承德市1∶5萬灤河幅土地質量地球化學評價

李健，衛曉鋒，劉衛，張曉敏，孫厚云, ，賈鳳超，李多杰

（1.北京礦產地質研究院有限責任公司，北京 100012；2.承德華勘五一四地礦測試研究有限公司，承德 067000；3.中國地質大學（北京）水資源與環境學院，北京 100083）

0 引言

土地質量地球化學調查，主要是利用已有區域地質、水工環地質調查資料，開展與土地質量相關的生態地質環境要素調查，它在保障國家糧食安全、耕地保護、生態文明建設、發展特色農業及經濟社會可持續發展等諸多方面都發揮了重要作用（Xia et al,2014,2017;王京彬等,2020;鄭雄偉等,2020;劉陽等,2020;龔慶杰等,2020;劉國棟等,2020;葉翠和肖衛東,2020）。

承德市地處“四河源頭、兩庫上游、沙區前沿”，在京津冀協同發展戰略中地位獨特，作為京津冀水源涵養功能區，部署土地質量地球化學調查工作，科學量化土地質量，為統籌安排京津冀的國土空間布局和生態環境保護提供基礎地質資料，是服務國家京津冀一體化協同發展戰略的需要。在承德市選擇重點工作區開展土地質量地球化學調查，進行土地質量地球化學評價，查明工作區特色耕地資源分布，為當地特色土地資源的開發利用，提升特色農產品價值提供依據，支撐服務貧困地區脫貧攻堅的戰略部署（殷志強等,2020;衛曉鋒等,2020a）。本文以1∶5萬灤河幅土地質量地球化學調查與評價為例，按照中國地質調查局《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295—2016）的技術要求，評價養分及有益元素豐缺狀況、土壤環境清潔程度，并劃分土地質量等級，提出了特色農業發展規劃建議，為灤河幅地區土地資源的開發利用提供了科學依據。

1 研究區概況

承德市地處河北省東北部，范圍介于北緯40°12′～42°37′，東經115°54′～119°15′。該地區常年平均氣溫為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，多年平均蒸發量1589 mm，常年日照時數為2638.8 h。工作區位于灤河支流伊遜河流域，伊遜河自北向南流經工作區（孫厚云等,2019）。

研究區位于燕山山脈中低山區，海拔高程466～1162 m，相對高差696 m，地形西北高東南低，南坡面積多于北坡面積，河谷階地海拔較低，地勢平坦。地形地貌直接影響調查區的氣候、水文、土壤、植被等自然因素。根據承德地區土壤類型分布情況，工作區土壤類型主要為棕壤土、潮土、粗骨土和褐土4種類型（孫厚云等,2019）。土地利用類型主要為林地、草地，耕地、建筑用地，主要分布在河谷階地海拔較低地勢平坦地區。

2 樣品采集與測試

工作區主要土地類型為草地、水澆地、林地和園地，土壤樣品采集密度以《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295—2016）①為基礎，按照500 m×500 m網格化方式，采用網格和土地利用類型圖斑相結合的樣點布設方案，采集表層土壤樣品點，工作區總面積402.6 km2，采樣密度根據土地利用類型的不同控制在4～16個點/km2，共采集土壤樣品2069件，其中重采樣72件，平均樣品密度為5.14個點/km2，對于耕地密集連片地區，樣品密度進行了適當加密，樣點要最大限度地代表區域內土壤環境質量的狀況，調查區采集的土壤樣品分布圖見圖1。

圖1 灤河幅調查區采樣點分布圖

樣品分析測試工作由承德華勘五一四地礦測試研究有限公司承擔，測試元素有N、P、V、Cr、Ni、Zn、K2O、Mn、B、Ge、I、F、As、Hg、Co、Cu、Mo、Cd、Pb、Sb、Se、有機質（SOM）、pH、速效鉀（SXK）、速效磷（SXP）、堿解氮（YXN）共26項指標，樣品分析以X熒光、ICP-MS和ICP-OES為主，以GF-AAS、ES、AFS、POL等分析方法相結合，各分析方法檢出限、報出率、精密度、準確度、重復性檢驗及異常點抽查等質量指標均達到規范要求。

3 評價方法與數據處理

土壤養分地球化學等級、土壤環境地球化學等級與土壤質量地球化學綜合等級劃分的最小空間單位為評價單元（劉亮等,2020）。本次研究采用土地利用類型三調圖斑作為最小評價單元，在土地利用類型三調圖斑分類的基礎上，按《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295—2016）等技術要求執行。將本次工作所獲的土壤元素含量等級計算評價轉化為土壤質量地球化學等級。

數據處理采用的是中國地質調查局發展研究中心研發的土地質量地球化學調查與評價數據管理與維護（應用）子系統軟件繪制評價類圖件，進而統計各個元素評價等級的面積及百分比，最后在ArcGIS軟件上面處理成圖。

4 灤河幅土壤養分元素地球化學評價結果

4.1 土壤養分元素地球化學評價

土壤養分是土壤的基本屬性和本質特征，與植物生長密切相關，影響著農業生態系統的維持及其生態功能的發揮（衛曉鋒等,2020b;孫厚云等,2020）。根據土壤養分元素分級統計結果（表1），灤河幅工作區土壤中氮元素含量主要以三等（中等）和四等（較缺乏）為主，氮元素含量豐富（一等）的土壤主要分布在紅石砬村南部地區、靳家溝門村南部地區和金雞溝村北部地區，氮元素含量缺乏（五等）的土壤主要分布在宮后村周邊地區、周臺子村東部地區和西井溝村東北部地區；磷元素含量總體以三等（中等）和四等（較缺乏）為主，二者占比超過60%，土壤磷元素含量豐富（一等）和含量缺乏（五等）的地區呈零星分布；鉀元素含量總體為豐富（一等）和較豐富（二等），二者合計占比超過90%，含量缺乏（五等）的土壤呈零星分布，含量豐富的地區主要在灤河幅工作區的東南部地區；有機質含量主要以三等（中等）和四等（較缺乏）為主，含量豐富（一等）的地區主要分布在紅石砬村南部地區、靳家溝門村南部地區和金雞溝村北部地區。

表1 灤河幅地區土壤養分元素地球化學評價等級統計表

根據《土地質量地球化學評價規范》，在氮、磷、鉀有機質土壤養分單元素指標等級劃分的基礎上來進行土壤養分地球化學綜合等級評價，結果顯示：灤河幅工作區土壤養分綜合等級以中等（三等）為主，總面積約為219.51 km2，占圖幅面積的54.52%；其次是養分較豐富（二等）土壤，面積約為105.24 km2，占圖幅面積的26.14%；土壤養分較缺乏（四等）較少，總面積約為60.30 km2，占圖幅面積的14.98%；養分豐富（一等）和缺乏（五等）的土壤僅零星存在，面積所占比例合計約為4.36%（圖2）。從數據分析結果（表1）可知該地區土壤養分中的氮元素、磷元素和有機質（SOM）、速效磷（SXP）都比較缺乏，而堿解氮（YXN）、速效鉀（SXK）相對較豐富，在農業生產活動中根據地力水平可以適當調整氮磷鉀肥的施肥比重，做到有針對性的科學施肥來達到增產增收的目的。

圖2 灤河幅土地養分地球化學綜合評價圖

微量元素對農作物生長具有重要作用，特別是硒鍺等有益微量元素的表生帶地球化學循環具有重要的生態服務價值（張玉明等,2020;龍宣霖等,2020）。研究區土壤有益微量元素方面，土壤硒元素含量豐富（一等）的總面積約為6.64 km2，占圖幅面積的1.65%，主要分布在藍旗村東南部地區以及營后村西部地區、凡西營村北部地區；土壤鍺元素含量豐富（一等）的總面積約為5.55 km2，占圖幅面積的1.38%，主要分布在西井溝村西北部地區以及金雞溝村東北部地區；土壤錳元素含量豐富（一等）的總面積為185.45 km2，占圖幅面積的46.06%，主要分布在東營子村南部的絕大部分地區以及藍旗村西南部地區；土壤鉬元素含量豐富（一等）的總面積約為118.56 km2，占圖幅面積的29.45%，主要分布在王營子村南部地區以及付營子村南部地區、藍旗村北部地區；土壤養分銅元素含量豐富（一等）的總面積約為79.11 km2，占圖幅面積的19.65%，主要分布在肖店村北部地區、藥王廟村東南部地區以及羊草溝門村東北部地區；土壤養分鋅元素含量豐富（一等）的總面積約為143.41 km2，占圖幅面積的35.62%，主要分布在勒家溝門村南部地區、王營子村東南部地區以及付營子村南部地區、宋營村東南部地區、藍旗村東部地區（表1）。承德地區現代農業發展成果豐碩，先后被評為“中國國光蘋果之鄉”、“中國熱河黃芩之鄉”、“首都重要菜籃子基地”等。灤河幅地區土壤微量元素含量豐富，可為發展特色農業、名優特農產品種植和生態環境保護提供寶貴的土地資源。

4.2 土壤環境地球化學評價

土壤酸堿度是土壤最重要的化學性質，因為它是土壤各種化學性質的綜合反映，它與土壤微生物的活動、有機質的合成和分解、各種營養元素的轉化與釋放及有效性、土壤保持養分的能力都有關系（王淑芳等,2011）。土壤酸堿度對土壤養分有效性有重要影響，在pH值范圍為6～7的微酸條件下，土壤養分有效性最高，最有利于植物生長。

酸堿度分級結果顯示（表2、圖3），調查區土壤以中性為主，中性所占面積為185.31 km2，其比例為46.03%，堿性地塊面積為90.76 km2，占調查區的22.54%，酸性地塊面積為111.36 km2，占調查區的27.66%，調查區強堿性、強酸性土壤分別僅為8.62 km2和6.65 km2（圖3）。

表2 灤河幅土壤酸堿度地球化學等級評價統計表

圖3 灤河幅土壤酸堿度（pH）評價等級圖

參照《土地質量地球化學評價規范（DZ/T 0295—2016）》①相應評價指標，分析測試了砷、鎘、汞、鉛、鉻等8項土壤重金屬指標。按照《土地質量地球化學評價規范》要求，對調查區農用地Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn八項重金屬元素進行單指標豐缺分級，結果統計如表3。

研究區土壤中砷、鉛、銅元素污染分級結果如表顯示（表3），調查區這3種重金屬均不超標。鉻、汞、鎘、鎳、鋅污染分級結果如顯示（表3），調查區土壤鉻、汞、鎘、鎳、鋅存在局部輕微-輕度污染，各重金屬元素污染面積合計分別為12.68 km2、0.59 km2、12.41 km2、0.89 km2、3.79 km2，所占比例分別為3.15%、0.15%、3.08%、6.18%、0.94%。鉻元素存在重度污染面積2.39 km2，主要分布在羊草溝門村東南部地區，其余面積均為清潔土地。

表3 灤河幅土壤環境元素評價等級統計表

根據《土地質量地球化學評價規范》，在Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn八項重金屬元素進行單指標豐缺等級劃分的基礎上，再結合土壤pH分級等級來進行土壤環境地球化學綜合等級評價，結果顯示：該地區土壤環境綜合等級以輕度污染（三等）為主，總面積為185.04 km2，占圖幅面積的45.96%；其次為土壤環境綜合等級呈中度污染（四等），總面積約為109.18 km2，占圖幅面積的27.12%；土壤環境綜合等級呈輕微污染（二等）的總面積約為22.76 km2,占圖幅面積的22.76%；土壤環境綜合等級為一等（清潔）和五等（重度污染）的土壤較少，呈零星分布，面積分別為7.72 km2、9.05 km2，占比分別為1.92%、2.25%。該地區土壤環境地球化學等級較高（呈現污染）的原因主要為該地區土壤酸堿度主要為酸性導致的，就土壤重金屬而言，該地區存在重金屬污染的土地較少（圖4）。

圖4 灤河幅土壤環境質量地球化學綜合評價圖

4.3 土壤質量地球化學評價

根據《土地質量地球化學評價規范》，土壤質量地球化學綜合等級由研究區的土壤養分地球化學綜合等級與土壤環境地球化學綜合等級疊加產生，該地區土壤質量地球化學綜合等級為一等（優質）的總面積約為0.22 km2，占圖幅面積的0.06%；二等（良好）的土壤總面積約為1.71 km2，占圖幅面積的0.43%；三等（中等）的總面積約為95.81 km2，占圖幅面積的23.80%；四等（差等）的總面積約為186.23 km2，占圖幅面積的46.36%；五等（劣等）的總面積約為118.23 km2，占圖幅面積的29.23%（表4，圖5）。

表4 灤河幅土壤質量地球化學評價等級統計表

圖5 灤河幅土壤質量地球化學綜合評價等級圖

5 結論與建議

（1）研究區內土壤養分總體較缺乏，建議在農業生產的施肥過程中適量的增加磷肥和有機肥的施用，以達到增產增收的目的。

（2）研究區內土壤微量元素含量豐富，灤河幅地區可以根據土壤鋅、錳、鍺、硒等微量元素的分布情況發展特色農業，如發展富鋅蘋果、富鍺中草藥、富硒草莓等，助力當地脫貧攻堅、振興鄉村經濟發展。

（3）研究區內羊草溝門村東南部地區土壤鎘元素嚴重污染，是因為該地區為鉛鋅礦區，為土壤天然背景值較高的地區，建議在此片地區內禁止放牧，避免牛羊因啃食了影響區的草料，使重金屬通過食物鏈進入人體，盡可能地將礦區重金屬的影響控制在對生態影響不到的區域。

注 釋

①中華人民共和國自然資源部.2016.土地質量地球化學評價規范:DZ/T 0295—2016[S].北京:地質出版社.