作者：代杰瑞 龐緒貴 劉華峰 喻超 曾憲東 單位：山東省地質調查院

21世紀勘查地球化學在解決人類資源與環境的重大問題上發揮著巨大作用，區域地球化學調查應用于生態環境與農業地質研究方面的文獻近10年來呈明顯上升之勢［1－9］。自中國地質調查局組織實施新一輪國土資源大調查以來，以基礎性、公益性為特色，以服務于國土利用規劃與管理、農業、礦產資源、基礎地學等多領域為宗旨的多目標區域地球化學調查已先后在我國各省、市、自治區大范圍實施。山東省東部地區是山東省經濟最發達的地區，改革開放以來，隨著工業化、城市化的快速發展，地質與地球化學環境變化對當地影響較大，導致與人類生活密切相關且關系到人類生存的生態環境問題不斷出現。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農業生態地球化學調查。本文以調查取得的土壤、淺層地下水等數據為基礎，較系統地闡述了研究區土壤、淺層地下水地球化學特征及評價成果，并總結了本區存在的生態地球化學問題，這無疑是一項重要的基礎工作，對本區資源、環境評價和國民經濟可持續發展規劃具有重要意義。

1調查區概況

調查區位于山東省東部地區，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，全區最高峰嶗山標高1133m。研究區水系發育，河網縱橫，水庫星羅棋布，交通便利。本區地處華北板塊和秦嶺—大別山板塊結合帶，山地丘陵區占全區總面積的55%，廣泛發育有中元古代、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、酸性石質土和酸性粗骨土，局部地段發育有元古代、中生代地層，巖性主要為砂巖和碎屑巖。第四系覆蓋區約占全區總面積的45%，其最大覆蓋厚度達150m。第四系成因類型多種多樣，更新統以風成為主、殘坡－坡洪積次之，全新統則以沖積為主，風成、海相沉積次之，土壤主要為潮土、褐土和濱海鹽土［10］。

2生態地球化學調查工作方法

2．1土壤和地下水樣品采集

表層土壤樣品采用網格布樣法采集，采樣密度為1件/km2，在采樣點周圍50m范圍內等量采集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。表層土壤有效態樣品采用網格布樣法，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。樣品由湖北省地質實驗研究所采用X射線熒光光譜、等離子體質譜(ICP－MS)氫化物發生－原子熒光光譜(HG－AFS)、等離子體發射光譜(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樣品由山東省地質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(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、監控樣等多種監控手段，保證了分析質量的可靠性，測試質量通過了中國地質調查局專家組的驗收。

2．3數據處理及圖件編制

采用中國地質調查局發展研究中心開發的GeoMdis地球化學信息系統和R－2．6．1程序進行參數計算。土壤地球化學基準值的求取首先對數據頻率分布形態進行正態檢驗。服從正態或對數正態分布的，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據反復剔除2倍標準離差后確定的。利用中國地質大學研制的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境質量評價

山東省東部地區土壤地球化學基準值與背景值參數見表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元素或有益元素，這種現象應引起重視。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，一方面表明調查區絕大部分區域土壤環境質量較好，但另一方面也會造成微量營養元素不足，特別是Se僅為全國的41%，Zn含量僅為全國的74%，這些營養元素在土壤中原始儲備量不足，是調查區表層土壤(種植土壤環境)出現缺素的根本原因。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］。調查區發育中酸性、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。