貴州荔波縣耕地土壤質(zhì)量地球化學等級劃分及其分布特征

張 濤，吳昭陽，周文龍

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，貴州 貴陽 550005)

1 引言

貴州是全國首個以縣為單元，率先完成1∶5萬比例尺的耕地質(zhì)量地球化學調(diào)查評價。是為了摸清全省耕地質(zhì)量“家底”，為發(fā)展貴州農(nóng)產(chǎn)品、特色高效農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)村振興等提供科技支撐(周琦，2020)。

耕地是土地資源的重要組成部分，是為人類生存發(fā)展直接提供養(yǎng)育功能的土地，也是保證糧食安全最重要的戰(zhàn)略資源之一(姚遠 等，2012)。隨著土壤退化、土壤侵蝕、土壤污染等問題的日益凸顯，土壤質(zhì)量評價成為當前耕地質(zhì)量評價的熱點，研究目的轉(zhuǎn)為提高食品安全、保護生態(tài)環(huán)境和促進人體健康(魏洪斌 等，2015)。耕地質(zhì)量地球化學評價實用性很強，可以廣泛應用于耕地分等定級、基本農(nóng)田劃定、土地整治和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中(鮑麗然 等，2018)。

2017—2020年在全省范圍內(nèi)分兩批開展1∶50000耕地質(zhì)量地球化學工作，荔波縣是第二批開展調(diào)查評價工作。借助Arcgis平臺下土地質(zhì)量地球化學調(diào)查與評價數(shù)據(jù)管理與維護(應用)子系統(tǒng)，以耕地圖斑為單元，運用地球化學元素等級劃分標準，完成耕地質(zhì)量地球化學評價。

2 評價區(qū)概況

3 野外樣品采集及分析測試

荔波縣耕地土壤表層樣以1∶5萬點位圖及奧維地圖瀏覽器，避開施肥期、農(nóng)藥噴灑期、避開污染地段、垃圾堆放點、遠離主干公路50 m以上、選擇合理耕地位置由5個子樣混合組成一樣品?；旌显贾亓看笥? 000 g、有效態(tài)樣品大于1 500 g。樣品自然風干、粉碎、過10目尼龍篩后送樣測試，共采集表土樣2368件。樣品測試是由自然資源部昆明礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心按照《生態(tài)地球化學評價樣品分析技術(shù)要求》(DD2005-03)(中國地質(zhì)調(diào)查局，2005)，《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》(DZ/T0130-2006)(中華人民共和國國土資源部，2006)，《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》(DZ/T0258-2014)(中華人民共和國國土資源部，2014)執(zhí)行。各元素測試方法及檢出限見表1。

表1 元素分析方法與檢出限Table 1 Element analysis method and detection limit

4 耕地土壤質(zhì)量地球化學評價

耕地土壤質(zhì)量是指耕作土壤本身的優(yōu)劣狀態(tài)，是耕地質(zhì)量的基礎(chǔ)，包括土壤肥力質(zhì)量、土壤環(huán)境質(zhì)量(陳印軍 等，2011)。本次評價是依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T0295-2016)(中華人民共和國國土資源部，2016)，借助Arcgis平臺下土地質(zhì)量地球化學調(diào)查與評價數(shù)據(jù)管理與維護(應用)子系統(tǒng)對全縣耕地圖斑單位進行分區(qū)編碼、圖斑插值、數(shù)據(jù)合并、圖斑賦值，最后運用地球化學指標等級分級標準進行評價。任明強等研究認為(任明強 等，2020)從耕地質(zhì)量地球化學調(diào)查評價成果應用調(diào)研結(jié)果來看，評價結(jié)果符合各地區(qū)耕地土壤實際情況，說明貴州耕地質(zhì)量地球化學調(diào)查評價工作的方法技術(shù)是適當?shù)摹?/p>

4.1 耕地土壤養(yǎng)分地球化學綜合評價

土壤養(yǎng)分是土壤的基本屬性，受成土母質(zhì)、氣候、土地利用方式與覆蓋變化、耕作及施肥方式、栽培歷史等自然和人為因素的影響(周星 等，2015)。土壤養(yǎng)分含量的高低直接影響作物的生長發(fā)育及產(chǎn)量與品質(zhì)。所以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上通常以土壤耕層養(yǎng)分含量作為衡量土壤肥力高低的主要依據(jù)(高雪 等，2013)。氮、磷和鉀是耕地土壤養(yǎng)分是土壤肥力最重要的組成部分，更是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)(李潔，2013)。本次評價先對氮、磷、鉀土壤養(yǎng)分元素進行評價，各指標等級劃分標準見表2，評價結(jié)果見表3。

表2 土壤養(yǎng)分氮、磷、鉀等級劃分標準Table 2 Classification standard of N, P and K in soil nutrients of Libo county

表3 荔波縣土壤氮、磷、鉀地球化學等級評價結(jié)果表 (單位：畝)Table 3 Geochemical grade evaluation results of soil N,P and K in Libo (Unit: Mu)

在氮、磷、鉀土壤單元素養(yǎng)分地球化學等級劃分基礎(chǔ)上，按照公式(1)計算土壤養(yǎng)分地球化學綜合得分：進行土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級劃分見表4。

表4 土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級劃分表Table 4 Comprehensive classification of soil nutrient geochemistry in Libo county

式中：f養(yǎng)綜—壤氮、磷、鉀評價總得分1≤f養(yǎng)綜≤5；

ki—氮、磷、鉀權(quán)重系數(shù)，分別為0.4，0.3和0.3；

fi—土壤氮、磷、鉀的單元素等級得分，評價結(jié)果為五等、四等、三等、二等、一等所對應的fi分別為1、2、3、4、5分。

根據(jù)全縣氮、磷、鉀元素等級結(jié)果評價出全縣耕地土壤養(yǎng)分綜合等級。全縣耕地土壤養(yǎng)分綜合等級以中等以上等級為主：面積為255 795.53畝，占82.68%；較豐富以上級面積為63 765.65畝，占20.64%。

從圖1、表2看出：全縣土壤養(yǎng)分綜合以中等以上等級為主，其中較豐富級別以上主要分布在甲良鎮(zhèn)、佳榮鎮(zhèn)及小七孔鎮(zhèn)，中等級別廣泛分布于全縣范圍，較缺乏級別主要分布于茂蘭鎮(zhèn)、玉屏街道辦，缺乏級別在甲良鎮(zhèn)、玉屏街道辦少量分布。

圖1 荔波縣土壤養(yǎng)分綜合等級評價圖Fig.1 Comprehensive evaluation of soil nutrients in Libo1—豐富；2—較豐富；3—中等；4—較缺乏；5—缺乏；6—非耕地；7—省界；8—縣界；9—鄉(xiāng)鎮(zhèn)界線；10—縣城駐地；11—鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地

4.2 土壤環(huán)境地球化學綜合評價

土壤環(huán)境質(zhì)量作為土壤質(zhì)量的重要組成部分，是表征土壤容納、吸收和降解各種環(huán)境污染的能力(呂曉男 等，2007)。土壤環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，進而影響著人類的生活和發(fā)展，土壤環(huán)境質(zhì)量評價是保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地安全的基礎(chǔ)工作(李潤林 等，2011)。土壤重金屬污染具有潛在性、隱蔽性、長期性和不可逆性，使得土壤重金屬在污染初期不易被注意，一旦達到污染水平就難以消除和修復治理(謝忠雷 等，2018)。大多數(shù)重金屬在土壤中相對穩(wěn)定，但是大量的重金屬進入土壤后，就很難在生物物質(zhì)循環(huán)和能量交換過程中分解，更難從土壤中遷出，逐漸對土壤的理化性質(zhì)、土壤生物特性和微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯不良影響，進而影響土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定(王祖?zhèn)?等，2002)。

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)(生態(tài)環(huán)境部，2018)，在pH酸堿度分級的基礎(chǔ)上分別對環(huán)境鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅元素進行評價。本文只研究優(yōu)先保護類、安全利用類。由表3可見：環(huán)境元素主要以優(yōu)先保護類為主。

由圖2、表4看：佳榮鎮(zhèn)、朝陽鎮(zhèn)、甲良鎮(zhèn)和茂蘭鎮(zhèn)優(yōu)先保護類占比最大，安全利用類在佳榮鎮(zhèn)、甲良鎮(zhèn)、黎明關(guān)水族鄉(xiāng)、茂蘭鎮(zhèn)、小七孔鎮(zhèn)和玉屏街道辦事處占比均較大，其中小七孔鎮(zhèn)占該鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積的94.42%，面積10 509.94畝。

圖2 荔波縣土壤環(huán)境綜合等級評價圖Fig.2 Comprehensive grading assessment of soil environment in Libo1—優(yōu)先保護；2—安全利用； 3—非耕地；4—省界；5—縣界；6—鄉(xiāng)鎮(zhèn)界線；7—縣城駐地；8—鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地

4.3 耕地土壤質(zhì)量地球化學綜合評價

將耕地土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級與耕地土壤環(huán)境地球化學綜合等級綜合參照表6疊加，得到耕地土壤地球化學綜合等級(圖3)。

圖3 荔波縣土壤質(zhì)量綜合等級評價圖Fig.3 Comprehensive grade evaluation map of soil quality in Libo1—優(yōu)質(zhì)；2—良好；3—中等；4—差等； 5—非耕地；6—省界；7—縣界；8—鄉(xiāng)鎮(zhèn)界線；9—縣城駐地；10—鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地

表5 荔波縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分綜合等級評價結(jié)果表 (單位：畝)Table 5 Evaluation results of soil nutrient comprehensive grade in towns of Libo(Unit: Mu)

表6 荔波縣土壤環(huán)境地球化學評價結(jié)果表 (單位：畝)Table 6 Soil environmental geochemical evaluation results in Libo(Unit: Mu)

根據(jù)環(huán)境元素等級結(jié)果評價出全縣土壤環(huán)境綜合等級，以安全利用等級為主：其中優(yōu)先保護等級占32.42%，為100 118.92畝；安全利用級別占63.29%，共計195 474.61畝。

表7 荔波縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)優(yōu)先保護類和安全利用類耕地統(tǒng)計表 (單位：畝)Table 7 Evaluation results of soil environment comprehensive grade in villages and towns of Libo (Unit: Mu)

表8 耕地土壤質(zhì)量地球化學綜合等級Table 8 Comprehensive grade of soil quality geochemistry of cultivated land

表9 荔波縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤質(zhì)量綜合等級評價結(jié)果表 (單位：畝)Table 9 Soil quality comprehensive grade evaluation results in Libo (Unit: Mu)

續(xù)表

疊加之后土壤質(zhì)量等級結(jié)果統(tǒng)計如表5，圖3。其中：優(yōu)質(zhì)土壤面積為2.93萬畝，占9.49%，主要分布于甲良鎮(zhèn)東部及佳榮鎮(zhèn)；良好土壤面積為4.11萬畝，占13.29%，主要分布于甲良鎮(zhèn)、朝陽鎮(zhèn)及玉屏街道辦；中等土壤面積為22.27萬畝，占72.11%，全縣范圍廣泛分布；差等土壤面積為0.25萬畝，占0.81%，僅甲良鎮(zhèn)少量分布。

5 結(jié)論與討論

(1)全縣耕地土壤養(yǎng)分綜合等級整體一般，中等等級耕地占62.18%，全縣范圍廣泛分布；較豐富以上等級耕地占20.64%，主要分布于甲良鎮(zhèn)東部及佳榮鎮(zhèn)。P、K元素在全縣范圍主要以較缺乏、缺乏為主。結(jié)合全縣地層巖性分析：P元素在泥頁巖、碳質(zhì)頁巖以缺乏為主，在灰?guī)r，砂巖以較缺乏、中等為主，K元素在灰?guī)r中以缺乏為主，在礫巖、砂巖、頁巖、板巖以中等以上為主。結(jié)合土地利用類型分析：全縣以水田和石灰土為主要類型，水田因長期漬水淋溶，還原有毒物多，土溫低，養(yǎng)分釋放慢，速效養(yǎng)分供給能力差，因而磷、鉀缺乏；石灰土因鈣質(zhì)含量過高而降低了磷、鉀。莫光員等研究認為(莫光員等；2020)耕地表層土壤營養(yǎng)元素與貧化主要受成土母巖的影響。

(2)全縣耕地土壤環(huán)境綜合等級較好，先保護類占32.42%，主要分布于甲良鎮(zhèn)、朝陽鎮(zhèn)、玉屏街道辦中部、茂蘭鎮(zhèn)東部及佳榮鎮(zhèn)南部—西部；安全利用類占63.29%，全縣廣泛分布；嚴格管控類占4.29%，主要分布于瑤山瑤族鄉(xiāng)南部一帶，主要是由耕地中Cd元素超標引起，其主要成土目巖為灰?guī)r，因而Cd超標原因，主要考慮人類活動導致。比如：生活垃圾、不合理施肥、不合理使用農(nóng)藥等。

(3)全縣耕地土壤質(zhì)量較好，中等耕地占72.11%，全縣廣泛分布。優(yōu)質(zhì)和良好耕地主要分布于甲良鎮(zhèn)東部、小七孔鎮(zhèn)中部、朝陽鎮(zhèn)中部、玉屏街道辦中部及佳榮鎮(zhèn)，劣等主要分布于瑤山瑤族鄉(xiāng)南部、黎明關(guān)水族鄉(xiāng)中部零散分布。影響耕地土壤質(zhì)量的主要原因是耕地土壤養(yǎng)分綜合及耕地土壤環(huán)境綜合，主要為N、P、K、As、Cr、Cd、Hg、Ni、Pb、Zn、Cu元素含量評價后決定。影響元素含量與成土母巖、地形地貌(如坡地、平地、溝槽等)、土地利用類型、施肥、人類活動等密切相關(guān)。