承德市1∶5万滦河幅土地质量地球化学评价

2021-09-16李健卫晓锋刘卫张晓敏孙厚云贾凤超李多杰

矿产勘查 2021年4期

李健，卫晓锋，刘卫，张晓敏，孙厚云, ，贾凤超，李多杰

（1.北京矿产地质研究院有限责任公司，北京 100012；2.承德华勘五一四地矿测试研究有限公司，承德 067000；3.中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 100083）

0 引言

土地质量地球化学调查，主要是利用已有区域地质、水工环地质调查资料，开展与土地质量相关的生态地质环境要素调查，它在保障国家粮食安全、耕地保护、生态文明建设、发展特色农业及经济社会可持续发展等诸多方面都发挥了重要作用（Xia et al,2014,2017;王京彬等,2020;郑雄伟等,2020;刘阳等,2020;龚庆杰等,2020;刘国栋等,2020;叶翠和肖卫东,2020）。

承德市地处“四河源头、两库上游、沙区前沿”，在京津冀协同发展战略中地位独特，作为京津冀水源涵养功能区，部署土地质量地球化学调查工作，科学量化土地质量，为统筹安排京津冀的国土空间布局和生态环境保护提供基础地质资料，是服务国家京津冀一体化协同发展战略的需要。在承德市选择重点工作区开展土地质量地球化学调查，进行土地质量地球化学评价，查明工作区特色耕地资源分布，为当地特色土地资源的开发利用，提升特色农产品价值提供依据，支撑服务贫困地区脱贫攻坚的战略部署（殷志强等,2020;卫晓锋等,2020a）。本文以1∶5万滦河幅土地质量地球化学调查与评价为例，按照中国地质调查局《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）的技术要求，评价养分及有益元素丰缺状况、土壤环境清洁程度，并划分土地质量等级，提出了特色农业发展规划建议，为滦河幅地区土地资源的开发利用提供了科学依据。

1 研究区概况

承德市地处河北省东北部，范围介于北纬40°12′～42°37′，东经115°54′～119°15′。该地区常年平均气温为8.0 ℃，多年平均降雨量505.2 mm，其中70%～80%集中在每年的7—9月份，多年平均蒸发量1589 mm，常年日照时数为2638.8 h。工作区位于滦河支流伊逊河流域，伊逊河自北向南流经工作区（孙厚云等,2019）。

研究区位于燕山山脉中低山区，海拔高程466～1162 m，相对高差696 m，地形西北高东南低，南坡面积多于北坡面积，河谷阶地海拔较低，地势平坦。地形地貌直接影响调查区的气候、水文、土壤、植被等自然因素。根据承德地区土壤类型分布情况，工作区土壤类型主要为棕壤土、潮土、粗骨土和褐土4种类型（孙厚云等,2019）。土地利用类型主要为林地、草地，耕地、建筑用地，主要分布在河谷阶地海拔较低地势平坦地区。

2 样品采集与测试

工作区主要土地类型为草地、水浇地、林地和园地，土壤样品采集密度以《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）①为基础，按照500 m×500 m网格化方式，采用网格和土地利用类型图斑相结合的样点布设方案，采集表层土壤样品点，工作区总面积402.6 km2，采样密度根据土地利用类型的不同控制在4～16个点/km2，共采集土壤样品2069件，其中重采样72件，平均样品密度为5.14个点/km2，对于耕地密集连片地区，样品密度进行了适当加密，样点要最大限度地代表区域内土壤环境质量的状况，调查区采集的土壤样品分布图见图1。

图1 滦河幅调查区采样点分布图

样品分析测试工作由承德华勘五一四地矿测试研究有限公司承担，测试元素有N、P、V、Cr、Ni、Zn、K2O、Mn、B、Ge、I、F、As、Hg、Co、Cu、Mo、Cd、Pb、Sb、Se、有机质（SOM）、pH、速效钾（SXK）、速效磷（SXP）、碱解氮（YXN）共26项指标，样品分析以X荧光、ICP-MS和ICP-OES为主，以GF-AAS、ES、AFS、POL等分析方法相结合，各分析方法检出限、报出率、精密度、准确度、重复性检验及异常点抽查等质量指标均达到规范要求。

3 评价方法与数据处理

土壤养分地球化学等级、土壤环境地球化学等级与土壤质量地球化学综合等级划分的最小空间单位为评价单元（刘亮等,2020）。本次研究采用土地利用类型三调图斑作为最小评价单元，在土地利用类型三调图斑分类的基础上，按《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）等技术要求执行。将本次工作所获的土壤元素含量等级计算评价转化为土壤质量地球化学等级。

数据处理采用的是中国地质调查局发展研究中心研发的土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护（应用）子系统软件绘制评价类图件，进而统计各个元素评价等级的面积及百分比，最后在ArcGIS软件上面处理成图。

4 滦河幅土壤养分元素地球化学评价结果

4.1 土壤养分元素地球化学评价

土壤养分是土壤的基本属性和本质特征，与植物生长密切相关，影响着农业生态系统的维持及其生态功能的发挥（卫晓锋等,2020b;孙厚云等,2020）。根据土壤养分元素分级统计结果（表1），滦河幅工作区土壤中氮元素含量主要以三等（中等）和四等（较缺乏）为主，氮元素含量丰富（一等）的土壤主要分布在红石砬村南部地区、靳家沟门村南部地区和金鸡沟村北部地区，氮元素含量缺乏（五等）的土壤主要分布在宫后村周边地区、周台子村东部地区和西井沟村东北部地区；磷元素含量总体以三等（中等）和四等（较缺乏）为主，二者占比超过60%，土壤磷元素含量丰富（一等）和含量缺乏（五等）的地区呈零星分布；钾元素含量总体为丰富（一等）和较丰富（二等），二者合计占比超过90%，含量缺乏（五等）的土壤呈零星分布，含量丰富的地区主要在滦河幅工作区的东南部地区；有机质含量主要以三等（中等）和四等（较缺乏）为主，含量丰富（一等）的地区主要分布在红石砬村南部地区、靳家沟门村南部地区和金鸡沟村北部地区。

表1 滦河幅地区土壤养分元素地球化学评价等级统计表

根据《土地质量地球化学评价规范》，在氮、磷、钾有机质土壤养分单元素指标等级划分的基础上来进行土壤养分地球化学综合等级评价，结果显示：滦河幅工作区土壤养分综合等级以中等（三等）为主，总面积约为219.51 km2，占图幅面积的54.52%；其次是养分较丰富（二等）土壤，面积约为105.24 km2，占图幅面积的26.14%；土壤养分较缺乏（四等）较少，总面积约为60.30 km2，占图幅面积的14.98%；养分丰富（一等）和缺乏（五等）的土壤仅零星存在，面积所占比例合计约为4.36%（图2）。从数据分析结果（表1）可知该地区土壤养分中的氮元素、磷元素和有机质（SOM）、速效磷（SXP）都比较缺乏，而碱解氮（YXN）、速效钾（SXK）相对较丰富，在农业生产活动中根据地力水平可以适当调整氮磷钾肥的施肥比重，做到有针对性的科学施肥来达到增产增收的目的。

图2 滦河幅土地养分地球化学综合评价图

微量元素对农作物生长具有重要作用，特别是硒锗等有益微量元素的表生带地球化学循环具有重要的生态服务价值（张玉明等,2020;龙宣霖等,2020）。研究区土壤有益微量元素方面，土壤硒元素含量丰富（一等）的总面积约为6.64 km2，占图幅面积的1.65%，主要分布在蓝旗村东南部地区以及营后村西部地区、凡西营村北部地区；土壤锗元素含量丰富（一等）的总面积约为5.55 km2，占图幅面积的1.38%，主要分布在西井沟村西北部地区以及金鸡沟村东北部地区；土壤锰元素含量丰富（一等）的总面积为185.45 km2，占图幅面积的46.06%，主要分布在东营子村南部的绝大部分地区以及蓝旗村西南部地区；土壤钼元素含量丰富（一等）的总面积约为118.56 km2，占图幅面积的29.45%，主要分布在王营子村南部地区以及付营子村南部地区、蓝旗村北部地区；土壤养分铜元素含量丰富（一等）的总面积约为79.11 km2，占图幅面积的19.65%，主要分布在肖店村北部地区、药王庙村东南部地区以及羊草沟门村东北部地区；土壤养分锌元素含量丰富（一等）的总面积约为143.41 km2，占图幅面积的35.62%，主要分布在勒家沟门村南部地区、王营子村东南部地区以及付营子村南部地区、宋营村东南部地区、蓝旗村东部地区（表1）。承德地区现代农业发展成果丰硕，先后被评为“中国国光苹果之乡”、“中国热河黄芩之乡”、“首都重要菜篮子基地”等。滦河幅地区土壤微量元素含量丰富，可为发展特色农业、名优特农产品种植和生态环境保护提供宝贵的土地资源。

4.2 土壤环境地球化学评价

土壤酸碱度是土壤最重要的化学性质，因为它是土壤各种化学性质的综合反映，它与土壤微生物的活动、有机质的合成和分解、各种营养元素的转化与释放及有效性、土壤保持养分的能力都有关系（王淑芳等,2011）。土壤酸碱度对土壤养分有效性有重要影响，在pH值范围为6～7的微酸条件下，土壤养分有效性最高，最有利于植物生长。

酸碱度分级结果显示（表2、图3），调查区土壤以中性为主，中性所占面积为185.31 km2，其比例为46.03%，碱性地块面积为90.76 km2，占调查区的22.54%，酸性地块面积为111.36 km2，占调查区的27.66%，调查区强碱性、强酸性土壤分别仅为8.62 km2和6.65 km2（图3）。

表2 滦河幅土壤酸碱度地球化学等级评价统计表

图3 滦河幅土壤酸碱度（pH）评价等级图

参照《土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295—2016）》①相应评价指标，分析测试了砷、镉、汞、铅、铬等8项土壤重金属指标。按照《土地质量地球化学评价规范》要求，对调查区农用地Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn八项重金属元素进行单指标丰缺分级，结果统计如表3。

研究区土壤中砷、铅、铜元素污染分级结果如表显示（表3），调查区这3种重金属均不超标。铬、汞、镉、镍、锌污染分级结果如显示（表3），调查区土壤铬、汞、镉、镍、锌存在局部轻微-轻度污染，各重金属元素污染面积合计分别为12.68 km2、0.59 km2、12.41 km2、0.89 km2、3.79 km2，所占比例分别为3.15%、0.15%、3.08%、6.18%、0.94%。铬元素存在重度污染面积2.39 km2，主要分布在羊草沟门村东南部地区，其余面积均为清洁土地。

表3 滦河幅土壤环境元素评价等级统计表

根据《土地质量地球化学评价规范》，在Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn八项重金属元素进行单指标丰缺等级划分的基础上，再结合土壤pH分级等级来进行土壤环境地球化学综合等级评价，结果显示：该地区土壤环境综合等级以轻度污染（三等）为主，总面积为185.04 km2，占图幅面积的45.96%；其次为土壤环境综合等级呈中度污染（四等），总面积约为109.18 km2，占图幅面积的27.12%；土壤环境综合等级呈轻微污染（二等）的总面积约为22.76 km2,占图幅面积的22.76%；土壤环境综合等级为一等（清洁）和五等（重度污染）的土壤较少，呈零星分布，面积分别为7.72 km2、9.05 km2，占比分别为1.92%、2.25%。该地区土壤环境地球化学等级较高（呈现污染）的原因主要为该地区土壤酸碱度主要为酸性导致的，就土壤重金属而言，该地区存在重金属污染的土地较少（图4）。

图4 滦河幅土壤环境质量地球化学综合评价图

4.3 土壤质量地球化学评价

根据《土地质量地球化学评价规范》，土壤质量地球化学综合等级由研究区的土壤养分地球化学综合等级与土壤环境地球化学综合等级叠加产生，该地区土壤质量地球化学综合等级为一等（优质）的总面积约为0.22 km2，占图幅面积的0.06%；二等（良好）的土壤总面积约为1.71 km2，占图幅面积的0.43%；三等（中等）的总面积约为95.81 km2，占图幅面积的23.80%；四等（差等）的总面积约为186.23 km2，占图幅面积的46.36%；五等（劣等）的总面积约为118.23 km2，占图幅面积的29.23%（表4，图5）。