贛南某未開發離子型稀土礦區土壤環境質量評價

姚玉玲，代力，舒榮波，徐明

（中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川省稀土技術創新中心，中國地質調查局稀土資源應用技術創新中心，四川 成都 610041）

稀土素來有“工業維生素”之稱，并被世界各國當做發展高科技和國防尖端技術不可或缺的戰略資源[1-2]，其開采利用一直受到極度重視。但以前粗放的開采方式引發了較嚴重的環境問題[3-4]。離子型稀土礦作為贛南典型的稀土類型[5]，其開采中的環境問題一直為社會各界關注。蘇文湫[6]、張培[7]等采用單因子、綜合因子、內梅羅指數、潛在生態危害指數等方法對離子型稀土礦區的土壤進行了重金屬生態風險評價，郭鐘群等[8]在環境風險評估的基礎上，提出了解決其開采中引發環境問題的思路。但以前對稀土礦區土壤質量的研究主要集中在開采后已經產生破壞或者污染的土壤，而較少研究未開發的離子型稀土礦區土壤環境質量。

本研究為摸清未開發離子型稀土礦區土壤質量，以在后續開采過程中，監測更有目的性，防污減污更有針對性，以贛州某礦區為研究對象，評價了土壤肥力和重金屬污染狀況，較全面地摸清了未開采稀土礦區的土壤質量狀況，提出在后續稀土開采中需重點監測的元素。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域位于贛州市，土壤類型為紅壤，區域內主要為變質巖型離子型稀土，目前處于未開發狀態。所在區域海拔485 m，日照充足，雨量充沛，冬無嚴寒，無霜期長，冷暖變化顯著，屬于中亞熱帶季風濕潤氣候。

1.2 樣品采集與測定

將采樣中心點四個垂直軸向5 m 范圍內4 個樣品與中心點位樣品混合為一個土壤樣品，樣品采集時盡量避開明顯點狀污染區，保證樣品的典型性和代表性。用塑料鏟子采集約1 kg 表層土壤，剔除石塊、植物根系等雜物，自然風干，研磨過篩后裝入樣品袋保存備用。采集的土壤樣品測試指標為有機質、有效磷、速效鉀、堿解氮、全磷、全鉀、全氮、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb、Zn、As，均采用國家標準方法測定，測試過程中按規范加10%空白樣與平行樣進行質量控制。

2 土壤質量評價方法

2.1 改進內梅羅土壤肥力綜合評價法

采用改進的內梅羅公式進行土壤肥力綜合評價，式中用單項肥力最小值取代最大值，突出了參評因子中最差因子對土壤質量的影響，增加修正項提高了評價結果的可信度。對參評的土壤肥力評價因子進行標準化處理，具體處理方法見表1。土壤指標分級標準以第二次全國上壤普查標準為依據，見表2。土壤綜合肥力按下式計算。

表1 土壤肥力參評因子標準化處理方法Table 1 Standardized treatment methods of soil fertility participating factors

表2 土壤肥力參評指標分級標準值Table 2 Grading standard values of soil fertility participating factors

上式中，(Pi)min為土壤所有指標中單項肥力指數最小值，(Pi)ave為各單項肥力指數平均值，N為參評指標數，Pz為土壤肥力綜合指數。

2.2 單因子指數法和內梅羅污染指數法

采用單因子污染指數法和內梅羅污染指數法進行土壤重金屬污染評價。

單因子污染指數法，計算公式如下：

上式中，Pi為各重金屬的單項污染指數；Ci為各重金屬的實測值；Si為各重金屬的評價標準，具體由國家《土壤環境質量標準 農用地土壤污染風險管控標準》(GB 15618—2018)中的pH≤5.5 時的污染風險篩選值（表3）確定。

表3 不同重金屬的農用地土壤污染風險篩選值/（mg·kg-1）Table 3 Screening values of soil pollution risk in agricultural land for different heavy metals

內梅羅污染指數法計算公式如下：

上式中，(Ci/Si)max為土壤污染物中污染指數最大值，(Ci/Si)ave為污染指數平均值，P綜為土壤污染綜合指數，其分級標準為：P綜≤1，未污染；13，重度污染。

3 結果及討論

3.1 土壤肥力評價結果及討論

對測試數據進行綜合分析，并對照全國第二次土壤普查養分分級標準（表4），得出研究區域各養分含量和分布見表5。依據土壤肥力參評因子標準化處理方法和修正后的內梅羅公式計算得到土壤單項肥力指數。

表4 全國第二次土壤普查養分分級標準Table 4 The nutrient classification standard of the second national soil census

由表5 可知，研究區域土壤綜合肥力處于低水平、貧瘠狀態，植物缺肥，其中以有機質和速效磷最為缺乏，有機質含量范圍為0.87～28.7 g/kg，在六級區域分布最多，為44%，其后依次為四級、五級、三級（26%、18%、12%），含量平均值為9.46 g/kg，處于五級標準區域，低于江西省土壤背景值（20 g/kg），為缺乏有機質類土壤。研究區域土壤中全P 和速效P 的單項肥力指數都處于較低水平，其分布區域主要在四級、五級和六級，為促使研究區域植被良好生長，可適當施加磷肥。

表5 研究區域土壤中養分含量分析Table 5 Analysis of nutrient content in soil in the survey area

將研究區域各單項及綜合土壤肥力指數與對照區、贛南某采礦區[9]對比，得到研究區域土壤肥力狀況見圖1，并參照土壤綜合肥力等級劃分（表6），評價研究區域土壤肥力情況。

圖1 研究區域土壤肥力指數對比Fig.1 Comparison of soil fertility indices in the study area

表6 土壤綜合肥力等級劃分（NY/T 1749-2009）Table 6 Classification of soil comprehensive fertility grades (NY/T 1749-2009)

由圖1 可知，研究區域處于一般水平的單項土壤肥力指數有：有機質、堿解氮、全K、速效K，處于差一級的的單項土壤肥力指數有：全N、全P。綜合土壤肥力指數為0.92，處于差與一般的臨界位置，可見研究區域的土壤肥力處于較缺肥狀態，這也是區域內植被長勢較差的主要原因。

研究區域各項肥力指標均與遠離礦區的對照區有可比性，說明研究區域采礦活動較少，人為干擾程度較低。研究區域各單項肥力指標與綜合肥力指標都優于贛南某稀土礦采礦廢棄區，其中差距最為懸殊的土壤肥力因子依次為：堿解氮、全鉀、速效鉀等，采礦廢棄區土壤中氮、鉀元素的含量減少可能與長期稀土資源開發造成嚴重水土流失、浸提劑的使用破壞土壤中的營養元素有關，在后期研究區域離子型稀土礦開采活動中應注意對土壤中堿解氮、全鉀、速效鉀等肥力指標的監測和評估。

3.2 土壤重金屬污染評價

對調查數據進行分析，采用單因子污染評價法，考查每個重金屬的最小值、最大值、平均值等，結果見表7。由表7 可知，研究區域只有個別點位的Pb 與Cr 超過《土壤環境質量標準 農用地土壤污染風險管控標準》(GB 15618—2018)中的pH≤5.5 時的污染風險篩選值（超標率小于2%），整體土壤環境質量良好，與江西省土壤背景值有可比性。

表7 研究區域土壤中重金屬含量統計Table 7 Statistical table of heavy metal content in soil in the study area

計算研究區域各重金屬指標的單項污染因子和內梅羅污染指數，參照土壤重金屬污染評價分級標準（表8）評價其污染程度，將研究區域的重金屬污染與贛南某稀土采礦區[10]進行對比，得到研究區域土壤中重金屬污染指數對比見圖2。

表8 土壤重金屬污染評價分級標準Table 8 Classification criteria for soil heavy metal pollution evaluation

圖2 研究區域土壤中重金屬污染指數Fig.2 Heavy metal pollution indices in soil in the study area

結果表明：研究區域的各重金屬單項污染指數均小于1，其污染程度均處于安全區范圍內，依次為As

將研究區域與贛南某開采后的稀土礦區相比，綜合污染指數差距較大，說明離子型稀土礦原有開采模式會造成土壤污染，其中以Pb、Cd和As 變化最為明顯，因此，在后期離子型稀土礦開采過程中，應加大對Pb、Cd 和As 的監測。

4 結論

(1)研究區域土壤綜合肥力處于低水平、貧瘠狀態，植物缺肥。各單項土壤肥力指數水平依次為全鉀>速效鉀>堿解氮>速效磷>有機質>全氮>全磷，處于差一級的單項土壤肥力指數有：全氮、全磷，可考慮在研究區域施加氮肥和鉀肥，為植物生長創造有利條件。

(2)研究區域為未開采稀土礦山，其各項肥力指標均與遠離礦區的對照區有可比性，而優于贛南某稀土礦采礦廢棄區，其中差距最為懸殊的土壤肥力因子依次為：堿解氮、全鉀、速效鉀等，在后期研究區域離子型稀土礦開采活動中應注意對土壤中堿解氮、全鉀、速效鉀等肥力指標的監測和評估。

(3)研究區域的各重金屬單項污染指數均小于1，其污染程度均處于安全區范圍內，依次為As

(4)研究區域為未開采稀土礦山，其各項重金屬污染指數與江西地區土壤背景值具有可比性，而優于贛南某稀土采礦區，其中，綜合污染指數差距較大，說明離子型稀土礦原有開采模式會造成土壤污染，而單項重金屬污染指數以Pb、Cd和As 變化最為明顯，因此，在后期離子型稀土礦開采過程控制中，應加大對Pb、Cd 和As 的監測。