土壤、氣候、水文、光照、地貌等都是重要的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境要素。除各種人為因素外，土壤化學(xué)成分是影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素。土壤的主要成分約90%來(lái)自基巖風(fēng)化物或成土母質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)元素與基巖、成土母質(zhì)的關(guān)系尤為密切。對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)進(jìn)行生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查，可以充分利用土壤的潛在資源，改造和調(diào)整不良土壤的地球化學(xué)環(huán)境，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，選擇并培育新的優(yōu)良品種，發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)已對(duì)土壤中化學(xué)元素的含量與分布進(jìn)行了大量研究，其成果在農(nóng)作物種植的應(yīng)用中取得了突出的成效［1－3］。樂(lè)陵—河口地區(qū)是山東省北部重要的糧棉產(chǎn)區(qū)和樂(lè)陵小棗生產(chǎn)基地，位于山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)和黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)。隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，地質(zhì)與地球化學(xué)環(huán)境變化對(duì)當(dāng)?shù)赜绊戄^大，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問(wèn)題不斷出現(xiàn)［4－5］。筆者通過(guò)開(kāi)展山東省樂(lè)陵—河口地區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查，根據(jù)“全國(guó)土壤現(xiàn)狀調(diào)查及污染防治”項(xiàng)目取得的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，研究重金屬元素分布、分配特征，進(jìn)行國(guó)土資源環(huán)境評(píng)價(jià)與基礎(chǔ)地質(zhì)研究，為山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)和黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)等國(guó)家戰(zhàn)略性規(guī)劃和發(fā)展提供依據(jù)。

1研究區(qū)概況

樂(lè)陵—河口位于華北地塊南部，受斷裂活動(dòng)的影響和控制，形成了眾多凹凸相間的構(gòu)造格局，地表全部為第四系地層，以黃河沖積沉積物為主。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，第四紀(jì)火山活動(dòng)強(qiáng)烈，在無(wú)棣大山鎮(zhèn)形成一座中心噴發(fā)式火山錐，海拔63．4m，是華北平原唯一露頭的火山。

2重金屬元素分布特征

土壤是元素在地理環(huán)境中循環(huán)的一個(gè)重要介質(zhì)，土壤中重金屬元素的含量直接控制著研究區(qū)的土壤質(zhì)量和污染程度［6］。多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查采用雙層網(wǎng)格化土壤測(cè)量方法，按照代表性、均勻性與合理性原則系統(tǒng)采集土壤表層樣品(0～0．2m)和深層樣品(厚覆蓋區(qū)1．5m以下)。表層樣品采樣密度為1個(gè)點(diǎn)/km2(灘涂區(qū)1個(gè)點(diǎn)/4km2)，按1個(gè)點(diǎn)/4km2組合分析，深層樣品采樣密度為1個(gè)點(diǎn)/4km2，按1個(gè)點(diǎn)/16km2組合分析，主要測(cè)試54項(xiàng)元素指標(biāo)［7］。所有測(cè)試嚴(yán)格按照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)分析，分析質(zhì)量和精度均符合要求。根據(jù)1∶25萬(wàn)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果，研究區(qū)土壤中重金屬元素的背景值均高于基準(zhǔn)值，說(shuō)明重金屬元素在表生條件下有相對(duì)富集的趨勢(shì)，尤其是Cd、Hg、Pb的表生富集趨勢(shì)較明顯，受人類活動(dòng)影響最大，是區(qū)內(nèi)土壤污染的主要因子。通過(guò)全國(guó)土壤基準(zhǔn)值和背景值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)Cd、Cr、F的基準(zhǔn)值相對(duì)富集，Cd、Cr、F、Ni、As的背景值相對(duì)較高(表1)。

3重金屬元素分布與地球化學(xué)環(huán)境的關(guān)系

3．1深層土壤中重金屬元素的相關(guān)性

利用SPSS軟件對(duì)土壤重金屬元素進(jìn)行相關(guān)性分析(表2)，結(jié)果表明，Cd與As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等的相關(guān)性顯著，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的區(qū)域分布也基本一致。Hg與其他元素相關(guān)性不顯著，其空間分布特征明顯不同于其他重金屬元素。Hg的高背景區(qū)主要分布在德州城區(qū)北部的二屯、長(zhǎng)莊、東辛店—尚堂一帶及無(wú)棣縣城、信陽(yáng)、水灣等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

3．2土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

3．2．1土壤元素污染等級(jí)劃分

土壤元素污染等級(jí)劃分是多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作的一部分，是以土壤元素基準(zhǔn)值為基礎(chǔ)，對(duì)土壤含量進(jìn)行等級(jí)劃分，確定外來(lái)污染物對(duì)土壤元素含量的影響程度，為土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)定、生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警、土壤污染治理提供基礎(chǔ)資料。土壤重金屬污染引用原始地質(zhì)地球化學(xué)背景基礎(chǔ)上疊加的人為污染的概念，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用區(qū)域土壤元素基準(zhǔn)上限值(即基準(zhǔn)值加上2倍標(biāo)準(zhǔn)差)，以基準(zhǔn)上限值的1、2、3等整數(shù)倍進(jìn)行分級(jí)，具體取值見(jiàn)表3。

3．2．2評(píng)價(jià)方法

通過(guò)計(jì)算污染指數(shù)來(lái)確定土壤重金屬的污染程度，其中，單因子評(píng)價(jià)通常采用分指數(shù)法，多因子評(píng)價(jià)一般采用污染綜合指數(shù)。(1)分指數(shù)法。分指數(shù)法是逐一計(jì)算土壤中各主要污染物的污染分指數(shù)，以確定污染程度，公式為Pi=Ci/C0i，式中Pi為土壤中i污染物的污染分指數(shù);Ci為土壤中i污染物的實(shí)測(cè)含量;C0i為i污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。(2)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)是計(jì)算土壤中各主要污染物的綜合污染指數(shù)，以確定土壤環(huán)境綜合污染程度，公式為式中，P為土壤污染綜合指數(shù);Ii為土壤中i污染物的污染指數(shù);n為土壤中參與評(píng)價(jià)的污染物種類。P＜1為未污染，P＞1為已污染，P值越大，土壤污染程度越嚴(yán)重。根據(jù)P值變化幅度，結(jié)合作物受害程度和污染物累積狀況，進(jìn)一步劃分為輕度污染(1＜P≤2)、中度污染(2＜P≤4)和重度污染(P＞4)。

3．2．3單元素污染評(píng)價(jià)

研究區(qū)土壤中As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn分指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可見(jiàn)，區(qū)內(nèi)土壤以清潔型為主，As、Cr、Cu、Ni的土壤清潔率在90%以上，只有稍微的輕度污染;Zn的土壤清潔率在88%以上，有少量的輕度污染;Pb的土壤清潔率接近80%，除少量輕度污染外，在河口城區(qū)東部的采油區(qū)有點(diǎn)狀中度污染區(qū)和嚴(yán)重污染區(qū);Cd、Hg是區(qū)內(nèi)污染較重的兩個(gè)指標(biāo)，土壤清潔率大于55%，接近60%，在德州市德城區(qū)、樂(lè)陵市、無(wú)棣縣、河口區(qū)的城區(qū)及近郊有輕度污染區(qū)，在河口城區(qū)、孤島油田、樂(lè)陵市城區(qū)、無(wú)棣縣城、信陽(yáng)縣城區(qū)等有中度污染區(qū)，嚴(yán)重污染區(qū)主要在德州城區(qū)、無(wú)棣縣城、信陽(yáng)縣城等地。

3．2．4綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬綜合污染評(píng)價(jià)見(jiàn)圖1。土壤重金屬綜合污染區(qū)分布特征表明，輕污染區(qū)分布廣泛，面積達(dá)4476．3km2(表5)，主要分布在德州市德城區(qū)、寧津縣、樂(lè)陵市、慶云縣、無(wú)棣縣等地，在河口區(qū)、孤島油田也有少量分布;中度污染區(qū)主要分布在德州市德城區(qū)、樂(lè)陵市、無(wú)棣縣、信陽(yáng)、河口區(qū)等城區(qū)，面積達(dá)53．8km2;嚴(yán)重污染區(qū)在河口區(qū)有零星分布，面積僅3．0km2;其余均為清潔區(qū)土壤，面積達(dá)5441．4km2，主要分布在無(wú)棣縣、沾化縣、河口區(qū)的濱海區(qū)，位于山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)和黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)之中。