烏蒙山區(qū)富硒耕地土壤資源評價與分析
——以貴州省大方縣為例

張德明，駱 珊，彭成龍，安亞運，李月森，躍連紅，秦興志

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550081)

1 引言

硒曾被譽為“生命的神奇元素”、“長壽元素”(任榕娜等，1999；秦俊法，2008)，人體或動物所需的硒主要來源于膳食，而膳食又主要來源于農(nóng)產(chǎn)品，富硒耕地土壤是發(fā)展富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎和寶貴資源，因此科學合理利用富硒耕地土壤資源，已成為生產(chǎn)富硒農(nóng)產(chǎn)品的重要途徑(侯現(xiàn)慧等，2015)。本文依托貴州省自然資源廳2017—2019年組織實施的大方縣1∶50000耕地質(zhì)量地球化學調(diào)查項目，通過對耕地土壤、農(nóng)產(chǎn)品樣品中硒元素含量和分布特征的研究，系統(tǒng)評價全縣富硒耕地土壤資源，并進一步探討土壤-作物系統(tǒng)中硒、鎘的轉(zhuǎn)化利用，以期為烏蒙山區(qū)大方縣及相鄰集中連片貧困區(qū)富硒耕地資源的開發(fā)利用和綠色、富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃發(fā)展提供科學依據(jù)。

2 采樣與方法

2.1 采樣

2.2 方法

2.2.1 樣品分析

土壤、農(nóng)產(chǎn)品樣品中各項指標的檢測分析均由貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實驗室完成。土壤中各指標測定方法：pH為電位法(ISE)；有機質(zhì)、N為容量法(VOL)；P、K、Cu、Zn、Cr為電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-OES)；Cd、Pb為電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)；Se、As、Hg為原子熒光光譜法(AFS)。農(nóng)產(chǎn)品中As、Cd、Cr、Hg、Pb、Se、Ge均采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定。以國家一級標準物質(zhì)進行準確度、精密度監(jiān)控，以重復樣相對雙差、相關系數(shù)等評定采樣和分析誤差，內(nèi)部及外部質(zhì)量控制樣合格率的測定，隨機抽查異常點監(jiān)控分析質(zhì)量，確保了樣品測試數(shù)據(jù)結(jié)果的質(zhì)量。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

采用中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心編制的地球化學找礦一體化處理子系統(tǒng)(GeoChem studio)與Statistica軟件相結(jié)合分析統(tǒng)計土壤、農(nóng)產(chǎn)品樣品中元素的地球化學參數(shù)，并結(jié)合中國地質(zhì)大學MapGis軟件平臺編制圖件。

2.2.3 評價過程

在ArcGIS10.2平臺下，利用大方縣2015年度土地變更調(diào)查成果圖斑數(shù)據(jù)，運用“土地質(zhì)量地球化學評價管理與維護(應用)子系統(tǒng)”，依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學調(diào)查評價規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)，系統(tǒng)進行富硒耕地土壤質(zhì)量評價。

富硒耕地土壤環(huán)境評價是在As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni、Cu、Zn單指標富硒耕地土壤環(huán)境質(zhì)量等級劃分基礎上，每個評價單元的富硒土壤環(huán)境質(zhì)量等級等同于單指標劃分出的環(huán)境等級最差的等級。富硒耕地土壤中污染物含量(Ci)對照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)中的篩選值(Si)和管制值(Gi)將土壤風險程度分為3類：優(yōu)先保護類：Ci≤Si，無土壤污染風險或風險很低可忽略；安全利用類：SiGi，風險較高。

富硒耕地土壤養(yǎng)分評價選取N、P、K單指標養(yǎng)分等級，按照下列公式計算富硒耕地土壤養(yǎng)分地球化學綜合得分f養(yǎng)綜，進行土壤養(yǎng)分綜合等級劃分(表2)。

式中，f養(yǎng)綜為評價總得分1≤f養(yǎng)綜≤5；ki為氮、磷、鉀權(quán)重系數(shù)，分別為0.4，0.3和0.3；fi為為 N、P、K的單指標等級得分，分別為1、2、3、4、5分。

表1 土壤硒等級劃分標準

表2 土壤養(yǎng)分綜合等級劃分表

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤環(huán)境酸堿性評價

3.2 土壤硒地球化學特征

3.2.1 土壤硒含量

3.2.2 自然分布情況

大方縣耕地土壤中硒含量在中部大方-東關-安樂-六龍，北部興隆-長石，西南部貓場-高店等地較高，在西北部響水-八堡、東南部黃泥塘-雞場等地較低(圖3)。影響土壤硒含量和分布的自然因素有成土母巖、土壤類型、土壤酸堿性環(huán)境、土地利用方式等(孫朝等，2010；劉強等，2017；周墨等，2018)，而成土母巖是最主要的因素(嚴明書等，2018)。統(tǒng)計土壤中硒含量與成土母巖的關系(表4)，發(fā)現(xiàn)以二疊紀(P)輝綠巖、峨眉山玄武巖、灰?guī)r及含煤砂泥巖為成土母巖的土壤中硒含量較高，集中于大方縣中部和西南部，平均值分別為2.75 mg/kg、1.19 mg/kg、1.12 mg/kg、1.11 mg/kg；硒低含量區(qū)主要集中于以三疊紀-侏羅紀(T-J)砂泥巖等為成土母巖的分布區(qū)域，即大方縣東南部和西北部、北部；各土壤類型分布區(qū)耕地土壤中硒平均含量差異較大，呈現(xiàn)黃棕壤(0.76 mg/kg)>黃壤(0.74 mg/kg)>石灰?guī)r土、粗骨土(0.72 mg/kg)>水稻土(0.58 mg/kg)>紫色土(0.46 mg/kg)的變化特點；不同酸堿性土壤中硒平均含量差異顯著，在強堿性土壤中為0.28 mg/kg、堿性土壤中為0.62 mg/kg、中性土壤中為0.70 mg/kg、酸性土壤中為0.75 mg/kg；不同土地利用方式中土壤硒平均含量從高到低為茶園1.33 mg/kg、采礦用地1.02 mg/kg、裸地0.86 mg/kg、水澆地0.80 mg/kg、旱地0.79 mg/kg、果園0.73 mg/kg、水田0.68 mg/kg。

圖2 大方縣耕地土壤酸堿性(pH)分布圖

表3 土壤硒含量區(qū)間及樣本量統(tǒng)計表

表4 土壤硒含量與成土母巖關系統(tǒng)計表

大方縣耕地土壤中硒高含量區(qū)主要集中于中部、北部和西南部，硒高含量區(qū)與分布廣泛的二疊系成土母巖、黃棕壤-黃壤、中-酸性土壤等關系緊密，表明全縣具有富硒特色耕地土壤分布的優(yōu)越基礎和條件。

3.3 富硒耕地土壤評價

3.3.1 土壤富硒評價結(jié)果

大方縣耕地土壤富硒評價結(jié)果為：特級132.88 km2，占比10.57%；一級279.13 km2，占比22.21%；二級516.55 km2，占比41.10%；三級209.19 km2，占比16.64%。富硒耕地面積共1 137.75 km2，占比高達90.52%，其中“特級”主要分布于貓場-綠塘、高店-東關-安樂-鳳山-六龍、八堡-興隆-長石等地，“一級、二級、三級”除西北部響水-八堡、東南部雞場及北部果瓦以外全縣均有分布(圖4)。

3.3.2 富硒土壤環(huán)境質(zhì)量

大方縣富硒耕地土壤環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果為：優(yōu)先保護類62.47 km2，占比4.97%；安全利用類1 003.87 km2，占比79.87%，優(yōu)先保護類-安全利用類富硒耕地共計占比84.84%，其中優(yōu)先保護類耕地主要集中于核桃-達溪-八堡-興隆、沙廠-大水、黃泥塘-理化以及馬場-牛場等(圖5)。

圖4 大方縣耕地土壤富硒評價結(jié)果

圖5 大方縣富硒耕地土壤環(huán)境質(zhì)量

圖6 大方縣富硒耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量

3.3.3 富硒土壤養(yǎng)分質(zhì)量

大方縣富硒耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量評價結(jié)果為：豐富55.66 km2，占比4.43%；較豐富832.75 km2，占比66.26%；中等236.05 km2，占比18.78%；較缺乏13.04 km2，占比1.04%；缺乏0.26 km2，占比0.02%。養(yǎng)分豐富富硒耕地集中于黃泥塘-理化-羊場以及瓢井-興隆等地；養(yǎng)分較缺乏-缺乏富硒耕地占比1.06%，集中于東關-安樂、長石-大山以及黃泥-雨沖等地(圖6)。據(jù)養(yǎng)分N、P、K單指標評價結(jié)果，氮較缺乏-缺乏占比不足0.6%，而磷較缺乏-缺乏占比為10.21%、鉀較缺乏-缺乏占比為39.94%，表明磷和鉀含量豐缺是影響富硒耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量的重要因素，可能與該縣農(nóng)業(yè)施肥不足或調(diào)配不均的影響有關(高雪等，2013)。

3.4 土壤-作物硒富集特征

表5 生物富集系數(shù)與根系土壤pH、有機質(zhì)相關系數(shù)(N為樣本量)

4 討論與結(jié)論

(1)大方縣共調(diào)查采集土壤樣品12054件，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，其中10448件樣品富硒，富硒率達86.68%。土壤中硒含量平均值為0.74 mg/kg、背景值為0.70 mg/kg，對比全國A層土壤和貴州省耕地土壤，全縣耕地土壤中硒含量處于較高水平?？h內(nèi)不同成土母巖、土壤類型、酸堿性環(huán)境和土地利用方式是影響土壤硒含量及分布的重要因素，其高含量區(qū)與全縣分布廣泛的二疊系成土母巖、黃棕壤-黃壤、中-酸性土壤等關系緊密，共同表明全縣具富硒特色耕地土壤分布的優(yōu)越基礎和條件。

(2)評價發(fā)現(xiàn)，大方縣富硒耕地面積1 137.75 km2，占總面積的90.52%，除西北部響水-八堡、東南部雞場及北部果瓦以外全縣均有分布；全縣耕地土壤以中-酸性為主，占比85.04%，環(huán)境優(yōu)先保護類-安全利用類富硒耕地占比84.84%，養(yǎng)分豐富-較豐富富硒耕地占比70.69%，共同反映縣內(nèi)富硒特色耕地具環(huán)境質(zhì)量優(yōu)越、養(yǎng)分條件好、總量大和分布廣的優(yōu)勢。

(3)通過分析生物富集系數(shù)與根系土壤pH、有機質(zhì)的相關系數(shù)特征，表明不同農(nóng)產(chǎn)品對硒、鎘的富集程度受土壤酸堿性環(huán)境和有機質(zhì)含量高低的影響不盡相同。因此，可通過土壤酸堿度適宜改良和增施有機肥等調(diào)配好土壤pH值和有機質(zhì)的含量，大力提升農(nóng)產(chǎn)品的綠色、富硒品質(zhì)。

(4)大方縣地理區(qū)位、自然環(huán)境條件優(yōu)越，利用天然的富硒耕地土壤資源開發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品的價值巨大，如縣內(nèi)相對高寒地區(qū)是國家重要的地道中藥材種植基地，中藥材資源十分豐富，科學打造綠色富硒中藥材品牌將對全縣經(jīng)濟發(fā)展起到很好的促進作用。建議進一步科學規(guī)劃、合理利用富硒耕地土壤資源，因地制宜，選擇具有地方特色的農(nóng)產(chǎn)品大力開發(fā)綠色、富硒農(nóng)產(chǎn)品和發(fā)展特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。