青海省海东市三合镇天然富硒土地划定

张亚峰,姚振,朱明霞,马强,沈骁,王帅,贺连珍,代璐

(青海省第五地质勘查院,青海 西宁 810099)

0 引言

硒(Se)是人体必需的微量元素之一,人体摄入适量的Se能达到清除机体自由基、增强免疫力和减轻有害物质的毒害作用等功效[1-3]。人体和动物长期Se摄入不足会引发白肌病、克山病、大骨节病等,而Se摄入过量又会致人和动物产生慢性中毒[4]。人体Se摄入的直接来源为日常饮食,其中以食物贡献最大。因此,开发富Se农产品已成为健康产业的一大热点,尤其在拥有天然富硒土地的地区。

我国从东北三省到云贵高原呈带状展布着一条土壤低Se带,近2/3的人群生活在缺Se环境。谭见安[5-6]提出了我国硒生态景观分级标准,划定缺硒(<0.125×10-6)、低硒(0.125×10-6～0.175×10-6)、足硒(0.175×10-6～0.4×10-6)、富硒(0.4×10-6～3.0×10-6)、硒过剩(>3.0×10-6)5个景观区,分别对应为硒缺乏、缺乏边缘、适量、高及过剩五级生态效应。《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)中对硒的含量也做了类似分级[7]。但在针对土壤Se生物有效性的研究中发现,碱性土壤中Se有效性明显高于酸性土壤,当碱性土壤总Se低于0.4×10-6时也能产出富硒农产品[8-12]。成杭新等[13-14]提出了天然富硒土地划定的技术依据和参考标准,为科学划定天然富硒土地提供了技术依据和参考标准。本文以青海省海东市平安区三合镇为研究区,通过土壤、灌溉水、农作物等样本调查监测,科学划定了天然富硒土地,一方面为开发培育富硒农产品提供靶区,另一方面也为提升自然资源开发利用率提供技术方向。

1 研究区概况

1.1 自然地理

研究区三合镇位于青海省海东市平安区的中部(图1),是平安区土壤硒含量高、土地集中连片且适宜开发利用的区带之一。地貌景观以山间谷地和中低山丘陵区为主,祁家川河自南向北流经全域,村落沿河流串珠状分布。区内公路贯通,交通便利,总面积175 km2,海拔在2 160～2 800 m,属大陆性半干旱气候,年均气温0.3～6.4 ℃,年均降水量289 mm。

图1 研究区土地利用类型及土壤采样点位分布Fig.1 Schematic representation of land use type and soil sampling location in the study area

1.2 地质背景

研究区出露地层呈北新南老的空间格局。以三合镇新安村为界,以北主要出露古近系西宁群棕红色泥岩和第四系冲洪积物,以南主要出露白垩系民和组深棕色泥岩、中元古界蓟县系磨石沟组砂岩和六道沟群火山岩等。研究表明,研究区富硒土壤的成土母质为古近系西宁群棕红色泥岩的风化物,该泥岩形成于干旱咸水的湖积环境,以富含硒为特征[15]。

1.3 土壤类型和土地利用类型

研究区成土母质随地形海拔变化而发生递变。研究区两侧山区土壤母质以岩石风化物为主;随着海拔降低,母质逐渐向洪冲积物及残坡积物转变;至研究区中央河谷地带,土壤母质以冲、洪积物为主。土壤类型随地形海拔变化亦具有垂直分带性,由祁家川河沟口至中上游,主要土壤类型分别为灰钙土、栗钙土、黑钙土、灰褐土和高山草甸土。土地利用类型主要包括耕地、草地和林地等农用地以及其他建设用地和较难利用的裸岩等未利用地(图1)。区内耕地23.13 km2,占总面积的17%,其中水浇地主要分布在祁家川河两岸狭长谷地,旱地在祁家川河两侧中低山丘陵地带分布;草地17.87 km2,占总面积的13%;林地93.40 km2,占总面积的67%;未利用地4.53 km2,占总面积的3%。

1.4 富硒农畜产品

研究区主要大宗作物有小麦、油菜籽、马铃薯、小米,蔬菜类作物有西兰花、花椰菜和娃娃菜。统计土壤硒含量≥0.3×10-6产出的作物和蔬菜的硒含量特征及富硒率,发现小麦Se含量处于(0.082～0.574)×10-6,平均值为0.251×10-6,富硒率为100%;油菜籽Se含量处于(0.050～0.662) ×10-6,平均值为0.273×10-6,富硒率为97%;小米Se含量处于(0.16～0.38)×10-6,平均值为0.281 ×10-6,富硒率为100%;马铃薯Se含量处于(0.003～0.039)×10-6,平均值为0.017×10-6,富硒率为33%。西兰花Se含量处于(0.030～0.044)×10-6,富硒率为100%;花椰菜Se含量处于(0.030～0.118)×10-6,平均值为0.074×10-6,富硒率为100%;娃娃菜Se含量处于(0.005～0.062)×10-6,平均值为0.012×10-6,富硒率为50%。

1.5 富硒产业现状

平安区富硒发展规划提出将研究区打造成青海高原硒都的核心区,重点发展富硒设施特色水果与富硒散养畜禽,打造“中国首个超净富硒区”和“中国高原富硒养生区”,实现富硒农业到富硒产业的转变。目前,研究区已建成富硒资源研究基地1处,富硒小米种植推广区3处,富硒荞麦种植推广区1处,富硒中药材种植推广区1处以及利用富硒饲草培育富硒畜禽的养殖基地3处。已成为首批以富硒农畜产品为发展重点的富硒产业带,为规划落地和产业发展做出了先行贡献。

2 数据来源及工作方法

2.1 数据来源

有两套数据用于研究区天然富硒土地划定。一是平安区1∶50 000的土地质量地球化学调查数据,该组数据以耕地区加密、林草地放稀的布点原则,平均采样密度为5.3个点/km2,共计733个数据;二是在1∶50 000土地质量调查圈定的富硒土壤核心区范围内,以精准划定富硒地块为目的的1∶10 000～1∶2 000的土地质量调查数据,平均采样密度为64个点/km2,共计1 000个数据。土壤数据共计1 733个,采样点位分布见图1。研究区灌溉水为祁家川河水源,采样数量为3件,分别处于上游、中游和下游。

2.2 样品采集与测试

土壤样采用“梅花法”采集,每个样品由1个主点和4个副点组合而成,各取表土层0～20 cm土柱体混合后用四分法留取500 g装入布袋中阴干,过2 mm尼龙筛,取筛下物100 g用玛瑙球磨机研磨至0.075 mm以下待测。土壤样品分析测试执行《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)要求,选用原子荧光法测定Se,X射线荧光光谱法测定K、Cr、Pb、P,等离子质谱法测定Cd,原子荧光光谱法测定As、Hg,氧化还原容量法测定有机质,pH计电极法测定pH, 酸碱滴定容量法测定N。按照《绿色食品产地环境质量》(NY/T 391—2013)要求[16],测定了土壤肥力指标有效磷、速效钾。数据原始报出率为99.5%,采取随机插入国家一级标准物质控制分析质量,各项技术指标的原始一次性合格率均为100%。另外抽取6%的样品做重复性分析,原始一次性合格率为100%。

研究区灌溉水源均为祁家川河水,选择在农作物灌溉高峰期,在祁家川河流的上游、中游、下游灌溉出水口处分别采集1件水样。采样前用采样点处水洗涤样瓶和塞盖3次,尽量不扰动水体,将采样瓶置于水面以下30 cm处快速采集水样。按照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)分别添加保护剂,并按照《无公害农产品 种植业产地环境条件》(NY/T 5010—2016)标准要求测定pH、总汞、总镉、总砷、总铅、六价铬、氟化物、化学需氧量、粪大肠菌群共9项水质指标[17]。测试采取插入1个国家标准物质,加标回收试样2份和抽取2件样本重复分析的质控方法,分析误差小于《地质矿产实验室测试质量管理规范第6部分:水样分析》(DZ/T 0130.6—2006)标准要求[18],且加标回收率为97%。

综合判断认为,测试数据质量可靠,满足富硒土地评价划分的需要。

2.3 工作流程与图斑赋值

天然富硒土地划定的工作流程为:首先根据研究区土壤pH实测值,确定土壤富硒评价和土壤环境质量评价的判定值,据此划定富硒土壤以及土壤重金属元素Cd、Hg、As、Pb、Cr的环境质量等级;其次,对标《绿色食品产地环境质量》(NY/T 391—2013),评价、确定土壤肥力等级和灌溉水水质;最后,将上述评价成果进行空间叠合,提取土壤Se含量达富硒土地要求、土壤环境质量良好、灌溉水水质达标、土壤肥力优良的集中连片区,划定为研究区的天然绿色富硒土地。

划定土壤硒、重金属环境质量和肥力等级时,以第三次土地调查土地利用图斑图为底图,对各图斑进行空间赋值处理。当单一图斑中有一个土壤数据时,该图斑取该数据值;当单一图斑内有2个或2个以上数据时,将该图斑内的所有数据的平均值赋给该图斑;当单一图斑中无调查数据时,采用空间插值法对该图斑赋值。

3 天然富硒土地划定

3.1 土壤硒含量与分布特征

研究区土壤Se含量处于(0.093～1.938)×10-6,均值为0.425×10-6,高于全国表层土壤背景值(0.170×10-6)[19]和平安区土壤Se背景值(0.225×10-6)[10]。研究区不同成土母质、地貌类型、土地利用类型及土壤类型Se含量平均值不同(表1),西宁群泥岩原地风化形成的残坡积成壤区Se均值为0.361×10-6;而第四系冲洪积物形成的河流阶地区Se均值为0.490×10-6,其物源以西宁群泥岩风化物为主,混合第四系其他堆积物经古水流搬运改造后形成,受常年耕作等强烈的表生作用影响,Se值在区内处于最高。由此可见,研究区成土母质是决定土壤中Se含量的重要因素,其次强烈的表生作用会使Se发生二次富集。

表1 研究区土壤Se含量分类统计平均值Table 1 Index for classification of selenium-rich land types

研究区土壤pH均大于7.5,属碱性土壤,故选定≥0.3×10-6作为富硒土壤的Se判定值(表2)。由研究区土壤Se地球化学分布(图2)可见,土壤Se整体呈现中部低、两边高的特征,以三合村为界,富Se土地集中分布在研究区北部,且以祁新庄村为Se高浓度区,并逐步向祁家川河流下游延伸。高值区覆盖了区内光热条件最好的耕地区。

表2 富硒土地类型划分指标[13]Table 2 Index for classification of selenium-rich land types[13]

图2 研究区土壤Se地球化学分布Fig.2 Soil Se geochemical distribution in the study area

3.2 土壤环境质量

天然富硒土地的划定首先必须保证土壤环境质量良好,无污染且无被污染风险。研究区土壤pH均大于7.5,为碱性土壤,故采用《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)[20]中适宜碱性土壤的Cd、Hg、As、Pb和Cr含量筛选值评价土壤环境质量。结果表明,除研究区南部局部地区土壤As值大于筛选值外(图3),其余元素指标均属于安全状态。

图3 研究区土壤As环境质量分级Fig.3 Environmental quality grading map of soil As in the study area

3.3 灌溉水水质

三合镇农田灌溉以祁家川河水灌溉为主,水源单一。参照《绿色食品产地环境质量》(NY/T 391—2013)标准的灌溉水水质要求,评价结果(表3)显示,研究区水体中9项指标均处于绿色食品灌溉水水质要求限值内,无超标数据,符合天然富硒土地要求的灌溉水质量。

表3 研究区灌溉水水质评价结果Table 3 Statistical of irrigation water quality in the study area mg·L-1

3.4 土壤肥力评价

本次调查还测定了三合镇土壤肥力评价指标有机质、全氮、有效磷、速效钾,参照《绿色食品 产地环境质量》(NY/T 391—2013)中土壤肥力评价标准,评价得出三合镇92.5%土壤样品中的有效磷、速效钾水平达到旱地Ⅰ级肥力要求,53.7%的土壤样品全氮水平达到旱地Ⅰ级肥力要求,35.6%的土壤样品有机质水平达到旱地Ⅰ级肥力要求(表4),土壤肥力等级总体较好,且有机质和全氮可通过耕作施肥提升改善,土壤肥力满足绿色食品土壤肥力要求。

表4 土地肥力评价结果(n=160)Table 4 Statistical of soil fertility index(n=160)

3.5 富硒土地划定

将上述富硒土壤、土壤环境质量、土壤肥力及灌溉水水质评价结果进行空间叠合,剔除三合镇南部土壤As风险区,提取得到三合镇集中连片天然绿色富硒土地共40.46 km2,主要分布在张其寨、骆驼堡、西村、东村、祁新庄和三合共6个村庄,其中耕地4.76 km2,草地7.84 km2,林地27.86 km2,分别占天然富硒土地的11.8 %、19.4 %和68.8%(图4)。耕地属于可直接利用的富硒土地,而林地和草地属于潜在可利用富硒土地。

图4 研究区天然富硒土地划定区Fig.4 Natural selenium-rich land zoning in the study area

4 结论及建议

根据研究区富硒土壤、土壤环境质量、土壤肥力及灌溉水水质评价结果,划定三合镇集中连片的天然绿色富硒土地40.46 km2,主要分布在张其寨、骆驼堡、西村、东村、祁新庄和三合共6个村庄,其中可直接利用的耕地4.76 km2,潜在可利用的草地7.84 km2,林地27.86 km2。

结合三合镇富硒产业规划定位和目前发展现状,建议对划定区进行重点发开利用。一方面对划定的天然富硒耕地实施富硒农业种植培育,重点选取富硒率高的小麦、油菜籽、小米等大宗作物,亦可培育富硒西兰花、花椰菜等特色蔬菜;另一方面利用划定的天然富硒林草地,通过培育富硒饲草、高效利用秸秆和牧草喂养禽畜达到发展富硒畜牧业的目的。同时,加大对其他农畜产品的挖掘和监测,不断发现新的富硒产品,丰富产品种类,推进产业发展。