贵州省贵阳市耕地土壤硒元素地球化学特征与富硒资源评价

2021-09-16伍远学汪凌霞杨通保郄汝兵姜秉仁

中国煤炭地质 2021年7期

周泽，伍远学，汪凌霞，杨通保，郄汝兵，姜秉仁

(1.贵州省煤田地质局，贵阳 550000；2.贵州省煤田地质局一七四队，贵州织金 550000；3.贵州省煤田地质局一五九队，贵州盘州 550000)

微量元素硒(Se)对人体及动物具有十分积极的意义，被世界卫生组织(WHO)认定为人体必需营养元素之一：具有抗癌防癌，抗氧化，提高免疫功能，促进机体基础代谢，拮抗砷、镉、汞等的毒性等作用，是人体及动物重要的健康元素之一[1-4]。大量调查研究表明，硒元素在地球表层的分布、迁移、转化及生物有效性明显受制于其环境地球化学性质和行为[5-6]，在地质学上表现为土壤中硒元素与一些地层单元中成土母质有密切关系，在煤产地、硫铁矿区出现土壤富硒[7]。贵州作为“西南煤海”，煤炭资源极为丰富，总量排名全国前五，为富硒耕地土壤的大面积形成提供了有利条件[8-10]。然而贵州经济欠发达，煤炭资源的开发又对生态环境造成了较大影响，为贯彻习近平总书记“绿水青山就是金山银山”理论，当地亟需开展产煤地区的特色农业研究，一是能够保护生态环境，走可持续发展道路；二是建立贵州“硒都”品牌，发展本土化富硒农业产品，推动当地特色农业产业发展；三是可以大力推动当地经济发展，助力脱贫攻坚。本文依托“贵州省贵阳市耕地质量地球化学调查评价项目”，对贵阳市富硒耕地土壤地球化学特征开展研究并进行资源评价，旨在揭示当地富硒耕地土壤特征与资源现状，为当地特色农业产业发展提供重要的理论支持及科学依据。

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

贵阳市地处云贵高原黔中山原丘陵中部，长江与珠江分水岭地带，属于低纬度高海拔的高原地区，海拔为1 100m左右，常年受西风带控制，属于亚热带季风性湿润气候，兼有高原性和季风性气候特点。年平均气温为15.3℃，年极端最高温度为35.1℃，年极端最低温度为-7.3℃，其中，最热的七月下旬，平均气温为24℃，最冷的一月上旬，平均气温是4.6℃。年平均相对湿度为77%，年平均总降水量为1 129.5mm，年平均阴天数为235.1d，年平均日照时数为1 148.3h，年降雪日数少，平均仅为11.3d。夏无酷暑，冬无严寒，空气不干燥，四季无风沙。由于地形、地貌类型多样，形成多种小气候，宜于农业生产，大部分地区可满足农作物一年两熟，蔬菜一年三至四熟的需要。贵阳下辖7区3县：南明区、云岩区、花溪区、乌当区、白云区、观山湖区、清镇区、开阳县、息烽县、修文县，境内交通便利。

1.2 地质概况

贵阳市发育的构造体系有黔中隆起，呈东西向伸展，以扎佐—贵阳—青岩一线为界分东西两部分；西部为南北向构造体系，多为短轴复式背向斜，伴有东西向断裂；东部呈北东向及北北东向复式背向斜及少数断裂。区内出露地层自古至今：新元古界“下江群”、震旦系、寒武系、奥陶系、中志留统、上泥盆统、下石炭统、二叠系、三叠统、上侏罗统、上白垩统、第四系。形成了构造复杂、地层出露较全、岩石类型丰富的地质格局[11]。

1.3 成土母岩

图1 贵阳市成土母岩分布

表1 成土母岩类型统计表

1.4 土壤类型

调查研究显示贵阳市的土壤类型主要有黄壤、水稻土、石灰土、粗骨土、紫色土(图2)。其中以黄壤分布最广，是贵阳市面积最大的土类，主要分布在海拔600～1 400m的地区。主要利用类型为旱地，部分利用类型为水田[13-14](图2)。

图2 贵阳市土壤类型[13]

2 样品测试与分析

2.1 样品采集与测试

全市范围内共采集耕地表层土壤样品24 114件，采样密度为9.5件/km2，采样深度0～20cm，每件样品均采用“1个中心样加4～6个子样”，子样均在中心样点 20～50 m 内，一般呈“X”形或“S”形布设的方式；采集农作物样品668件(表2)。

表2 贵阳市农作物样品采集分类统计

样品测试单位为贵州省煤田地质局实验室及四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心。采用了以X射线荧光光谱法(XRF)及电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)为主，以原子荧光法(AFS)、容量法(VOL)、离子选择性电极法(ISE)等为辅的分析方法配套方案。并按照《规范(DZ/T0258—2014)》要求，采用外部质量控制和内部质量监控相结合的方法控制分析质量，保证了测试数据质量。

2.2 测试结果

测试分析的数据显示，贵阳境内表层土壤样品均有不同程度含硒，硒元素平均含量为0.62 mg/kg，中值为0.54mg/kg，均高于0.4 mg/kg的富 Se 土壤标准。含量最小0.08mg/kg，最大8.96mg/kg，相差110.6倍，变异系数参数60%，表明境内富硒土壤分布不均(表3)。

表3 硒元素地球化学特征值

进一步按不同地质背景特征、土壤类型、土地利用类型分类统计硒元素含量，研究发现其与地质背景相关性较大，而与土壤类型、土地利用类型相关性较小(表4至表6)。具体表现为玄武岩及辉绿岩成土母岩背景下的土壤硒含量最高，能达1.12 mg/kg，其次为页岩(含煤地层)，达0.74mg/kg，紫红色砂页岩最小，仅0.37 mg/kg；不同土壤类型则变化不大，仅石灰土与紫色土含量偏小；不同土地利用类型仅茶园略微偏大，其他类型则基本相同。

表4 贵阳市不同成土母岩耕地土壤硒元素地球化学参数

表5 贵阳市不同土壤类型耕地土壤硒元素地球化学参数

表6 贵阳市不同土地利用方式耕地土壤硒元素地球化学参数

3 富硒资源评价

3.1 富硒耕地资源

由于富硒土壤各省市标准不一，本次针对贵阳硒元素地球化学等级评价标准采用“贵州省耕地质量地球化学调查评价项目”统一的7个等级分级标准(表7)。其中五级至二级为富硒耕地土壤，七级至六级未达到富硒标准，一级则含量过剩。

表7 耕地土壤硒元素地球化学等级评价

贵阳市耕地土壤硒(Se)元素总体上以二级、三级、含硒土壤为主。其中一级富硒土壤面积51.64万亩，占耕地面积13.11%，主要分布在花溪区、修文县、开阳县、清镇市和观山湖区；二级富硒土壤面积182.77万亩，占耕地面积46.42%，分布面积最大，主要分布在开阳县、修文县、清镇市、乌当区和花溪区；三级土壤面积79.29万亩，占耕地面积20.14%，贵阳市各县(区)皆有分布；其它四级耕地占比不足20%，面积仅69.56万亩(图3)。全市富硒耕地资源极为丰富。

图3 贵阳市耕地土壤硒等级

3.2 富硒农产品资源

研究过程中，特色农产品评价在完成农产品安全性评价的基础上进行，重点评价农产品的富硒特性，由于国内富硒标准较多，评价时充分考虑了国家标准及多地行业标准。结果显示农产品富硒效果较好，发展富硒农产品产业前景广阔(图4)。

图4 贵阳市富硒农产品分布

富硒极好的农产品主要有茶叶、油菜。全市52件茶叶样品有46件达到重庆市富硒茶地方标准，4件达到富硒茶供销合作行业标准，富硒率达96%。油菜籽全部达到重庆市和陕西省富硒油菜籽地方标准，富硒率100%。

富硒一般的农产品主要有水稻、玉米。全市159件水稻样品有79件达到重庆市富硒水稻地方标准和富硒稻谷国家标准，16件达到江西省富硒稻谷地方标准，富硒率50%。209件玉米有69件达到重庆市富硒玉米地方标准，富硒率33%。

对于水分较多的水果样品，可能由于产品的特性，富硒较差。2件枇杷、4件李子样品达到重庆市富硒水果地方标准和江西省富硒水果地方标准，值得注意的是，全部枇杷样品Se≥0.007mg/kg，非常接近富硒水果地方标准；2件樱桃样品、5件猕猴桃样品，4件葡萄样品达到重庆市富硒水果地方标准和江西省富硒水果地方标准(总采集量见表2)。