土壤因子及其环境地质问题

1.评价成果综述
昌乐县表层土壤重金属元素单因子环境质量评价结果见表2-9-20。
砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌等单因子土壤环境质量评价结果表明:昌乐县土地环境质量总体状况良好,除镍元素以外,其他7项重金属指标均属清洁的,即达到Ⅰ级土壤环境质量标准的土壤面积都占99.46%以上。其中,砷、铅、锌达到Ⅰ级土壤环境质量标准的土壤面积为100%。镍以Ⅰ级土壤环境质量标准的土壤为主,比例为62.26%,其次为Ⅱ级、Ⅲ级,分别占境域面积的16.36%、17.63%。昌乐县土壤环境中镍的高风险含量,主要与地质背景有关,污染区集中分布在昌乐县中部的古近纪玄武岩分布区,岩性主要为玄武岩夹砂砾岩、黏土岩及硅藻土。

表2-9-20 昌乐县表层土壤环境质量单因子评价统计表

综上所述,昌乐县境内土地环境质量总体状况良好,达到Ⅰ级土壤环境质量的土地占53.83%,Ⅱ级土壤环境质量的土地占22.62%,Ⅲ级土壤环境质量的土地占19.04%,完全能满足农业耕作土壤的环境质量要求。
2.土壤环境功能类型单因子区域分布特征
(1)砷(As)、铅(Pb)、锌(Zn)
昌乐县表层土壤中砷、铅、锌元素含量普遍较低,其单项污染物指数最大值均小于0.7,全区土壤均达到Ⅰ级土壤环境质量标准。表2-9-21为昌乐县单项污染物指数特征参数一览表。

表2-9-21 昌乐县表层土壤单项污染物指数特征参数表

(2)镉(Cd)
昌乐县表层土壤中镉元素含量普遍较低,其单项污染物指数最大值仅为1.23,全区土壤达到Ⅰ级土壤环境质量标准的占99.73%,Ⅱ级土壤占0.27%,仅局限分布在白塔镇东部,见图2-9-14。

图2-9-14 昌乐县表层土壤镉(Cd)元素环境质量分级图

(3)铬(Cr)
昌乐县表层土壤中铬元素含量普遍较低,其单项污染物指数最大值仅为0.92,全区土壤达到Ⅰ级土壤环境质量标准的占99.58%,Ⅱ级土壤占0.42%,仅零星分布在青龙—北展南部一带,见图2-9-15。

图2-9-15 昌乐县表层土壤铬(Cr)元素环境质量分级图

(4)铜(Cu)
昌乐县表层土壤中铜元素含量普遍较低,其单项污染物指数最大值仅为1.04,全区土壤达到Ⅰ级土壤环境质量标准的占99.49%,Ⅱ级土壤占0.51%,仅零星分布在北鄌郚—北展一带,见图2-9-16。

图2-9-16 昌乐县表层土壤铜(Cu)元素环境质量分级图

(5)汞(Hg)
昌乐县表层土壤中汞元素含量较低,其单项污染物指数最大值为4.98,均值为0.07,全区土壤达到Ⅰ级土壤环境质量标准的占99.46%,零星分布有Ⅱ～Ⅴ土壤。其中,Ⅱ级土壤占0.12%,Ⅲ级土壤占0.23%,Ⅳ级土壤占0.11%,Ⅴ级土壤占0.08%,仅分布在青龙西部,见图2-9-17。

图2-9-17 昌乐县表层土壤汞(Hg)元素环境质量分级图

(6)镍(Ni)
昌乐县表层土壤中镍元素含量较高,主要与地质背景有关,昌乐县中部为大面积的古近纪玄武岩分布区,岩性主要为玄武岩夹砂砾岩、黏土岩及硅藻土。其单项污染物指数最大值为4.06,均值为0.78,全区土壤达到Ⅰ级土壤环境质量标准的占62.26%,其次为Ⅱ级、Ⅲ级,分别占境域面积的16.36%、17.63%,Ⅳ级、Ⅴ级土壤为零星分布,分别占境域面积的3.57%、0.18%。Ⅰ级土壤主要分布在昌乐县北部和东南部,Ⅱ级土壤主要分布在尧沟镇、城南街道、五图街道、白塔镇以及北鄌郚—北展、大宅科—平原一带,Ⅲ～Ⅴ级土壤与古近纪玄武岩分布区分不一致,主要分布在青龙、北岩、北展、乔官镇和五图街道等地,见图2-9-18。

图2-9-18 昌乐县表层土壤镍(Ni)元素环境质量分级图

(7)内梅罗综合指数
内梅罗指数是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数。该指数反映了各污染物对土壤的作用,同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响,内梅罗污染指数计算公式为:(PN)={[(PI均)2+(PI最大)2]/2}1/2(PI均和PI最大分别为平均单项污染指数和最大单项污染指数),内梅罗指数特别考虑了污染最严重的因子,内梅罗环境质量指数在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响,是目前仍然应用较多的一种环境质量指数。
根据上述8项环境质量指标的单项污染指数,可以计算得到表征综合环境质量的内梅罗指数,根据内梅罗污染综合指数,可将昌乐县土壤环境质量划为5个级别,见表2-9-20、图2-9-19。

图2-9-19 昌乐县表层土壤环境质量分级图(内梅罗综合指数)

内梅罗污染综合指数评价结果表明:
昌乐县土地环境质量总体状况良好,以Ⅰ级土壤环境质量标准的土壤为主,比例为53.83%,其次为Ⅱ级、Ⅲ级,分别占境域面积的22.62%、19.04%,Ⅳ级、Ⅴ级土壤次之,分别占境域面积的3.91%、0.60%。其中,砷、镉、铬、铜、汞、铅、锌7项重金属指标均属清洁的,达到Ⅰ级土壤环境质量标准的土壤面积都在99.46%以上;镍含量较高,属于污染最严重的因子,对内梅罗综合指数评价结果影响较突出,因而镍的单项污染物评价结果与内梅罗综合指数评价结果基本一致,即各级土壤的面积、比例和分布特征具有相似的规律,见表2-9-20、图2-9-19。

土壤及地下水环境损害污染源筛选特征因子需要从以下几个方面进行筛选：
1. 有毒物质：包括重金属、有机氯、有机磷、有机硫化物等，这些物质会对土壤及地下水环境造成危害，有些还会对人类健康产生影响。
2. 有害微生物：土壤及地下水中存在着大量的微生物，其中有害微生物会影响土壤及地下水环境的质量，甚至会对人类健康产生影响。
3. 水质指标：包括pH值、溶解氧、总悬浮物、氨氮、总磷、重金属等，这些指标可以反映土壤及地下水环境的污染状况。
4. 气候变化：气候变化会影响土壤及地下水环境的质量，比如气候变暖会使地下水位上升，导致土壤及地下水环境中的污染物扩散。
5. 土地利用方式：土地利用方式也会影响土壤及地下水环境的质量，比如农业用地中使用的农药和化肥会对土壤及地下水环境造成污染。
以上就是土壤及地下水环境损害污染源筛选特征因子的主要方面，只有通过科学的调查和检测，才能更好地了解当地土壤及地下水环境的污染状况，采取有效的措施来保护环境。

土壤是覆盖在地球陆地上最表层的松散泥土，是动物和植物体休养生息的地方，没有土壤就没有植物，没有植物也就没有动物和人类。土壤是农林牧生产的必要条件，是人类的衣食之源，是人类生存之本。人类应科学地利用土壤资源，不仅要考虑眼前利益，更要考虑长远利益。由此看来，土壤在生态地质环境中扮演了重要的角色，是至关重要的因子。下面结合三江平原土壤的分布情况，着重阐述三江平原土壤形成的特点、分布规律、土壤类型及其数量和质量、土壤利用及存在的问题等。

一、土壤形成的特点和分布规律

（一）土壤形成的主要特征

土壤的形成与当地的气候、地形、母质和植被等条件有着密切的关系。三江平原土壤形成的主要特点是，土壤普遍受到潜育化作用的影响，土壤形成的各种过程以沼泽化过程和草甸化过程为主。从各土壤类型的面积上看，沼泽和沼泽化土壤类型占55％，其他土壤也受到不同程度的潜育化作用，其原因是多方面的。

如前所述，三江平原属温带大陆性季风气候区。夏秋降雨集中，冬季严寒漫长。地形平坦，地面坡降小，地表普遍为粘土性沉积物，透水性极差；草甸和沼泽化植被丛生等种种原因致使地表常年积水或季节性积水，土壤水分过饱和，形成了还原环境，促使潜育化作用发展。

（二）土壤分布的一般规律

各土壤类型的分布不但随地形、母质、植被的变化而异，而且在不同的区域中也有不同的组合。

生长杨、柞等林木的残丘，发育山地棕壤；生长榛柴、胡枝子、五花的山麓坡地和漫岗发育为黑土，堆积着以粘土、砂质粘土为主的静水植物的河流阶地和高低漫滩地，有的生长杨、桦，有的生长赤杨、丛桦等及灌木和杂草类，有的生长小叶樟，其下发育为不同亚类的白浆土。河流两岸的漫滩地上面生长小叶樟、杂类草等草甸植被，其下发育为草甸土。在以苔草类喜湿植物为主的河漫滩和阶地上的封闭洼地内，多发育为沼泽土。

从区域上看，浓江、别拉洪河流域，主要分布着各类白浆土和沼泽土。只有乌苏里江、松花江和黑龙江沿岸才可见到草甸土和潜育草甸土，并有散布在上述土壤类型中的山地棕壤和砂质棕壤。

绥滨和萝北县以草甸土和潜育草甸土为主，西部近山区有棕壤和白浆土，平原上也有零星砂质棕壤和草甸棕壤，只有水城子一片为沼泽土。

桦川和集贤县主要分布着黑土和草甸土两类土壤。而富锦、宝清、饶河县内的挠力河流域则各种土壤齐备，随地形、母质、植被的变化呈有规律的分布。

二、土壤的类型、数量和质量

（一）土壤类型及其数量三江平原的土壤类型及其面积见表6-14。

表6-14 土壤类型表

（二）土壤的化学特征

本区土壤多为白浆土、棕色森林土、沼泽土、草甸土、黑土和泥炭土等。土壤湿润，透气不良，潜育层发育，多属弱还原环境。植物残体被细菌分解后产生腐殖酸，部分被土壤中盐基所中和，土壤呈弱酸性。三江平原各土壤类型的酸碱度就表层而言，土壤类型不同，酸碱度变化也不同。pH值最高8.4，最低5.5，多在5.5～7.0之间，属微酸性土壤。暗棕壤pH值在5.0～7.4之间，分布较多的在6.0～7.0之间，占63.4％；白浆土pH值在5.5～6.5之间；黑土、草甸土pH值在5.5～7.5之间；沼泽土pH值在5.5～6.5之间；水稻土pH值在6.0～9.0之间。本区土壤中总Fe和Mn、Sr、Cr等含量高，而土壤中NO^-₃含量高是由于人为活动造成的污染，不能反映原始土壤环境（表6-15、表6-16）。土壤氧化物主要为SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃等，见表6-17。

表6-15 三江平原表层土壤可溶盐分析成果表

表6-16 三江平原土壤元素背景值及与国内某些地区、世界含量对比 单位：mg/L

表6-17 三江平原土壤氧化物分析成果表

三江平原土壤缺B十分严重，其次是缺Mo和稀土元素。Fe和Mn含量都远远超过土壤缺乏临界值（Fe：50×10^-6；Mn：10×10^-6）。因此本区土壤Fe和Mn供应是十分丰富的。从不同土类比较，白浆土中Fe和Mn含量最高；稀土元素在草甸沼泽土中含量最高；含B量以棕壤型白浆土和黏底草甸土较高。而砂冈草甸棕壤、棕壤型砂土及砂砾石层高的草甸土的微量元素含量最低。三江平原主要土类发生层次含量，铜的含量主要分布于表土（A）层及过渡（AB）（A、W）层。锌的表土（A）层含量和淀积（B）层最低。稀土的有效含量也是淀积（B）层最低。硼的含量从上层往下层有减少趋势，铁及钼含量差异不大。

土壤元素背景值明显受土壤类型的影响，大多数元素在沼泽土、泥炭土、水稻土中含量较高；在黑土、草甸土、暗棕土中含量中等；在白浆土、盐碱土、砂土中含量最低。土壤类型对土壤元素背景值影响的原因是不同类型冲积物的地球化学作用和生物地球化学小循环作用的结果。从地貌上看，山前台地土壤中微量元素含量低；低平原土壤中微量元素含量中等；河谷平原土壤中微量元素含量最高。

此外土壤元素含量与土壤pH值呈负相关。土壤pH值降低，则土壤黏化过程较强，而使土壤微量元素含量较高。同时这些地区雨量充沛，植被覆盖较好，使得土壤生物积累作用较强，有机质含量丰富。有机质对土壤金属离子的螯合作用使土壤元素相对固定。所以在这些地区，土壤微量元素的积累过程大于迁移过程，致使土壤元素背景值较高。

关于微量元素与有机质、氮、磷、钾的相关性问题，我们应用了大量的化验数据进行逐个统计分析和相关分析，共得出28个相关系数（表6-18），从而得出了它们之间关系的密切程度。

表6-18 微量元素与有机质等的关系

表6-18中的数据说明有机质的含量与铜、锌、硼、钼、稀土都有良好的相关性，其中锌、钼、稀土在99％概率水平的显著性，铜和铁在95％概率水平的显著性。从而得出结论，土壤中的有机质的含量与微量元素的含量呈高度的正相关，也就是说土壤中的有机质含量丰富，微量元素的含量也丰富。水解氮与铜、铁、钼、稀土有较好的相关性，其中稀土在99％概率水平显著性。锌和钼在95％概率水平显著性。水解氮与微量元素间有较好的正相关，速效磷与微量元素呈负相关，也就是说随着磷含量的上升，微量元素的有效含量下降。因此，过多地施用磷肥使大多数的微量元素的可溶性下降。速效钾与微量元素的相关性不十分显著，但是它们也存在着一定的相关关系。速效钾与铜、铁、硼、钼、稀土呈较弱的正相关，与锰呈较弱的负相关。

各类土壤的肥力状况见表6-19。可见沼泽土、泛滥土和黑土中的肥力较高；而白浆土、水稻土、盐碱土的肥力较低。

表6-19 三江平原土壤养分状况统计表

三、主要环境地质问题

（一）水土流失

据有关部门资料统计，三江平原地区现有水土流失面积83×10⁴hm²，占全区耕地面积的23％。其中耕地坡面流失为55.86×10⁴hm²，陡坡耕地流失为26.55×10⁴hm²，沟蚀2 507hm²。佳木斯市区土壤流失面积为1.8×10⁴hm²；土壤流失主要发育在山前台地。据调查，山前台地每年因防护林少，顺坡垄而流失的黑土层厚约5～6cm，折合每亩流失土壤3.5～4.2t。本区年侵蚀模数为1 000～2 000t/（km²·a）。

水土流失最终导致的恶果有三方面：第一是冲沟发育，如佳木斯市区共有冲沟138条，水土流失方量236×10⁴ m³。这些冲沟危害也是很大的，不仅吞没农田，而且毁坏乡村道路，破坏建筑物地基稳定性；有的冲沟延伸到村中房舍附近，危及住宅安全。现在多数冲沟继续向深、宽、长三向发展。第二是淤塞水库河道。如区内主要河流松花江，20世纪60年代千吨货轮可航行1 500km。现在因下游泥砂淤积江道，缩短航程580km，且只能通行600～700t的货轮。第三是土壤养分外流，肥力下降，黑土层逐年减薄，有的地带变成“破皮白”。据测定，草甸土开垦初期有机质平均含量为5％，全氮为0.54％，全磷含量为0.39％，经十几年水土流失以后，分别下降到2％、0.32％、0.22％，严重地块全氮下降到0.21％，全磷下降到0.18％。同时土壤的物理性质变差（表6-20），所以水土流失使农田生态系统物质恶性循环，土壤资源质量下降，粮食单产偏低，平均亩产增长在100kg左右徘徊。

表6-20 水土流失土壤物理性质变化表

（二）土壤风蚀沙化

三江平原平均风速3.5m/s，属轻度风灾区，风沙活动比较常见。萝北长脖岗，绥滨古城砂冈等是由风积吹蚀搬运塑成的。目前由于人为活动影响，区内风蚀现象较重。风速有逐年加大趋势（表6-21、表6-22），最大风力已达9～11级，佳木斯市区每年8级以上大风日数达53d。全区风蚀的土地面积达6 673km²，风蚀最显著的是砂质棕壤。一个时期以来萝北绥滨两县境内每年被开垦的砂质棕壤达6.6×10⁴hm²。由于地处古河道，表层土壤薄，底部砂层很厚，开垦20多年来已出现了土地沙化。在长脖岗、老龙岗等地的沙土已成为当地风沙的来源，并逐年向外围扩展。据观测，军川农场五连三号地一小沙包，1970～1979年扩大了3倍。经2002年调查，萝北已在许多沙岗地带实施了退耕还林政策，有的地区沙化现象得到治理。

表6-21 佳木斯站年平均风速统计表

表6-22 萝北站最大风速统计表

土地风蚀沙化造成的农业损失是令人注目的。1971年290农场2连一块麦地，因风灾连播4次，而当年产量是每公顷1 250kg，显然这一年基本近绝产。1979年，宝泉岭农场遭受风害，作物种子被风刮走面积将近2 000hm²，幼苗被沙淹没面积超过100hm²，小麦根露出地面的面积6 666hm²，小麦叶片被风刮严重脱水面积1.4×10⁴hm²，风害总面积达2.4×10⁴hm²。

（三）土壤盐渍化

据2000年统计，本区盐碱土分布面积为1 657km²，属于轻度盐渍化，盐分类型为苏打和小苏打，TDS 0.23～0.3g/L，pH值大于8。土壤肥力较低，并危害作物生长。盐碱土主要分布在佳木斯至富锦之间松花江右岸的古河道地区。据597农场定位观测，1966年一块40m宽的盐碱滩，到1974年随坡向下扩展20m以上；291农场盐碱斑面积扩大的约占30％，可见全区盐碱土面积扩大。另外，盐碱化程度也逐年加重，比如耕地要比荒地含盐量高，随着开垦年限的增加，土壤含盐量也在增高。见表6-23。

表6-23 盐碱土不同开垦年限盐分增加量

（四）土壤低产

白浆土和草甸土是三江平原的主要耕地土壤，但也是低产土壤。

1.白浆土低产原因

白浆层是白浆土的障碍层，是造成该土低产的重要因素。白浆土是发生在河湖相粘土沉积物上，粘料有明显下移和淀积。整个土体除黑层比较疏松外，越往下越紧实，土壤容重、粘粒含量越大，而总孔隙度、通风孔隙度和透水性则越往下越小，淀积层以下则完全不透水，形成上层滞水易涝，遇旱时土壤库容量小，保水性能差又易旱，因此“湿时冒白浆，干时硬邦邦”，耕性不良，管理困难。

白浆土的黑土层肥力较高，但黑土层很薄。白浆层以下养分含量急剧下降，因此白浆土养分总储藏很低，种植几年以后，肥力越来越瘠薄，如管理不当白浆层裸露，就很难再用于农业用地。

白浆土速效磷含量很低，是贫磷土壤。速效含磷量一般在（5～30）×10^-6，甚至有些地块低至3×10^-6。白浆土速效磷低与磷素存在形态和土壤水热条件有关，磷素主要以有机态存在，占全磷量的60％～70％，无机磷只占30％～40％。在无机磷中，与铁铝结合的磷占80％，作物很难吸收利用。与钙结合的磷只占20％，而这20％只有一半左右能被作物吸收利用。

2.草甸土低产原因

草甸土在三江平原中下部和江河两岸。地势低平，地下水位较高，1～3m。到雨季地下水位还要升高。排水困难，土壤过湿，常受内涝或洪水危害。

土质黏重，透水性差，持水性强，耕作管理困难，通气性不良。虽然基础肥力高，但养分转化慢。速效养分含量少，作物前期生长缓慢；入伏后生长较快，易贪青晚熟，遭霜冻危害。

（五）土壤污染

农业是由大气、水、土壤合为一体在自然条件下进行生产的产业，本来环境污染问题同农业的关系是很远的，但是由于近代工农业发展和农业生产水平的不断提高，大气、水、土壤的基本性状发生变化，造成产品的污染，结果产量降低，品质下降，以致对人畜带来危害。所谓土壤污染，即污染源通过大气、水、废渣进入土壤，使土壤受到污染，而后危害作物的一种过程。同时，农业化肥和农药的施用，也直接或间接接触作物，并使其在土壤中的残留量不断增加，使土壤受到污染等危害。因此，土壤污染是指大气污染、水污染、化肥农药对土壤的污染而造成的一种危害。如佳木斯城区原农药一厂附近土壤中含酚量达9 995.7mg/kg（表6-24）。三江平原矿产业发达，矿产物的废弃物堆集于地表，埋没良田，也是一种土壤污染的表现形式。

表6-24 佳木斯城区原农药一厂探槽剖面土壤分析结果

据黑龙江省区划办资料，境内土壤污染大体也可分为5个区：重污染区为鹤岗和佳木斯市区；中污染区为桦川；较轻污染区为集贤、富锦；轻污染区为汤原、绥滨、双鸭山；余者皆为相对清洁区。表6-25是本区土壤中一些可溶盐、元素和农药含量表，可见土壤中污染质（Fe、NO₃）含量很高。农药对土壤的污染也是不容忽视的，因为作物吸收残留在土壤中农药，人膳食含有农药的粮食和蔬菜后，对人体有很大损害。

表6-25 土壤可溶盐、元素、主要农药含量值表