貴州省貴陽(yáng)市耕地土壤硒元素地球化學(xué)特征與富硒資源評(píng)價(jià)

周 澤，伍遠(yuǎn)學(xué)，汪凌霞，楊通保，郄汝兵，姜秉仁

(1.貴州省煤田地質(zhì)局，貴陽(yáng) 550000；2.貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州織金 550000；3.貴州省煤田地質(zhì)局一五九隊(duì)，貴州盤州 550000)

微量元素硒(Se)對(duì)人體及動(dòng)物具有十分積極的意義，被世界衛(wèi)生組織(WHO)認(rèn)定為人體必需營(yíng)養(yǎng)元素之一：具有抗癌防癌，抗氧化，提高免疫功能，促進(jìn)機(jī)體基礎(chǔ)代謝，拮抗砷、鎘、汞等的毒性等作用，是人體及動(dòng)物重要的健康元素之一[1-4]。大量調(diào)查研究表明，硒元素在地球表層的分布、遷移、轉(zhuǎn)化及生物有效性明顯受制于其環(huán)境地球化學(xué)性質(zhì)和行為[5-6]，在地質(zhì)學(xué)上表現(xiàn)為土壤中硒元素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)出現(xiàn)土壤富硒[7]。貴州作為“西南煤?！?，煤炭資源極為豐富，總量排名全國(guó)前五，為富硒耕地土壤的大面積形成提供了有利條件[8-10]。然而貴州經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，煤炭資源的開發(fā)又對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了較大影響，為貫徹習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”理論，當(dāng)?shù)刎叫栝_展產(chǎn)煤地區(qū)的特色農(nóng)業(yè)研究，一是能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展道路；二是建立貴州“硒都”品牌，發(fā)展本土化富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，推動(dòng)當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；三是可以大力推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，助力脫貧攻堅(jiān)。本文依托“貴州省貴陽(yáng)市耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目”，對(duì)貴陽(yáng)市富硒耕地土壤地球化學(xué)特征開展研究并進(jìn)行資源評(píng)價(jià)，旨在揭示當(dāng)?shù)馗晃赝寥捞卣髋c資源現(xiàn)狀，為當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要的理論支持及科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

貴陽(yáng)市地處云貴高原黔中山原丘陵中部，長(zhǎng)江與珠江分水嶺地帶，屬于低緯度高海拔的高原地區(qū)，海拔為1 100m左右，常年受西風(fēng)帶控制，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，兼有高原性和季風(fēng)性氣候特點(diǎn)。年平均氣溫為15.3℃，年極端最高溫度為35.1℃，年極端最低溫度為-7.3℃，其中，最熱的七月下旬，平均氣溫為24℃，最冷的一月上旬，平均氣溫是4.6℃。年平均相對(duì)濕度為77%，年平均總降水量為1 129.5mm，年平均陰天數(shù)為235.1d，年平均日照時(shí)數(shù)為1 148.3h，年降雪日數(shù)少，平均僅為11.3d。夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒，空氣不干燥，四季無(wú)風(fēng)沙。由于地形、地貌類型多樣，形成多種小氣候，宜于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，大部分地區(qū)可滿足農(nóng)作物一年兩熟，蔬菜一年三至四熟的需要。貴陽(yáng)下轄7區(qū)3縣：南明區(qū)、云巖區(qū)、花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)、白云區(qū)、觀山湖區(qū)、清鎮(zhèn)區(qū)、開陽(yáng)縣、息烽縣、修文縣，境內(nèi)交通便利。

1.2 地質(zhì)概況

貴陽(yáng)市發(fā)育的構(gòu)造體系有黔中隆起，呈東西向伸展，以扎佐—貴陽(yáng)—青巖一線為界分東西兩部分；西部為南北向構(gòu)造體系，多為短軸復(fù)式背向斜，伴有東西向斷裂；東部呈北東向及北北東向復(fù)式背向斜及少數(shù)斷裂。區(qū)內(nèi)出露地層自古至今：新元古界“下江群”、震旦系、寒武系、奧陶系、中志留統(tǒng)、上泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)、二疊系、三疊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)、上白堊統(tǒng)、第四系。形成了構(gòu)造復(fù)雜、地層出露較全、巖石類型豐富的地質(zhì)格局[11]。

1.3 成土母巖

圖1 貴陽(yáng)市成土母巖分布

表1 成土母巖類型統(tǒng)計(jì)表

1.4 土壤類型

調(diào)查研究顯示貴陽(yáng)市的土壤類型主要有黃壤、水稻土、石灰土、粗骨土、紫色土(圖2)。其中以黃壤分布最廣，是貴陽(yáng)市面積最大的土類，主要分布在海拔600～1 400m的地區(qū)。主要利用類型為旱地，部分利用類型為水田[13-14](圖2)。

圖2 貴陽(yáng)市土壤類型[13]

2 樣品測(cè)試與分析

2.1 樣品采集與測(cè)試

全市范圍內(nèi)共采集耕地表層土壤樣品24 114件，采樣密度為9.5件/km2，采樣深度0～20cm，每件樣品均采用“1個(gè)中心樣加4～6個(gè)子樣”，子樣均在中心樣點(diǎn) 20～50 m 內(nèi)，一般呈“X”形或“S”形布設(shè)的方式；采集農(nóng)作物樣品668件(表2)。

表2 貴陽(yáng)市農(nóng)作物樣品采集分類統(tǒng)計(jì)

樣品測(cè)試單位為貴州省煤田地質(zhì)局實(shí)驗(yàn)室及四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測(cè)試中心。采用了以X射線熒光光譜法(XRF)及電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)為主，以原子熒光法(AFS)、容量法(VOL)、離子選擇性電極法(ISE)等為輔的分析方法配套方案。并按照《規(guī)范(DZ/T0258—2014)》要求，采用外部質(zhì)量控制和內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控相結(jié)合的方法控制分析質(zhì)量，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.2 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試分析的數(shù)據(jù)顯示，貴陽(yáng)境內(nèi)表層土壤樣品均有不同程度含硒，硒元素平均含量為0.62 mg/kg，中值為0.54mg/kg，均高于0.4 mg/kg的富 Se 土壤標(biāo)準(zhǔn)。含量最小0.08mg/kg，最大8.96mg/kg，相差110.6倍，變異系數(shù)參數(shù)60%，表明境內(nèi)富硒土壤分布不均(表3)。

表3 硒元素地球化學(xué)特征值

進(jìn)一步按不同地質(zhì)背景特征、土壤類型、土地利用類型分類統(tǒng)計(jì)硒元素含量，研究發(fā)現(xiàn)其與地質(zhì)背景相關(guān)性較大，而與土壤類型、土地利用類型相關(guān)性較小(表4至表6)。具體表現(xiàn)為玄武巖及輝綠巖成土母巖背景下的土壤硒含量最高，能達(dá)1.12 mg/kg，其次為頁(yè)巖(含煤地層)，達(dá)0.74mg/kg，紫紅色砂頁(yè)巖最小，僅0.37 mg/kg；不同土壤類型則變化不大，僅石灰土與紫色土含量偏??；不同土地利用類型僅茶園略微偏大，其他類型則基本相同。

表4 貴陽(yáng)市不同成土母巖耕地土壤硒元素地球化學(xué)參數(shù)

表5 貴陽(yáng)市不同土壤類型耕地土壤硒元素地球化學(xué)參數(shù)

表6 貴陽(yáng)市不同土地利用方式耕地土壤硒元素地球化學(xué)參數(shù)

3 富硒資源評(píng)價(jià)

3.1 富硒耕地資源

由于富硒土壤各省市標(biāo)準(zhǔn)不一，本次針對(duì)貴陽(yáng)硒元素地球化學(xué)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用“貴州省耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目”統(tǒng)一的7個(gè)等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表7)。其中五級(jí)至二級(jí)為富硒耕地土壤，七級(jí)至六級(jí)未達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，一級(jí)則含量過(guò)剩。

表7 耕地土壤硒元素地球化學(xué)等級(jí)評(píng)價(jià)

貴陽(yáng)市耕地土壤硒(Se)元素總體上以二級(jí)、三級(jí)、含硒土壤為主。其中一級(jí)富硒土壤面積51.64萬(wàn)畝，占耕地面積13.11%，主要分布在花溪區(qū)、修文縣、開陽(yáng)縣、清鎮(zhèn)市和觀山湖區(qū)；二級(jí)富硒土壤面積182.77萬(wàn)畝，占耕地面積46.42%，分布面積最大，主要分布在開陽(yáng)縣、修文縣、清鎮(zhèn)市、烏當(dāng)區(qū)和花溪區(qū)；三級(jí)土壤面積79.29萬(wàn)畝，占耕地面積20.14%，貴陽(yáng)市各縣(區(qū))皆有分布；其它四級(jí)耕地占比不足20%，面積僅69.56萬(wàn)畝(圖3)。全市富硒耕地資源極為豐富。

圖3 貴陽(yáng)市耕地土壤硒等級(jí)

3.2 富硒農(nóng)產(chǎn)品資源

研究過(guò)程中，特色農(nóng)產(chǎn)品評(píng)價(jià)在完成農(nóng)產(chǎn)品安全性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，重點(diǎn)評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品的富硒特性，由于國(guó)內(nèi)富硒標(biāo)準(zhǔn)較多，評(píng)價(jià)時(shí)充分考慮了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及多地行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果顯示農(nóng)產(chǎn)品富硒效果較好，發(fā)展富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)前景廣闊(圖4)。

圖4 貴陽(yáng)市富硒農(nóng)產(chǎn)品分布

富硒極好的農(nóng)產(chǎn)品主要有茶葉、油菜。全市52件茶葉樣品有46件達(dá)到重慶市富硒茶地方標(biāo)準(zhǔn)，4件達(dá)到富硒茶供銷合作行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，富硒率達(dá)96%。油菜籽全部達(dá)到重慶市和陜西省富硒油菜籽地方標(biāo)準(zhǔn)，富硒率100%。

富硒一般的農(nóng)產(chǎn)品主要有水稻、玉米。全市159件水稻樣品有79件達(dá)到重慶市富硒水稻地方標(biāo)準(zhǔn)和富硒稻谷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，16件達(dá)到江西省富硒稻谷地方標(biāo)準(zhǔn)，富硒率50%。209件玉米有69件達(dá)到重慶市富硒玉米地方標(biāo)準(zhǔn)，富硒率33%。

對(duì)于水分較多的水果樣品，可能由于產(chǎn)品的特性，富硒較差。2件枇杷、4件李子樣品達(dá)到重慶市富硒水果地方標(biāo)準(zhǔn)和江西省富硒水果地方標(biāo)準(zhǔn)，值得注意的是，全部枇杷樣品Se≥0.007mg/kg，非常接近富硒水果地方標(biāo)準(zhǔn)；2件櫻桃樣品、5件獼猴桃樣品，4件葡萄樣品達(dá)到重慶市富硒水果地方標(biāo)準(zhǔn)和江西省富硒水果地方標(biāo)準(zhǔn)(總采集量見表2)。

4 結(jié)論

1)貴陽(yáng)市自然地理?xiàng)l件優(yōu)良，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒；構(gòu)造發(fā)育導(dǎo)致成土母巖類型豐富，發(fā)育白云巖、石灰?guī)r、頁(yè)巖、砂巖、砂頁(yè)巖等；以碳酸鹽巖為主，占全市總面積的80.63%，碎屑巖母巖占貴陽(yáng)市總面積的19.37%；受海拔影響，土壤類型以黃壤為主。

2)全區(qū)硒元素含量總體較高，為0.08～8.96mg/kg，平均含量為0.62 mg/kg，中值為0.54mg/kg，均高于0.4 mg/kg的富 Se 土壤標(biāo)準(zhǔn)；其含量受地質(zhì)背景特征影響較大。

3)全區(qū)富硒耕地資源極為豐富，占總耕地面積80%以上；且農(nóng)產(chǎn)品富硒效果較好，以茶葉、油菜籽最好，富硒率超95%；大宗作物水稻富硒效果也較好；發(fā)展本土富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)前景廣闊。