作者：代杰瑞 龐緒貴 劉華峰 喻超 曾憲東 單位：山東省地質(zhì)調(diào)查院

21世紀勘查地球化學在解決人類資源與環(huán)境的重大問題上發(fā)揮著巨大作用，區(qū)域地球化學調(diào)查應用于生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)地質(zhì)研究方面的文獻近10年來呈明顯上升之勢［1－9］。自中國地質(zhì)調(diào)查局組織實施新一輪國土資源大調(diào)查以來，以基礎性、公益性為特色，以服務于國土利用規(guī)劃與管理、農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)資源、基礎地學等多領域為宗旨的多目標區(qū)域地球化學調(diào)查已先后在我國各省、市、自治區(qū)大范圍實施。山東省東部地區(qū)是山東省經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)，改革開放以來，隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，地質(zhì)與地球化學環(huán)境變化對當?shù)赜绊戄^大，導致與人類生活密切相關且關系到人類生存的生態(tài)環(huán)境問題不斷出現(xiàn)。在山東省人民政府的支持下，2006年以來開展了山東省東部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)地球化學調(diào)查。本文以調(diào)查取得的土壤、淺層地下水等數(shù)據(jù)為基礎，較系統(tǒng)地闡述了研究區(qū)土壤、淺層地下水地球化學特征及評價成果，并總結了本區(qū)存在的生態(tài)地球化學問題，這無疑是一項重要的基礎工作，對本區(qū)資源、環(huán)境評價和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃具有重要意義。

1調(diào)查區(qū)概況

調(diào)查區(qū)位于山東省東部地區(qū)，涉及陸地面積近5．4×104km2(見圖1)，包括青島、煙臺、威海、濰坊、日照、臨沂等6個地級市的46個縣。本區(qū)地勢為東部、南部地勢高，中部地勢低，地貌以低山丘陵和山前傾斜平原為主，另有少部分中山和微傾斜低平原。低山丘陵標高200～400m，山前傾斜平原標高50～200m，全區(qū)最高峰嶗山標高1133m。研究區(qū)水系發(fā)育，河網(wǎng)縱橫，水庫星羅棋布，交通便利。本區(qū)地處華北板塊和秦嶺—大別山板塊結合帶，山地丘陵區(qū)占全區(qū)總面積的55%，廣泛發(fā)育有中元古代、新元古代和中新生代侵入巖，巖性主要為二長花崗巖、石英二長巖和花崗閃長巖，巖石風化殘積物多形成棕壤性土、酸性石質(zhì)土和酸性粗骨土，局部地段發(fā)育有元古代、中生代地層，巖性主要為砂巖和碎屑巖。第四系覆蓋區(qū)約占全區(qū)總面積的45%，其最大覆蓋厚度達150m。第四系成因類型多種多樣，更新統(tǒng)以風成為主、殘坡－坡洪積次之，全新統(tǒng)則以沖積為主，風成、海相沉積次之，土壤主要為潮土、褐土和濱海鹽土［10］。

2生態(tài)地球化學調(diào)查工作方法

2．1土壤和地下水樣品采集

表層土壤樣品采用網(wǎng)格布樣法采集，采樣密度為1件/km2，在采樣點周圍50m范圍內(nèi)等量采集3～5點土壤組成一件樣品。采樣時除去表面雜物，垂直采集地表至20cm深的土壤，保證上下均勻采集，并棄去動植物殘留體、礫石、肥料團塊等，裝入干凈布袋，樣品原始質(zhì)量大于1000g;同時采集深層土壤樣品，采樣密度為1點/4km2，采樣深度1．5～2．0m。土壤樣品風干、敲碎、過833μm(20目)尼龍篩，并將4個相鄰網(wǎng)格(表層樣4km2，深層樣16km2)的樣品組合為1個樣進行測試。表層土壤有效態(tài)樣品采用網(wǎng)格布樣法，采樣密度為1件/16km2，采樣方法同表層土壤樣品。淺層地下水樣按16km2的密度布設采樣點，選擇井徑大、水位高的民井采集水樣。取樣時間為旱季(2008年10～12月)，采樣前先抽水一段時間去除井中滯留水，采樣時盡量不擾動水體，采用瞬時采樣法，把裝樣瓶沉入水下30cm處取樣。在野外由采樣人員按規(guī)程加保護劑后及時送實驗室分析。

2．2土壤和地下水樣品測試元素與指標

表層土壤、深層土壤樣品測試Al2O3、CaO、K2O、MgO、Fe2O3、Na2O、Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、Cd、Ce、Cl、Co、Cr、Cu、F、Ga、Ge、Hg、I、La、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、SiO2、Sn、Sr、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr、C、有機碳(OrgC)和pH值，共54項指標。樣品由湖北省地質(zhì)實驗研究所采用X射線熒光光譜、等離子體質(zhì)譜(ICP－MS)氫化物發(fā)生－原子熒光光譜(HG－AFS)、等離子體發(fā)射光譜(ICP－AES)等一整套大型精密儀器進行測試。表層土壤元素有效態(tài)樣品由山東省地質(zhì)科學實驗研究院采用ICP－AES、AFS和堿解擴散等方法測定N、P、K、Mo、B、Mn、Cu、Zn、Fe、S、Se等元素有效量以及pH值。淺層地下水樣品由山東省地質(zhì)科學實驗研究院采用ICP－MS、ICP－AES和原子熒光分光光度計測試Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Cd、Hg、As、Pb、Se、Ni、Be、Ba、Co、Sr、Th、U、N、P、K、Cr(Ⅵ)及總硬度、溶解性總固體、氯化物、NO－2、高錳酸鉀指數(shù)(COD)、氰化物、氟化物、碘化物、pH值，共30項指標。采用了標準樣、密碼樣、監(jiān)控樣等多種監(jiān)控手段，保證了分析質(zhì)量的可靠性，測試質(zhì)量通過了中國地質(zhì)調(diào)查局專家組的驗收。

2．3數(shù)據(jù)處理及圖件編制

采用中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心開發(fā)的GeoMdis地球化學信息系統(tǒng)和R－2．6．1程序進行參數(shù)計算。土壤地球化學基準值的求取首先對數(shù)據(jù)頻率分布形態(tài)進行正態(tài)檢驗。服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布的，分別用算術平均值和幾何平均值代表基準值;不服從正態(tài)分布的，則按(算術平均值±3倍標準離差)反復剔除，平均值或幾何平均值代表基準值;剔除后仍不滿足正態(tài)分布的，則以眾值代表基準值。背景值的求取方法與基準值相同。淺層地下水背景值是原始數(shù)據(jù)反復剔除2倍標準離差后確定的。利用中國地質(zhì)大學研制的MapGis軟件制作地球化學圖以及綜合評價圖和解釋圖件。

3結果與討論

3．1土壤地球化學特征及環(huán)境質(zhì)量評價

山東省東部地區(qū)土壤地球化學基準值與背景值參數(shù)見表1。與全國土壤A層(51種元素或指標)豐度相比，山東省東部地區(qū)土壤背景值偏高的元素有:氧化物SiO2、Al2O3、K2O、Na2O，鹵族元素Br、Cl，重金屬元素Cd、Pb、Ba，其他元素N、S、Be、Zr、P、Sr。其中有害元素Cd為全國土壤豐度的1．2倍，Pb為1．1倍，與全國豐度差異不明顯;Ba為1．65倍，明顯偏高。土壤背景值偏低的元素有:堿金屬、堿土金屬CaO、MgO、Li、Rb等，放射性元素U、Th，鐵族元素Cr、Fe、Mn、Ni、Co、V、Ti，B、As、Cu、Sb、Ni、Hg、Se等元素。其中Ca為全國豐度的45．3%，Mg為全國豐度的62．2%，Mo為全國豐度的71．3%，B為全國豐度的73．5%。所缺乏的元素中，除Ag、Nb、Sc、Hg、Sb、As外，大部分為動植物營養(yǎng)元素或有益元素，這種現(xiàn)象應引起重視。與全國土壤C層(僅13種元素)豐度相比，山東省東部地區(qū)土壤地球化學基準值僅Mn元素略偏高外，重金屬元素Hg、As、Cd、Ni、Pb、Cr和有益元素Zn、Cu、Se、Co等均低于全國土壤平均值，一方面表明調(diào)查區(qū)絕大部分區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量較好，但另一方面也會造成微量營養(yǎng)元素不足，特別是Se僅為全國的41%，Zn含量僅為全國的74%，這些營養(yǎng)元素在土壤中原始儲備量不足，是調(diào)查區(qū)表層土壤(種植土壤環(huán)境)出現(xiàn)缺素的根本原因。前人研究認為，土壤化學成分直接與基巖、母質(zhì)類型相關，母巖風化形成的土壤的地球化學元素特征總體與巖石地球化學特征一致［11］。調(diào)查區(qū)發(fā)育中酸性、酸性侵入巖，酸性花崗巖大量出露，這類巖石本身缺乏MgO、CaO、Fe2O3、Co、Cr、V、Ti、Ni、Mn等，而富含K2O、Al2O3、SiO2、Na2O和Ba、Sr、S、P、Cd、Zr、Pb等元素，加上礦化作用的影響，致使這些元素的背景值較高。此外，土壤以粗骨土、石質(zhì)土為主，顯酸性，淋溶作用強烈，致使堿金屬、堿土金屬元素大量流失。