山東半島藍色經濟區土壤地球化學基準值與背景值

龐緒貴,陳鈺,劉漢棟,代杰瑞,董健,陳磊，李肖鵬

(1.山東省地質調查院，山東 濟南 250013；2.山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

山東半島是我國最大的半島，山東半島藍色經濟區范圍包括山東全部海域和青島、東營、煙臺、濰坊、威海、日照6市及濱州市的無棣、沾化2個沿?？h所屬陸域，海域面積15.95萬km2，陸域面積6.4萬km2。地形地貌東部半島大部是起伏和緩、谷寬坡緩的波狀丘陵，為魯東丘陵區；北部是黃河沖積而成的平原，是華北平原的一部分，為魯西北平原區[1]。區內土地利用類型齊全，涵蓋耕地、林地、城鎮村及工礦用地、園地等8個一級類，其中，耕地和林地是山東半島藍色經濟區土地利用的兩個主要類型，分別占土地總面積的80.43%和9.09%。耕地主要分布在河流的沖洪積平原、山前平原及廣大低丘陵區；林地主要分布于低山區、丘陵區及河漫灘地區；城鎮村及工礦用地居三，占2.76%，園地居四，占2.50%；其余4類土地僅占土地總面積的5.22%。區內交通十分便利。

山東半島藍色經濟區是山東省經濟發達的地區，近年來，隨著工業化、城鎮化及農業產業化進程的快速發展，區內生態地質環境不斷惡化，其中，土

壤環境污染和農產品安全問題一直是制約山東半島藍色經濟區發展的重要問題，影響了區內農業生產、農產品和居民健康安全，導致部分農產品重金屬元素含量超標，破壞了人類賴以生存的環境，直接危及到人們的生活環境和身心健康，影響了地區社會經濟可持續發展。農作物的生長與土壤中地球化學元素密切相關，開展山東半島藍色經濟區土壤地球化學調查，從土壤中地球化學元素分布入手，研究土壤中地球化學元素背景含量及有益和有害元素的遷移、轉化和富集規律，對山東半島藍色經濟區農業布局與農產品安全具有重要意義。

1 地質背景與土壤

1.1 地質背景

區內以沂沭斷裂帶、郝官莊-山相家斷裂及即墨-牟平斷裂為界，跨2個Ⅰ級構造單元，斷裂西北為華北陸塊，東南為蘇魯造山帶；以齊廣斷裂、沂沭斷裂帶、郝官莊-山相家斷裂及即墨-牟平斷裂為界，自西向東劃分為華北坳陷、魯西隆起、魯東隆起

和膠南-威海隆起4個Ⅱ級構造單元[2]。區內地層出露規模大，約占調查區總面積的70%，以中生界為主，次為新生界第四系，太古宇、元古宇及古生界少量出露。構造處在華北陸塊和蘇魯造山帶接合帶，由于受板塊與板塊間的碰撞期后地質作用影響，使早先形成的EW向展布的地質體，沿著NE向斷裂左旋平移，使其區域構造線整體呈NE向展布，區內構造形跡以斷裂構造為主，褶皺構造不明顯。巖漿巖分布廣，類型多，從元古宙、中生代到新生代都有巖漿活動蹤跡，其巖性從基性—中性—酸性—偏堿性均有分布，產狀有巖基、巖株、巖脈和潛火山巖等。

1.2 成土母質及土壤

成土母質又稱土壤母質，是指地表巖石經風化作用使巖石破碎形成的松散碎屑，物理性質改變，形成疏松的風化物，是形成土壤的基本的原始物質，是土壤形成的物質基礎和植物礦物養分元素的最初來源。因此，成土母質對母巖有很好的繼承性。成土母質又是形成土壤的物質基礎，對于土壤的形成和發育具有重要的意義，在一定的生物、氣候條件下，成土母質的差異性往往成為土壤分異的主要因素。按巖石的地質成因及沉積形成，調查區成土母質可分為殘坡積物母質、洪沖積物母質、沖積物母質、湖積物母質、海相沉積物母質、風積物母質等類型。

據山東省第二次土壤普查制定的土壤分類方案，區內土壤分棕壤、褐土、風沙土、火山灰土、石質土、粗骨土、砂漿黑土、山地草甸土、潮土、鹽土、濱海鹽土、水稻土等。依其各自的發育程度、附加成土過程和土壤屬性，可進一步分為棕壤、白漿化棕壤、潮棕壤、棕壤性土、褐土、石灰性褐土、溶淋褐土、潮褐土、褐土性土、草甸風沙土、火山灰土、酸性石質土、中性石質土、鈣質石質土、中性粗骨土、酸性粗骨土、鈣質粗骨土、砂漿黑土、石灰性砂漿黑土、山地草甸土、潮土、脫潮土、濕潮土、鹽化潮土、堿化鹽土、濱海鹽土、濱海潮灘鹽土、淹育水稻土等28個亞類[3]。

2 樣品的采集與測試

2.1 樣品采集

樣品采集包括表層和深層土壤，樣點布設采用網格法，布置在農用大田、菜地、果園、林地等，避開人為污染和搬運的堆積土，使組合的分析樣能反映采樣單元主要土壤地球化學特征的前提下，采樣點盡可能布設在了采樣單元格中央。野外采樣前在室內把采樣點標繪在1∶5萬地形圖上，使用便攜式GPS并結合地形圖定點，表層樣由多個子樣組成，GPS定點標繪在中心子樣點的位置，深層樣采集一個子樣，每一采樣點都用噴漆在明顯的固定物上作了固定標記。表層土壤樣品采樣密度為1點/km2，采樣深度0～20cm；深層土壤樣品采樣密度為1點/4km2，采樣深度一般達到150～200cm，在低山丘陵區采樣深度150cm以下。采集的土壤樣品過20目篩，并按4個相鄰網格樣品組合成一件樣品進行分析，表層土壤組合樣為1件/4km2，深層土壤組合樣為1件/16km2，組合樣送樣重量為200g[4]。

2.2 測試元素與指標

表層、深層土壤測量元素或指標依據中國地質調查局地質調查技術標準《多目標區域地球化學調查規范(1∶25萬)》的規定，分析測試Ag，As，Au，B，Ba，Be，Bi，Br，C，Cd，Ce，Cl，Co，Cr，Cu，F，Ga，Ge，Hg，I，La，Li，Mn，Mo，N，Nb，Ni，P，Pb，Rb，S，Sb，Sc，Se，Sn，Sr，Th，Ti，Tl，U，V，W，Y，Zn，Zr，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O，Corg，pH值等54項指標[5]。樣品測試單位為武漢綜合巖礦測試中心。

2．3 測試質量評述

表層和深層土壤分析平均報出率為99.98%，單項指標報出率均大于97%，單項指標報出率(規定不低于90%)和平均報出率(規定不低于98%)均達到了規范要求。分析的準確度(△lgC)和精密度(λ)是用國家一級標準物質(GBW)進行檢驗。每批樣品(43件)中插入8件標準物質，用其標準物質的標準值來衡量分析方法的精密度和準確度。經統計土壤元素分析準確度(△lgC)最大0.10，精密度(λ)最大0.15，符合規范要求ΔlgC≤0.10，λ≤0.17的要求，合格率為100%。每批樣品(43件)中插入1件重復樣，2件重復分析樣，以檢驗重復分析質量，計算原始分析與重復檢驗數據之間相對偏差(RD)：RD=[|A-B|/2(A+B)]×100%，RD≤40%為合格，經統計重復分析合格率除Au元素為86.7%(規范要求Au元素大于85%)外，其他元素均大于95%，符合規范要求。樣品測試結果由中國地質調查局區域地球化學分析質量監督檢查組進行了驗收，評定為優秀。以上結果說明土壤樣品分析結果達到了《多目標區域地球化學調查規范(1∶25萬)》中對樣品測試質量的要求。

2．4 數據統計

對取得的表層土壤、深層土壤全量54元素或指標分析數據進行整理，分離出采樣點數據、重復樣數據和質量監控樣數據，再對每個采樣點賦以高斯-克呂格坐標，形成全區的地球化學數據，然后轉換成全區單元素或指標地球化學網格化數據。利用MapGIS等軟件進行空間分析，進一步為每個點賦以行政區劃等屬性，進行地球化學參數統計分析。

全區統計采用Excel電子表格工具欄內的數據分析功能，運用各參數計算方法進行統計。不同單元統計，首先編制各統計單元分布圖，應用MapGIS空間分析功能，分別按照單元區域范圍提取需進行統計的數據，建立單元子區文件，分別進行參數統計。地球化學參數統計內容包括：樣品數、最小值、最大值、中位數、算術平均值、幾何平均值、標準離差、變異系數、異常下限等。

3 主要成果

土壤地球化學基準值和背景值是土壤地球化學調查研究的基礎參數，它們分別代表了不同環境土壤中元素含量水平和變化規律[6-10]。表層、深層土壤是在同一成土母質基礎上發育而成，土壤地球化學含量特征具一致性，但表層土壤在成土過程中，受自然風化淋濾作用和人為擾動如后期工業“三廢”、增施肥料、污灌和農藥等因素影響，使其含量特征產生明顯差異[11-14]。

3．1 土壤地球化學基準值

土壤地球化學基準值是指未受到人類活動影響和環境污染的原始自然狀態條件下各類成土母質的元素地球化學豐度，其控制因素主要是地質背景、沉積物來源和類型，以及地貌氣候條件等。山東半島藍色經濟區深層土壤基準值是指以深層(采樣深度150～200cm)土壤地球化學元素分析數據為基礎，按統計單元剔除離群數值后所獲得的土壤元素含量平均值(表1)。

(1)與全國土壤豐度值[15]對比(收集到13項指標)，區內深層土壤大部分指標基準值與全國土壤豐度值相當，偏低的元素有Cu，V，Pb，Co，明顯低的元素有Hg，Se，As，Zn。這說明區域原始土壤中Hg，Pb等元素環境質量較好，但同時說明Cu，Co，Zn，Se等微量營養元素總量不足，特別是Se僅為全國的40%，Zn僅為全國的77%，這些營養元素在土壤中原始儲備量的不足，是土壤出現缺素的主要原因，原始含量過低將影響農作物質量。

表1 山東半島藍色經濟區土壤地球化學基準值統計

注：深層土壤含量統計樣品數為：全區4761件、青島市749件、東營市482件、煙臺市916件、濰坊市1017件、日照市344件、威海市404件。含量單位Au為10-9；Al2O3，C，CaO，K2O，MgO，N，Na2O，OrgC，SiO2，TFe2O3為10-2；pH無量綱，其余為10-6。

(2)與山東省深層土壤元素含量平均值對比，區內深層土壤中相對偏低的元素有Zn，Cu，Hg，Pb，Cr，V，Cd，Ni，其中Zn，Cu明顯偏低，分別是山東省土壤平均值的77%，78%；Co明顯高于山東省土壤平均值，為全省平均值的1.27倍，而Se，Mn，F，As與山東省土壤平均值基本接近。

(3)全區深層土壤中大部分元素含量分布均勻，變異系數多小于0.50，特別是SiO2，pH，Ge，Al2O3，Y，Nb，Rb，Ti，Tl，Be，Ga，K2O等變異系數小于0.25；而Ag，Au，Br，Cl，Hg，I，Mo，S，Sb等元素分布不均勻，變異系數大于0.75，特別是Au，Cl，Hg分布極不均勻，變異系數分別為2.88，2.83和2.41；可見，在深層土壤中，難遷移和強分散元素的空間變異性最弱，與金及多金屬成礦作用有關的Ag，Au，Hg，Mo，S，Sb和Cl，Br，I等鹵族元素空間變異性最強烈，深層土壤元素的這一分布特征與區內金及多金屬礦廣泛分布和地處沿海一帶相對應。

(4)為便于土壤環境等相關方面研究對基礎資料的需要，統計了區內青島、東營等6個市的土壤地球化學基準值，以供相關人員查閱。從統計結果可以看出，各市絕大部分元素基準值相對穩定，與全區基準值基本一致。僅As，B，Ba，Br，C，Cd，Cl，P，S，MgO，CaO，Corg指標在各地市變化較大；As，B，Br，C，Cd，Cl，P，S，MgO，CaO指標東營市含量最高，Ba元素威海市含量最高，Corg日照市含量最高；As，B，Cd，MgO等指標威海市含量最低，Br，Cl，S等指標日照市含量最低，Ba，Corg等2指標威海市含量最低，C，P元素煙臺市含量最低，CaO青島市含量最低；上述基準值的變化較客觀地反映了區內深層土壤各指標的地球化學變化，各行政區不同元素的土壤地球化學基準值主要受地質背景控制。

(5)深層土壤中pH平均值為7.79，呈弱堿性，尚未受到土壤酸化的影響。但從各市分析其變化也有不同，東營市、濰坊市、青島市深層土壤pH值分別為8.62，8.27和7.54呈堿性，其他市深層土壤pH值在6.75～7.25之間，呈中性。

3．2 土壤地球化學背景值

土壤地球化學背景值是指在未受或少受人類活動影響的土壤中元素的含量。由于人類活動的長期積累和現代工農業的發展，使自然環境的化學成分和含量水平發生了明顯的變化，絕對未受污染的土壤環境是不存在的，因此土壤地球化學背景值實際上是一個相對概念。山東半島藍色經濟區表層土壤背景值是指以表層(采樣深度0～20cm)土壤地球化學元素分析數據為基礎，按統計單元剔除離群數值后所獲得的土壤元素含量平均值(表2)。

(1)與全國表層土壤豐度值[16]對比(收集到46項指標)，區內表層土壤大部分指標背景值與全國土壤豐度值相當；Cd，CaO，Sr，Ba，Na2O等指標明顯高于全國表層土壤豐度值，除Cd元素受后期人類活動疊加影響外，多數指標為地質背景偏高引起；明顯偏低的指標有Mo，OrgC，Hg，Ag，I，W，Sb，Se，Bi，U，As，Th，Ge，B等，其中Mo為全國土壤平均值的33.88%，OrgC為全國的41.44%，Se為全國的55.86%，說明土壤中營養有益元素的總量是相對缺乏的，在農業生產實踐中應當注意。

(2)與山東省表層土壤含量平均值對比(收集到48項指標)，調查區內表層土壤中大部分指標接近山東省土壤平均值；Mo，Ag，W，I，Sb，Bi，Ge等元素明顯低于山東省土壤平均值，其中Mo元素僅為山東省土壤平均值的50%；Se，Sr，N，OrgC，Ba，Cd，Hg，TFe2O3，P等指標則明顯高于山東省土壤平均值，其中重金屬元素Hg，Cd含量分別為全省土壤平均值的1.53，1.41倍，其污染程度高于全省其他地區，與區內金與多金屬礦開采有一定關系。

(3)區內表層土壤中大部分元素含量分布均勻，變異系數多小于0.50，特別是Be，Ga，Ge，Nb，Rb，Ti，Tl，Y，Al2O3，K2O，SiO2，pH等指標變異系數小于0.25；而Ag，Au，Br，Cd，Cl，Hg，S等元素分布不均勻，變異系數大于0.75，特別是Au，Cl，Hg，S4元素分布極不均勻，變異系數分別為3.14，3.16，4.73和3.88；可見，表層土壤與深層土壤元素分布具有相似性，說明表層土壤在風化過程中有一定的繼承性，難遷移和強分散元素的空間變異性最弱，只是與金成礦作用有關的Au，Hg，S等元素和鹵族元素Cl空間變異性更強烈。

(4)為便于土壤環境等相關方面研究對基礎資料的需要，統計了區內的青島、東營等市的土壤地球化學背景值，以供相關人員查閱。從統計結果可以看出，各市絕大部分元素背景值相對穩定，與全區背景值基本一致。僅As，Au，B，Ba，Br，C，Cl，I，Li，S，Sb，MgO，CaO等指標在各市含量變化較大；As，B，Br，C，Cl，Li，S，Sb，MgO，CaO等指標東營市含量最高，Ba，I等元素威海市含量最高，Au元素煙臺市含量最高；As，B，C，Li，S，Sb，MgO等指標威海市含量最低，Au，Br，Cl等指標日照市含量最低，Ba，I等元素威海市含量最低，CaO青島市含量最低；上述背景值的變化較客觀地反映了區內表層土壤各指標的地球化學變化，各市不同元素的土壤地球化學背景值主要受地質背景和后期人類活動等因素控制，如煙臺市金背景值高與金礦分布及采冶等有關。

表2 山東半島藍色經濟區土壤地球化學背景值統計

注：表層土壤含量統計樣品數為：全區18524件、青島市2910件、東營市1876件、煙臺市3536件、濰坊市3979件、日照市1338件、威海市1527件。Au含量為10-9，Al2O3，C，CaO，K2O，MgO，N，Na2O，OrgC，SiO2，TFe2O3含量為10-2，pH無量綱，其余為10-6。

(5)深層土壤中pH值平均值為7.79，而表層土壤中pH值平均值為7.08，最低為4.29，受后期人類活動疊加影響，表層土壤pH值有明顯的降低趨勢。對比各市表層土壤pH背景值可見，日照、威海、煙臺等市pH值背景值在6.03～6.45，呈弱酸性，青島市6.60，濰坊市7.43，呈中性，東營市8.26，呈弱堿性。

4 結論

通過對山東半島藍色經濟區土壤中元素地球化學基準值和背景值統計，認為區內表層、深層土壤中除與金及多金屬成礦作用有關的Ag，Au，Hg，Mo，S，Sb等元素和Cl，Br，I等鹵族元素空間變異性大外，大部分元素分布均勻，且表層土壤與深層土壤元素分布具有相似性。對青島、東營、煙臺、濰坊、日照、威海等市的土壤地球化學基準值和背景值及其變化規律進行研究，發現6市絕大部分元素基準值和背景值相對穩定，與半島藍色經濟區基本一致，僅部分指標基準值和背景值變化較大；各市土壤地球化學基準值主要受地質背景控制，而土壤地球化學背景值主要受地質背景和后期人類活動等多層因素控制。深層土壤中pH值平均值為7.79，而表層土壤中pH值平均值為7.08，最低為4.29，受后期人類活動疊加影響，表層土壤pH值有明顯的降低趨勢。

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