北京延慶水泉子地質文化村土壤地球化學調查與評價

關鍵詞：土壤地球化學；土地資源利用；生態農業；地質文化村；水泉子村

地質文化村（ 鎮） 是指依托地質資源稟賦，通過深度挖掘地質科學和文化，將其與鄉村、鄉鎮建設相融合，發展特色產業和經濟，提升鄉村、鄉鎮生活品質和文化內涵，形成的宜居宜業的特色村（ 鎮） [1]。地質文化村作為一種推動地質調查轉型升級和拓寬地質服務領域的創新形式，是助推“鄉村振興戰略”“生態文明建設”等國家重大戰略發展方針的有效舉措[2-3]。地質文化村建設的總體思路是對村落的地質遺跡、特色土地和地質產業等特色地質資源以及自然生態環境和人文資源進行綜合調查評價，挖掘地質科研科普、休閑旅游和產業開發等價值，結合鄉村發展規劃對地質文化村進行策劃設計，打造特色品牌并提高形象力，帶動鄉村產業、旅游和經濟發展。土壤地球化學調查評價是地質文化村建設的一項重要內容，通過調查村域土壤養分、重金屬元素和富硒、富鋅等優質特色土壤資源的元素含量及分布特征，做出土地質量現狀和利用適宜性評價，分析土地資源開發潛力，為地質文化村的土地資源有效利用、農業種植結構調整、生態農業開發和特色農產品品質升級等提供重要科學依據。

延慶水泉子地質文化村示范建設項目隸屬于中國地質環境監測院《全國重要地質遺跡資源調查與地質文化村建設支撐示范》項目，依托項目支持和資助對研究區開展土壤地球化學初步調查評價，為該村的土壤環境保護、土地資源利用、農業結構布局、特色農產品開發等提供科學指導，進而夯實生態農業安全屏障，帶動農業經濟發展。

1 材料及方法

1.1 研究區概況

水泉子村隸屬于北京市延慶區東部的珍珠泉鄉（ 圖1），距北京城區約100 km，村域面積9.48 km2，現有村民285 戶，總人口538 人，常住人口230 人。村民收入主要靠種植國家補助農作物、看山護林等工作，主要農作物包括玉米、小米、板栗、高粱等[4]。

村莊坐落于燕山山脈中段，平均海拔550 m，四周環山，屬大陸季風氣候區，由于地處高山和小盆地環境，形成夏無盛暑、冬無苦寒的特殊氣候，年平均氣溫6～7℃，多年平均降水量約600 mm。村落依傍菜食河筑造，并發育多處泉眼，水源補給充沛（ 圖2）。

研究區所屬華北地層區燕山分區，主要出露地層有中上元古界薊縣系和青白口系、古生界寒武系、中生界侏羅系和新生界第四系松散沉積物等[5]。研究區廣泛分布中生界地層（圖3），構造活動較強，斷層較發育，出露巖性以侏羅系火山巖、火山碎屑巖為主。侏羅紀晚期大范圍的巖漿侵入、火山噴發，形成了大量火山熔巖、火山角礫巖，又經過復雜的外力地質作用形成火山碎屑沉積巖，造就了火山巖與沉積巖間隔出現的奇特旋回地層。因此，村內地質文化特色突出，尤以火山巖地貌景觀最為發育，有典型的孤峰、峰叢、火山碎屑巖剖面等地質遺跡。由火山巖、火山碎屑巖風化而成的土壤蘊含豐富的礦物質和多種微量元素，同時火山巖土壤的保水能力相對較強，土壤養分充足土質肥沃，有利于農作物的生長發育且富含人體所需有益元素。

1.2 樣品采集與加工

樣品采集工作參照《多目標區域地球化學調查規范（1：250 000）》（DZ/T 0258-2014）[6]，綜合考慮采樣點的代表性、合理性與均勻性，運用網格布樣法從耕地、林地、園地等合理范圍內共采集水泉子村表層土壤樣品3 個，樣品深度范圍0～0.2 m，樣品編號分別為TR210313001、TR210313002、TR210313003，采樣點位置見圖3。

3 個土壤樣品均取自第四系全新統沉積物，通過實地調查并查閱研究區地質圖，水泉子村土壤層覆蓋的地層較為簡單，以中生界上侏羅統髫髻山組為主，主要巖性包括集塊火山角礫巖、安山質玄武巖、集塊角礫熔巖、凝灰質粉砂巖等，成土母巖的礦物成分主要有石英、長石、輝石、角閃石和云母等。因此，盡管樣品數量較少，但由于研究區土壤的成土母質大致相同，且采樣點位置基本均勻分布，測試結果具有一定的代表性。

采集的樣品嚴格按照規范進行處理、加工、運輸，確保其準確性、真實性和有效性。將現場采集的新鮮樣品放置于天然通風場所進行自然風干，過程中用就地拾取的木棒均勻壓碎樣品，隨后全部過2 mm 孔徑尼龍篩，過篩后混合均勻取適量放入干凈、無污染的玻璃瓶中，轉送實驗室測試。

1.3 樣品測試分析

土壤樣品移送至天津礦產資源監督檢測中心完成分析測試工作。本次檢測各類指標共計30 項，其中：鉀、磷、釩、鎳、鉛、鉻、硫、鎂、鈷、氯、鈣、鐵、錳、銅、鋅、鋁、鈉選取X 射線熒光光譜檢測方法；汞、砷、硒選取原子光譜法；氮選取凱氏蒸餾容量法；速效鉀選取電感耦合等離子體光譜法；速效磷選取紫外可見分光光度計法；鎘選取原子吸收分光光度法；鉬選取電感耦合等離子體質譜法；氟化物選取離子選擇電極法；硼選取交流電弧—發射光譜法；有機質選取有機質試驗法；水解性氮選取森林土壤氮的測定方法；pH 值選取點位法。檢測方法和操作流程按照《生態地球化學評價樣品分析技術要求（ 試行）》[7] 規范進行，采用國家一級土壤標準物質嚴格監控并結合重復樣法確保測試結果的準確度、精密度。

2 土壤養分地球化學等級評價

2.1 評價方法及標準

氮、磷和鉀是土壤中促進植物發育的重要營養元素。依據《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295-2016）[8]中的分級標準（ 表1），首先對三種養分元素開展單指標評價。單指標評價等級分為五等：一等（ 豐富）、二等（ 較豐富）、三等（ 中等）、四等（ 較缺乏） 和五等（ 缺乏），對應評價得分分別為5 分、4 分、3 分、2 分和1 分。

再分別賦予三種元素適當的權重系數，利用公式（1）計算土壤養分地球化學綜合得分f 綜。

2.2 評價結果

將三個樣品中氮、磷、鉀元素含量測試分析結果與土壤養分分級標準（ 表1） 進行對比，土壤養分分析結果及等級評價結果見表2。

單指標評價結果顯示，土壤樣品TR210313001 中氮、鉀含量為三等（3 分）， 磷含量為二等（4 分）；TR210313002 中氮、磷、鉀含量均為一等（5 分）；TR210313003 中氮含量為四等（2 分），磷含量為三等（3份），鉀含量為一等（5 分）。

通過計算綜合得分可見，三個土壤樣品的土壤養分地球化學等級評價差別較大，分別為三等（ 中等）、一等（ 豐富）、三等（ 中等），這種差別可能反映了成土母巖從中性到酸性變化的差異。土壤樣品的成土母巖以中生代火山巖為主，造巖礦物主要有長石、云母、角閃石等，富含大量的鉀元素，為土壤養分中的鉀提供充足的物質基礎。

3 土壤環境地球化學等級評價

3.1 評價方法及標準

依據《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（ 試行）》（GB 15618-2018）[9] 對該區土壤環境質量進行評價，選取鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅8 項重金屬元素作為評價因子，先進行單因子評價。當土壤中以上8項元素含量等于或低于規定的風險篩選值時，土壤污染風險低；等于或低于風險管制值時，可能存在一定的土壤污染風險；高于風險管制值時，污染風險較高[10]。

在單因子指標評價的基礎上，再對研究區土壤環境地球化學等級進行綜合評價。通過計算各項污染物因子的單項污染指數，將土壤環境地球化學等級劃分為一等（ 清潔）、二等（ 輕微污染）、三等（ 輕度污染）、四等（ 中度污染）和五等（ 重度污染） 五個等級。在單因子指標等級劃分基礎上，綜合等級評價遵循“短板原則”，即取每個土壤樣品的各項單因子指標評價出的最差等級作為該樣品土壤環境綜合評價等級[11]。

3.2 評價結果

測試分析結果顯示， 土壤樣品TR210313001、TR210313002、TR210313003 的PH 值分別為8.31、7.98、8.07，表明水泉子村土壤呈弱堿性。其中TR210313002、TR210313003 符合北京山區土壤PH 值5.06～8.24 的分布區間[12]，TR210313001 略微超出，這與延慶珍珠泉鄉的地理位置是相適應的。

對鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅等重金屬元素進行單因子評價結果顯示，三個土壤樣品的8 項污染物因子含量均遠低于《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（ 試行）》規定的pH ＞ 7.5 類農用地土壤污染風險篩選值（ 表3），綜合評價等級均為一等（ 清潔），表明研究區土壤環境質量非常好。土壤樣品的物質成分來源以成土母巖中的石英、長石、云母等硅酸鹽礦物為主，抗風化能力相對較強，這對土壤中的重金屬元素發育起到一定控制作用。

4 土壤質量地球化學綜合等級評價

依據《土地質量地球化學評價規范》，土壤質量地球化學綜合等級評價是基于土壤環境地球化學評價和土壤養分地球化學評價兩項評價結果疊加得出，前者優先級高于后者，具體方法見表4。

將三個土壤樣品的環境評價和養分評價結果分別帶入表中，評價出樣品TR210313001、TR210313002、TR210313003 的土壤質量地球化學綜合等級分別為二等（ 良好），一等（ 優質），二等（ 良好）。

5 土壤特色組分評價

本次土壤樣品測試中的硒、鋅、鉬、錳元素都是維系人體生命健康的重要微量元素，具有增強免疫力、調節內分泌、促進新陳代謝、抗氧化等功效[13-14]。土壤中的硒和鋅能夠維持葉綠體和細胞質膜的結構，提高葉綠素含量，促進植物的光合作用。鉬是硝酸還原酶的重要組成物質，錳是植物體內多種酶的活化劑，均可以促進氮素代謝和蛋白質的合成，提高作物產量[15-20]。

硒元素參照《天然富硒土地劃定與標識（ 試行）》（DD2019-10）[21] 中pH ＞ 7.5 類土壤的富硒標準，鋅、鉬、錳元素由于沒有國家級評價規范和標準，因而參照《土地質量地球化學評價規范》的土壤養分等級劃分標準，以二等（ 較豐富） 下限值作為本次評價的富集標準。

評價結果如表5 所示，三個土壤樣品均未達到富硒標準；樣品TR210313001、TR210313002 達到了富鋅標準；三個樣品均達到了富鉬標準，且超出標準值較高；三個樣品均達到了富錳標準。結果表明研究區域土壤的鋅、鉬、錳等微量元素含量整體較高，土壤特色組分豐富。成土母巖中含有大量的輝石、角閃石、云母等礦物，其中的鋅、錳、鉬等化學成分與土壤中富含的特色微量元素有著一定聯系。

6 結論與討論

（1） 研究區水泉子村土壤養分質量尚好，整體為中等以上。土壤環境質量為清潔級，無重金屬污染，安全性極高，十分適宜發展綠色農業。土壤質量地球化學綜合等級以良好為主，部分可達優質級，表明研究區土壤清潔綠色無污染，土壤養分含量中等至豐富，具備農作物種植的基礎優勢條件。

（2） 研究區土壤的鋅、鉬、錳等微量元素含量整體較高，達到富集標準且低于上限安全值，具有豐富的土壤特色組分。但本次僅為初步調查，土樣數量較少，建議開展高精度土壤質量調查評價，查明各類特色微量元素土壤的分布特征，劃定富鋅、富鉬、富錳土地并投入相關研究，調整農業種植結構，開發特色農產品。

（3） 水泉子村地處侏羅系火山沉積盆地，母巖以安山巖、玄武巖、火山角礫巖等火山巖為主，少量沉積巖，沉積物質來源于火山巖和少量酸性淺成侵入巖。土壤樣品為沉積物，由本地母巖風化而成。這些火山巖為主的母巖含有豐富的礦物質和微量元素，為土壤中的微量元素提供了物質基礎。

（4） 充分利用研究區優質土壤資源，將特色農業與水泉子地質文化村建設深度融合。可適當施撒土壤養分肥料，進一步優化土壤質量，開發大規模綠色無公害農產品、特色農產品和農副產品，宣傳打造獨特農業品牌，提高知名度。亦或開發特色農作物種植、采摘等農事體驗活動，設計制作農業文化創意產品，創新農業資源利用方式。土壤中的特色微量元素與成土母巖的礦物成分息息相關，可深入研究背后的地質演化史和元素遷移過程，挖掘講述“地質＋農業”故事，將特色農業與鄉村旅游融合發展，助推地質文化村建設與地方經濟發展。