貴州省赫章縣核桃農(nóng)業(yè)園區(qū)富硒土地特征及開發(fā)建議

陸光艷，袁 彬，黃 林，孟慶田，任厚州

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局104地質(zhì)大隊，貴州 都勻 558000)

1 引言

硒是人體所必需的微量元素，對人體健康具有重要作用(Rayman M P，2002)。硒對人體起到平衡氧化還原、提高免疫力等作用，一定含量的硒能拮抗Cd，Hg，As等重金屬對人體的毒性(Jarzyhska G，2011)。王甘露等研究認為，貴州省土壤硒的含量分布極不均勻，與該區(qū)對應(yīng)的基底巖石性質(zhì)有關(guān)(王甘露等，2003)。大量調(diào)查研究表明，土壤中硒與一些地層單元中成土母質(zhì)有密切關(guān)系，在煤產(chǎn)地、硫鐵礦區(qū)和富Ge-Zn地區(qū)出現(xiàn)土壤富硒(任海利等， 2012；于洋等，2015；耿建梅等，2012)。研究區(qū)煤礦、鉛鋅礦等賦礦地層廣泛分布，為大面積富硒土壤形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，調(diào)查研究耕地土壤中硒元素的分布特性、影響因素及其生物有效性，對富硒土地開發(fā)及富硒特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)為赫章縣和泰產(chǎn)業(yè)示范園區(qū)中的核桃優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)示范園區(qū)，位于赫章縣西北部，行政區(qū)劃涉及財神鎮(zhèn)、朱明鄉(xiāng)等。地處滇東高原向黔中山地丘陵開始過度的傾斜地帶，屬亞熱帶高原溫濕季風(fēng)氣候，四季分明，春干夏濕，氣候溫涼，雨熱同季，非常有利于核桃的生長(黃梅，2014)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖

表1 研究區(qū)地層巖性統(tǒng)計表

3 采樣及方法

采樣及分析方法本次研究采集面積性表層土壤樣260件(其中重復(fù)樣5件)，農(nóng)作物核桃樣品及對應(yīng)的根系土分別為14件。

根系土壤樣品采集：與農(nóng)作物樣品同時進行，采集方法、定點、標(biāo)繪和記錄與表層土壤樣品的采樣規(guī)范和設(shè)計要求一致，本次共采集14件根系土壤樣。

圖2 土壤采樣點分布圖

1—旱地；2—果園；3—茶園；4—非耕地；5—建制鎮(zhèn)；6—村莊；7—鄉(xiāng)、鎮(zhèn)界線；8—村界；9—鄉(xiāng)(鎮(zhèn))所在位置；10—表層土壤樣；11—表層樣重復(fù)祥

本次樣品均由貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實驗室進行分析，根據(jù)樣品分析依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合本項目樣品檢測任務(wù)情況和分析要求，分析指標(biāo)見表2。分析方法分別為：原子熒光光譜法(AFS)測定As、Hg、Se，等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定Cd，等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)測定Cr、Cu、Ni、Pb、Zn，容量法(VOL)測定有機碳，離子選擇性電極法(ISE)測定pH。

表2 分析指標(biāo)

4 結(jié)果與分析

4.1 土壤元素含量特征

通過統(tǒng)計分析土壤表層樣測試數(shù)據(jù)(見表3)，硒的含量較高，平均含量0.52 mg/kg，最大值達2.48 mg/kg。研究區(qū)除了As以外，其他重金屬元素背景值都較高。最為富集的是Cd和Cu，富集系數(shù)分別高達13.81和6.42，As出現(xiàn)弱貧化，其他元素的富集系數(shù)在1和3之間，相對較為富集。

圖3 土壤硒含量分布

圖3顯示，研究區(qū)硒含量分布呈西高東低的趨勢，高值區(qū)主要集中分布在朱明鄉(xiāng)的朱歪村、安甲村等地區(qū)，高值濃集中心零星分布在宣威組地層分布區(qū)。宣威組和龍?zhí)督M地層分布區(qū)耕地土壤硒含量較高，這與宋明義等的研究黑色巖系地層土壤中硒含量較高的成果一致(宋明義等，2010)。從圖4可知：As、Cd、Pb、Zn、Hg空間分布大致相同，高值區(qū)分布面積較大，主要分布在二疊系宣威組和峨眉山玄武地層分布區(qū)，元素含量受不同成土母巖的地層影響較大，二疊系宣威組、龍?zhí)督M地層中含量較高，與前人的研究黑色頁巖中重金屬含量較高的結(jié)論一致(溫漢捷等，2000；雒昆利等，2001)。元素含量的分布與不同成土母巖的地層分布區(qū)、北西向構(gòu)造帶關(guān)系明顯，主要受區(qū)域鉛鋅成礦期(燕山期)的影響(劉幼平等，2004)，不同重金屬元素之間的組合較好。

表3 土壤元素含量特征統(tǒng)計 (mg/kg)

表4 土壤硒與重金屬含量相關(guān)性分析

圖4 土壤重金屬含量分布

4.2 富硒土地評價

土壤硒含量的單指標(biāo)評價分級標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)，評價結(jié)果見表5。依據(jù)貴州省已完成的 50 個區(qū)縣的耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價數(shù)據(jù)制定貴州富硒土壤評價分級標(biāo)準(zhǔn)，將硒含量高于0.4 mg/kg土壤劃分富硒土壤，富硒土壤耕地面積26 818.16畝(占比83.42%)，該區(qū)開發(fā)富硒土壤的潛力較大。

表5 土壤元素硒含量分級標(biāo)準(zhǔn)

4.3 土壤硒含量的主要影響因素

4.3.1 不同成土母巖的地層

表6 不同巖性地層硒(mg/kg)含量統(tǒng)計

土壤硒含量較高的分布區(qū)為宣威組和龍?zhí)督M地層，該地層下部以深灰、灰綠色粘土巖和鮞粒粘土巖為主，上部由礫巖、粉砂巖、粘土巖、炭質(zhì)頁巖及煤層構(gòu)成，這與富硒地層與二疊系的黑色頁巖關(guān)系密切的觀點一致(溫漢捷等，2000)。峨眉山玄武巖分布區(qū)硒含量也較高，多數(shù)風(fēng)化程度嚴(yán)重，且結(jié)構(gòu)破碎，這與在巖漿活動中由酸性巖到基性巖硒含量遞增觀點一致(雒昆利等，2001)。

通過對比不同成土母質(zhì)分布區(qū)地層中硒含量，可以得出地層硒含量受成土母質(zhì)的影響較大，宣威組、龍?zhí)督M硒含量較高且分布面積較大范圍較廣，為富硒土地開發(fā)提供良好基礎(chǔ)。

4.3.2 土壤類型

研究區(qū)耕地的土壤類型主要為黃棕壤，其次為黃壤和紫色土。不同土壤類型硒的含量較高，富集系數(shù)都大于1(見表7)。黃棕壤分布區(qū)土壤較為富硒，土壤質(zhì)地主要為壤土，成分以粉砂為主，風(fēng)化程度較高粒度較小，這與硒的遷移受土壤質(zhì)地的影響且的觀點一致(王勤鋒等，2011)。紫色土主要為沙壤土，有機質(zhì)、粘土的含量較少，其硒背景值含量較低。

不同土壤類型中硒含量不同，推測受土壤質(zhì)地、粒度、有機質(zhì)含量及母巖的風(fēng)化程度等影響，其中黃棕壤和黃壤中硒含量相對較高。

表7 不同土壤類型硒(mg/kg)含量特征表

4.3.3 有機質(zhì)

研究區(qū)土壤的有機質(zhì)含量存在一定的變化范圍(見表8)，耕地土壤有機質(zhì)含量等級以豐富和較豐富為主，兩者的耕地面積之和達27 952畝，中等耕地面積為3 331畝。

表8 研究區(qū)耕地土壤有機質(zhì)含量等級統(tǒng)計表

土壤有機質(zhì)與硒含量呈正相關(guān)，有機質(zhì)固定作用降低了土壤硒的有效性，但發(fā)生礦化作用會釋放出有效硒，增加了土壤硒含量(郭宇，2013)。研究區(qū)土壤硒含量與有機碳(Corg)含量間呈較顯著的正相關(guān)(見圖5)，這與前人的研究成果一致。

5 農(nóng)作物及根系土元素含量特征

5.1 農(nóng)作物Se含量特征及評價

本次采集核桃樣品及對應(yīng)的根系土樣品各14件，分析結(jié)果見表5和圖6。核桃中各金屬元素都含量都較低，說明該區(qū)農(nóng)作物相對較為安全，受土壤中重金屬含量的影響不大，由Cd、Hg和Pb等元素的含量水平低于檢出限，未能在元素對比圖中顯示。核桃中Se的含量較高，本次農(nóng)產(chǎn)品富硒評價標(biāo)準(zhǔn)參照《富硒稻谷國家標(biāo)準(zhǔn)(DB/T 22499—2008)》。核桃樣品有3件富硒、11件不富硒，硒富硒率達21.43%，無硒含量超標(biāo)樣品。

5.2 農(nóng)作物及根系土的對比

核桃對應(yīng)的根系土中As和Cd元素含量跳動較大(見圖7)，采樣點1和5都出現(xiàn)高值，經(jīng)過實地核查，推測與附近堆積的土法煉鋅廢渣及廢棄煉鋅罐子有關(guān)。As元素極大值為89.3 mg/kg，極小值為4.2 mg/kg，平均值為16.1 mg/kg，離散程度較大。Cd極大值為2.21 mg/kg，與極小值相差較大，根據(jù)根系土各元素的分布特征，推測As、Cd元素受表生作用影響較大。

圖5 土壤硒與有機碳(Corg)相關(guān)性分析

表9 農(nóng)作物植株樣品重金屬和硒含量 (mg/kg)

通過對比農(nóng)作物及根系土中各元素含量的變化趨勢，元素Hg、Pb在農(nóng)作物及對應(yīng)根系土中變化趨勢相同，含量較低且各采樣點的差異不大。根系土中各元素的含量高于對應(yīng)的農(nóng)作物，農(nóng)作物核桃中的硒含量與根系土中含量呈正相關(guān)，說明作物硒含量受土壤硒含量的制約。因此，在圈定富硒作物種植區(qū)時，應(yīng)盡量選取土壤硒含量背景值較高的區(qū)域。

圖6 農(nóng)產(chǎn)品核桃各元素含量對比圖

圖7 農(nóng)產(chǎn)品核桃根系土元素含量對比圖

5.3 富硒核桃開發(fā)建議

經(jīng)實地調(diào)查，區(qū)內(nèi)新規(guī)劃種植的新品種核桃樹未掛果，長勢較好，樹齡3到5年，研究區(qū)發(fā)展富硒核桃具有較大潛力。已采集核桃樣品無重金屬超標(biāo)，且3件樣品為綠色富硒核桃，借著中國核桃之鄉(xiāng)赫章縣的名片效應(yīng)，打造“赫章綠色富硒核桃”產(chǎn)品，完善核桃產(chǎn)業(yè)鏈。建議擴大原核桃產(chǎn)業(yè)園區(qū)的規(guī)模，東側(cè)延伸至財神東部、六曲河鎮(zhèn)東部及西部，西側(cè)延伸至可樂鄉(xiāng)，北部擴展至可樂鄉(xiāng)1044壩區(qū)，進一步增加種植規(guī)模，提高土地利用價值，增加經(jīng)濟收入。

6 結(jié)論

通過對研究區(qū)耕地土壤硒元素地球化學(xué)特征研究，獲得了以下主要認識：

(1)研究區(qū)富硒耕地分布面積較大范圍較廣，富硒耕地占研究區(qū)耕地的83.42%，區(qū)內(nèi)耕地類型以優(yōu)先保護類和安全利用類為主，為開發(fā)富硒特色農(nóng)產(chǎn)品核桃提供了較好的自然基礎(chǔ)。

(2)土壤硒含量受不同成土母巖地層分布區(qū)、土壤類型和有機碳(Corg)的影響。

(3)硒分布特征與地層關(guān)系明顯，從二疊系到三疊系基巖區(qū)，元素含量呈降低趨勢，在二疊系宣威組、龍?zhí)督M中含量較高，主要受成礦巖系的影響，該地層中As、Pb、Zn、Cd、Hg與有機質(zhì)含量也較高。

(4)土壤中Se與有機碳(Corg)呈較顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.61。Se與Pb、Zn、As呈正相關(guān)，Se與Cd、Hg呈弱正相關(guān)。重金屬元素之間，Pb與Zn、As呈顯著正相關(guān)，Ni與Cr顯著正相關(guān)，Cd與Hg顯著正相關(guān)。

致謝：本文為《貴州省赫章縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價》項目人員的集體成果，感謝項目組成員、單位及上級領(lǐng)導(dǎo)的支持和幫助，在項目實施及論文編寫過程中得到貴州省地礦局教授級高工馮濟舟老師、中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)黎文凌教授等的幫助，在此一并感謝。