2021-4-9 | 生态保护论文
土壤、气候、水文、光照、地貌等都是重要的农业生态环境要素。除各种人为因素外，土壤化学成分是影响农产品品质的重要因素。土壤的主要成分约90%来自基岩风化物或成土母质，营养元素与基岩、成土母质的关系尤为密切。对农作物产区进行生态地球化学调查，可以充分利用土壤的潜在资源，改造和调整不良土壤的地球化学环境，优化种植结构，选择并培育新的优良品种，发展现代化农业。目前，国内已对土壤中化学元素的含量与分布进行了大量研究，其成果在农作物种植的应用中取得了突出的成效［1－3］。乐陵—河口地区是山东省北部重要的粮棉产区和乐陵小枣生产基地，位于山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区。随着工业化、城市化的快速发展，地质与地球化学环境变化对当地影响较大，导致生态环境问题不断出现［4－5］。笔者通过开展山东省乐陵—河口地区多目标区域地球化学调查，根据“全国土壤现状调查及污染防治”项目取得的地球化学数据，研究重金属元素分布、分配特征，进行国土资源环境评价与基础地质研究，为山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区等国家战略性规划和发展提供依据。
1研究区概况
乐陵—河口位于华北地块南部，受断裂活动的影响和控制，形成了众多凹凸相间的构造格局，地表全部为第四系地层，以黄河冲积沉积物为主。区内断裂发育，第四纪火山活动强烈，在无棣大山镇形成一座中心喷发式火山锥，海拔63．4m，是华北平原唯一露头的火山。
2重金属元素分布特征
土壤是元素在地理环境中循环的一个重要介质，土壤中重金属元素的含量直接控制着研究区的土壤质量和污染程度［6］。多目标区域地球化学调查采用双层网格化土壤测量方法，按照代表性、均匀性与合理性原则系统采集土壤表层样品(0～0．2m)和深层样品(厚覆盖区1．5m以下)。表层样品采样密度为1个点/km2(滩涂区1个点/4km2)，按1个点/4km2组合分析，深层样品采样密度为1个点/4km2，按1个点/16km2组合分析，主要测试54项元素指标［7］。所有测试严格按照国家行业标准进行检验分析，分析质量和精度均符合要求。根据1∶25万多目标区域地球化学调查结果，研究区土壤中重金属元素的背景值均高于基准值，说明重金属元素在表生条件下有相对富集的趋势，尤其是Cd、Hg、Pb的表生富集趋势较明显，受人类活动影响最大，是区内土壤污染的主要因子。通过全国土壤基准值和背景值对比发现，研究区内Cd、Cr、F的基准值相对富集，Cd、Cr、F、Ni、As的背景值相对较高(表1)。
3重金属元素分布与地球化学环境的关系
3．1深层土壤中重金属元素的相关性
利用SPSS软件对土壤重金属元素进行相关性分析(表2)，结果表明，Cd与As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等的相关性显著，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的区域分布也基本一致。Hg与其他元素相关性不显著，其空间分布特征明显不同于其他重金属元素。Hg的高背景区主要分布在德州城区北部的二屯、长庄、东辛店—尚堂一带及无棣县城、信阳、水湾等乡镇。
3．2土壤重金属污染评价
3．2．1土壤元素污染等级划分
土壤元素污染等级划分是多目标区域地球化学调查工作的一部分，是以土壤元素基准值为基础，对土壤含量进行等级划分，确定外来污染物对土壤元素含量的影响程度，为土地质量等级评定、生态地球化学预警、土壤污染治理提供基础资料。土壤重金属污染引用原始地质地球化学背景基础上叠加的人为污染的概念，评价标准采用区域土壤元素基准上限值(即基准值加上2倍标准差)，以基准上限值的1、2、3等整数倍进行分级，具体取值见表3。
3．2．2评价方法
通过计算污染指数来确定土壤重金属的污染程度，其中，单因子评价通常采用分指数法，多因子评价一般采用污染综合指数。(1)分指数法。分指数法是逐一计算土壤中各主要污染物的污染分指数，以确定污染程度，公式为Pi=Ci/C0i，式中Pi为土壤中i污染物的污染分指数;Ci为土壤中i污染物的实测含量;C0i为i污染物的评价标准。(2)内梅罗综合污染指数。内梅罗综合污染指数是计算土壤中各主要污染物的综合污染指数，以确定土壤环境综合污染程度，公式为式中，P为土壤污染综合指数;Ii为土壤中i污染物的污染指数;n为土壤中参与评价的污染物种类。P＜1为未污染，P＞1为已污染，P值越大，土壤污染程度越严重。根据P值变化幅度，结合作物受害程度和污染物累积状况，进一步划分为轻度污染(1＜P≤2)、中度污染(2＜P≤4)和重度污染(P＞4)。
3．2．3单元素污染评价
研究区土壤中As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn分指数评价结果见表4。从表4可见，区内土壤以清洁型为主，As、Cr、Cu、Ni的土壤清洁率在90%以上，只有稍微的轻度污染;Zn的土壤清洁率在88%以上，有少量的轻度污染;Pb的土壤清洁率接近80%，除少量轻度污染外，在河口城区东部的采油区有点状中度污染区和严重污染区;Cd、Hg是区内污染较重的两个指标，土壤清洁率大于55%，接近60%，在德州市德城区、乐陵市、无棣县、河口区的城区及近郊有轻度污染区，在河口城区、孤岛油田、乐陵市城区、无棣县城、信阳县城区等有中度污染区，严重污染区主要在德州城区、无棣县城、信阳县城等地。
3．2．4综合指数评价
研究区内土壤重金属综合污染评价见图1。土壤重金属综合污染区分布特征表明，轻污染区分布广泛，面积达4476．3km2(表5)，主要分布在德州市德城区、宁津县、乐陵市、庆云县、无棣县等地，在河口区、孤岛油田也有少量分布;中度污染区主要分布在德州市德城区、乐陵市、无棣县、信阳、河口区等城区，面积达53．8km2;严重污染区在河口区有零星分布，面积仅3．0km2;其余均为清洁区土壤，面积达5441．4km2，主要分布在无棣县、沾化县、河口区的滨海区，位于山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区之中。