一、评价目的
农业地质环境质量综合评价的目的是反映现今农业地质环境质量的总体状况及其区域分布，为省市各级土地宏观管理和规划提供地球化学依据，为土地可持续利用服务；同时，在调整农业种植结构、发展特色优质农产品、促进科学合理施肥及土壤污染治理等方面发挥指导作用。因此，评价需综合考虑农业地质环境的各种要素，包括地质背景、土壤地球化学、水地球化学、农产品安全适宜性及气候环境等等，通过多要素资料整合、信息挖掘与提取，揭示影响农业地质环境质量和农业生产的关键要素及指标因子。
二、评价体系建立
农业、环境、生态领域的综合评价方法模型很多，过去常用的方法包括图层叠置法、层次分析法、灰色关联法、综合指数法、专家系统法、神经网络法等等。随着全国生态地球化学调查研究的不断深入，中国地质调查局推出了土地质量地球化学评估，并制定了《土地质量地球化学评估技术要求（试行）》（DD2008—06），它是以多目标区域地球化学调查为基础，依据土地有益元素、有毒有害元素和有机污染物含量水平等地球化学指标因素，以及其对土地基本生产功能影响程度而进行的土地质量级别评定；评估指标以反映土地质量的地球化学要素如土壤肥力指标、土壤环境健康指标为主，以大气质量、水体质量和农产品安全等为辅，综合考虑与土地利用有关的各种因素，实现土地质量的地球化学评估。
鉴于土地质量地球化学评估的综合评价理论依据和方法技术经验的逐渐成熟，基于本次研究成果资料特点，以土壤综合质量（环境质量和肥力质量）、浅层地下水综合质量评价和区域农产品安全性评价成果为基础，按《土地质量地球化学评估技术要求（试行）》开展土地环境质量的综合评价。
第一步，按评估技术要求对土壤中有益元素、有害元素和pH、有机质等影响土地质量的内部指标进行筛选，构成土地综合环境质量的内部因素。以每4km2作为评估单元，运用层次分析法对参评指标进行权重赋值，隶属度函数模型对指标进行隶属度函数值计算，采用加法模型计算综合得分（即综合指数），根据综合指数值制作土地环境质量综合评价“色块图”，实现对土地环境质量综合评价“等”的划分。
第二步，浅层地下水和农作物质量是间接反映土地质量的外部指标，通过农用灌溉、生活饮用等途径进入土壤的浅层地下水可引起土地质量的变化，而农作物安全性指标可间接反映土地质量。利用浅层地下水和农产品地球化学研究成果，分别依据水环境质量标准、农产品食用安全分级标准及相应的评价方法，评价浅层地下水环境质量和农产品质量，构建土地综合环境质量的外部因素，实现对土地环境质量综合评价“级”的划分。
第三步，采用数学表示方法将评估单元等级色块上叠加代表外部因素的浅层地下水和农作物质量，形成土地环境质量综合评价图，并对各等级土地面积、所占比例及分布范围和管护建议进行全面评价。
（一）土壤肥力评价
土壤养分元素按含量高低可划分为3类：①必需大量元素：N，P，K，S，Ca，Mg，有机质。②必需微量元素：Fe，Mn，Zn，Cu，B，Mo，Cl。③有益元素：Si，Co，Ni，Na。
根据土地质量地球化学评估技术要求（DD2008—06）土壤肥力指标筛选原则，对以上指标进行筛选。单指标评价结果适宜区和丰富区占总评估区面积80%～90%的指标不参与评价，多元统计元素间相关系数较差的参与评价，以及利用半方差函数值，选择相关距离（α）相对小的，C0/（C0＋C）相对大的指标参与评价。最终确定参与综合肥力评价的指标为：必需大量元素N，P，K，Ca，有机质，必需微量元素Mo，B，Mn，Zn，有益元素Co，Si。
评价过程中运用层次分析法（yaahp4.01软件）对参评指标进行权重赋值（表4-41），运用隶属度函数模型对指标进行隶属度函数值（fi）计算。
表4-41 综合肥力指标权重赋值（Ci）结果表
依据前述指标筛选、权重阈值结果和隶属度函数值计算模型，采用加法模型，对各评价指标的实测值进行权重和隶属度计算，获得土壤肥力综合指数；
P=∑fi×Ci（i=1，2，3，4……，n） （4-5）
式中：P为肥力综合指数；fi为第i个评价指标的隶属函数值；Ci为第i个评价指标的权重。依据土壤肥力综合指数P进行综合肥力划分，划分3 等，P≥0.7 时为一等，定义为营养和有益元素丰富区（高肥力区）；0.3＜P＜0.7为二等，定义为营养和有益元素适量区（中等肥力区）；P≤0.3 为三等，定义为某些营养和有益元素缺乏区（低肥力区）。
（二）土壤环境健康质量评价
土壤环境健康指标主要是指对植物的生长发育和人体健康直接或间接有害的元素或指标。可分为：①pH；②环境指标：Cu，Zn，Cd，Hg，Pb，As，Cr，Ni；③健康指标：F，I，Se；④有机污染物指标：有机氯农药类等。
根据本次研究测试指标范围，土壤环境健康指标将从前3项当中进行筛选。健康指标对于作物生长具有双阈值，因此，健康指标选择土壤中Se，I和F含量异常（过高或过低）程度较大的元素；根据前面章节中重金属指标环境分区结果表明区内土壤基本均可视为清洁土壤，且Cu和Zn在研究区90%的土壤属一类土，故Cu，Zn归并在肥力指标进行讨论。指标筛选结果和指标权重赋值见表4-42。
表4-42 土壤环境健康质量指标权重赋值结果表
（三）评估指标隶属函数模型的建立
隶属函数是用于表征模糊集合的数学工具，主要包括线性模型和非线性模型。根据评价工作的实用性和简洁性原则，本研究以线性模型为基础，采用峰值型、戒上型、戒下型模型（图4-43）。
图4-43 各种隶属函数模型及隶属值计算公式
图4-43中U为评估指标的上限值；L为评估指标的下限值；O1和O2为评估指标的最优值，x为评估指标的测定值。
各类地球化学评估指标采用隶属函数模型的原则为：
1）土壤pH、质地和土壤健康指标采用峰值型隶属度函数模型。
2）土壤N，P，K，B，Mo，Mn等有益元素采用戒上型隶属度函数模型，评估区土壤中N，P 含量高，且水体富营养化严重地区，土壤P 和N可采用峰值型隶属度函数模型。
3）土壤As，Cd，Hg，Pb等有害元素采用戒下型隶属度函数模型。
利用SPSS软件统计各地球化学指标，对于不服从正态分布或对数正态分布的数据，进行平均值±3倍离差剔除异常数据，直至服从正态分布或对数正态分布。对服从正态分布或对数正态分布的数据，按照20%（L），40%（O1），60%（O2），80%（U）的累积频率值将各评估指标进行分级，各隶属函数的界限值，隶属函数界限值与分级标准对应关系见表4-43。
表4-43 分级与隶属函数界限值对应表
（四）综合评价
依据土地质量地球化学评估技术要求，土地环境质量综合分区按“等”和“级”划分。分等是在土壤环境健康质量与肥力质量综合划分的结果。采用表4-44 所示的分等叠加方案，对评价图斑进行土地环境质量分等，共分为5 等，即优质、优良、良好、中等和差等，并用色块表示，优质为深绿色、优良为绿色、良好为黄色、中等为粉色、差等为红色。在土地环境质量分等的基础上，叠加水环境（灌溉水）质量和植物（本区重点采样植物为小麦）生态效应指数，建立土地环境质量综合分等定级体系，即土地环境质量综合评价结果。
表4-44 农业地质环境质量分等叠加方案表
每个评估单元农业地质环境质量综合等级用3位数字表示。农业地质环境质量分等按优、良、中、较差、差5等，分别以数字1，2，3，4，5表示，放在评估指标代码的第一位。将灌溉水（浅层地下水）质量评价指标放在评估指标代码的第二位，不超标，以数字1表示，有一项超标以数字2表示。植物（小麦）生态效应评价指数放在第三位，“不超标”用数字“1”表示，“超标”则用数字“2”表示。这样就可将区内农业地质环境质量分为5等20级（表4-45）。通过这样的方式对农业地质环境质量分等定级，可以直观地反映土地内部和外部环境质量状况及产生的生态效应。评估结果建立数据库和信息系统后，能够方便地进行查询，对于土地规划利用、土地生态管护具有较强的实用性。
表4-45 农业地质环境质量综合等级定级方案及代码（5等20级）表
续表
三、评价结果
（一）土壤肥力分区
综合土壤必需大量元素、必需微量元素、有益元素和重金属元素评价结果，编制了农业土壤地球化学环境质量分区图（图4-44）：
图4-44 农业土壤地球化学环境质量分区图
1.营养有益元素丰富区
总面积为8572.50km2，占研究区面积的15.78%，分布在沂沭断裂带及其附近、高密西部、潍坊北部及青岛、烟台局部地段，主要为河流冲积物和湖积物场所。该区地势较平坦，土地肥沃，雨水充沛，主要种植小麦、玉米大宗农作物及花生、果品等，是鲁东主要产粮区；该区重金属含量低，是K，S，Mg，Mn，Na，Fe，B，Ca，Cl，Co，Cu等多种营养有益元素丰富区，其生产条件好，产量高，适合现代农业生产，也是大力发展农、牧、渔业的有利地区。
2.营养有益元素适量区
总面积31 123.98km2，占研究区面积的57.30%，分布在胶莱盆地大部分区域及烟台、威海、日照局部地段，以盆地、丘陵和山区为特征。主要为第四纪地层分布区，部分中生代地层，少量新元古代、中生代花岗岩，是B，Ca，Cl，K，Mg，Na，S，Si等土壤营养有益元素适量区，重金属元素含量低，其生产条件好、产量高，适合现代农业生产。在胶莱盆地或部分低丘陵以种植小麦、玉米等大宗农作物为主，山区和丘陵以林、苹果、梨、山楂、花生为主，宜林、宜农、宜牧。
3.营养有益元素缺乏区（培肥区）
总面积9847.65km2，占研究区面积 18.13%，分布在研究区南部、平度市东部、乳山—威海及沿海地带，以低矮丘陵或海相冲积平原为特征，主要出露花岗岩和海相第四纪地层。岩石裸露区或滨海平原区植被稀少，水土保持差，受人为污染较少，缺乏N，P，K，B，Mo，Ca，Mg，有机质等多种营养有益元素，土地贫瘠，一般需要对土壤进行培肥，适当施用微量元素肥料，可发展某些经济作物和名优特农产品。
4.营养有益元素缺乏而部分重金属元素含量偏高区
总面积4449.12km2，占8.19%，包括烟台、日照局部、胶州湾北部、文登—成山角及临朐—沂水一带，主要分布在丘陵区，小面积分布在平原地带。这些地区主要是存在重金属元素污染（3类土壤），除烟台市一带以Cu，Cd，Ni等重金属元素综合污染为特点外，其他大部分地区是Ni的单元素污染区，另外，有机质，N，P，Mo，B等某些营养元素较缺乏。需加强对该地区污染治理力度和农作物宜种性研究。根据作物的耐受特点，有针对性地采取措施，可限制性地发展农业。
5.部分重金属元素污染区（劣三类土壤）
总面积325.74km2，占0.60%，分布在日照、临朐、沂水和烟台局部地段及乳山市北部地区，主要表现为“点源”污染，这些地区 Ni、Cu、Cd、Hg 等重金属元素含量高，土壤存在一定程度的污染（劣3类土壤），是某些农作物限制区。可采取配肥等方法阻断或降低土壤重金属元素活化转移进入农作物中，如施用石灰，提高 pH；或施用有机肥增大土壤中有机质含量，或农业工程改土，如换土、排土、深耕翻土等方法，以降低重金属元素进入作物体，通过食物链而造成有害效应。同时还可筛选出适合土壤污染程度和理化性质的种植产品种类，采取低富集轮作的方式，合理利用土地资源，也可种植花木树草等。
（二）土地环境质量综合评价结果
土地地球化学质量现状如表4-46和图4-45所示。可作绿色食品生产基地的111级和121级土地面积共1938.69km2，占3.65%，分布在莒—昌邑、莱西—即墨及临朐和烟台北部局部地段。因土壤酸化、灌溉水超标造成植物超标的112级土地面积为34.90km2，仅占0.07%，分布在烟台市区，加强管护也可作绿色食品生产基地。
表4-46 鲁东地区土地质量地球化学评估结果表
图4-45 土地生态管护建议图
可作无公害食品生产基地的211级和221级土地分布面积最大，达31 255.72km2，占58.95%，主要分布在胶莱盆地和各市局部地段；212级和222级土地面积为1620.75km2，占3.06%，主要分布在安丘西南和沂水，其次零星分布在日照、烟台等地，这部分土地加强管护也可作无公害食品生产基地。
311级和321级土地，土地面积为8084.38km2，占15.24%，分布在昌邑北部、青岛西南、平度及牟平—乳山一带；312级和322级土地面积为162.85km2，占0.31%，分布在昌邑北部、乳山北部及烟台局部地段，这部分土地应加强管护。
411级和421级土地面积为5300.41km2，占10%，目前种植的农产品尚不超标；412级和422级土地面积为3136.82km2，占5.92%。4等土地土壤显酸性、土壤重金属及灌溉水局部超标，局部农产品重金属超标，主要分布在烟台中部、威海东部、临朐东部、临朐—沂水及日照局部地段。
511级和521级土地面积为1217.50km2，占2.30%，目前种植的农产品尚不超标；512级和522级土地面积为267.54km2，占研究区面积的0.50%，5等土地多位于各类矿区（金矿、石墨矿、铜铁矿）内、乡镇周边或紧邻乡镇地带，土壤显酸性且重金属超标，种植的农产品超标可能性极大；昌邑市北部5等土地土壤为强碱性，灌溉水超标，营养元素含量极低，不适合农作物种植。