劉陽

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊，山東·濰坊 261021）

2013年6月8日，中國地質(zhì)調(diào)查局在京組織召開土地質(zhì)量地球化學調(diào)查評價可行性報告論證會，專家組認為：“開展土地質(zhì)量地球化學調(diào)查評價是關系千秋大業(yè)、惠及千家萬戶的一項重大民生工程，在實現(xiàn)土地質(zhì)量與生態(tài)管護、保障國家糧食安全、大幅提升土地資源利用價值、顯著改善民生等方面均具有重要意義”。山東各地陸續(xù)開展了土地質(zhì)量地球化學調(diào)查與評價工作，并取得了一些成果[1-9]。濰坊市作為全國農(nóng)業(yè)及蔬菜基地，土地質(zhì)量情況起到了決定性的支撐作用。為積極響應上級號召，濰坊市設立專項資金進行“濰坊市土地質(zhì)量地球化學調(diào)查與評價”項目。高密市土地質(zhì)量地球化學調(diào)查與評價為該項目的二期工作。

高密市地處山東半島中部，膠萊平原腹地，東鄰膠州市，西依安丘市、昌邑市，南連高密市，北接平度市。全市轄7鎮(zhèn)、3街道，總面積1525.7km2。地理坐標：東經(jīng)119°26?～120°00?、北緯 36°08?～36°41?。高密市地勢南高北低。最高點位于柴溝鎮(zhèn)梁尹嶺張林北側，海拔109.4m；最低點位于大牟家鎮(zhèn)曹家北近北膠萊河處，海拔7.5m。地面總坡度約1/600。高密市屬季風區(qū)暖溫帶大陸性半濕潤氣候，冬冷夏熱，四季分明。年平均氣溫12℃，年平均降水量689.1mm，年蒸發(fā)量1227.6mm，相對濕度平均為69%。年平均日照總量2452.7小時，無霜期226天。（年平均值為1971～2000年30年資料平均）。高密市處于濰東南丘陵水文地質(zhì)區(qū)。高密市土壤類型分為棕壤、褐土、粗骨土、黑土、潮土共5個土類[10]。

1 地質(zhì)概況

高密市地處華北板塊—膠遼隆起區(qū)—膠萊盆地西部，北部為高密—景芝凹陷，南部為膠州—蘭底凹陷。高密地層隸屬于華北地層區(qū)之魯東地層分區(qū)，僅出露中生代白堊紀萊陽群、青山群、大盛群以及第四紀松散堆積物。其中中生代地層出露面積約占全市總面積的25%，第四紀出露面積約占75%，高密市地質(zhì)構造單元全貌是中生代白堊紀沉積蓋層和新生代第四紀松散堆積物，構造形式突出表現(xiàn)為斷裂構造，構造方位以北東向為主，高密市巖漿巖不發(fā)育，僅有脈狀—巖柱狀的淺成—超淺成中酸性侵入巖和火山巖。

2 工作方法

2.1 樣品采集

高密市土壤表層樣采樣點布設在1:5萬土地利用現(xiàn)狀圖上（第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)）。采樣點以網(wǎng)格狀布設，土壤樣品采樣密度平均為5.5件/km2，采樣深度為0～20cm，采樣時以“多點取樣”的方式進行，同時要避開溝渠、林帶、田埂、路邊、舊房基、糞堆及微地形高低不平無代表性地段。野外采集的土壤樣品經(jīng)自然風干，全部過10目尼龍篩，過篩后樣品重量大于500g。

全高密市市共取表層土壤樣點8197件。

2.2 樣品分析

分析測試項目有：有機質(zhì)、氮（N）、磷（P）、鉀（K）、硼（B）、鉬（Mo）、錳（Mn）、硒（Se）、碘（I）、鍺（Ge）、氟（F）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、汞（Hg）、鎳（Ni）、鈷（Co）、礬（V）和酸堿度（pH），共22項。

本項目分析測試由具有甲級實驗測試資質(zhì)的山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊實驗測試中心承擔，采用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）、X射線熒光光譜法（XRF）為主要檢測方法，輔以原子熒光光譜法（AFS）、發(fā)射光譜法（ES）、離子電極法（ISE）、容量法（VOL）和分光光度法（COL）等方法的多元素分析配套方法。樣品測試質(zhì)量由中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所進行監(jiān)控，通過密碼樣、監(jiān)控樣、標準樣等多種監(jiān)控手段，保證樣品分析質(zhì)量的可靠性。測試項目及測試精度滿足設計及規(guī)范要求。

3 討論及結論

土壤地球化學背景值又稱土壤本底值，它代表一定環(huán)境單元中的一個統(tǒng)計量的特征值。背景值是指各區(qū)域正常地理條件和地球化學條件下元素在各類自然體（巖石、風化產(chǎn)物、土壤、沉積物、天然水、近地大氣等）中的正常含量。在環(huán)境科學中，土壤背景值是指在未受或少受人類活動影響下，尚未受或少受污染和破壞的土壤中元素的含量[11]。由于人類活動的長期積累和社會的高速發(fā)展，真正未受污染和破壞的土壤是不存在的，因此，土壤地球化學背景值只是一個相對概念。本文是以高密市表層土壤（0～20cm）分析測試數(shù)據(jù)為基礎，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后求得的平均值為高密市表層土壤地球化學背景值。

3.1 土壤地球化學背景值計算方法

眾多研究結果表明，常量元素接近正態(tài)分布，微量元素取對數(shù)后接近正態(tài)分布，同時認為，把地殼中元素含量空間分布構成的曲面成為地球化學面，這個面的變化也服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布。均值標準差法的使用前提是原始數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布。因此，使用均值標準差法時，應該先對原始數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗。常用的檢驗方法有偏度—峰度法、Q-Q概率圖法和P-P概率圖法。本文用偏度—峰度法：當樣本數(shù)量較大（N＞100），若取信度α=0.05時，偏度的臨界值不超過，峰度的臨界值不超過，說明實測數(shù)據(jù)在所研究的地質(zhì)體中服從正態(tài)分布，有一個不滿足則不服從正態(tài)分布[12]。檢驗對數(shù)正態(tài)分布，需將原始數(shù)據(jù)轉換成對數(shù)，然后計算偏度、峰度。

將分析測試數(shù)據(jù)利用Excel、SPSS等數(shù)據(jù)處理工具，統(tǒng)計元素含量平均值、標準離差、變異系數(shù)、濃集系數(shù)（K）等地球化學特征值。首先，對數(shù)據(jù)頻率分布形態(tài)進行正態(tài)檢驗。當統(tǒng)計數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布時，用算術平均值代表背景值；服從對數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，用幾何平均值代表背景值；不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，按照算術平均值加減3倍算術標準離差或幾何平均值乘以幾何標準離差的立方進行剔除，經(jīng)反復剔除后服從算術正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布時，用算術平均值或幾何平均值代表土壤背景值。經(jīng)反復剔除后仍不滿足正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，當呈偏態(tài)分布時，以眾值或平均值代表背景值；當呈雙峰或多峰分布時，以中位值或平均值代表背景值。

在進行pH值參數(shù)統(tǒng)計時，應先將土壤pH值換算成[H+]平均濃度進行統(tǒng)計計算，然后再換算成pH值，其公式為：[H+]=10-pH，[H+]平均濃度=∑10-pH/n ，pH=-lg[H+]平均濃度。

3.2 土壤地球化學背景值特征

高密市土壤地球化學背景值見表1。

表1 高密市土壤地球化學背景值Table 1 Geochemical background value of soil in Gaomi city

土壤地球化學背景值是土壤地球化學調(diào)查研究的最基礎的特征參數(shù)，代表土壤中的元素含量水平[14-18]。從圖1可以看出剔除前與剔除后多數(shù)元素算術平均值與背景值差別不大，僅pH一種元素（指標）剔除率超過10%，而pH、Mo、Cu、Hg四種元素（指標）剔除后背景值與剔除前算術平均值相比，背景值變化率均超過20%，表明元素（指標）的離散程度相對較大，易于受到外源影響因素的擾動。

變異系數(shù)是反映元素分布均勻程度的一個重要參數(shù)，采用如下經(jīng)驗值判別：變異系數(shù)小于0.4，元素分布均勻；0.4≤變異系數(shù)＜1.0，元素分布較不均勻；1.0≤變異系數(shù)＜1.5，元素分布不均勻；變異系數(shù)≥1.5，元素分布極不均勻。高密市土壤元素變異系數(shù)見表1。

高密市土壤元素元素（指標）分布均勻的有：K、Ge、B、V、Pb、Cr、Co、Ni、N、Mn、I。在這種情況下，元素含量變化很小，空間分布均勻，其中K的變異系數(shù)最小，只有0.07，說明它們分布最均勻。

高密市土壤元素（指標）分布較不均勻的有：pH、有機質(zhì)、F、Se、As、P、Zn、Cd、Cu；高密市土壤元素（指標）分布極不均勻的有：Hg、Mo。Hg變異系數(shù)為4.12，Hg含量較高的土壤主要集中分布在高密市區(qū)及周邊，Mo含量較高的土壤主要集中分布在高密市區(qū)及周邊和夏莊鎮(zhèn)中部，這可能與人類活動造成的局部污染有關。

K值是單個元素背景值與參比區(qū)（全濰坊市K1、全山東省K2）的比值，見圖2，利用K值可比較出單個元素的相對富集或貧乏特點。規(guī)定比值小于0.80時為明顯偏低，比值在0.80～0.90時為偏低，比值0.90～1.10時為接近（或相當），比值在1.10～1.20時為偏高，比值大于1.20時為明顯偏高。

圖1 高密市土壤算數(shù)平均值（剔除前）與背景值（剔除后）對比Fig.1Comparisons of soil arithmetic mean (before excluding)and background value (after excluding) in Gaomi city

圖2 高密市土壤地球化學背景值與濰坊市土壤背景值比值K11）、山東省土壤背景值比值（K2）折線圖Fig.2 The ratio of soil geochemical background value in Gaomi City to that in Weifang City (K1) and Shandong Province (K2)

與濰坊市相比（K1），高密市土壤背景值接近的元素（指標）有：Cr、F、B、V、Mn、Pb、Se；與全山東省相比（K2），高密市土壤背景值接近的元素（指標）有：Ge、B、I、V、Se、Mn、Cr、Pb、As、P；

與濰坊市相比（K1），高密市土壤背景值偏高的元素（指標）有：As、N、P、有機質(zhì)、K；與全山東省相比（K2），高密市土壤背景值偏高的元素（指標）有：N；

與濰坊市相比（K1），高密市土壤背景值明顯偏高的元素（指標）有：有機質(zhì)；與全山東省相比（K2），高密市土壤背景值明顯偏高的元素（指標）有：有機質(zhì)。高密市土壤有機質(zhì)背景值與濰坊和山東背景值相比都接近兩倍，說明高密市表層土壤中有機質(zhì)含量相對較豐富，可能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的有機肥施用有關。

與濰坊市相比（K1），高密市土壤背景值偏低的元素（指標）有：Ni、Hg、Cu、Cd、I、Ge。與全山東省相比（K2），高密市土壤背景值偏低的元素（指標）有：Ni、F、Hg；

與濰坊市相比（K1），高密市土壤背景值明顯偏低的元素（指標）有：Mo、Zn、Co。與全山東省相比（K2），高密市土壤背景值明顯偏低的元素（指標）有：Mo、Zn、Cd、Co、Cu。高密市Mo缺乏（Mo≤0.45 mg/kg）的土壤分布較廣泛，主要分布在大牟家鎮(zhèn)大部、醴泉街道大部、井溝鎮(zhèn)大部、柴溝鎮(zhèn)大部、闞家鎮(zhèn)大部、柏城鎮(zhèn)大部、朝陽街道大部、夏莊鎮(zhèn)西南部、密水街道南部，面積為1177.73km2，占高密市總面積的比例為77.19%。高密市Zn缺乏（Zn≤50 mg/kg）的土壤主要分布在的井溝鎮(zhèn)大部、柴溝鎮(zhèn)大部、柏城鎮(zhèn)大部、朝陽街道大部及大牟家鎮(zhèn)大部和姜莊鎮(zhèn)北部，面積為1000.72km2，占高密市總面積的比例分別為65.59%。高密市Co較缺乏（8mg/kg＜Co≤11mg/kg）的土壤為高密市大部，面積為876.07km2，占高密市總面積的比例為57.42%；高密市Co缺乏（Co≤8mg/kg）的土壤主要分布于五龍河、濰河、膠河沿岸，分布區(qū)域為柴溝鎮(zhèn)西部及中南部馬旺水庫、李家溝水庫附近，柏城鎮(zhèn)中部和南部王吳水庫附近，朝陽街道西部和夏莊鎮(zhèn)南部，面積為374.59km2，占高密市總面積的比例為24.55%。高密市Cd元素總體良好，以無風險為主，無風險土壤面積為1522.94km2，占高密市總面積的99.82%；

高密市pH值含量接近濰坊市背景值和山東省背景值，高密市中部和北部總體呈中性—堿性，高密市南部的柴溝鎮(zhèn)大部、密水街道南部、柏城鎮(zhèn)中部和南部土壤總體呈酸性（pH值在5.0～6.5之間）。

通過對高密市土壤地球化學研究，掌握了高密市22種元素（指標）土壤地球化學背景值及分布特征，這些成果可為地方政府的決策施政提供基礎資料和科學依據(jù)[19-20]。

參考文獻(References)

[1]龐緒貴,高宗軍,王敏,等. 魯西北平原典型生態(tài)區(qū)地質(zhì)地球化學環(huán)境研究[M]. 北京:地質(zhì)出版社,2013:33-48.PANG X G, GAO Z J, WANG M, et al. Geological and geochemical environment in typical ecological areas of nothwestern Shandong[M]. Beijing: Geology Press, 2013:33-48.

[2]龐緒貴,王曉梅,代杰瑞,等. 濟南市大氣降塵地球化學特征及污染端元研究[J]. 中國地質(zhì),2014,41(1):285-293.PANG X G, WANG X M, DAI J R, et al. Geochemical characteristics and pollution sources identification of the atmospheric dust-fall in Jinan city[J]. Geology in China,2014,41(1):285-293.

[3]龐緒貴,代杰瑞,曾憲東,等. 魯東地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學研究[M].北京:地質(zhì)出版社,2014:29-67.PANG X G, DAI J R, ZENG X D, et al. Study on eco-geochemistry in eastern Shandong[M]. Beijing: Geology Press, 2014:29-67.

[4]龐緒貴,王曉梅,喻超,等. 山東省生態(tài)地球化學調(diào)查與評價綜述[J]. 山東國土資源,2013,29(9):10-15.PANG X G, WANG X M, YU C, et al. Survey and evaluation on eco-chemistry in Shandong province[J]. Shandong Land and Resources, 2013,29(9):10-15.

[5]代杰瑞,郝興中,龐緒貴,等. 典型土壤環(huán)境中重金屬元素的形態(tài)分布和轉化——以山東煙臺為例[J]. 中國地質(zhì),2013,32(6):713-719.DAI J R, HAO X Z, PANG X G, et al. Distribution and transformation of heavy metals in typical soil environments, acase study in Yantai[J]. Geology in China, 2013,32(6):713-719.

[6]龐緒貴,高宗軍,邊建朝,等. 山東省黃河下游流域地方病與生態(tài)地球化學環(huán)境相關性研究[J]. 中國地質(zhì),2011,37(3):824-830.PANG X G, GAO Z J, BIAN J C, et al. The correlation between endemic diseases and eco-geochemical environment in the lower Yellow river basin, Shandong province[J]. Geology in China,2011,37(3):824-830.

[7]龐緒貴,代杰瑞,胡雪平,等. 山東省土壤地球化學背景值[J]. 山東國土資源,2018,34(1):39-43.PANG X g, DAI J r, HU X p ,et al. Background values of soil geochemistry in Shandong province[J]. Shandong Land and Resources, 2018,34(1):39-43.

[8]龐緒貴,宋娟娟,代杰瑞,等. 日照市土壤地球化學元素分布規(guī)律及成因探討[J]. 山東國土資源,2018,34(4):43-49.PANG X G, SONG J J, DAI J R, et al. Study on the distribution law and the origin of soil geochemical elements in Rizhao city[J].Shandong Land and Resources, 2018,34(4):43-49.

[9]張帆. 威海市土壤元素地球化學分布及其意義[J]. 山東國土資源,2018,34(8):46-50.ZHANG F. Geochmicaldistribution of soil elements in Weihai city and its significance[J]. Shandong Land and Resources,2018,34(8):46-50.

[10]閻鵬,徐世良,曲克健,等. 山東土壤[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1994:54-63.YAN P, XU S L, QU K J, et al. Soils in Shandong province[M].Beijing: China Agriculture Press, 1994:54-63.

[11]陳玲,趙建夫. 環(huán)境監(jiān)測[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,2003.CHEN L, ZHAO J F. Environmental monitoring[M]. Beijing:Chemical Industry Press, 2003.

[12]王崇云. 地球化學找礦基礎[M]. 北京:地質(zhì)出版社,1987:168.WANGChongyun.Geochemical prospecting basis[M].Beijing:Geology Press,1987：168.

[13]龐緒貴,代杰瑞,陳磊,等. 山東省17市土壤地球化學背景值[J]. 山東國土資源,2019,35(1):46-56.PANG X G, DAI J R, CHEN L, et al. Soil geochemical background value of 17 cities in Shandong province[J]. Shandong Land and Resources, 2019,35(1):46-56.

[14]奚小環(huán). 土壤污染地球化學標準及等級劃分問題討論[J]. 物探與化探,2006,30(6):471-474.XI X H. A discussion on the geochemical standard and grade division of soil pollution[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2006,30(6):471-474.

[15]廖啟林,吳新民,甕志華,等. 南京地區(qū)多目標地球化學調(diào)查基本成果及其相關問題初探[J]. 中國地質(zhì),2004,31(1):70-77.LIAO Q L, WU X M, WENG Z H, et al. Basic results of multitarget geochemical survey in the Nanjing area and its relevant problems[J]. Geology in China, 2004,31(1):70-77.

[16]楊錦發(fā). 生態(tài)地球化學土壤樣品高精度測試與質(zhì)量監(jiān)控[J]. 上海地質(zhì),2006,27(4):48-51.YANG J F. High precision and quality controlling on ecologic geochemical soil samples[J]. Shanghai Geology, 2006,27(4):48-51.

[17]何中發(fā),孫彥偉,方正,等. 生態(tài)地球化學成果應用于農(nóng)用地分等及質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測初步構想[J]. 上海地質(zhì),2009,30(3):35-38,43.HE Z F, SUN Y W, FANG Z, et al. Preliminary conception of the application of ecological geochemistry for farmland gradation and quality dynamic monitoring[J]. Shanghai Geology, 2009,30(3):35-38,43.

[18]溫曉華. 省級、市縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級土地質(zhì)量地球化學評估方法及典型地區(qū)成果分析[J]. 上海國土資源,2013,34(4):71-76.WEN X H. Analysis of the contrasts in geochemical methods used to assess land quality among different land use classes (province,county, and town) in a typical region[J]. Shanghai Land &Resources, 2013,34(4):71-76.

[19]王丹妮,溫曉華,李金柱,等. 土地質(zhì)量地球化學調(diào)查評價成果轉化應用研究[J]. 上海國土資源,2015,36(2):83-86,95.WANG D N, WEN X H, LI J Z, et al. Geochemical surveys and evaluation on land quality: A case study of the town of Langxia in Jinshan district, Shanghai[J]. Shanghai Land & Resources,2015,36(2):83-86,95.

[20]陳銘,關濤,滕龍妹. 土地質(zhì)量地球化學調(diào)查成果在浙江省土地利用規(guī)劃編制中的應用研究[J]. 上海國土資源,2018,39(1):39-43.CHEN M, GUAN T, TENG L M. Applying research on land quality involving geochemical survey results regarding land-use planning in the Zhejiang province[J]. Shanghai Land & Resources,2018,39(1):39-43.