乌蒙山区富硒耕地土壤资源评价与分析——以贵州省大方县为例

张德明，骆 珊，彭成龙，安亚运，李月森，跃连红，秦兴志

(贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550081)

1 引言

硒曾被誉为“生命的神奇元素”、“长寿元素”(任榕娜等，1999；秦俊法，2008)，人体或动物所需的硒主要来源于膳食，而膳食又主要来源于农产品，富硒耕地土壤是发展富硒农产品产业的物质基础和宝贵资源，因此科学合理利用富硒耕地土壤资源，已成为生产富硒农产品的重要途径(侯现慧等，2015)。本文依托贵州省自然资源厅2017—2019年组织实施的大方县1∶50000耕地质量地球化学调查项目，通过对耕地土壤、农产品样品中硒元素含量和分布特征的研究，系统评价全县富硒耕地土壤资源，并进一步探讨土壤-作物系统中硒、镉的转化利用，以期为乌蒙山区大方县及相邻集中连片贫困区富硒耕地资源的开发利用和绿色、富硒农产品产业的规划发展提供科学依据。

2 采样与方法

2.1 采样

2.2 方法

2.2.1 样品分析

土壤、农产品样品中各项指标的检测分析均由贵州省地质矿产中心实验室完成。土壤中各指标测定方法：pH为电位法(ISE)；有机质、N为容量法(VOL)；P、K、Cu、Zn、Cr为电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)；Cd、Pb为电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)；Se、As、Hg为原子荧光光谱法(AFS)。农产品中As、Cd、Cr、Hg、Pb、Se、Ge均采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定。以国家一级标准物质进行准确度、精密度监控，以重复样相对双差、相关系数等评定采样和分析误差，内部及外部质量控制样合格率的测定，随机抽查异常点监控分析质量，确保了样品测试数据结果的质量。

2.2.2 数据处理

采用中国地质调查局发展研究中心编制的地球化学找矿一体化处理子系统(GeoChem studio)与Statistica软件相结合分析统计土壤、农产品样品中元素的地球化学参数，并结合中国地质大学MapGis软件平台编制图件。

2.2.3 评价过程

在ArcGIS10.2平台下，利用大方县2015年度土地变更调查成果图斑数据，运用“土地质量地球化学评价管理与维护(应用)子系统”，依据《土地质量地球化学调查评价规范》(DZ/T 0295-2016)，系统进行富硒耕地土壤质量评价。

富硒耕地土壤环境评价是在As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni、Cu、Zn单指标富硒耕地土壤环境质量等级划分基础上，每个评价单元的富硒土壤环境质量等级等同于单指标划分出的环境等级最差的等级。富硒耕地土壤中污染物含量(Ci)对照《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)中的筛选值(Si)和管制值(Gi)将土壤风险程度分为3类：优先保护类：Ci≤Si，无土壤污染风险或风险很低可忽略；安全利用类：SiGi，风险较高。

富硒耕地土壤养分评价选取N、P、K单指标养分等级，按照下列公式计算富硒耕地土壤养分地球化学综合得分f养综，进行土壤养分综合等级划分(表2)。

式中，f养综为评价总得分1≤f养综≤5；ki为氮、磷、钾权重系数，分别为0.4，0.3和0.3；fi为为 N、P、K的单指标等级得分，分别为1、2、3、4、5分。

表1 土壤硒等级划分标准

表2 土壤养分综合等级划分表

3 结果与分析

3.1 土壤环境酸碱性评价

3.2 土壤硒地球化学特征

3.2.1 土壤硒含量

3.2.2 自然分布情况

大方县耕地土壤中硒含量在中部大方-东关-安乐-六龙，北部兴隆-长石，西南部猫场-高店等地较高，在西北部响水-八堡、东南部黄泥塘-鸡场等地较低(图3)。影响土壤硒含量和分布的自然因素有成土母岩、土壤类型、土壤酸碱性环境、土地利用方式等(孙朝等，2010；刘强等，2017；周墨等，2018)，而成土母岩是最主要的因素(严明书等，2018)。统计土壤中硒含量与成土母岩的关系(表4)，发现以二叠纪(P)辉绿岩、峨眉山玄武岩、灰岩及含煤砂泥岩为成土母岩的土壤中硒含量较高，集中于大方县中部和西南部，平均值分别为2.75 mg/kg、1.19 mg/kg、1.12 mg/kg、1.11 mg/kg；硒低含量区主要集中于以三叠纪-侏罗纪(T-J)砂泥岩等为成土母岩的分布区域，即大方县东南部和西北部、北部；各土壤类型分布区耕地土壤中硒平均含量差异较大，呈现黄棕壤(0.76 mg/kg)>黄壤(0.74 mg/kg)>石灰岩土、粗骨土(0.72 mg/kg)>水稻土(0.58 mg/kg)>紫色土(0.46 mg/kg)的变化特点；不同酸碱性土壤中硒平均含量差异显著，在强碱性土壤中为0.28 mg/kg、碱性土壤中为0.62 mg/kg、中性土壤中为0.70 mg/kg、酸性土壤中为0.75 mg/kg；不同土地利用方式中土壤硒平均含量从高到低为茶园1.33 mg/kg、采矿用地1.02 mg/kg、裸地0.86 mg/kg、水浇地0.80 mg/kg、旱地0.79 mg/kg、果园0.73 mg/kg、水田0.68 mg/kg。

图2 大方县耕地土壤酸碱性(pH)分布图

表3 土壤硒含量区间及样本量统计表

表4 土壤硒含量与成土母岩关系统计表

大方县耕地土壤中硒高含量区主要集中于中部、北部和西南部，硒高含量区与分布广泛的二叠系成土母岩、黄棕壤-黄壤、中-酸性土壤等关系紧密，表明全县具有富硒特色耕地土壤分布的优越基础和条件。

3.3 富硒耕地土壤评价

3.3.1 土壤富硒评价结果

大方县耕地土壤富硒评价结果为：特级132.88 km2，占比10.57%；一级279.13 km2，占比22.21%；二级516.55 km2，占比41.10%；三级209.19 km2，占比16.64%。富硒耕地面积共1 137.75 km2，占比高达90.52%，其中“特级”主要分布于猫场-绿塘、高店-东关-安乐-凤山-六龙、八堡-兴隆-长石等地，“一级、二级、三级”除西北部响水-八堡、东南部鸡场及北部果瓦以外全县均有分布(图4)。

3.3.2 富硒土壤环境质量

大方县富硒耕地土壤环境质量评价结果为：优先保护类62.47 km2，占比4.97%；安全利用类1 003.87 km2，占比79.87%，优先保护类-安全利用类富硒耕地共计占比84.84%，其中优先保护类耕地主要集中于核桃-达溪-八堡-兴隆、沙厂-大水、黄泥塘-理化以及马场-牛场等(图5)。

图4 大方县耕地土壤富硒评价结果

图5 大方县富硒耕地土壤环境质量

图6 大方县富硒耕地土壤养分质量

3.3.3 富硒土壤养分质量

大方县富硒耕地土壤养分质量评价结果为：丰富55.66 km2，占比4.43%；较丰富832.75 km2，占比66.26%；中等236.05 km2，占比18.78%；较缺乏13.04 km2，占比1.04%；缺乏0.26 km2，占比0.02%。养分丰富富硒耕地集中于黄泥塘-理化-羊场以及瓢井-兴隆等地；养分较缺乏-缺乏富硒耕地占比1.06%，集中于东关-安乐、长石-大山以及黄泥-雨冲等地(图6)。据养分N、P、K单指标评价结果，氮较缺乏-缺乏占比不足0.6%，而磷较缺乏-缺乏占比为10.21%、钾较缺乏-缺乏占比为39.94%，表明磷和钾含量丰缺是影响富硒耕地土壤养分质量的重要因素，可能与该县农业施肥不足或调配不均的影响有关(高雪等，2013)。

3.4 土壤-作物硒富集特征

表5 生物富集系数与根系土壤pH、有机质相关系数(N为样本量)

4 讨论与结论

(1)大方县共调查采集土壤样品12054件，统计发现，其中10448件样品富硒，富硒率达86.68%。土壤中硒含量平均值为0.74 mg/kg、背景值为0.70 mg/kg，对比全国A层土壤和贵州省耕地土壤，全县耕地土壤中硒含量处于较高水平。县内不同成土母岩、土壤类型、酸碱性环境和土地利用方式是影响土壤硒含量及分布的重要因素，其高含量区与全县分布广泛的二叠系成土母岩、黄棕壤-黄壤、中-酸性土壤等关系紧密，共同表明全县具富硒特色耕地土壤分布的优越基础和条件。

(2)评价发现，大方县富硒耕地面积1 137.75 km2，占总面积的90.52%，除西北部响水-八堡、东南部鸡场及北部果瓦以外全县均有分布；全县耕地土壤以中-酸性为主，占比85.04%，环境优先保护类-安全利用类富硒耕地占比84.84%，养分丰富-较丰富富硒耕地占比70.69%，共同反映县内富硒特色耕地具环境质量优越、养分条件好、总量大和分布广的优势。

(3)通过分析生物富集系数与根系土壤pH、有机质的相关系数特征，表明不同农产品对硒、镉的富集程度受土壤酸碱性环境和有机质含量高低的影响不尽相同。因此，可通过土壤酸碱度适宜改良和增施有机肥等调配好土壤pH值和有机质的含量，大力提升农产品的绿色、富硒品质。

(4)大方县地理区位、自然环境条件优越，利用天然的富硒耕地土壤资源开发富硒农产品的价值巨大，如县内相对高寒地区是国家重要的地道中药材种植基地，中药材资源十分丰富，科学打造绿色富硒中药材品牌将对全县经济发展起到很好的促进作用。建议进一步科学规划、合理利用富硒耕地土壤资源，因地制宜，选择具有地方特色的农产品大力开发绿色、富硒农产品和发展特色农业产业。