王剛，涂其軍，馬宏超，范磊善

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000）

硒是自然界中廣泛分布的一種分散元素，1973年世界衛(wèi)生組織將硒元素列為人體必需的微量元素之一，享有“生命之火”、“抗癌之王”、“心臟的守護(hù)神”等美譽(yù)[1]。區(qū)內(nèi)土地資源豐富，土壤及農(nóng)產(chǎn)品中硒含量高。因此，在該區(qū)進(jìn)行富硒土地資源調(diào)查與評價(jià)工作，提出富硒產(chǎn)業(yè)開發(fā)建議，提升農(nóng)產(chǎn)品附加值，具廣闊的市場前景。

2015年，中國地質(zhì)調(diào)查局開展了“新疆伊寧地區(qū)多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查”項(xiàng)目，完成阿克蘇地區(qū)溫宿縣調(diào)查面積1 000 km2，在溫宿縣托乎拉鄉(xiāng)-水稻農(nóng)場、恰格拉克鄉(xiāng)-阿熱勒鎮(zhèn)一帶共發(fā)現(xiàn)278 km2的富硒土地資源；2016年中國地質(zhì)調(diào)查局“西北五省耕地區(qū)1∶25萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查”二級項(xiàng)目針對溫宿縣托乎拉鄉(xiāng)-水稻農(nóng)場的富硒土地資源開展1∶5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作，系統(tǒng)評價(jià)了區(qū)內(nèi)土地綜合質(zhì)量和富硒土地資源空間分布特征；2017年新疆維吾爾自治區(qū)科學(xué)技術(shù)廳“優(yōu)秀青年科技人才培養(yǎng)項(xiàng)目”針對庫如力村周邊的富硒耕地開展點(diǎn)狀的研究、試驗(yàn)工作。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣，調(diào)查面積220 km2，研究區(qū)地形起伏較小，總體呈北高南低趨勢，平均海拔約1 135 m，相對高差5～30 m，屬大陸性溫帶干旱氣候，太陽輻射強(qiáng)、日照充足，溫差大、降水少、蒸發(fā)強(qiáng)烈。研究區(qū)土地利用類型以水田、水澆地、果園為主，占研究區(qū)總面積的78.52%；土壤類型以潮土、灌淤土、沼澤土為主[2]，占研究區(qū)總面積的95.12%。

2 工作方法

2.1 樣品采集

2.2 分析測試

樣品分析測試工作由國土資源部烏魯木齊礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心和國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔(dān)。1∶50 000土壤樣品分析N，P，K2O，Corg，CaO，MgO，S，B，Mo，Mn，F(xiàn)e2O3，Cl，Se，Na2O，SiO2，Hg，Pb，As，Cd，Cr，Cu，Zn，F(xiàn)，I，pH等25項(xiàng)元素或指標(biāo)；1∶2 000土壤樣品分析全硒、全氮、全鉀、全磷、有機(jī)質(zhì)、交換性鈣、交換性鉀、交換性鎂、交換性鈉、水解性氮、速效鉀、有效銅、有效鋅、有效鉬、有效硅、有效磷、有效硫、有效硼、有效鐵、pH和硒形態(tài)分析（殘?jiān)鼞B(tài)硒、腐殖酸結(jié)合態(tài)硒、離子交換態(tài)硒、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)硒、水溶態(tài)硒、碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒、鐵錳結(jié)合態(tài)硒）等27項(xiàng)元素或指標(biāo)；垂直剖面樣品分析測試Cl，N，P，K2O，I，F(xiàn)，S，Se，Ge，B，Cu，Zn，Mo，Mn，Corg，As，Cd，Cr，Hg，Pb，MgO，Na2O，CaO，F(xiàn)e2O3，SiO2，pH等26項(xiàng)；農(nóng)作物樣品分析Hg，Pb，As，Cd，Cr，Se等6項(xiàng)指標(biāo)；根系土樣品分析 As，Cd，Cr，Hg，Pb，F(xiàn)，I，Se，pH，N，P，K，B，Cu，Zn，Se形態(tài)分析7項(xiàng)，堿解氮、有效磷、速效鉀、有效硼、有效鐵、有效鉬、有效銅、有效鋅、有效硅、有效硫、交換性鈣和鎂、交換性鉀和鈉、有機(jī)質(zhì)、pH等36項(xiàng)元素或指標(biāo)。所有測試結(jié)果都滿足DD2005-03《生態(tài)地球化學(xué)評價(jià)樣品分析技術(shù)要求》等規(guī)范規(guī)定的分析準(zhǔn)確度和精密度等質(zhì)量要求。所有樣品分析合格率100%，重復(fù)樣、異常抽查檢驗(yàn)的合格率99.36%。

圖1 研究區(qū)表層土壤、土壤剖面及農(nóng)作物采樣點(diǎn)位圖Fig.1 Sampling points of surface soil and crop sampling points in research area

3 硒元素地球化學(xué)特征

3.1 表層土壤元素分布特征

3.1.1表層土壤中元素含量特征

表層土壤中As，CaO，Cd，Cl，F(xiàn)，K2O，MgO，Mn，N，Na2O和S等元素均值高于全國土壤元素背景值，尤其是S,Cl,CaO,MgO和N等5種元素含量顯著偏高，其含量均值均大于全國背景值兩倍以上（表1）。全國表層土壤S元素背景值288 mg/kg，評估區(qū)表層土壤S含量均值為1 132.96 mg/kg，是全國土壤背景值的3.93倍（圖2）；全國表層土壤Cl元素背景值68 mg/kg，評估區(qū)表層土壤Cl元素背景值298.28 mg/kg，是全國土壤背景值的4.39倍；全國表層土壤CaO背景值1.54%，評估區(qū)表層土壤CaO含量均值為13.20%，是全國土壤背景值的85.71倍；全國表層土壤MgO元素含量背景值為0.78%，評估區(qū)表層土壤MgO含量均值為3.22%，是全國土壤背景值的4.13倍；全國表層土壤N元素背景值626 mg/kg，評估區(qū)表層土壤N含量均值為1 278 mg/kg，是全國土壤背景值的2.04倍。

圖2 評估區(qū)表層土壤元素均值與全國土壤背景值比值Fig.2 Ratio of surface soil elements to soil background values in research area

相比之下，在評估區(qū)表層土壤中，僅Al2O3，Corg，Cr，Cu，Hg，I，Mo，P，Pb，SiO2，Zn等元素均值低于全國背景值，其中I元素含量明顯低于全國背景值，評估區(qū)含量均值為0.79 mg/kg，僅為全國背景值3.76 mg/kg的0.21。同時(shí)對土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行測試分析，區(qū)內(nèi)土壤pH值在5.5～9.25，平均值8.23，99.50%的土壤呈堿性（pH值大于7）。

表1 研究區(qū)土壤元素地球化學(xué)特征參數(shù)表Table 1 Geochemical parameters of soil elements in research area

3.1.2表層土壤中全硒與不同形態(tài)硒相關(guān)性特征

針對性的對加密試驗(yàn)區(qū)開展硒元素形態(tài)相關(guān)性研究，測試分析結(jié)果顯示，土壤中全硒與強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)硒、水溶態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)硒有較好的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.985、0.819和0.707，與腐殖酸結(jié)合態(tài)、離子交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒的正相關(guān)性不大（圖3）。表明溫宿縣土壤中硒元素更多的以有效硒的形式存在于土壤中，為農(nóng)作物吸收硒提供了較好的先天環(huán)境[3]。

3.1.3富硒土壤劃分標(biāo)準(zhǔn)的研究

國內(nèi)不同省份、不同地區(qū)土壤中硒元素背景值皆有所不同，因而富硒土壤的界定也不盡一致。據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》（DZ/T0295-2016）制定的評價(jià)等級，認(rèn)定土壤硒元素含量大于3 mg/kg為過剩，土壤硒元素含量0.4～3 mg/kg為高，土壤硒元素含量0.175～0.4 mg/kg為適量，土壤硒元素含量0.125～0.175 mg/kg邊緣，土壤硒元素含量小于等于0.125 mg/kg為缺乏。前人研究表明，理化性質(zhì)偏堿性的土壤中硒元素有效性大于偏酸性土壤，因此，國內(nèi)堿性土壤分布區(qū)中，富硒土壤的劃分標(biāo)準(zhǔn)相對限定較低，如青海省一般以硒元素含量大于等于0.2 mg/kg作為富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)，寧夏自治區(qū)發(fā)布了《寧夏富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)》（DB64/T1220-2016）中規(guī)定，硒元素含量大于0.222 mg/kg即達(dá)富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)。

在該代謝途徑中，轉(zhuǎn)酮醇酶是關(guān)鍵性的酶，對赤蘚糖-4-磷酸的代謝量有顯著的影響，進(jìn)而影響赤蘚糖醇的最終產(chǎn)量[27]。

通過近10年土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查研究工作，在硒元素含量大于等于0.3 mg/kg的土壤中生長的農(nóng)作物，其富硒效應(yīng)表現(xiàn)非常顯著，具明顯的生物有效性，因此一般以硒元素含量大于等于0.3 mg/kg作為富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.4富硒土壤空間分布特征

據(jù)新疆富硒土壤劃分標(biāo)準(zhǔn)（圖4），溫宿縣研究區(qū)富硒土壤主要分布在水稻農(nóng)場溫宿縣蘇亞克斯村一帶(103 km2)，托乎拉鄉(xiāng)的托萬蘇布拉克村、海力瓦甫村、依干其鄉(xiāng)也有分布(12 km2)，總面積達(dá)115 km2；缺乏區(qū)面積18 km2，主要分布在北部托乎拉鄉(xiāng)直屬的天然草場；其他地區(qū)土壤中硒含量呈適度狀態(tài)。

3.2 土壤垂直剖面硒元素含量特征

在研究區(qū)周邊選取8條典型剖面的土壤樣品測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比研究，各層位硒含量如表2所示。從表2中可看出，0～20 cm的土壤層位中，有6個(gè)樣點(diǎn)硒元素含量大于等于0.3 mg/kg，占總樣點(diǎn)數(shù)的75%，分別為富硒區(qū)內(nèi)的C2、C3、C4、C5、C6、C7剖面；隨著深度的不斷增加，土壤硒含量急劇降低，至底部180～200 cm層位時(shí)，硒含量均值在0.2 mg/kg，不及0～20 cm層位硒含量的1/3，顯然硒富集于表層土壤。

由表1、表2可知，研究區(qū)內(nèi)土壤中硒元素含量高于全國背景值，在西北地區(qū)整體處于硒元素缺乏的特征下顯得意義尤為重大；土壤中硒元素主要富集于表層土壤，隨著深度的增加土壤中硒元素的含量呈逐漸降低的趨勢[4]。

圖3 研究區(qū)土壤全硒與各形態(tài)硒相關(guān)性Fig.3 Correlation between total Se content and Se properties in research area

圖4 研究區(qū)富硒土壤分布圖Fig.4 Selenium rich soil grade map in research area

3.3 土壤綜合質(zhì)量評價(jià)

本次評估依照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》（DZT 0295-2016）有關(guān)技術(shù)要求執(zhí)行，土壤綜合質(zhì)量是在先期評價(jià)研究區(qū)土壤養(yǎng)分質(zhì)量和土壤環(huán)境質(zhì)量基礎(chǔ)上，對評價(jià)結(jié)果按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)疊加后得出的。研究區(qū)土壤環(huán)境綜合質(zhì)量較好，清潔土壤占全區(qū)的99.94%，輕微污染和輕度污染僅以點(diǎn)狀占全區(qū)的0.04%和0.02%。因此，影響研究區(qū)土壤綜合質(zhì)量主要是土壤養(yǎng)分質(zhì)量的等級差異較大。據(jù)土地質(zhì)量綜合分等方案對溫宿縣土地質(zhì)量進(jìn)行地球化學(xué)評估綜合分等，將評估區(qū)土壤分為優(yōu)質(zhì)、良好、中等、差等、劣等5個(gè)等級。

土地質(zhì)量良好以上等級占全區(qū)面積的99.95%（圖5），說明溫宿地區(qū)土地質(zhì)量狀況優(yōu)良，其中優(yōu)質(zhì)級占78.49%，在全區(qū)內(nèi)主要分布在耕地區(qū)且較集中，是開發(fā)綠色和有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的良好土地資源，應(yīng)加以開發(fā)利用和質(zhì)量保護(hù)[5]；良好級占全區(qū)總面積的21.46%，主要分布在研究區(qū)北部草原區(qū)；中等級土壤在區(qū)內(nèi)點(diǎn)狀分布，僅占全區(qū)的0.05%；全區(qū)無差等和劣等土壤?？傮w而言，研究區(qū)土壤綜合質(zhì)量優(yōu)良，是開發(fā)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的首選區(qū)域。

表2 研究區(qū)土壤剖面硒含量特征表Table 2 Statistics of the average content of Se elements indifferent soil layers in research area

圖5 研究區(qū)土壤綜合質(zhì)量等級圖Fig.5 Comprehensive classification map of land quality geochemical assessment in research area

3.4 生物效應(yīng)研究

3.4.1農(nóng)作物富硒效應(yīng)研究

人體攝取營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式是食取動、植物，人體獲取硒等有益元素的多少取決于食用的動、植物中的硒含量，其中植物中硒元素的來源主要為土壤中的硒，因此，富硒土壤與植物硒、人體補(bǔ)硒均有密不可分的關(guān)系[6]。

目前富硒農(nóng)產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)僅有富硒稻谷標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 22499-2008）、農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)僅有富硒大蒜（NYT 3115-2017）和富硒馬鈴薯（NYT 3116-2017），國內(nèi)富硒產(chǎn)業(yè)開發(fā)較早的省份則出臺了相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)，如湖北、寧夏、陜西等地[7-8]。筆者綜合分析統(tǒng)計(jì)后，使用1個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)、1個(gè)農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)和2個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行本次植物富硒對比分析研究。

本次共對6類共171件農(nóng)作物樣品進(jìn)行硒元素含量特征評估，從表3可知，研究區(qū)不論是傳統(tǒng)作物還是特色林果類的富硒效果都極其顯著，富硒率均在93%以上，農(nóng)作物富硒效應(yīng)十分顯著，同時(shí)所有檢測樣品中的硒最高值均未超過相應(yīng)參考標(biāo)準(zhǔn)的范圍，不存在硒過量的現(xiàn)象[9]。研究區(qū)農(nóng)作物中硒元素總體呈現(xiàn)的高含量高富集特征為當(dāng)?shù)亻_發(fā)富硒農(nóng)業(yè)提供了有利的地球化學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

3.4.2農(nóng)作物安全評估

本次共對6類171件農(nóng)作物樣品進(jìn)行農(nóng)作物安全評估，參照綠色食品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和食品污染物限量標(biāo)準(zhǔn)[10]，制定一票否決的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)作物安全評估分級見表4，評價(jià)結(jié)果見表5。171件農(nóng)作物樣品中符合一級標(biāo)準(zhǔn)的有169件，占總樣品數(shù)的98.83%，符合二級標(biāo)準(zhǔn)的有2件，占總樣品數(shù)的1.17%，主要原因?yàn)锳s、Cr元素各1件樣品含量超標(biāo)，超標(biāo)結(jié)果還需進(jìn)一步研究?？傮w而言，評估區(qū)農(nóng)作物安全性較高，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。

4 結(jié)論與建議

（1）在溫宿縣托乎拉鄉(xiāng)水稻農(nóng)場一帶圈定富硒土地資源115 km2，且多為“優(yōu)質(zhì)級”土地，區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)富硒土地資源是發(fā)展富硒產(chǎn)業(yè)的理想?yún)^(qū)域。

（2）區(qū)內(nèi)農(nóng)作物富硒、綠色且存在多種農(nóng)作物富硒的現(xiàn)象，富硒率平均值高達(dá)97.75%；建議當(dāng)?shù)卣m當(dāng)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，優(yōu)先發(fā)展附加值大的富硒蔬菜和富硒林果業(yè)種植。

表3 研究區(qū)農(nóng)作物樣品中Se元素含量特征統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical analysis of Se content in crop samples in research area

表4 農(nóng)作物安全評估標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Crop safe industry standard requirements 單位：mg/kg

表5 植物樣品數(shù)量及評估結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 5 Quantity of plant samples and statistics of evaluation results

（3）農(nóng)作物根系土理化性質(zhì)以弱堿性為主，土壤中硒元素主要以強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)硒、水溶態(tài)硒等有效硒為主，利于作物吸收。

（4）建議針對新疆目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的富硒區(qū)開展綜合研究調(diào)查工作，系統(tǒng)的梳理富硒土地資源數(shù)量和富硒農(nóng)產(chǎn)品種類，盡早建立富硒土壤和相關(guān)富硒農(nóng)產(chǎn)品的地方標(biāo)準(zhǔn)。