6，表7）。

表6 不同微量元素等级类别土壤面积占比（%）

表7 松林地区土壤质量地球化学综合等级评价

6 生态环境评价

6.1 土壤镉砷含量分析结果

遵义松林地区土地利用类型主要为旱地，其土壤的理化性质为Corg=1.89%，CO2=0.03%，Stot=0.062%，pH=4.38。本研究所采耕地表层土壤样品的镉、砷含量分析结果列于表1。由表8 可见，松林地区耕地土壤中镉、砷含量范围分别为0.1～0.9 mg·kg-1和4.7～48.4 mg·kg-1，平均值分别为0.429 mg·kg-1和19.4mg·kg-1。土壤镉、砷含量明显高于贵州省土壤镉、砷环境背景值（Cd 0.133 mg·kg-1，As 13.30 mg·kg-1）（表8）（王洋洋等，2008）。与遵义其他地区碳酸盐岩发育的土壤（Cd 0.20 mg·kg-1，As 22.50 mg·kg-1）、碎屑岩风化的土壤（Cd 0.18 mg·kg-1，As 28.78 mg·kg-1）相比，所研究土壤镉、砷含量明显偏高。上述对比初步表明，遵义松林地区耕地土壤具有高镉、砷含量特征，可能遭受这两种重金属元素污染，值得进一步评价（张国祥等，1996；郭伟等，2011）。

6.2 镉砷污染地质累积指数法评价结果

为了评价遵义松林地区耕地土壤镉、砷的污染状况，本研究以贵州镉、砷土壤环境背景值分别作为研究区土壤镉、砷的背景值，取k 值为1.5 进行地质累积指数计算（滕彦国等，2002；胡恭任和于瑞莲，2008）。遵义松林地区耕地土壤镉、砷地质累积指数的变化范围分别为1.85～4.54 和1.20～2.69，对应的污染等级范围分别为2～5 和2～3（金昭贵和周明忠，2012）。通过与地质累积指数相对应的污染程度评价，研究区耕地土壤样品的镉污染程度为中度污染至极重污染，多数样品具中度污染—重污染程度；耕地土壤样品的砷污染程度为中度污染至中度污染—重污染的范围，样品普遍具中度污染程度。

6.3 生态环境综合评价

通过对土壤养分元素进行调查评价得知，地区内土壤中氮元素全量及有效量含量等级均较高。磷元素全量及有效量含量等级差异性较大，主要受成土母岩的控制，磷含量明显高于其他地区；地区内土壤钾元素、硼元素含量等级则与磷元素相反，钾元素、硼元素含量等级明显低于其他地区。地区内土

表8 遵义松林Ni-Mo 矿区耕地土壤镉、砷含量

图4 松林地区土壤质量地球化学综合等级图

单位：mg·kg-1。壤硒、锗、锌元素整体质量等级较高，富硒土壤面积较大。通过对土壤环境元素进行调查评价得知，地区内土壤中存在的重金属元素的主要是镉、砷元素，其中高值主要出现在寒武系白云岩（灯影组）、寒武系页岩（牛蹄塘组）地层分布区域。土壤中环境元素含量与地层有一定的相关性，可以分布对易产生环境元素富集的地层分布区域内的地块进行监测，并对相关区域内种植的农作物进行安全性评价和监测。在施肥过程中根据元素的相关性以及不同元素组合在农作物中的富集作用，合理搭配施肥（毕春娟和陈振楼，2001）。并在施肥过程中对土壤理化性质进行监测，同时对土壤中环境元素含量进行监测（叶寒青和杨祥良，2001）。

7 结论

（1）区内土壤营养元素较丰富。表层土壤元素分析表明，松林区土壤中植物营养有益元素整体上较丰富。主要营养元素如氮、有机碳（TOC）等均出现大面积丰富的地区。

（2）局部土壤重金属污染，环境状况不容乐观。研究表明，研究区存在以镉等元素为主的大面积的重金属污染。土壤中以镉为主的重金属污染主要分布在松林镇及其周边地区。在这些污染区某些重金属元素已经进入植物、蔬菜、稻谷以及人体内，威胁食品安全和人体健康（刘文新等，1999）。

（3）土壤健康元素分布较广泛。硒元素在表层土壤中的分布是丰富的，主要分布在牛蹄塘组黑色系的分布区，富集区域达90%以上，为发展富硒农业提供了宝贵的土壤资源。

（4）根据主导性、系统性、独立性、生产性、空间变异性、定量与定性相结合、实用性、相对稳定性和区域性等原则筛选确认土地质量地球化学分等指标为：必需大量元素N、P、K，必需微量元素Mo、Mn，环境指标pH、Cd，健康指标Se、I，研究区土地质量整体中等。

（5）通过采用地累积指数法评价，研究区耕地土壤样品的镉污染程度以中度污染—重污染为主，样品砷污染程度普遍为中度污染。因此，评价结果表明遵义松林地区耕地土壤已遭受镉、砷污染，且其污染程度相对较高。所研究的耕地土壤样品中，镉以高潜在生态风险为主；砷则以中等潜在生态风险为主。结果表明研究区耕地土壤镉、砷具有较高潜在生态风险，值得展开进一步的土壤污染修复研究。