貴州省興仁市耕地土壤地球化學背景值及異常值分布特征

鮑大忠 游桂芝

摘要：對采集的數據采用平均值加標準差法剔除異常值后，再用Excel統計了全市N、P、K、B、Mn等22項指標背景值和不同條件下成土母質風化物、耕地土壤、土地利用、酸堿度、鄉鎮等背景值與全市背景值的比值，分析了其差異性及指標含量過剩或超標元素。分析結果：除Ge略低于全國背景值外，其余指標含量均高于全國背景值；同種元素在不同條件下，比值均存在差異，部分差異明顯，特別是Hg的比值為0.82～10.86，變幅達興仁市背景值的10.04倍；Cu、F、Mn、Mo存在含量過剩；As、Cd、Hg、Ni存在含量超標。結果為地方政府開展耕地土壤質量評價、平衡施肥、耕地提質改造、農業種植調整等提供了基礎地球化學依據。

關鍵詞：耕地土壤；背景值；比值；興仁市

1.引言

耕地質量地球化學調查是一項基礎性、公益性、戰略性的地質調查與研究工作[1]。土地質量的好壞直接影響到農、林、牧業的產業效益和居民的生活質量。隨著工業化、城市化進程的發展，工業排放量、農藥、化肥、除草劑、殺蟲劑等農用化學品的施用量長期處于高位，耕地和城市邊緣土壤的污染狀況普遍惡化[4]。同時，當前生態農業、綠色農業和社會經濟可持續發展的理念也對土地質量提出了更高的要求，土地質量的內涵也在不斷豐富。為此，2017—2019年貴州省興仁市開展了1∶5萬耕地質量地球化學調查評價工作。

2.背景值的概念與意義

土壤地球化學背景值是指自然應力和人類活動共同作用影響下（土壤的第Ⅱ環境）區域表層土壤的含量值，實際上是成土母質組成、成土過程中元素遷移重分配、人為擾動污染等各種因素長期綜合作用的結果，以表層土壤地球化學調查元素含量表征。它與土壤基準值有著密切繼承關系，總體受土壤基準值的控制，但由于經長期風化、淋溶作用和人類生產生活等活動的影響和改造，導致基準值和背景值兩者之間存在一定的差異[1]。土壤元素地球化學背景值的研究為地方政府開展耕地土壤質量評價、平衡施肥、耕地提質改造、農業種植調整等提供了基礎地球化學依據。

3.研究區概況

興仁市地處貴州西南部，地理坐標東經104°54′～105°34′、北緯25°16′～25°47′。耕地完成評價面積616.31km2。全市地貌按地表形態劃分為山地、丘陵、盆壩、水域四種。出露地層主要為二疊系、三疊系、白堊系、古近系、第四系，其中以三疊系出露較全，地層巖性以碳酸鹽巖、碎屑巖等沉積巖為主。耕地土壤類型與地層巖性密切相關。耕地土壤主要有黃壤、黃棕壤、紫色土、石灰土、水稻土5個土類。農業主要有薏仁米、蔬菜、烤煙、茶葉等。截至2015年底，全市已發現礦產21種；已查明資源儲量的礦產有9種；礦產地36處（興仁市人民政府，貴州省興仁市礦產資源規劃）。

4.工作方法

4.1樣品采集與組合

本次樣品采集主要為0cm～20cm淺表層土壤，采樣密度為10.89點/平方千米。樣點布設采用方格網格法，布置在農用大田、菜地、果園、林地等，耕地土壤樣品采集時間一般在上茬作物成熟或收獲以后，下茬作物尚未施用底肥和種植以前。為了增加樣品代表性，表層土壤采取4～6個子樣等量混合組成1件組合樣品，實際采樣點位以野外實際確定的采樣點為中心，根據采樣地塊形狀確定子樣的位置。采樣地塊為長方形時，采用“S”形布設子樣點；采樣地塊近似正方形時，采用“X”形或“棋盤”形布設子樣點。子、主樣點盡可能保持耕地土壤類型一致。樣品釆好后，進行初加工后入庫或送檢。

4.2測試指標、方法及測試質量

本次采集表層土壤樣品6850件，分析有機質、N、P、K、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Co、V、F、Se、Ge、As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Tl等22個指標參數。測試工作由四川省地質礦產勘查開發局成都綜合巖礦測試中心完成，該測試中心采用了以X射線熒光光譜法（XRF）及電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）為主，以原子熒光法（AFS）、發射光譜法（ES）、離子選擇性電極法（ISE）、容量法（VOL）為輔的分析方法配套方案。樣品測試過程中采用了土壤全量分析日常質量控制。經內外檢，樣品質量檢測合格。

4.3數據統計方法及結果

目前剔除異常值的方法有平均值加標準差法、四倍法、Grubbs法和Dixon法等。據全國土壤背景值剔除異常值主要采用了兩種方法：呈正態分布的元素按算術平均值土3倍標準差逐次剔除異常值；對數正態分布的元素按M/D3-MD3（M為幾何平均值；D為幾何標準差）逐次剔除異常值。本次使用算術平均值±3倍標準差法對異常值逐次剔除，再用Excel軟件計算各指標的算術平均值作為耕地土壤背景值。本次統計了樣品中22個指標的最大值、最小值、算術平均值、中位數、算術標準離差、變異系數等參數。為了解全市土壤質量和具直觀性，分別從成土母質風化物、土壤類型、土地利用類型、酸堿度、鄉鎮等不同條件下統計了背景值與全市背景值的比值（下稱“比值”）。并根據《土地質量地球化學評價規范》、《土壤環境質量農用土壤污染風險管控標準》對含量異常值進行了分析。不同鄉鎮比值結果見表1。

5.結果分析

（1）變化系數、標準離差一般用于衡量各種元素相對離散程度或高低起伏幅度，為無量綱參數，不受含量級次、分布類型等因素限制，多用于不同元素間離散特征的相互對比[2]。全市耕地土壤22個指標中，Mn、As、Hg、Ti共4個指標變異系數大于1，說明含量數據比較離散，其中Hg變異系數達17.83，Hg含量0.02mg/ kg～402.50mg/kg，變幅達402.48mg/kg；其余變異系數小于1，數據相對集中。與全國背景值相比，N、Cu、Mn、Mo、Co、V、I、F、As、Cr、Cd、Hg、Ni等顯著高于全國背景值，其中N、Cu、F、Cd、Hg分別是全國背景值的3.09、3.00、2.93、2.86、2.15倍；Ge略低于全國背景值；其余指標均高于全國背景值。

根據《土地質量地球化學評價規范》，Cu、F平均含量分別為67.7mg/kg、1400.11mg/kg過剩，分別有4222件、5534件單樣品含量過剩，分別占總樣品數的61.64%、80.79%；Mn和Mo平均含量未過剩，但Mn、Mo分別有1823件、542件單樣品含量過剩，分別占總樣品數的26.61%、7.91%。根據《土壤環境質量農用土壤污染風險管控標準》，按風險管控值水田類最大值對比，有As、Cd、Hg、Ni部分單件樣品含量超標，單樣品分別為53、8、109、5件，分別占總樣品數的0.77%、0.12%、1.59%、0.07%；其余污染類指標含量均在管控范圍內。

（2）不同成土母質風化物、土壤類型，同種元素，比值均存在差異，部分指標比值差異明顯，其中含煤碎屑巖F比值最低為0.43，平均含量明顯低于全市背景值。碎屑巖中Hg比值最高達4.63，其平均含量明顯高于全市背景值。黃棕壤中的F比值最低為0.39，平均含量明顯低于全市背景值。黃壤中Hg比值最高為2.88，其平均含量明顯高于全市背景值。

不同成土母巖風化物中：Cu除白云巖風化物外，在其余成土母巖風化物中平均含量均過剩；Mo含煤碎屑巖風化物中平均含量過剩；F除含煤碎屑巖風化物外，在其余成土母巖風化物中平均含量均過剩；As在白云巖、灰巖風化物中平均含量超標。不同土壤類型中：Cu在所有土壤類型中平均含量均過剩；F除黃棕壤外，其余土壤類型中平均含量均過剩；As在黃壤、水稻土中平均含量超標。

（3）不同的土地利用類型、酸堿度，同種元素，比值均存在差異，部分指標比值差異明顯，但多數指標比值接近1，接近全市背景值。其中：果園中的Cu比值為0.69；強酸性中F比值最低為0.54，表明其平均含量明顯低于全市背景值。果園中的B比值最高為2.12；酸性中Hg比值最高為2.60，B、Hg指標平均含量明顯高于全市背景值。

不同耕地類型中：Cu在水田、旱地中平均含量均過剩；F在水田、旱地、果園中平均含量均過剩；As在旱地、果園中平均含量超標。不同酸堿度中：Cu在強酸性、酸性、中性中平均含量均過剩；F各酸堿度中平均含量均過剩；As在酸性、中性、堿性中平均含量超標。

（4）由表1可知，不同鄉鎮，同種元素，比值均存在差異，部分指標比值差異明顯，但多數比值接近1，即接近全市背景值。其中：下山鎮中的F比值最低為0.52，其指標平均含量明顯低于全市背景值。回龍鎮中的Hg比值最高達10.86，平均含量顯著高于全市背景值。

Cu除巴鈴鎮、百德鎮、屯腳鎮外，其余鄉鎮平均含量均過剩；Mo在潘家莊鎮平均含量過剩；F在所有鄉鎮平均含量均過剩；As在城南街道辦事處、東湖街道辦事處、回龍鎮、龍場鎮、魯礎營回族鄉、潘家莊鎮、屯腳鎮、雨樟鎮中平均含量均超標；Hg在回龍鎮平均含量超標，且為全市背景值的10.86倍，這與回龍鎮內的2個汞礦有關。在回龍鎮內汞礦700m～25km內取了3個巖石樣，結果為F、Cr、Hg、As、Cu、Mn等均出現不同程度的偏高，特別是Hg顯著升高，達風險管控值水田類1mg/kg的18.5倍（見表2）。同時，據[3]研究：興仁濫木廠汞鉈礦區（在回龍鎮內，為2個汞礦之一）土壤汞、鉈、砷三種元素含量均較高。汞、鉈、砷隨著離采礦點距離的增加而減少。表明前人研究結果與本次巖樣分析結果一致。

6.結語

（1）確定了興仁市的22項耕地土壤指標地球化學背景值。Mn、As、Hg、Tl數據較離散，其中Hg變異系數達17.83，Hg含量0.02mg/kg～402.50mg/kg，變幅達402.48mg/kg；其余數據相對集中。除Ge略低于全國背景值外，其余指標含量均高于全國背景值。（2）統計了不同成土母質風化物、土壤類型、土地利用類型、酸堿度、鄉鎮等條件下的比值，結果表明同種元素在不同條件下，比值均存在差異，部分指標比值差異明顯，特別是Hg的比值差異最明顯，比值0.82～10.86，變幅達興仁市背景值的10.04倍，與回龍鎮汞礦有關。（3）興仁市Cu、F平均含量分別為67.7mg/kg、1400.11mg/kg過剩，單樣品含量過剩分別占總樣品數的61.64%、80.79%；Mn、Mo平均含量未過剩，但分別有26.61%、7.91%單樣品含量過剩。As、Cd、Hg、Ni部分單件樣品含量超標，分別占總樣品數的0.77%、0.12%、1.59%、0.07%。其余指標含量在正常范圍內。

參考文獻：

[1]陳磊，代杰瑞，陳磊等，山東省17市土壤地球化學背景值[J].山東國土資源， 2019， 35（1）：46-56.

[2]何邵麟.貴州表生沉積物地球化學背景特征[J].貴州地質， 1998（02）： 3-5.

[3]侯琳琳.貴州省興仁縣濫木廠地區鉈汞砷環境污染和鉈的土壤存在形態[D].中國成都.成都理工大學. 2002.

[4]韓景敏，邵明，秦品瑞.山東省地質環境承載力現狀及對策[J].山東國土資源， 2015， 31（03）： 33-37.

[5]龐緒貴，高宗軍，王敏，等.山東半島特色農產品產地地質地球化學環境研究[M].北京：地質出版社， 2018： 26-29.

耕調項目：黔耕調（2017-03）；黔色勘發[2017]64號。