土地质量地球化学评价方法研究与应用:以黑龙江省宏胜镇为例

摘要/Abstract

摘要：

为进一步加强土地质量地球化学评价成果的应用性,本评价方法以土地利用现状图斑为评价单元,采用网格化布设土壤采样点,网度为400 m×400 m,采样深度为0 ~ 20 cm。分析了土壤样品中N、P、K、As、Se等16项元素指标。参考《土地质量地球化学评价规范》对黑龙江省宏胜镇农耕区土地质量进行了地球化学评价。结果显示:宏胜镇农耕区土地环境综合质量状况优质,达到一等环境质量的耕地面积占99.30%;养分综合质量丰富以上的土地占94.03%。同时经过本次评价进一步发现了81.05 km²的珍贵富硒土地资源,土壤硒含量在0.4~1.01 mg/kg之间。

关键词: 土地质量, 地球化学评价, 环境, 养分, 硒, 宏胜镇, 黑龙江

Abstract:

In order to strengthen the application of achievements of land quality geochemical evaluation, the work took polygons of current land use as the evaluation unit, arranged soil samples in grid by 400×400 meters whose the depth is between 0 to 20 centimeters. Sixteen elements were analyzed, including N, P, K, As, Se, etc. The geochemical quality of cultivated land in Hongsheng Town in Heilongjiang was evaluated referring to the Determination of Land Quality Geochemical Evaluation. The results show that the geochemical comprehensive grade of cultivated land soil quality in Hongsheng Town is “premium”. 99.30 percent of the study area reaches the first grade of environmental quality and more than 94.03 percent reaches the abundant grade of comprehensive nutrients quality. Furthermore, precious selenium-rich land resources of 81.05 km² were found, whose concentration of Se ranges from 0.4 to 1.01 mg/kg.

Key words: land quality, geochemical evaluation, environment, nutrient, selenium, Hongsheng Town, Heilongjiang

中图分类号:

P595
X142

刘国栋, 崔玉军, 刘立芬, 王恩宝. 土地质量地球化学评价方法研究与应用:以黑龙江省宏胜镇为例[J]. 现代地质, 2017, 31(01): 167-176.

LIU Guodong, CUI Yujun, LIU Lifen, WANG Enbao. The Study and Application of Land Quality Geochemical Evaluation Method: Illustrated by the Case of Hongsheng Town, Heilongjiang Province[J]. Geoscience, 2017, 31(01): 167-176.

图/表 18

表1 宏胜镇土地利用现状统计

Table 1 Current land use statistics of Hongsheng Town

土地利用方式	面积/km²	比例/%
旱地	365.12	84.39
水田	24.52	5.67
林地	10.74	2.48
草地	10.97	2.54
建设用地	11.75	2.72
河流水面	9.56	2.21
合计	432.66	100

图1 宏胜镇土地利用现状

Fig.1 Current land use situation of Hongsheng Town

表2 分析测试方法及检出限要求

Table 2 Analytical methods and detection limits

元素	计量单位	检出限		分析方法	元素	计量单位	检出限		分析方法
元素	计量单位	实测	要求	分析方法	元素	计量单位	实测	要求	分析方法
N	10^-6	20	20	VOL	Cr	10^-6	5	5	XRF
P	10^-6	10	10	XRF	Cu	10^-6	1	1	XRF
K₂O	%	0.05	0.05	XRF	Hg	10^-6	0.5	0.5	AFS
B	10^-6	1	1	ES	Ni	10^-6	2	2	XRF
Mo	10^-6	0.3	0.3	POL	Pb	10^-6	2	2	XRF
Fe₂O₃	%	0.05	0.05	XRF	Zn	10^-6	4	4	XRF
As	10^-6	1	1	AFS	Se	10^-6	0.01	0.01	AFS
Cd	10^-6	0.03	0.03	GAAS	pH	无量纲	0.10	0.10	GL

表3 土壤样品元素分析方法准确度和精密度要求

Table 3 Accuracy and precision of analytical methods for elements in soil sample

含量范围	准确度	精密度
含量范围	$Δ l g C ˉ$ (GBW)= $l g C i ˉ - l g C s$	相对标准偏差(GBW)= $∑ i = 1 12 (C i - C s) 2 n - 1 C s$ ×100/%
检出限3倍以内	≤0.10	≤17
检出限3倍以上	≤0.05	≤10
>1%	≤0.04	≤8

表3 土壤样品元素分析方法准确度和精密度要求

Table 3 Accuracy and precision of analytical methods for elements in soil sample

含量范围	准确度	精密度
含量范围	$Δ l g C ˉ$ (GBW)= $l g C i ˉ - l g C s$	相对标准偏差(GBW)= $∑ i = 1 12 (C i - C s) 2 n - 1 C s$ ×100/%
检出限3倍以内	≤0.10	≤17
检出限3倍以上	≤0.05	≤10
>1%	≤0.04	≤8

表4 土壤样品元素日常分析准确度和精密度控制限

Table 4 Routine analytical limits of accuracy and precision of soil sample

含量范围	准确度	精密度
含量范围	ΔlgC(GBW)= $l g C i - l g C s$	λ= $∑ n = 1 i (l g C i - l g C s) 2 4 - 1$
检出限3倍以内	≤0.12	≤0.20
检出限3倍以上	≤0.10	≤0.17
1%~5%	≤0.07	≤0.15
>5%	≤0.05	≤0.08

表4 土壤样品元素日常分析准确度和精密度控制限

Table 4 Routine analytical limits of accuracy and precision of soil sample

含量范围	准确度	精密度
含量范围	ΔlgC(GBW)= $l g C i - l g C s$	λ= $∑ n = 1 i (l g C i - l g C s) 2 4 - 1$
检出限3倍以内	≤0.12	≤0.20
检出限3倍以上	≤0.10	≤0.17
1%~5%	≤0.07	≤0.15
>5%	≤0.05	≤0.08

表5 各插值方法插值结果相对偏差统计表

Table 5 Relative deviation of different interpolation methods

相对偏差限制条件	元素	Kring泛克里格法	距离幂函数反比加权法	高斯距离权法
<20%的比例	Cd	11.36%	14.95%	12.03%
20%~40%的比例		86.05%	82.59%	84.12%
40%以上的比例		2.59%	2.46%	3.85%
相对偏差限制条件	元素	Kring泛克里格法	距离幂函数反比加权法	高斯距离权法
<20%的比例	Hg	97.61%	97.21%	95.08%
20%~40%的比例		2.26%	2.79%	4.58%
40%以上的比例		0.13%	0	0.33%

表6 土壤养分指标全量与有效量等级划分标准[18]

Table 6 Full amount and effective amount gradation criterion for soil nutrient index

指标	一级	二级	三级	四级	五级
指标	很丰	丰	适中	稍缺	缺
全氮/(g/kg)	>2	1.5~ 2	1~1.5	0.75~1	≤0.75
全磷/(g/kg)	>1	0.8~1	0.6~0.8	0.4~0.6	≤0.4
全钾/(g/kg)	>25	20~25	15~20	10~ 15	≤10
硼/(mg/kg)	>65	55~ 65	45~55	30~45	≤30
钼/(mg/kg)	> 0.85	0.65~ 0.85	0.55~ 0.65	0.45~ 0.55	≤ 0.45
铜/(mg/kg)	> 29	24~ 29	21~ 24	16~ 21	≤ 16
锌/(mg/kg)	> 84	71~ 84	62~ 71	50~ 62	≤ 50
铁/%	> 3.45	3.16~ 3.45	2.81~ 3.16	2.13~ 2.81	≤ 2.13

表7 土壤硒等级划分标准值

Table 7 Standard value of soil selenium

等级	缺乏	边缘	适量	高	过剩
硒/(mg/kg)	≤0.125	0.125~0.175	0.175~0.4	0.4~3.0	>3.0

表8 土壤环境地球化学等级划分界限[18]

Table 8 Standard value for soil environmental geochemi-stry classification

等级	等级界限	土壤环境
一等	P≤0.7	清洁
二等	0.7<P≤1	尚清洁
三等	1<P≤2	轻度污染
四等	2<P≤4	中度污染
五等	P>4	重度污染

表9 土壤质量地球化学综合等级表达图示及含义[18]

Table 9 Comprehensive grading classification of soil nutrients and the environment

土壤养分	土壤环境等级					含义
土壤养分	清洁	尚清洁	轻度污染	中度污染	重度污染	含义
丰富	一等	二等	三等	四等	五等	一等为优质:土壤环境清洁、土壤养分丰富至中等二等为良好:土壤环境清洁,土壤养分较缺乏、缺乏或土壤环境尚清洁,土壤养分丰富至缺乏三等为中等:土壤环境中度污染,土壤盐分丰富至较缺乏或土壤环境尚清洁,土壤养分缺乏四等为差等:土壤环境重度污染,土壤养分丰富至较缺乏或土壤环境轻度污染,土壤养分缺乏五等为劣等:土壤环境重度污染,土壤养分丰富至缺乏或土壤环境中度污染,土壤养分缺乏
较丰富	一等	二等	三等	四等	五等
中等	一等	二等	三等	四等	五等
较缺乏	二等	二等	三等	四等	五等
缺乏	二等	三等	四等	五等	五等

表10 土壤环境指标评价结果统计表

Table 10 Statistics of the evaluation results of soil environment index

指标	分等	一等	二等	三等	四等	五等
指标	含义	清洁	尚清洁	轻度污染	中度污染	重度污染
As	面积/km²	411.35	0	0	0	0
As	比例/%	100	0	0	0	0
Zn	面积/km²	411.35	0	0	0	0
Zn	比例/%	100	0	0	0	0
Cd	面积/km²	408.99	2	0.36	0	0
Cd	比例/%	99.43	0.49	0.09	0	0
Cr	面积/km²	411.35	0	0	0	0
Cr	比例/%	100	0	0	0	0
Cu	面积/km²	410.46	0.88	0	0	0
Cu	比例/%	99.78	0.21	0	0	0
Ni	面积/km²	411.35	0	0	0	0
Ni	比例/%	100	0	0	0	0
Hg	面积/km²	411.35	0	0	0	0
Hg	比例/%	100	0	0	0	0
Pb	面积/km²	411.22	0.12	0.01	0	0
Pb	比例/%	99.97	0.03	0	0	0
环境质量综合评价	面积/km²	408.45	2.53	0.37	0	0
环境质量综合评价	比例/%	99.30	0.62	0.09	0	0

图2 宏胜镇土地环境质量综合评价

Fig.2 Comprehensive evaluation of land environment quality of Hongsheng Town

表11 土壤养分指标评价结果统计

Table 11 Evaluation statistics of soil nutrient indexes

指标	分等	一等	二等	三等	四等	五等
指标	含义	很丰	丰富	适中	稍缺	缺乏
N	面积/km²	389.88	20.19	1.21	0.07	0
N	比例/%	94.78	4.91	0.29	0.02	0
P	面积/km²	88.33	130.78	120.59	59.32	12.32
P	比例/%	21.47	31.79	29.32	14.42	3.00
K	面积/km²	0.29	285.38	124.9	0.77	0
K	比例/%	0.07	69.38	30.36	0.19	0
Fe	面积/km²	91.3	117.25	160.91	41.82	0.06
Fe	比例/%	22.20	28.50	39.12	10.17	0.01
B	面积/km²	0	0	30.48	376.48	4.39
B	比例/%	0	0	7.41	91.52	1.07
Mo	面积/km²	21.73	62.59	94.69	147.85	84.49
Mo	比例/%	5.28	15.22	23.02	35.94	20.54
Cu	面积/km²	41.75	267.16	93.84	8.6	0
Cu	比例/%	10.15	64.95	22.81	2.09	0
Zn	面积/km²	2.08	55.55	192.67	150.6	10.45
Zn	比例/%	0.51	13.50	46.84	36.61	2.54
养分综合评价	面积/km²	91.94	294.85	24.49	0.07	0
养分综合评价	比例/%	22.35	71.68	5.95	0.02	0

图3 土壤钼元素丰缺现状

Fig.3 Plentiful-lack condition of molybdenum element in soil

图4 土壤养分指标综合评价

Fig.4 Comprehensive evaluation of soil nutrient indexes

图5 土地质量地球化学综合评价

Fig.5 Geochemical comprehensive evaluation of land quality

图6 宏胜镇土壤酸碱度现状

Fig.6 Current condition of soil pH of Hongsheng Town

图7 宏胜镇土壤硒元素丰缺现状

Fig.7 Plentiful-lack condition of selenium element in soil of Hongsheng Town

参考文献 22

[1]	姚华军. 构建节约集约用地激励与约束机制[J]. 中国地质大学学报(社会科学版), 2012, 12 (1):6-12.
[2]	陈美华, 罗亦泳. 英国土地管理的成功经验及对中国的启示[J]. 南昌大学学报(人文社会科学版), 2009, 40(2):99-103.
[3]	路婕, 李玲, 吴克宁, 等. 基于农用地分等和土壤环境质量评价的耕地综合质量评价[J]. 农业工程学报, 2011, 27 (2):323-329.
[4]	王加恩, 胡艳华, 宋明义, 等. 土地质量地球化学评估与农用地分等成果整合方法——以浙江省嘉善县为例[J]. 广东土地科学, 2012, 11(2):25-31.
[5]	奚小环, 李敏. 现代地质工作重要发展领域:“十一五”期间勘查地球化学评述[J]. 地学前缘, 2013, 20 (3):161-169.
[6]	成杭新, 赵传冬, 庄广民, 等. 太湖流域土壤重金属元素污染历史的重建:以Pb、Cd为例[J]. 地学前缘, 2008, 15 (5):167-178.
[7]	侯青叶, 杨忠芳, 杨晓燕, 等. 成都平原区水稻土成土剖面Cd形态分布特征及影响因素研究[J]. 地学前缘, 2008, 15(5) :36-46.
[8]	杨忠芳, 夏学齐, 余涛, 等. 湖南洞庭湖水系As和Cd等重金属元素分布特征及输送通量[J]. 现代地质, 2008, 22(6):897-908.
[9]	孙淑梅, 张连志, 闫东. 吉林省德惠—农安地区土地质量地球化学评估[J]. 现代地质, 2008, 22(6):998-1002.
[10]	于成广, 杨忠芳, 杨晓波, 等. 土地质量地球化学评估方法研究与应用:以盘锦市为例[J]. 现代地质, 2012, 26(5):873-878.
[11]	王增辉, 王存龙, 赵西强, 等. 山东省黄河下游流域土地质量地球化学评估及方法研究[J]. 物探与化探, 2013, 37(4):743-748.
[12]	任家强, 汪景宽, 杨晓波, 等. 辽河中下游平原土地质量地球化学评价及空间分布研究[J]. 沈阳农业大学学报, 2011, 37(4):208-211.
[13]	高宇, 杨忠芳, 张玲燕, 等. 运用地球化学调查数据研究银川盆地土壤环境污染程度[J]. 现代地质, 2012, 26(5):972-974.
[14]	魏敏, 冯海艳, 杨忠芳. 北京市大气颗粒物中Cd的地球化学分布特征及其生态风险评估[J]. 现代地质, 2012, 26(5):983-988.
[15]	高军波, 杨瑞东, 陶平, 等. 贵州镇宁泥盆系大型重晶石矿床地球化学特征及其成因研究[J]. 现代地质, 2013, 27(1):46-55.
[16]	解洪晶, 武广, 朱明田, 等. 西天山喇嘛苏岩体年代学、地球化学及成矿意义[J]. 地学前缘, 2013, 20(1):190-205.
[17]	OCHOLA W O, KERKIDES P. An integrated indicator-based spatial decision support system for land quality assessment in Kenya[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2004, 45:3-26. DOI URL
[18]	中华人民共和国国土资源部. 土地质量地球化学评价规范[S]. 北京: 地质出版社, 2016:26-27.
[19]	宋伟, 陈百明, 刘琳. 中国耕地土壤重金属污染概况[J]. 水土保持研究, 2013, 20(2):293-298.
[20]	张福锁, 崔振岭, 王激清, 等. 中国土壤和植物养分管理现状与改进策略[J]. 植物学通报, 2007, 24(6):687-694.
[21]	吴正奇, 刘建林. 硒的生理保健功能和富硒食品的相关标准[J]. 中国食物与营养, 2005(5):43-46.
[22]	杨忠芳, 余涛, 侯青叶, 等. 海南岛农田土壤Se的地球化学特征[J]. 现代地质, 2012, 26(5):837-849.