Geochemical assessment of the surface soil quality of cultivated land in Jingxing area, Hebei Province
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摘要:
土壤质量地球化学评价是农业种植等合理利用土地资源的重要参考依据. 井陉地区作为石家庄市生态涵养区，农业是其主要的第一产业. 以井陉地区作为研究区，采集表层土壤样品158件，对土壤地球化学特征、养分元素丰缺性、环境地球质量和综合等级进行分析评价. 结果显示，土壤质量综合等级以一等和二等为主，表明研究区土壤环境地球化学等级为清洁，土壤养分地区化学等级为较丰富，为合理利用土地资源和农作物种植结构改革提供了基础依据.
Abstract:Soil geochemical assessment serves as an important reference for the rational utilization of land resources in agricultural planting. As an ecological conservation area of Shijiazhuang City, Jingxing County relies on agriculture as its primary industry. Taking Jingxing area as the study object, 158 surface soil samples are collected to analyze and evaluate the soil geochemical characteristics, abundance and deficiency of nutrient elements, environmental geochemistry and comprehensive grade. The results show that the comprehensive soil quality classification is predominantly Class Ⅰ and Ⅱ, indicating that the environmental geochemical grade of soil in the study area is clean, while the geochemical grade of soil nutrients is relatively abundant, which provides a fundamental basis for the rational utilization of land resources and reform of crops planting structure.
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Key words:
- topsoil /
- soil geochemistry /
- soil nutrient /
- soil quality /
- Hebei Province
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表 1 土壤样品测试项目及分析方法
Table 1. Soil sample testing items and analysis methods
检测项目 检测方法 检测仪器 检出限 Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Cd、Pb 固体废物金属元素的测定电感耦合等离子体质谱法（HJ766-2015） ICAP Q系列电感耦合等离子体质谱仪 2.0、1、2、1、4、5、0.1、0.01、2 As、Hg、Se 土壤和沉积物汞、砷、硒、铋、锑的测定微波消解/原子荧光法（HJ680-2013） AFS-8510原子荧光分光光度计 0.5、0.0002、0.01 pH 土壤pH的测定（NY/T 1377-2007） PHS-3C 0.1 有效磷 森林土壤磷的测定（LY/T 1232-2015 4.1） T6-新世纪紫外可见分光光度计 0.25 速效钾 森林土壤钾的测定（LY/T 1234-2015 4） GGX-900原子吸收分光光度计 1.25 N 森林土壤氮的测定（LY/T 1228-2015 3.1） 滴定管 10 B 《岩石矿物分析》（第四版）84.2.16 CCD-I型平面光栅电弧直读发射光谱仪 0.5 I 区域地球化学样品分析方法第24部分：碘量测定电感耦合等离子体质谱法（DZ/T 0279.24-2016） T6-新世纪紫外可见分光光度计 0.2 水解性氮 森林土壤氮的测定（LY/T 1228-2015 4） 滴定管 1.25 Corg 森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算（LY/T 1237-1999） 酸式滴定管 0.05 P、Mn、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、Na2O、K2O、MgO 区域地球化学样品分析方法（DZ/T 0279.1-2016） Axios max X射线荧光光谱仪 5、3、0.05、0.02、0.02、0.03、0.03、0.02、0.02 S 《岩石矿物分析》（第四版）第四分册第84章地球化学调查样品分析84.2.2 X射线荧光光谱法测定氯、溴、硫 Axios max X射线荧光光谱仪 50 含量单位：K2O、CaO、MgO、Fe2O3、SiO2、Al2O3、Na2O、Corg为%，其余为10－6. 
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表 2 土壤化学分析指标统计表
Table 2. Statistics of soil chemical analysis indicators
指标 最小值 最大值 算术平均数 标准离差 变异系数 偏度 峰度 河北平原背景值 全国土壤A层平均值 Al2O3 10.63 16.81 13.90 0.88 6.33 -0.66 3.05 12.73 15.97 As 3.25 14.30 8.63 1.78 20.62 -0.10 0.34 9.5 11.2 B 33.82 104.51 53.60 11.46 21.37 1.58 3.38 46.77 47.8 CaO 0.96 13.91 5.45 2.30 42.2 0.78 1.74 4.32 2.16 Cd 0.08 0.61 0.20 0.07 37.72 2.72 10.25 0.15 0.1 Co 7.77 25.44 12.44 1.73 13.91 2.68 19.82 12.01 12.7 Corg 0.33 15.50 1.66 1.37 82.41 7.04 67.42 0.82 1.8 Cr 33.87 118.17 62.34 9.81 15.74 1.09 6.58 65.21 61 Cu 12.11 115.78 27.66 12.10 43.75 4.61 25.52 22.95 22.6 Fe2O3 2.74 7.45 4.70 0.57 12.08 0.75 5.85 4.47 4.2 Hg 0.01 0.28 0.06 0.04 72.74 2.11 5.32 0.038 0.065 I 0.90 3.54 1.54 0.41 26.7 1.91 5.73 2.03 3.76 K2O 1.01 8.12 3.37 1.20 35.68 1.23 2.22 2.41 2.24 MgO 1.62 3.97 2.20 0.29 13.3 2.10 8.79 2.07 1.29 Mn 409.20 943.10 636.44 67.86 10.66 -0.03 3.64 588.89 583 Mo 0.46 1.37 0.73 0.14 19.62 1.42 3.33 0.55 2 N 369.46 3424.61 1361.95 488.52 35.87 1.15 2.67 1049 Na2O 0.65 1.71 1.23 0.15 12.21 -0.57 2.12 1.85 1.38 Ni 17.15 51.45 29.10 3.89 13.36 0.94 7.31 28.06 26.9 P 529.60 5576.70 1307.28 698.09 53.4 3.04 12.46 1012 Pb 11.65 51.10 23.07 4.72 20.44 1.53 7.19 22.56 26 pH 6.40 8.49 8.03 0.25 3.17 -2.11 10.26 8.16 S 92.40 990.00 299.22 106.79 35.69 2.32 11.30 337.52 Se 0.03 3.39 0.45 0.32 71.12 5.21 44.83 0.19 0.29 SiO2 46.48 65.43 58.80 2.97 5.05 -1.37 3.43 60.58 Sr 76.36 259.57 159.96 30.22 18.89 0.40 0.73 196 167 Zn 38.49 441.00 97.40 58.21 59.76 4.25 20.07 69.63 74.2 有效磷 1.82 257.98 49.75 54.61 109.77 1.76 2.75 碱解氮 19.16 649.00 93.88 58.07 61.86 5.95 53.42 速效钾 83.73 829.00 222.03 111.22 50.09 2.55 10.23 含量单位：K2O、CaO、MgO、Fe2O3、SiO2、Al2O3、Na2O、Corg为%，其余为10－6；变异系数单位为%.
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表 3 土壤指标因子载荷系数表
Table 3. Factor loading coefficients of soil indexes
因子 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 Cr 0.024 -0.150 0.891 0.056 -0.201 0.229 -0.033 -0.045 Co 0.028 0.187 0.932 0.063 -0.111 0.033 0.062 -0.040 Ni -0.047 0.021 0.916 -0.046 -0.219 0.201 0.023 -0.050 Cu 0.718 0.031 0.134 0.044 -0.112 0.440 0.061 -0.045 Zn 0.480 -0.135 0.016 0.474 -0.067 0.549 -0.092 -0.072 Sr -0.005 -0.162 -0.036 0.072 0.129 0.357 -0.751 0.152 Mo 0.229 -0.142 0.195 0.200 0.137 0.720 -0.096 0.032 Cd 0.402 0.056 0.162 0.234 0.019 0.500 -0.322 0.273 Pb -0.009 -0.034 0.195 0.115 -0.042 0.720 -0.092 0.306 As -0.219 -0.229 0.099 -0.173 -0.367 0.595 0.177 0.144 Hg 0.076 0.059 -0.123 0.170 -0.032 0.111 -0.029 0.621 Se 0.065 -0.038 -0.074 0.155 0.236 0.185 -0.226 0.739 I 0.038 -0.389 0.160 -0.188 -0.025 0.077 0.365 0.637 B 0.021 -0.080 0.031 0.207 0.100 0.073 0.817 0.021 速效钾 0.414 -0.588 0.096 0.019 -0.117 0.046 0.203 -0.015 有效磷 0.883 -0.128 -0.075 0.119 0.127 0.055 -0.044 0.041 碱解氮 0.264 -0.161 0.053 0.855 0.023 0.076 0.204 -0.017 Corg -0.010 -0.348 -0.016 0.874 0.009 0.195 -0.020 0.122 N 0.617 -0.066 0.118 0.559 0.058 0.002 0.233 0.226 pH -0.774 -0.176 -0.102 -0.164 -0.062 0.244 -0.065 0.033 P 0.890 0.031 -0.115 0.160 0.011 0.162 -0.093 0.163 S 0.392 -0.070 0.027 0.808 -0.160 0.078 -0.061 0.252 Mn 0.229 0.271 0.417 0.064 -0.556 0.157 0.094 0.026 SiO2 0.094 0.887 -0.077 -0.272 -0.150 -0.171 0.004 -0.082 Al2O3 0.024 0.896 0.088 -0.253 0.020 -0.011 0.033 -0.025 Fe2O3 0.079 0.752 0.438 -0.041 -0.256 -0.139 0.205 -0.010 CaO -0.059 -0.156 -0.355 -0.141 0.791 0.056 -0.306 0.072 Na2O 0.106 0.348 -0.017 -0.179 -0.720 -0.147 -0.274 -0.099 K2O 0.400 -0.035 -0.212 0.052 0.720 -0.167 -0.073 0.238 MgO 0.108 0.255 -0.143 -0.124 0.831 -0.042 0.126 -0.083 特征值 4.225 3.335 3.308 3.253 3.170 2.684 1.984 1.810 方差贡献/% 14.083 11.116 11.026 10.842 10.568 8.947 6.614 6.035 累积贡献/% 14.083 25.199 36.224 47.066 57.634 66.581 73.195 79.230
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表 4 大量养分元素和微量营养元素含量分级和统计值
Table 4. Grading and statistical values of macronutrient and micronutrient contents
成分 一等（丰富） 二等（较丰富） 三等（中等） 四等（较缺乏） 五等（缺乏） 分级标准 面积占比/% 分级标准 面积占比/% 分级标准 面积占比/% 分级标准 面积占比/% 分级标准 面积占比/% N/10-3 ＞2 7.09 ＞1.5~2 16.6 ＞1~1.5 62.62 ＞0.75~1 5.37 ≤0.75 8.32 P/10-3 ＞1 75.22 ＞0.8~1 16.23 ＞0.6~0.8 5.9 ＞0.4~0.6 2.37 ≤0.4 0.28 K/10-3 ＞25 1.96 ＞20~25 6.66 ＞15~20 16.09 ＞10~15 56.72 ≤10 18.57 碱解氮/10-6 ＞150 3.44 ＞120~150 9.62 ＞90~120 18.72 ＞60~90 55.93 ≤60 12.3 有效磷/10-6 ＞40 38.59 ＞20~40 19.6 ＞10~20 13.76 ＞5~10 16.32 ≤5 11.74 速效钾/10-6 ＞200 57.12 ＞150~200 21.03 ＞100~150 20.53 ＞50~100 1.32 ≤50 0 有机质/10-3 ＞40 1.34 ＞30~40 1.73 ＞20~30 7.95 ＞10~20 76.31 ≤10 12.67 Co/10-6 ＞15 2.3 ＞13~15 16.26 ＞11~13 74.16 ＞8~11 7.12 ≤8 0.16 B/10-6 ＞65 9.99 ＞55~65 16.24 ＞45~55 53.76 ＞30~45 20.01 ≤30 0 Mo/10-6 ＞0.85 12.87 ＞0.65~0.85 67.41 ＞0.55~0.65 15.34 ＞0.45~0.55 4.39 ≤0.45 0 Mn/10-6 ＞700 9.52 ＞600~700 73.35 ＞500~600 15.06 ＞375~500 2.07 ≤375 0 S/10-6 ＞343 22.03 ＞270~343 34.62 ＞219~270 30.81 ＞172~219 7.8 ≤172 4.75 Cu/10-6 ＞29 14.73 ＞24~29 48.73 ＞21~24 19.49 ＞16~21 16.93 ≤16 0.12 Zn/10-6 ＞84 55.33 ＞71~84 24.19 ＞62~71 16.81 ＞50~62 3.41 ≤50 0.25
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表 5 有益元素含量分级和统计值
Table 5. Grading and statistical values of beneficial element contents
元素 过剩 高 适量 边缘 缺乏 分级标准 面积占比/% 分级标准 面积占比/% 分级标准 面积占比/% 分级标准 面积占比/% 分级标准 面积占比/% Se/10-6 ＞3.0 0.16 ＞0.40~3.0 63.03 ＞0.175~0.40 30.20 ＞0.125~0.175 3.50 ≤0.125 3.11 I/10-6 ＞100 0.00 ＞5~100 0.00 ＞1.50~5 47.53 ＞1~1.50 51.14 ≤1 1.34
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表 6 营养元素丰缺性与成土母岩关系占比统计表
Table 6. Statistics of relationship between abundance/deficiency of nutrient elements and parent rocks
元素 第四系沉积物 碳酸盐岩 碎屑岩 变质岩 丰富 较丰富 中等 较缺乏 缺乏 丰富 较丰富 中等 较缺乏 缺乏 丰富 较丰富 中等 较缺乏 缺乏 丰富 较丰富 中等 较缺乏 缺乏 Co 3 24 64 10 0 6 15 61 17 2 6 56 28 11 0 0 36 64 0 0 Cu 17 50 24 10 0 17 37 31 13 2 22 56 17 6 0 21 36 43 0 0 Zn 57 25 14 4 0 39 39 13 7 2 33 44 17 6 0 64 29 7 0 0 Mo 11 61 22 6 0 15 57 22 6 0 22 61 11 6 0 14 43 36 7 0 B 14 10 50 26 0 19 26 44 11 0 11 28 50 11 0 7 21 36 36 0 Corg 4 11 15 61 8 0 0 4 69 28 0 0 22 56 22 0 0 7 79 14 N 8 21 56 10 6 9 20 50 9 11 17 22 33 11 17 14 21 57 7 0 P 74 17 10 0 0 59 26 11 4 0 39 39 11 11 0 71 21 7 0 0 S 32 32 28 4 4 15 22 37 19 7 28 28 22 17 6 21 50 29 0 0 Mn 17 58 18 7 0 7 70 20 2 0 22 67 11 0 0 21 50 29 0 0 K 6 8 21 43 22 2 11 13 57 17 0 0 22 39 39 0 7 29 36 29 元素 第四系沉积物 碳酸盐岩 碎屑岩 变质岩 过剩 高 适量 边缘 缺乏 过剩 高 适量 边缘 缺乏 过剩 高 适量 边缘 缺乏 过剩 高 适量 边缘 缺乏 Se 1 58 36 3 1 0 48 37 6 11 0 39 50 6 6 0 36 57 0 7 I 0 0 46 53 1 0 0 57 39 4 0 0 33 67 0 0 0 43 50 7 单位为%.
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表 7 营养元素含量相关性
Table 7. Correlation of nutrient element contents
元素 Co Corg N P Mn K B S I Se Mo Zn Cu Co 1 -0.02 0.11 -0.07 0.47** -0.28** 0.07 0.09 0.06 -0.13 0.2* 0.09 0.24** Corg 1 0.50** 0.18* -0.03 0.09 0.2* 0.78** 0.09 0.3** 0.35** 0.57** 0.13 N 1 0.64** 0.22** 0.35** 0.29** 0.70** 0.17* 0.2* 0.26** 0.45** 0.42** P 1 0.17* 0.40** -0.02 0.54** 0.05 0.25** 0.3** 0.56** 0.7** Mn 1 -0.38** 0.13 0.21** 0.02 -0.15 0.05 0.17* 0.28** K 1 0.08 0.13 0.06 0.35** 0.04 0.10 0.11 B 1 0.12 0.28** -0.12 0.03 0.06 0.06 S 1 0.03 0.35** 0.34** 0.59** 0.35** I 1 0.38** 0.12 0.05 0.08 Se 1 0.26** 0.23** 0.14 Mo 1 0.62** 0.45** Zn 1 0.74** Cu 1 **表示在P＜0.01水平（双侧）显著相关；*表示在P＜0.05水平（双侧）显著相关；n=158.
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表 8 土壤养分地球化学综合评价统计表
Table 8. Comprehensive geochemical grade assessment of soil nutrients
等级 一等 二等 三等 四等 五等 面积/km2 22.02 243.69 87.28 21.27 7.37 占比/% 5.77 63.86 22.87 5.57 1.93
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表 9 土壤环境地球化学综合评价统计表
Table 9. Comprehensive geochemical grade assessment of soil environment
等级 清洁 轻微污染 轻度污染 中度污染 重度污染 面积/km2 364.58 17.05 0.00 0.00 0.00 占比/% 95.53 4.47 0.00 0.00 0.00
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图(4)
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