山東省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

龐緒貴,代杰瑞,董健，任天龍，喻超,劉華峰，王存龍，王紅晉,王增輝,趙西強(qiáng)，曾憲東，任文凱

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013)

山東省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

龐緒貴,代杰瑞,董健，任天龍，喻超,劉華峰，王存龍，王紅晉,王增輝,趙西強(qiáng)，曾憲東，任文凱

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013)

自2003年開(kāi)始，歷時(shí)15余年，在山東省開(kāi)展了深層土壤地球化學(xué)調(diào)查，基本查明了全省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值。深層土壤樣品采樣密度為1點(diǎn)/4km2，16km2組合成1件分析樣，分析測(cè)試Ag，As，Au，B等54項(xiàng)指標(biāo)；統(tǒng)計(jì)并研究了這些指標(biāo)土壤地球化學(xué)參數(shù)，確定了山東省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值，為山東省基礎(chǔ)地質(zhì)研究及地質(zhì)找礦與區(qū)劃等提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

地球化學(xué)調(diào)查；深層土壤；基準(zhǔn)值；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；山東省

0 引言

土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查(也稱生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、公益性、戰(zhàn)略性的地質(zhì)調(diào)查與研究工作。自2003年開(kāi)始，歷時(shí)15余年，山東省地質(zhì)調(diào)查院組織實(shí)施了山東省黃河下游流域生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查、山東省樂(lè)陵—河口地區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查、山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查、山東省中南部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查。至此，實(shí)現(xiàn)了全省陸域范圍1∶25萬(wàn)土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查工作全覆蓋，取得了一批有影響意義的成果[1-15]，這些成果不僅對(duì)基本農(nóng)田建設(shè)、土地資源保護(hù)、整治和開(kāi)發(fā)利用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快土壤保護(hù)治理和礦產(chǎn)資源勘查等具有重要現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)劃、改善人民的生存環(huán)境、提高人民的健康水平、保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

1 概述

1．1 自然地理與經(jīng)濟(jì)

山東省位于中國(guó)東部沿海、黃河下游，濱臨渤海、黃海；境域包括半島和內(nèi)陸兩部分，內(nèi)陸之北、西、南三面分別與河北、河南、安徽、江蘇省接壤，海上北隔老鐵山水道與遼寧省、東隔黃海與朝鮮半島相望。地貌以山地、丘陵和平原為主，中部山地突起，東部丘陵散布，寬谷平原錯(cuò)列于山地丘陵之間，北及西部平原坦蕩低下。水系比較發(fā)育，河流分屬于海河水系、黃河水系、淮河水系及直接注入渤海和黃海的其他河流。湖泊集中分布在魯中南山丘區(qū)與魯西南平原之間的魯西湖帶。氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候類型。年平均氣溫11.5～14℃，平均降水量550～950mm。適宜的氣候?yàn)閰^(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了優(yōu)越自然條件，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展，糧食作物以小麥、玉米、甘薯為主，經(jīng)濟(jì)作物以棉花、煙葉、花生、蔬菜為主。山東為全國(guó)主要水果、蔬菜產(chǎn)地省份之一，煙臺(tái)蘋(píng)果、萊陽(yáng)梨、肥城桃和壽光的蔬菜等全國(guó)聞名。沿海水產(chǎn)亦較發(fā)達(dá)，水產(chǎn)養(yǎng)殖已形成產(chǎn)業(yè)，遠(yuǎn)洋漁業(yè)生產(chǎn)亦具相當(dāng)規(guī)模。

1．2 地質(zhì)概況

山東省地處華北板塊東南緣和揚(yáng)子板塊東北端。地層除志留紀(jì)和泥盆紀(jì)地層缺失外，自中太古界至第四系均有出露，地層分區(qū)性明顯；侵入巖自中太古代至新生代均有出露，以新太古代、新元古代和中生代侵入巖分布最廣，巖石類型以中酸性巖類為主；區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，以沂沭斷裂帶、五蓮斷裂、牟平-即墨斷裂帶為界劃分為華北板塊和揚(yáng)子板塊2個(gè)構(gòu)造單元，斷裂構(gòu)造發(fā)育，區(qū)域性分劃性斷裂有牟平-即墨斷裂、五蓮斷裂、沂沭斷裂帶、聊城-蘭考斷裂、齊河-廣饒等斷裂。礦產(chǎn)資源豐富，能源、黑色金屬、有色金屬、貴金屬、稀有金屬、稀土金屬、非金屬等礦種均有分布。

1．3 土壤類型

按巖石的地質(zhì)成因及沉積形成，山東省成土母質(zhì)可分為殘坡積物母質(zhì)、洪沖積物母質(zhì)、沖積物母質(zhì)、湖積物母質(zhì)、海相沉積物母質(zhì)、風(fēng)積物母質(zhì)、黃河沖積物母質(zhì)、黃土母質(zhì)等8種類型。根據(jù)全國(guó)土壤普查暫行技術(shù)規(guī)程和《山東省第二次土壤普查土壤工作分類暫行方案》，山東省土壤類型分為15個(gè)土類，分別是：棕壤、褐土、紅粘土、風(fēng)沙土、火山灰土、石質(zhì)土、粗骨土、砂姜黑土、山地草甸土、潮土、鹽土、濱海鹽土、堿土、水稻土、新積土。按各自的發(fā)育程度、附加成土過(guò)程和土壤屬性進(jìn)一步細(xì)分為39個(gè)亞類， 86個(gè)土屬，258個(gè)土種[16]。

2 工作方法

2．1 樣品采集

土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值樣品采集150～200cm深層土壤，樣點(diǎn)布設(shè)采用網(wǎng)格法，布置在農(nóng)用大田、菜地、果園、林地等，避開(kāi)存在人為污染和搬運(yùn)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(xué)特征的前提下，采樣點(diǎn)盡可能布設(shè)在采樣單元格中央。土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值樣品采樣密度為1點(diǎn)/4km2，采樣深度為150～200cm。采集的土壤樣品過(guò)20目篩，并按4個(gè)相鄰網(wǎng)格樣品組合成一件樣品進(jìn)行分析，土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值樣品組合樣密度為1件/16km2，組合樣送樣重量為200g。山東省共分析土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值組合樣品10083件[17-23]。

2．2 測(cè)試元素與指標(biāo)

依據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶25萬(wàn))》的規(guī)定，土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值樣品分析測(cè)試Ag，As，Au，B，Ba，Be，Bi，Br，C，Cd，Ce，Cl，Co，Cr，Cu，F(xiàn)，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，F(xiàn)e2O3，MgO，CaO，Na2O，K2O，OrgC，pH值等54項(xiàng)指標(biāo)[24]。全省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

樣品測(cè)試由武漢綜合巖礦測(cè)試中心承擔(dān)，采用等離子體發(fā)射光譜法、X射線熒光光譜法、發(fā)射光譜法、原子熒光光譜法、石墨爐原子吸收法、離子選擇性電極法、催化極譜法、化學(xué)發(fā)射光譜法等配套方法測(cè)試。樣品測(cè)試質(zhì)量由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局區(qū)域地球化學(xué)分析質(zhì)量監(jiān)督檢查組進(jìn)行監(jiān)控，采用了標(biāo)準(zhǔn)樣、密碼樣、監(jiān)控樣等多種監(jiān)控手段，保證了樣品分析質(zhì)量的可靠性。

2．3 基準(zhǔn)值計(jì)算方法

土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值的求取，首先對(duì)取得的深層土壤全量54項(xiàng)指標(biāo)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分離出采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，依據(jù)《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)性檢驗(yàn)》(GB/T4882-2001)，在置信度α=0.05水平下，采用峰度、偏度法對(duì)數(shù)據(jù)頻率分布形態(tài)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)。當(dāng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布時(shí)，用算術(shù)平均值(X)代表基準(zhǔn)值；服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，用幾何平均值(Xg)代表基準(zhǔn)值。不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，按照算術(shù)平均值加減3倍算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差(X±3S)或幾何平均值乘除幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差(Xg·S±3)的立方進(jìn)行剔除，經(jīng)反復(fù)剔除后服從算術(shù)正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布時(shí)，用剔除后的數(shù)據(jù)算術(shù)平均值或幾何平均值代表土壤基準(zhǔn)值，經(jīng)反復(fù)剔除后仍不滿足正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，當(dāng)呈偏態(tài)分布時(shí)，以剔除后數(shù)據(jù)眾值(Xmd)或算數(shù)平均值(X)代表基準(zhǔn)值；當(dāng)呈雙峰或多峰分布時(shí)，以剔除后數(shù)據(jù)中位值(Xme)或平均值(X)代表基準(zhǔn)值。依據(jù)實(shí)際情況，采用算術(shù)平均值加減2倍(少部分為1.5倍)標(biāo)準(zhǔn)偏差或幾何平均值乘除幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方(少部分為1.5次方)代表基準(zhǔn)值的變化范圍，未統(tǒng)一選擇“±2倍標(biāo)準(zhǔn)離差”，是因?yàn)橛行┰厝暨x擇“±2倍標(biāo)準(zhǔn)離差”就會(huì)出現(xiàn)超出實(shí)際樣品測(cè)試的含量范圍，甚至?xí)霈F(xiàn)元素含量負(fù)值，這顯然不符合實(shí)際情況。

表1 深層土壤地球化學(xué)含量特征參數(shù)

注：深層土壤原始數(shù)據(jù)量為10083件；含量單位C,N,OrgC和氧化物為10-2;Au為10-9;pH無(wú)量綱，其余為10-6?；鶞?zhǔn)值范圍帶*的元素選擇基準(zhǔn)值±1.5倍離差，其余皆選擇±2倍離差。

在進(jìn)行pH值參數(shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，先將土壤pH值換算成[H+]平均濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，然后再換算成pH值，其公式為：[H+]=10-pH，[H+]平均濃度=∑10-pHn/n,pH=-lg[H+]平均濃度。

3 主要成果

3．1 基準(zhǔn)值的概念與意義

土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值[25-33]指未受人類活動(dòng)影響的，反映土壤原始沉積環(huán)境(第Ⅰ環(huán)境)的地球化學(xué)元素含量，即地質(zhì)意義上(自然條件下)的地球化學(xué)背景特征，也稱為土壤元素本底值，以深層土壤地球化學(xué)調(diào)查元素含量表征。其控制因素主要是地質(zhì)背景、沉積物來(lái)源和類型，以及地貌氣候條件等。它是研究表生元素地球化學(xué)行為(次生富集或貧化)的重要參比值，也是評(píng)判表層土壤污染程度(此處“污染程度”特指相對(duì)于原始地球化學(xué)背景含量)的重要依據(jù)，是圈定礦致元素異常、評(píng)價(jià)土壤元素豐缺、成土母質(zhì)環(huán)境質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全性及防治對(duì)策等研究的基本參考值。

3．2 土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

(1)全省深層土壤大多數(shù)元素含量數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布。除Cl，Ba外,所有元素剔除異常數(shù)據(jù)均未超過(guò)總樣品數(shù)的10%，僅有MgO滿足正態(tài)分布，Ag，I，F(xiàn)e2O3，SiO2等4指標(biāo)滿足對(duì)數(shù)正態(tài)分布檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，除Mn，Au，S，Ba，Hg，Br，Cl，OrgC等少部分元素(指標(biāo))外，絕大多數(shù)元素在剔除少量異常數(shù)據(jù)前后,其平均含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果(幾何平均值、算術(shù)平均值)并無(wú)實(shí)質(zhì)性差異。

(2)全省土壤基準(zhǔn)值與中國(guó)土壤元素平均值(C層，僅13項(xiàng)指標(biāo))相比，Zn，Pb偏低，Hg，Se，As明顯偏低，比值在0.36～0.76之間，這說(shuō)明區(qū)域原始土壤中Pb，Hg，As等元素環(huán)境質(zhì)量較好，但同時(shí)也說(shuō)明Se，Zn等微量營(yíng)養(yǎng)元素總量不足，Se僅為全國(guó)的40%，Zn僅為全國(guó)的82%。其余Cu，Co，V，Ni，Mn，F(xiàn)，Cr，Cd等元素與全國(guó)土壤平均值(C層)較為接近，比值在0.92～1.10之間。

(3)土壤中絕大部分元素的含量分布較均勻，區(qū)域變幅較小, 變異系數(shù)小于0.40, 尤其Ge，Y，Ga，Rb，Ti，Tl，Be，pH，SiO2，Al2O3，K2O等元素(指標(biāo))變異系數(shù)在0.07～0.19的范圍內(nèi),反映了土壤在長(zhǎng)期歷史中均勻演化作用的特征。元素基準(zhǔn)值變幅較大的元素主要為Cd，Ba，Cu，Mn，Mo，Sb，CaO，C，Ag，I，S，Br，Hg，Au，Cl，OrgC，其變異系數(shù)大于或等于0.40;Au，Cl元素的變化最大, 其變異系數(shù)大于2.0；一般來(lái)說(shuō)元素基準(zhǔn)含量的變化主要受成土母質(zhì)及各成土因素的影響。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)山東省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)分析研究，確定了山東省54項(xiàng)指標(biāo)土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值，這些成果為地方政府改善生態(tài)環(huán)境，進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃、環(huán)境保護(hù)、國(guó)土資源管理、地方病防治等領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)地球化學(xué)資料和科學(xué)依據(jù)。

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[31] 代杰瑞,崔元俊,龐緒貴,等.山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)[J].山東國(guó)土資源,2011,27(5): 1-7.

[32] 龐緒貴,代杰瑞,徐春梅，等.平陰縣土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值與背景值研究[J].山東國(guó)土資源,2008,24(1):21-25.

[33] 龐緒貴, 曹秀華，代杰瑞,等.山東省平陰縣土壤地球化學(xué)元素含量特征與污染評(píng)價(jià)[J].上海地質(zhì),2011,31(增刊):114-132.

SoilGeochemicalReferenceValueinShandongProvince

PANG Xugui, DAI Jierui, DONG Jian, YU Chao, LIU Huafeng, WANG Cunlong, WANG Hongjin, WANG Zenghui, ZHAO Xiqiang, ZENG Xiandong, REN Wenkai

(Shanodng Geological Surveying Institute, Shandong Jinan 250013, China)

Since 2003, deep soil geochemical survey has been carried out in Shandong province for more than 15 years. The soil geochemical reference value of the whole province has been basically identified. Deep soil sampling density is 1/4km2, and one sample has been formed within the scope of 16km2. 54 indicators, such as Ag, As, Au, B, etc have been analyzed and tested. Statistics and study on these indexes of soil geochemical parameters have been carried out, and the soil geochemical reference value in Shandong province has been determined. It will basic data for basic geology study, geological prospecting and zoning.

Geochemical survey; deep soil; reference value; basic data; Shandong province

P595；X142

B

2017-09-03；

2017-09-05；編輯陶衛(wèi)衛(wèi)

國(guó)土資源大調(diào)查專項(xiàng)“山東省黃河下游流域生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”(1212010310306)；全國(guó)土壤現(xiàn)狀調(diào)查及污染防治專項(xiàng)“山東省樂(lè)陵-河口地區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查”(GZTR20060104)；山東省地質(zhì)勘查專項(xiàng)“山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”(魯國(guó)土資字[2006]709號(hào))，“山東省中南部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查及全省總結(jié)”(魯國(guó)土資字[2011]1184號(hào))資助

龐緒貴(1962—)，男，山東五蓮人，研究員，從事地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)應(yīng)用研究和管理工作；E-mail:sdsddygcb@sohu.com

龐緒貴,代杰瑞,董健，等.山東省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值[J].山東國(guó)土資源，2017,33(11)：43-47.

PANG Xugui, DAI Jierui, DONG Jian, etc.Soil Geochemical Reference Value in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources,2017,33(11)：43-47.