文章針對(duì)我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量分區(qū)管理的重大需求，基于土壤重金屬背景值與地球化學(xué)值及有機(jī)物等污染物信息的數(shù)據(jù)挖掘、空間疊置與驗(yàn)證分析，闡述了全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀與空間格局；通過(guò)全國(guó)尺度土壤環(huán)境質(zhì)量形成機(jī)制分析，構(gòu)建了以土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)為核心的區(qū)劃指標(biāo)體系，提出了土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃方案，將我國(guó)劃分為4個(gè)一級(jí)區(qū)，22個(gè)二級(jí)區(qū)，57個(gè)三級(jí)區(qū)，為我國(guó)土壤環(huán)境功能區(qū)劃制定與區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)防控提供了科學(xué)依據(jù)。
一、引言
我國(guó)土壤環(huán)境總體狀況堪憂，部分地區(qū)污染較為嚴(yán)重，已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展的突出短板之一。2014年4月，環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布了《全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)》（中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部，2014），從污染分布情況看，南方土壤污染重于北方；長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問(wèn)題較為突出，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大，污染的區(qū)域性特征明顯。為解決全國(guó)土壤污染防治問(wèn)題，2016年5月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院，2016），著重強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)管控。
土壤作為一種重要的自然資源，區(qū)域保護(hù)和調(diào)控是土壤環(huán)境管理的核心工作，分區(qū)控制和分類治理是土壤環(huán)境管理的重要手段。我國(guó)是世界上較早開(kāi)展現(xiàn)代區(qū)劃研究的國(guó)家之一，從理論到方法均開(kāi)展了深入研究（景貴和，1962；黃秉維，1965；侯學(xué)煜，1988；鄭度等，2008）。20世紀(jì)50年代以后，黃秉維（1958）提出了《中國(guó)綜合自然區(qū)劃的初步草案》，揭示并肯定了地帶性規(guī)律的普遍存在，完善了經(jīng)典的區(qū)劃方法論，推動(dòng)了全國(guó)自然區(qū)劃工作深入。20世紀(jì)80年代后，與綜合自然區(qū)劃相呼應(yīng)，其他種類的部門/單要素區(qū)劃同期展開(kāi)，如生態(tài)區(qū)劃（傅伯杰等，2001）、土壤區(qū)劃（席承藩等，1982）、土地利用區(qū)劃（封志明，2001）、地貌區(qū)劃（李炳元等，2013）、農(nóng)業(yè)區(qū)劃（全國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)，1981）、水文區(qū)劃（熊怡等，1995）等。
本文在傳統(tǒng)區(qū)劃理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)土壤重金屬背景值與地球化學(xué)值及有機(jī)物等污染物信息的數(shù)據(jù)挖掘和疊加驗(yàn)證，闡明全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的空間格局，分析區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的形成機(jī)制，進(jìn)行全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)域等級(jí)評(píng)估，構(gòu)建土壤環(huán)境區(qū)劃指標(biāo)體系，提出全國(guó)尺度的區(qū)劃方案，從而闡明了土壤環(huán)境區(qū)劃的框架體系及科學(xué)方法，滿足了全國(guó)土壤環(huán)境區(qū)劃的重大需求。
二、全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量空間格局與形成機(jī)制
目前對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的定義尚不統(tǒng)一。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，土壤環(huán)境質(zhì)量是指在一定時(shí)空范圍內(nèi)，對(duì)人類或其他生物生存、繁衍以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的適宜性，是土壤環(huán)境“優(yōu)劣”的一種相對(duì)概念（陳懷滿等，2006）。它的解釋與界定會(huì)隨著污染物類型、土地利用方式等狀況而發(fā)生改變，本文以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（中國(guó)環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，1995）及相關(guān)參考值（中國(guó)環(huán)境保護(hù)部，2008）來(lái)量度土壤環(huán)境質(zhì)量?？傮w而言，土壤環(huán)境質(zhì)量可分為“清潔”與“超標(biāo)”兩大類，又可根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步劃分質(zhì)量等級(jí)，這為土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃提供了量化指標(biāo)。
土壤環(huán)境質(zhì)量體現(xiàn)了自然過(guò)程和人為活動(dòng)的雙重作用。我國(guó)土壤污染以重金屬污染為主，因此土壤環(huán)境背景值、地球化學(xué)循環(huán)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等因素共同影響著全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的空間分布規(guī)律。這種規(guī)律既是土壤污染成因與環(huán)境質(zhì)量形成機(jī)制的外在表現(xiàn)，也是區(qū)域內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量相似性和區(qū)域間土壤環(huán)境質(zhì)量變異性的內(nèi)在動(dòng)因，它們的對(duì)立統(tǒng)一奠定了土壤環(huán)境區(qū)劃的理論基礎(chǔ)。
土壤與水、大氣等介質(zhì)不同，其環(huán)境質(zhì)量受更復(fù)雜因素的多重影響（圖1），包括自然的成土條件、人為污染途徑，還有它們的復(fù)合疊加過(guò)程。在區(qū)域尺度上，自然因素對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響比較明顯，尤其是成土母質(zhì)和母巖。成土過(guò)程、巖石類型、礦物種類等地球化學(xué)屬性直接影響土壤中無(wú)機(jī)元素的含量。在局域范圍內(nèi)，人為因素的影響更為突出。工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活等社會(huì)活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)和重金屬污染物，通過(guò)不同污染途徑進(jìn)入土壤環(huán)境。其他因素還包括洪水、徑流等生態(tài)災(zāi)害和生態(tài)過(guò)程，如洪水泛濫引發(fā)的污染物搬運(yùn)、酸雨引發(fā)的重金屬活化、降塵引發(fā)的重金屬擴(kuò)散，均體現(xiàn)出自然因素和人為因素的疊加作用。
2.1土壤環(huán)境背景值
土壤環(huán)境背景值是指在不受或很少受人類活動(dòng)影響、不受或很少受現(xiàn)代工業(yè)污染與破壞的情況下，土壤原來(lái)固有的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特征。我國(guó)于“七五”期間在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展土壤環(huán)境背景值調(diào)查，獲得了鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）等12種元素的土壤環(huán)境背景值（魏復(fù)盛，1992），弄清了土壤環(huán)境背景值區(qū)域分異規(guī)律。
“七五”調(diào)查結(jié)果表明，鎘、汞、砷、鉛在全國(guó)分布上表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性特征（鄭春江，1994）。參考全國(guó)土壤酸堿度空間變化（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，2014），按土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）（中國(guó)環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，1995），對(duì)土壤中Cd-Hg-As-Pb背景值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)（圖2）。由于自然原因，西南地區(qū)多種重金屬元素的背景值較高，人為活動(dòng)更加劇了區(qū)域性的重金屬?gòu)?fù)合污染程度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，鎘超標(biāo)比例最高，且與其他元素復(fù)合，Cd-Hg-As-Pb的復(fù)合超標(biāo)地塊時(shí)有出現(xiàn)，絕大部分的中重度污染區(qū)（Pip大于3）均為復(fù)合污染區(qū)。這些局域性的土壤污染在特定條件下易于發(fā)生污染物的遷移、擴(kuò)散。因此，必須高度關(guān)注高背景地區(qū)的初始型局域性土壤污染引發(fā)的區(qū)域性土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
2.2土壤地球化學(xué)值
區(qū)域地球化學(xué)過(guò)程能反映元素在環(huán)境介質(zhì)中的分布特征和遷移循環(huán)規(guī)律，在認(rèn)識(shí)環(huán)境總體特征和相互依存關(guān)系中占有特殊重要地位。20世紀(jì)80年代以來(lái)，由原地質(zhì)礦產(chǎn)部、衛(wèi)生部、中國(guó)科學(xué)院3個(gè)部門聯(lián)合開(kāi)展的“八五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“區(qū)域地球化學(xué)及在農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)上的應(yīng)用研究”。根據(jù)水系沉積物和土壤樣品的重金屬含量，繪制了《中國(guó)生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)圖集》（李家熙等，1999）。
該調(diào)查結(jié)果不僅能說(shuō)明當(dāng)?shù)氐牡厍蚧瘜W(xué)規(guī)律，還反映了流域性重金屬污染狀況。參照土壤環(huán)境背景值評(píng)價(jià)方法，對(duì)土壤中Cd-Hg-As-Pb地球化學(xué)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)（圖3）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，4種元素主要集中在西南地區(qū)，尤其在滇黔桂三地的含量較高，但在粵北-湘南也有分布。4種重金屬的總超標(biāo)率約為10%，其中鎘的占比最大，超標(biāo)面積約為統(tǒng)計(jì)面積的7%。從污染物的濃度分布來(lái)看，遷移能力較強(qiáng)的鎘、汞和鉛等3種元素已經(jīng)顯示出局域性→流域性→區(qū)域性的污染擴(kuò)散特征。
2.3土壤有機(jī)污染
中國(guó)的土壤污染特征是重金屬污染較重，有機(jī)污染較輕。但有機(jī)污染物種類極多，包括近年來(lái)陸續(xù)檢出的新興有機(jī)污染物。為便于在全國(guó)尺度上進(jìn)行評(píng)估和分析，本文主要討論普遍存在、重點(diǎn)關(guān)注的滴滴涕（DDT）、六六六（HCH）和多環(huán)芳烴（PAHs）。前者的主要問(wèn)題是污染物殘留，后者則是污染物累積。它們的環(huán)境行為能在一定程度上反映土壤有機(jī)污染的基本狀況。
DDT、HCH殘留量根據(jù)1952年以來(lái)全國(guó)歷年產(chǎn)量、使用量（Lietal.，1998；1999；1999；Weietal.，2007)，及根據(jù)降解動(dòng)力學(xué)方程估算的土壤中殘留量，估算單位面積的殘留量。并以自測(cè)和其他研究報(bào)告公開(kāi)的重要省市實(shí)測(cè)值（趙淑敏等，2002；龔鐘明，2003；陸繼龍等，2004；趙炳梓等，2005；關(guān)卉等，2006；耿存珍，2006；史雙昕等，2007；李倦生等，2008；劉漢林等，2009；孟飛等，2009；申進(jìn)朝等，2009；吳志昇等，2009；張帆等，2009；張
泉等，2010；方利江等，2011；潘聲旺等，2011；王秋菊等，2011；王興琴等，2011；柳敏等，2012；冉聃等，2012；畢峻奇等，2012；陳瑤，2012；賀珊珊等，2013）進(jìn)行校正，估算全國(guó)土壤中殘留DDT和HCH的濃度空間分布。
歷史研究（張彥旭，2010）根據(jù)實(shí)測(cè)及文獻(xiàn)中報(bào)道的PAHs排放數(shù)據(jù)，估算了全國(guó)PAHs排放量，并根據(jù)人口及相關(guān)活動(dòng)的時(shí)空分布將其插值，從而獲得了較高時(shí)空分辨率的排放清單，可計(jì)算國(guó)內(nèi)縣級(jí)尺度的單位面積排放量。
參照土壤背景值評(píng)價(jià)方法，對(duì)土壤中DDTHCH-PAHs進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)（圖4），其中PAHs標(biāo)準(zhǔn)參考《全國(guó)土壤污染現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)范》（中國(guó)環(huán)境保護(hù)部，2008）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，全國(guó)土壤有機(jī)污染較輕，有機(jī)氯農(nóng)藥的貢獻(xiàn)率略大于多環(huán)芳烴。其中，六六六、滴滴涕等有機(jī)氯農(nóng)藥污染問(wèn)題主要體現(xiàn)在耕地土壤，因此其殘留程度與土地利用方式及強(qiáng)度有關(guān)。多環(huán)芳烴主要來(lái)源于生物質(zhì)能源與化石能源，前者大多分散在農(nóng)村地區(qū)，后者則相對(duì)集中在主要經(jīng)濟(jì)區(qū)。上述3類污染物的疊加污染指數(shù)分布圖表明，大面積輕微有機(jī)污染主要分布在農(nóng)業(yè)地區(qū)，尤其是黃淮海平原、山東半島、長(zhǎng)江中下游地區(qū)、四川盆地、湘江流域、江漢平原與洞庭湖周邊；小面積較重污染主要分布在東南沿海、京津冀、遼中南城市群、長(zhǎng)三角與珠三角等重要經(jīng)濟(jì)區(qū)。
2.4全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量概況
全國(guó)土壤主要重金屬污染(Cd-Hg-As-Pb）背景值評(píng)價(jià)圖（圖2）、地球化學(xué)含量評(píng)價(jià)圖（圖3）和主要有機(jī)物污染（DDT-HCH-PAHs）評(píng)價(jià)圖（圖4）基本反映了全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的總體狀況。將上述評(píng)價(jià)圖與全國(guó)土地利用方式（國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)，2014）進(jìn)行疊置處理，可估算全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量概況，可并繪制基于土地利用現(xiàn)狀的土壤環(huán)境質(zhì)量概況圖（圖5），反映了我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量及空間格局等綜合特征。
綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，超過(guò)Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（中國(guó)環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，1995）的區(qū)域主要集中在西南地區(qū)。東南地區(qū)總體尚好，但長(zhǎng)三角、珠三角和東南沿海超標(biāo)相對(duì)較多。北方地區(qū)質(zhì)量總體較好，尤其是內(nèi)蒙及西北地區(qū)超標(biāo)率遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平，環(huán)渤海地區(qū)局域超標(biāo)，但尚未形成大片污染區(qū)。
為定量評(píng)價(jià)區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量，本文提出了以下計(jì)算方法：首先確定目標(biāo)區(qū)域，然后計(jì)算區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的污染指數(shù)Pip及其平均值Pave，最后評(píng)估各個(gè)區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。按此方法，結(jié)果如下：
（1）東北、西北地區(qū)Pave小于0.6，土壤環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)良，主要土地利用方式包括草地、林地和部分耕地；
（2）東南絕大部分和西南部分地區(qū)Pave為0.6~0.8，土壤環(huán)境質(zhì)量較好；
（3）湘贛、粵黔滇等東南及西南部分地區(qū)Pave為0.8～2.0，土壤環(huán)境質(zhì)量一般，有局部超標(biāo)區(qū)；
（4）桂西喀斯特低山區(qū)Pave大于2.0，土壤環(huán)境質(zhì)量較差，鎘、砷超標(biāo)近50%，存在大面積超標(biāo)區(qū)。
以Pave來(lái)評(píng)價(jià)土壤區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，體現(xiàn)了點(diǎn)位屬性與區(qū)域?qū)傩灾g的尺度轉(zhuǎn)換。不足之處是Pave忽略了計(jì)算單元內(nèi)的空間異質(zhì)性，因此在分析計(jì)算污染程度及污染面積時(shí)，應(yīng)考慮點(diǎn)位數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布情況。
土壤環(huán)境質(zhì)量受自然、人為等多因素影響，還與土壤基礎(chǔ)條件有關(guān)。土壤中的重金屬含量不僅和成土母質(zhì)、外源輸入量有關(guān)，還與土壤類型（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，2014）及其酸堿度（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，2014）、有機(jī)質(zhì)（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，2014）、陽(yáng)離子代換量（朱顯謨等，1978）、黏粒（郭書海等，2014）等理化性質(zhì)有關(guān)。
三、全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)域特征與成因
土壤環(huán)境質(zhì)量與自然因素、人為活動(dòng)及兩者的疊加結(jié)果有關(guān)。土壤環(huán)境質(zhì)量的空間格局取決于背景值的空間分布、人類活動(dòng)特征等諸多因素。按此，全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量在空間上可分為北方、東南、西南、青藏4個(gè)特征區(qū)。
（1）北方區(qū)
包括黑、吉、遼、京、津、冀、魯、豫、晉、陜、甘、寧、新、內(nèi)蒙古等東北、華北、西北地區(qū)，共14個(gè)省、市、自治區(qū)。水熱資源的空間分布及其他資源條件，使環(huán)渤海地區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)度較高，土壤環(huán)境質(zhì)量相對(duì)較差，有局域性的中重度污染區(qū)。但總體上北方區(qū)土壤背景值遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平，重金屬排放量較少，總體質(zhì)量?jī)?yōu)良。
（2）東南區(qū)
包括皖、蘇、滬、浙、閩、鄂、湘、贛、粵、瓊等長(zhǎng)江中下游及東南沿海地區(qū)，共10個(gè)省、市。土壤背景值接近全國(guó)平均水平，土壤污染主要為上游徑流輸入和高強(qiáng)度人類活動(dòng)疊加所致。長(zhǎng)江三角洲及下游沿岸、珠江三角洲及下游沿岸有一定污染，特征為輸入疊加；湘江流域重金屬有效態(tài)高，危害較大，風(fēng)險(xiǎn)較高；南部地區(qū)淋溶較強(qiáng)，土壤環(huán)境質(zhì)量較好。總體質(zhì)量尚可。
（3）西南區(qū)
包括桂、黔、滇、川、渝等5個(gè)省、市、自治區(qū)，土壤背景值顯著高于全國(guó)平均水平，主要源于喀斯特石灰?guī)r地區(qū)的內(nèi)源型母質(zhì)繼承和洪積平原的外源型徑流遷移。礦產(chǎn)活動(dòng)加劇并造成了該地區(qū)的土壤重金屬污染，并向下游擴(kuò)散。呈現(xiàn)出流域性、區(qū)域性特征，但大部分地區(qū)土壤中重金屬的生物可利用程度仍在安全范圍內(nèi)。
（4）青藏高原
包括青海、西藏2個(gè)省、自治區(qū)，基本處于原生態(tài)狀態(tài)，大部分地區(qū)為無(wú)人區(qū)，局域地區(qū)受人類活動(dòng)輕微擾動(dòng)，但有證據(jù)表明該地區(qū)砷元素的背景值較高?？傮w屬于自然生態(tài)區(qū)。
四、全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃方案
4.1區(qū)劃原則
全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的空間格局既反映了自然過(guò)程、人為活動(dòng)及相互作用的多重結(jié)果，也體現(xiàn)了土壤環(huán)境質(zhì)量形成過(guò)程的綜合驅(qū)動(dòng)力。西南諸省、長(zhǎng)江中下游地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)均具有不同的污染機(jī)制及環(huán)境質(zhì)量特征，并且在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)這種演化過(guò)程還會(huì)不斷延續(xù)，空間特征可能依舊存在，這就為全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量分區(qū)提供了科學(xué)依據(jù)。每個(gè)分區(qū)內(nèi)的不同單元受其自然條件和社會(huì)因素的影響，污染途徑和環(huán)境質(zhì)量差異明顯，與土地利用方式、生態(tài)、氣候、植被狀況等因素有關(guān)，尤其受土壤類型及土壤基礎(chǔ)條件的影響。
根據(jù)區(qū)劃的一般原則與土壤環(huán)境的特點(diǎn)，土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃遵循以下原則：
1發(fā)生統(tǒng)一性原則
土壤環(huán)境質(zhì)量的形成取決于自然、人為及疊加因素。進(jìn)行區(qū)劃時(shí)必須考慮不同區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量的差異成因與演化過(guò)程，并以此作為區(qū)劃依據(jù)。
2相對(duì)一致性原則
在進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃時(shí)，必須注意區(qū)域單位內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量特征上的一致性。這種一致性既是劃分各單位的標(biāo)準(zhǔn)，也是劃分不同等級(jí)的依據(jù)。
3主導(dǎo)因素原則
土壤環(huán)境質(zhì)量是土壤的諸多屬性之一。但土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃要在諸要素中以此為主導(dǎo)作用因素，作為區(qū)域劃分的依據(jù)，但同時(shí)應(yīng)考慮土壤環(huán)境質(zhì)量的演變趨勢(shì)。
4綜合性原則
進(jìn)行區(qū)劃時(shí)還必須分析地質(zhì)地貌、水文條件、土地利用方式、土壤類型、土壤開(kāi)發(fā)歷史等綜合因素，并考慮它們之間的相互影響、表現(xiàn)程度和作用結(jié)果。
5區(qū)域共軛性原則
土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃劃分出來(lái)的是具有個(gè)體性的、區(qū)域上完整的自然區(qū)域，它們?cè)诳臻g相鄰并且連續(xù)。因此，土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃也遵循區(qū)域共軛性原則。
4.2區(qū)劃指標(biāo)
土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃需采用與土壤環(huán)境質(zhì)量有關(guān)的評(píng)估指標(biāo)。土壤環(huán)境質(zhì)量不僅涉及污染物的種類和濃度，還包括土壤對(duì)污染物容納、吸收和凈化的能力，以及維護(hù)保障人類和動(dòng)植物健康的能力。由于其內(nèi)涵的復(fù)雜性，目前對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況的綜合評(píng)估尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與方法，但已形成大量評(píng)估指標(biāo)。評(píng)估指標(biāo)大致可分為兩大類，一類是分析性指標(biāo)，即定量指標(biāo)，如以國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為參照的環(huán)境質(zhì)量因子Pip；另一類是描述性指標(biāo)，即定性指標(biāo)，如基于土壤環(huán)境影響因子的環(huán)境屬性綜合分析結(jié)果。本書在指標(biāo)選擇上以定量指標(biāo)為主，兼顧定性分析，參考能影響土壤環(huán)境質(zhì)量的其他因素，如土壤類型與基本條件、土壤環(huán)境緩沖能力、土壤污染自凈能力等。
（1）一級(jí)區(qū)劃指標(biāo)
一級(jí)分區(qū)更關(guān)注全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的格局特征與形成機(jī)制，因此采用IB、Igeo兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)主要污染物進(jìn)行計(jì)算，再在全國(guó)尺度上進(jìn)行分區(qū)。
IB：土壤環(huán)境背景值與全國(guó)平均值的比值，劃出環(huán)境容量較低的高背景區(qū)域；
Igeo：地質(zhì)累積指數(shù)，劃出本底與外源輸入共存的疊加型區(qū)域。
（2）二級(jí)區(qū)劃指標(biāo)
二級(jí)分區(qū)應(yīng)體現(xiàn)對(duì)土壤環(huán)境管理的指導(dǎo)作用，其分區(qū)指標(biāo)需反映土壤環(huán)境屬性的本質(zhì)表征，因此采用土壤環(huán)境指數(shù)Pip的平均值Pave。
Pave：反映區(qū)域的土壤環(huán)境狀況，根據(jù)其數(shù)值大小可劃分為清潔、基本清潔、局部超標(biāo)、大面積超標(biāo)等不同質(zhì)量狀況。
（3）三級(jí)區(qū)劃指標(biāo)
三級(jí)區(qū)劃需為土壤環(huán)境管理提供指標(biāo)依據(jù)，要明確每個(gè)單元的土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)。因此選擇能反映區(qū)域質(zhì)量的點(diǎn)位Pip分位值Pn作為劃分指標(biāo)。
Pn：首先對(duì)點(diǎn)位的土壤環(huán)境質(zhì)量指數(shù)Pip（GB15618-1995）進(jìn)行空間聚類，再以概率預(yù)測(cè)方法（離析克力格）確定該單元的土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)，以此對(duì)三級(jí)區(qū)劃單元進(jìn)行質(zhì)量等級(jí)賦值，如Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)。
4.3區(qū)劃邊界
影響全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的主要重金屬與有機(jī)物存在空間差異性，在多因子污染評(píng)價(jià)的綜合質(zhì)量空間差異基礎(chǔ)上（圖5），分析土壤環(huán)境質(zhì)量與地貌進(jìn)行相關(guān)性，探索全國(guó)尺度上土壤污染格局與地理特征的關(guān)系（圖7）。結(jié)果表明，同一地貌單元內(nèi)的土壤環(huán)境質(zhì)量具有較好的相關(guān)性，其原因是在陸地環(huán)境中地貌對(duì)地表物質(zhì)和能量具有再分配作用，如喀斯特地貌與鎘濃度高度相關(guān)；其次，地形地貌影響土地的利用方式，如黃淮海、成都、江漢等平原地區(qū)均為糧食種植基地，是六六六、滴滴涕和多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物的殘留區(qū)、累積區(qū)。由此可見(jiàn)，地貌影響土壤環(huán)境質(zhì)量，并表現(xiàn)為區(qū)域內(nèi)的一致性和區(qū)域間的差異性，即土壤環(huán)境質(zhì)量與地貌單元具有較好的相關(guān)性，其區(qū)域劃分的邊界可參考地貌區(qū)劃。
圖7全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量與地貌相關(guān)性分析
4.4區(qū)劃命名
土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃命名是不同區(qū)劃單元與屬性的具體體現(xiàn)與標(biāo)識(shí)。本文對(duì)我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃的三級(jí)單元采用相同的命名原則：①準(zhǔn)確體現(xiàn)各區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況；②明確區(qū)域所在的地理空間位置；③同一級(jí)別區(qū)劃的名稱相互對(duì)應(yīng)；④區(qū)劃越深入，各區(qū)域地理位置與土壤環(huán)境質(zhì)量狀況越具體。各區(qū)劃單元具體名字詳見(jiàn)區(qū)劃結(jié)果（表3）。
4.5區(qū)劃結(jié)果
（1）一級(jí)區(qū)劃
首先以IB為指標(biāo)，對(duì)鎘、汞、砷、鉛等4種污染物分別進(jìn)行計(jì)算，最后獲得綜合指數(shù)，IB≥2.0，為高背景值區(qū)；IB≤1.0，為低背景值區(qū)。
然后以Igeo為指標(biāo)，對(duì)鎘、汞、砷、鉛等4種污染物分別進(jìn)行計(jì)算，最后獲得綜合指數(shù)，Igeo≥2，為輸入疊加區(qū)。
最后，以上述結(jié)果進(jìn)行制圖，考慮綜合地理因素及其他區(qū)劃邊界，將全國(guó)分為北方低背景區(qū)、東南輸入疊加區(qū)、西南高背景區(qū)、青藏高原自然生態(tài)區(qū)4個(gè)一級(jí)區(qū)（圖8）。
圖8全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃
①北方低背景區(qū)
該地區(qū)土壤背景值遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平。因此全地區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量總體較好，但存在局域中重度污染，主要為人類活動(dòng)所致，集中體現(xiàn)在土壤污染與重化工業(yè)程度高度一致。污染區(qū)多數(shù)位于水熱資源豐富、社會(huì)發(fā)展程度較高的環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈?？傮w而言，該地區(qū)的土壤污染與區(qū)域人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)H呈正相關(guān)（郭書海等，2014）。主要影響因子有氣溫、降水、人口密度、單位面積GDP和單位面積資源消耗等。主要污染途徑有工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)活動(dòng)和農(nóng)業(yè)污灌。由于土壤背景值較低，且土壤pH值多在6.8以上，中輕度重金屬污染土壤易于修復(fù)。絕大部分耕地達(dá)到Ⅱ級(jí)水平，是我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量最佳的地區(qū)。
②東南輸入疊加區(qū)
該地區(qū)土壤背景值略低于全國(guó)平均水平，土壤污染區(qū)域集中于長(zhǎng)江中下游流域及長(zhǎng)江三角洲、珠江流域及珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)，主要為上游輸入的污染物與本地排放的污染物疊加所致。長(zhǎng)江上游高背景區(qū)的外源重金屬鎘輸入，造成了江漢泛濫平原的面狀污染和下游沿岸的帶狀污染。西北江上游均位于南嶺成礦帶，土壤環(huán)境背景值較高，礦業(yè)活動(dòng)強(qiáng)度大，向下游地區(qū)的重金屬污染物輸入量較高。兩個(gè)三角洲地區(qū)又是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)最發(fā)達(dá)地區(qū)，污染物綜合排放強(qiáng)度和人口密度均居全國(guó)之首，工業(yè)污染較重。該地區(qū)降水量大，土壤淋溶作用較強(qiáng)，尤其是南部強(qiáng)淋溶區(qū)，有利于重金屬污染物的淋失。東南地區(qū)土壤環(huán)境總體質(zhì)量尚可。
③西南高背景區(qū)
該地區(qū)土壤背景值顯著高于全國(guó)平均水平，部分源于喀斯特石灰?guī)r地區(qū)的內(nèi)源母質(zhì)繼承，部分源于洪積平原的徑流遷移。該地區(qū)水熱資源豐富，生態(tài)狀況較好，但土壤環(huán)境容量較低，具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。有色金屬礦冶開(kāi)發(fā)地區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量整體較差，局域性污染嚴(yán)重，并且逐漸演化為流域性和區(qū)域性的復(fù)合型重金屬污染，人為活動(dòng)與自然背景的疊加作用非常明顯。礦產(chǎn)活動(dòng)不僅造成并加劇了該地區(qū)的土壤重金屬污染，而且通過(guò)水體向下游輸出擴(kuò)散，成為長(zhǎng)江中下游地區(qū)和珠三角地區(qū)的重金屬污染物輸送源。以土壤污染指數(shù)分析，該地區(qū)約有1/3面積超過(guò)土壤Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但從重金屬的生物有效性來(lái)看，桂黔滇的可交換態(tài)比例較低，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)易控。
④青藏高原高背景自然生態(tài)區(qū)
青藏高原位于我國(guó)第一級(jí)階梯，高原面平均海拔4000~5000m?；咎幱谠鷳B(tài)狀態(tài)，大部分地區(qū)為無(wú)人區(qū)，自然生態(tài)系統(tǒng)保存完好，只有局域地區(qū)受人類活動(dòng)輕微擾動(dòng)。雖然該地區(qū)污染物排放很少，但部分地區(qū)土壤中重金屬含量較高。青藏高原的某些元素背景值較高，且青藏高原是許多大江大河的發(fā)源地，有可能造成重金屬的遷移，如橫斷山脈及江河源頭地區(qū)的鎘，可能通過(guò)長(zhǎng)江等水系向中下游地區(qū)遷移，但目前尚缺乏足夠證據(jù)（成杭新等，2005）。
（2）二級(jí)區(qū)劃
以土壤環(huán)境質(zhì)量的空間分布及土壤污染特征，參考地貌、土壤等其他區(qū)劃，將4個(gè)一級(jí)區(qū)進(jìn)一步劃為22個(gè)二級(jí)區(qū)（圖8），并分為清潔區(qū)、基本清潔區(qū)、局部超標(biāo)區(qū)和大面積超標(biāo)區(qū)4種質(zhì)量狀況。區(qū)劃指標(biāo)是土壤污染指數(shù)Pip的平均值Pave，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。
①北方低背景清潔區(qū)續(xù)分為5個(gè)二級(jí)區(qū)，包括東北平原山地清潔區(qū)、華北華東低平原清潔區(qū)、黃土高原清潔區(qū)、內(nèi)蒙古高原-河谷清潔區(qū)、甘新高山-盆地清潔區(qū)。劃分依據(jù)還參考了土地開(kāi)發(fā)歷史、利用強(qiáng)度、農(nóng)業(yè)種植模式、城市化發(fā)展程度等方面的差異。東北平原山地開(kāi)發(fā)歷史較短，農(nóng)業(yè)和林業(yè)用地各占一半左右，平原地區(qū)城市化程度較高。華北平原丘陵區(qū)水熱條件較好，開(kāi)發(fā)歷史較長(zhǎng)，利用強(qiáng)度較高；以農(nóng)業(yè)為主，復(fù)種指數(shù)最大，有機(jī)污染最重。內(nèi)蒙古高原以牧業(yè)為主，黃土高原為半干旱地區(qū)，以農(nóng)業(yè)為主，土地利用強(qiáng)度較低。甘新區(qū)地廣人稀，人為干擾程度很低，耕地比例較小，污染指數(shù)最低。
②東南輸入疊加區(qū)續(xù)分為4個(gè)二級(jí)區(qū)，包括長(zhǎng)江中下游平原基本清潔區(qū)、東南沿海山地局部超標(biāo)區(qū)、浙閩中低山清潔區(qū)、粵桂低山平原基本清潔區(qū)。劃分依據(jù)還參考了區(qū)域間的地貌特征、污染物的輸入差異及人類活動(dòng)特點(diǎn)。長(zhǎng)江中下游平原區(qū)的重金屬污染物主要來(lái)自長(zhǎng)江上游輸入及歷史性積累，有機(jī)污染物與高強(qiáng)度人類活動(dòng)有關(guān)。東南沿海山地區(qū)和浙閩中低山區(qū)以重金屬污染為主，與背景值和成礦帶導(dǎo)致的污染有關(guān)，具有一定的流域性污染特征。粵桂低山平原區(qū)降水較多，屬于強(qiáng)淋溶地區(qū)，有利于重金屬污染物的脫附淋失，但土壤比較粘重，部分地區(qū)有機(jī)污染物累積較多。同時(shí)，珠三角地區(qū)受西、北江污染物輸入影響較大，疊加污染嚴(yán)重。
③西南高背景風(fēng)險(xiǎn)區(qū)續(xù)分為7個(gè)二級(jí)區(qū)，包括秦嶺-大巴山局部超標(biāo)區(qū)、四川盆地基本清潔區(qū)、粵黔滇中山山地局部超標(biāo)區(qū)、川西南-滇中中高山盆地局部超標(biāo)區(qū)、滇西南高中山地清潔區(qū)、桂西喀斯特低山大面積超標(biāo)區(qū)、桂湘贛中低山地局部超標(biāo)區(qū)。劃分依據(jù)參考了土壤背景值和污染物種類。如四川盆地既有重金屬高背景的特點(diǎn)，又有高濃度、多種類有機(jī)污染物積累殘留的特征。桂西喀斯特低山盆地是典型的高pH、高鎘地區(qū)，生物可利用性較差，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)控制基礎(chǔ)。桂湘贛中低山地雖然重金屬元素的背景值略低，但易于活化，風(fēng)險(xiǎn)較高。
④青藏高原自然生態(tài)區(qū)續(xù)分為6個(gè)二級(jí)區(qū)，包括橫斷山、喜馬拉雅、江河源頭上游、祁連山-昆侖山、柴達(dá)木-黃湟盆地、羌塘高原。劃分依據(jù)還參考了地形地貌，以及光、熱、水分等自然條件，兼顧了高背景重金屬元素的種類，總體上以自然區(qū)的分異為主。
（3）三級(jí)區(qū)劃
三級(jí)區(qū)的劃分是以區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量為核心，選取土壤污染指數(shù)的分位值Pn（n=80）作為定量指標(biāo)（表2），進(jìn)行區(qū)域等級(jí)評(píng)估，再綜合考慮土壤類型、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤酸堿性、土壤黏粒、土壤陽(yáng)離子代換量、土壤環(huán)境容量、土地利用方式、區(qū)域生態(tài)環(huán)境等因素，將22個(gè)二級(jí)區(qū)進(jìn)一步劃分為57個(gè)三級(jí)區(qū)（表3和圖8）。
在具體劃分上，三級(jí)分區(qū)參考并借鑒了中國(guó)自然地理區(qū)劃（黃秉維，1958）、中國(guó)土壤區(qū)劃（傅伯杰等，2001）、全國(guó)土地利用區(qū)劃（封志明，2001）、中國(guó)地貌區(qū)劃（李炳元等，2013）、中國(guó)綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃（全國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)，1981）和中國(guó)水文區(qū)劃（熊怡等，1995）。
4.6討論與展望
與大氣、水環(huán)境不同，土壤環(huán)境的背景值在空間上具有顯著性差異，質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果只是基于環(huán)境本底的相對(duì)值。因此，在土壤環(huán)境區(qū)劃時(shí)，首先要進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃，以充分反映土壤環(huán)境質(zhì)量的背景、現(xiàn)狀及成因。這也是本文進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃的理論基礎(chǔ)，但尚需在區(qū)劃指標(biāo)、區(qū)劃單元等方面進(jìn)行深入討論與完善。
（1）土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃是土壤環(huán)境區(qū)劃體系的核心。土壤環(huán)境區(qū)劃從層次上來(lái)講，分為土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃、土壤環(huán)境功能區(qū)劃、土壤環(huán)境污染防治規(guī)劃。現(xiàn)有土壤環(huán)境功能區(qū)劃也進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)價(jià)，但缺少土壤環(huán)境質(zhì)量的成因分析（杜立宇等，2012；吳運(yùn)金等，2014；賈琳等，2015），導(dǎo)致功能區(qū)劃單元尺度不一、功能定位不明確、功能級(jí)別不對(duì)等、保護(hù)與控制方案缺乏針對(duì)性等問(wèn)題。
（2）土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃是隨著土壤環(huán)境質(zhì)量界定而變的。土壤環(huán)境質(zhì)量是一個(gè)相對(duì)概念，土壤環(huán)境質(zhì)量的“優(yōu)劣”及空間分異規(guī)律也會(huì)隨著科學(xué)認(rèn)知而改變。隨著《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（三次征求意見(jiàn)稿）》（中國(guó)環(huán)境保護(hù)部，2016）等新標(biāo)準(zhǔn)的制定與逐步發(fā)布，對(duì)于土壤中污染物超標(biāo)與否、土壤環(huán)境質(zhì)量“優(yōu)劣”的界定將會(huì)繼續(xù)深入討論與調(diào)整，這將直接影響土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃的最終結(jié)果。
（3）土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃工作在局部地區(qū)還有待細(xì)化，為社會(huì)需求提供更有力的科學(xué)支撐。隨著《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院，2016）的逐步落實(shí)，全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量詳查將提供更加詳實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有利于土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃體系的完善，進(jìn)而為全國(guó)主體功能區(qū)規(guī)劃（中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院，2010）的具體實(shí)施提供技術(shù)支撐。
（4）土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃是土壤環(huán)境區(qū)域管理的基礎(chǔ)。《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院，2016）強(qiáng)調(diào)土壤環(huán)境管理重點(diǎn)在分類管理與區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)管控，而土壤環(huán)境質(zhì)量決定了土壤環(huán)境功能分類的定位和適宜程度評(píng)價(jià)，以及污染地區(qū)的治理對(duì)策與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的管控策略。因此，全國(guó)尺度土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃對(duì)區(qū)域性土壤環(huán)境保護(hù)開(kāi)發(fā)、風(fēng)險(xiǎn)防控、修復(fù)治理等政策制定與工作落地具有重要理論與指導(dǎo)意義。
五、結(jié)論
針對(duì)我國(guó)土壤環(huán)境分區(qū)管理的重大需求，本文通過(guò)對(duì)土壤重金屬背景值與地球化學(xué)值及有機(jī)物等污染物信息的疊加分析，形成了全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的空間格局，闡明了區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的形成機(jī)制，構(gòu)建了土壤環(huán)境區(qū)劃指標(biāo)體系，提出了全國(guó)尺度的土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃方案，具體為4個(gè)一級(jí)區(qū)，22個(gè)二級(jí)區(qū)，57個(gè)三級(jí)區(qū)，初步建立了土壤環(huán)境區(qū)劃的框架體系及科學(xué)方法，為全國(guó)土壤環(huán)境功能區(qū)劃制定與區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)防控提供了科學(xué)依據(jù)。
文章來(lái)源： 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)
