周亞龍,郭志娟*,王喬林,王成文,宋云濤,劉 飛

雄安新區(qū)富硒土地資源分布特征及開發(fā)利用評價

周亞龍1,2,3,郭志娟1,2,3*,王喬林1,2,3,王成文1,2,3,宋云濤1,2,3,劉 飛1,2,3

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所,河北 廊坊 065000；2.中國地質(zhì)調(diào)查局土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價研究中心,河北 廊坊 065000；3.中國地質(zhì)科學(xué)院地球表層碳－汞地球化學(xué)循環(huán)重點實驗室,河北 廊坊 065000)

采集雄安新區(qū)表層土壤樣品(0～20cm)、大宗農(nóng)作物(小麥籽實)及根系土樣品,利用GIS空間分析、相關(guān)分析等方法對土壤硒含量分布、富集特征及影響因素進行分析,基于生態(tài)位適宜性評價理論模型開展富硒土地資源開發(fā)利用適宜性評價.結(jié)果表明:新區(qū)表層富硒土地16993hm2,土壤中硒賦存形態(tài)以強有機結(jié)合態(tài)為主,其次為殘渣態(tài)和腐殖酸結(jié)合態(tài),三者占土壤硒總量的87%以上,生物可利用態(tài)硒含量所占比例相對較小(水溶態(tài)硒占比4.44%、離子交換態(tài)硒占比3.43%).小麥籽實樣品富硒率28.45%,籽實中硒含量與根系土壤中硒含量具有顯著相關(guān)性(=0.77,<0.01).土壤硒富集主要受第四紀沉積地貌環(huán)境的影響,此外灌溉水、化肥和大氣干濕沉降(燃煤降塵)等外源輸入也影響貧化富集.土壤硒含量與沉積地貌環(huán)境“標志性”土壤指標Al2O3、Fe2O3、MgO和K2O含量,土壤有機碳(Corg.)、陽離子交換量(CEC)、黏粒和粉粒含量等具有顯著正相關(guān)關(guān)系,與SiO2、Na2O含量和土壤砂粒含量等具有顯著負相關(guān)關(guān)系(<0.01).基于生態(tài)位評價理論模型,新區(qū)富硒土地資源開發(fā)利用適宜性評價結(jié)果表明:高適宜區(qū)(Ⅰ級)和中適宜區(qū)(Ⅱ級)主要位于新區(qū)西北容城縣南張鎮(zhèn)和小里鎮(zhèn)、安新縣寨里鄉(xiāng)和老河頭鎮(zhèn)等地,土地面積為14397.35hm2,占新區(qū)規(guī)劃總面積的8.13%.

硒；土壤；根系土；農(nóng)作物；適宜性評價；雄安新區(qū)

硒是生命必須微量元素之一,與人體健康息息相關(guān)[1-2].人體硒的營養(yǎng)水平主要來源于日常飲食中硒的攝入量,土壤中的硒是植物硒的主要來源[3-4].因此,近年來富硒土地資源的開發(fā)利用研究受到廣泛關(guān)注[5-7].目前,我國已完成的101.7萬km2耕地質(zhì)量1:25萬地球化學(xué)調(diào)查顯示,處于低硒含量水平(Se< 0.2mg/kg)的耕地比例高達44.9%.富硒耕地(Se> 0.4mg/kg)比例僅10%[8].基于我國耕地普遍缺硒的現(xiàn)狀,開展天然富硒土地資源評價,促進天然富硒土地資源高效利用,對于提升我國人群硒攝入量、構(gòu)建健康中國具有重要意義.

如何科學(xué)高效地開發(fā)利用富硒土地資源,是富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵前提[9].本文利用雄安新區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查的土壤與農(nóng)作物中Se等元素含量數(shù)據(jù),對新區(qū)富硒土地資源分布特征、土壤硒來源與影響因素、土壤硒形態(tài)與生物有效性的分析,基于生態(tài)位適宜性評價理論模型開展富硒土地資源開發(fā)利用適宜性評價,以期為新區(qū)富硒土地資源科學(xué)高效利用提供依據(jù),有效支撐“綠色生態(tài)宜居”的雄安新區(qū)建設(shè),為新區(qū)國土空間規(guī)劃提供重要參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處華北平原,其地理坐標38°43′～ 39°10′N,115°38′～116°20′E,屬暖溫帶季風型半濕潤半干旱氣候.研究區(qū)地勢平坦,地面高程5～26m,坡降0.2‰～0.7‰[10].以低海拔平原和洼地地貌為主,區(qū)內(nèi)第四系地層覆蓋,以沖洪積、沖湖積和沖積為主,主要由砂、黏土和礫石組成,層厚348～437m[11].研究范圍覆蓋新區(qū)1770km2,其土地利用類型主要包括耕地、園地、林地、草地、交通運輸用地、水域及水利設(shè)施用地和城鎮(zhèn)村住宅用地及工礦用地8種類型(圖1),其中耕地面積占比53.33%[12].土壤類型以潮土為主,容城北部零散分布少量褐土,白洋淀周邊地區(qū)發(fā)育少量沼澤土.

1.2 樣品采集與測試

1.2.1 樣品采集 在系統(tǒng)分析研究區(qū)土地利用類型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)研究區(qū)耕地、園地、林地、草地和建設(shè)用地等土地利用類型圖斑面積情況,采用差異化布點的方式(表1)分類布設(shè)樣點[13],系統(tǒng)采集表層土壤樣品37818件.采集大宗農(nóng)作物(小麥籽實)及對應(yīng)根系土樣品136件,其中按照4km×4km網(wǎng)格采樣密度在全區(qū)采集116件,在富硒土壤區(qū)采集20件.采集灌溉水樣品101件.根據(jù)研究區(qū)內(nèi)不同沉積地貌單元布置土壤垂直剖面8條,其中沖洪積平原亞區(qū)布置5條(PM01、PM02、PM03、PM04和PM07),沖積平原亞區(qū)布置3條(PM05、PM06和PM08).土壤垂直剖面樣品采集以1個/10cm的密度等間距采樣,采樣深度0～200cm.野外樣品采集加工方法執(zhí)行DZ/T 0295-2016規(guī)范[14].

圖1 研究區(qū)地理位置及其土地利用類型

表1 差異化分類布設(shè)樣點控制數(shù)

1.2.2 樣品測試 土壤樣品和灌溉水樣Se元素分析測試由河南省巖石礦物測試中心(BAF-2000原子熒光光度計)和中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所中心實驗室(XGY-2020A原子熒光光譜儀)采用氫化物-原子熒光光譜法(AFS)測定,土壤樣品分析測試檢出限為0.01mg/kg,灌溉水樣分析測試檢出限為0.0001mg/L,農(nóng)作物樣品分析測試檢出限為0.005mg/kg.根系土壤Se形態(tài)分析采用逐步浸提方法依次提取土壤硒水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、強有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)等.土壤理化性質(zhì)等相關(guān)指標: 采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)測定MgO、K2O和Na2O,X射線熒光光譜法(XRF)測定Al2O3、Fe2O3和SiO2,容重法(VOL)測定土壤有機碳(Corg.),離子選擇性電極法(ISE)測定pH值.依據(jù)LY/T 1243-1999標準[15],采用容量法(VOL)測定CEC,依據(jù)NY/T 1121.3-2006標準[16],采用比重計法測定質(zhì)地.樣品分析測試采用國家一級標準土樣監(jiān)控分析測試的準確度,采用重復(fù)樣監(jiān)控分析測試的精密度.所有分析測試指標一級標準物質(zhì)合格率為100%.土壤重復(fù)性樣品檢驗Se相對雙差合格率99.65%,異常點樣品檢驗Se相對雙差合格率96.89%,樣品分析測試質(zhì)量均滿足相關(guān)規(guī)范要求,分析數(shù)據(jù)可靠.

1.3 評價方法與標準

1.3.1 富硒評價標準 根據(jù)DZ/T 0380-2021標準[17],中酸性土壤(pH￡7.5)中土壤富硒標準閾值為30.40mg/kg,堿性土壤(pH>7.5)中土壤富硒標準閾值為30.30mg/kg.目前沒有小麥籽實富硒國家,本次小麥籽實富硒標準參照已有的相關(guān)大宗農(nóng)作物中富硒水稻籽實硒含量的規(guī)定[18],富硒小麥硒含量標準為0.04～0.30mg/kg.

硒輸入量=++(1)

其中:為農(nóng)田土壤硒的輸入通量,g/(hm2·a);為大氣干濕沉降對農(nóng)田土壤硒的輸入通量,g/(hm2·a);為灌溉水對農(nóng)田土壤硒的輸入通量,g/(hm2·a);為化肥對農(nóng)田土壤硒的輸入通量,g/(hm2·a).

灌溉水中硒輸入通量=?.其中,為灌溉水樣中硒的含量(mg/L),為每年單位面積農(nóng)田灌溉用水量(m3/(hm2·a)).大氣干濕沉降和化肥輸入通量引用相關(guān)研究結(jié)果.

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤硒含量與空間分布

如圖2所示,研究區(qū)土壤Se元素含量區(qū)間為0.01～5.70mg/kg,平均值為0.22mg/kg,中位數(shù)為0.20mg/kg,標準差為0.20mg/kg,元素變異系數(shù)為93.94%,屬高度變異[19],其區(qū)域分布具有明顯差異.雄安新區(qū)表層土壤Se 含量背景值(剔除3倍離差以后的數(shù)據(jù)平均值0.20mg/kg)略低于全國土壤背景值(0.29mg/kg)[20],略高于河北省海河平原北部土壤背景值(0.18mg/kg)[21].

圖2 雄安新區(qū)表層土壤硒(Se)含量統(tǒng)計直方圖

研究區(qū)圈定表層富硒土地面積為16993hm2,占總面積的11.05%,其中無重金屬污染的富硒耕地9380hm2.主要分布在容城縣西部的南張鎮(zhèn)、小里鎮(zhèn),安新縣寨里鄉(xiāng)、老河頭鎮(zhèn)等地(圖3).此外,研究區(qū)還存在5.54%的土壤硒缺乏地塊.

圖3 土壤硒(Se)含量等級

2.2 土壤硒賦存形態(tài)特征

土壤中硒的賦存形態(tài)特征是研究土壤-作物系統(tǒng)中硒含量關(guān)系的關(guān)鍵因素之一,其生物有效性是評價土壤硒有效性的重要指標之一[22].研究區(qū)小麥籽實根系土壤中Se賦存形態(tài)均以強有機結(jié)合態(tài)為主(圖4),其次為殘渣態(tài)和腐殖酸結(jié)合態(tài),所占比例均值分別為45.60%、30.11%和11.29%,其他4種形態(tài)的硒含量均值所占比例相對較小,水溶態(tài)硒占比4.44%,離子交換態(tài)硒占比3.43%,碳酸鹽態(tài)硒占比2.96%,鐵錳結(jié)合態(tài)態(tài)硒占比2.17%.

2.3 農(nóng)作物硒含量與硒富集評價

雄安新區(qū)116件小麥籽實樣品中Se含量介于0.001～1.152mg/kg,平均值為0.074mg/kg,達到富硒小麥標準的樣品33件,研究區(qū)小麥籽實富硒率達28.45%,此外5件小麥籽實樣品含量超過富硒標準上限(0.30mg/kg).新區(qū)富硒小麥籽實主要位于研究區(qū)容城西部、安新西北部、安新老河頭鎮(zhèn)等地區(qū).

富硒土壤區(qū)20件小麥籽實樣品中Se含量區(qū)間0.076～1.858mg/kg,平均值為0.555mg/kg,顯著高于全區(qū)116件小麥籽實樣品Se含量均值.富硒土壤區(qū)小麥籽實樣品富硒率100%,此外11件小麥籽實樣品含量超過富硒標準上限.

圖4 根系土壤中硒的賦存形態(tài)分布特征

2.4 土壤富硒成因與影響因素探討

土壤中硒元素含量主要受地質(zhì)背景(成土母質(zhì)、地貌、土壤類型等)自然因素[2,23-24]和人類活動(燃料燃燒、金屬冶煉、化肥等)[7,25]的影響.

王慧卿介紹，這項工作首先是根據(jù)醫(yī)院實際情況選擇合適的崗位評價方法——要素計點法，接著初步擬訂崗位模型的要素框架，并篩選崗位評價模型的評價要素和評價維度。項目組最終選定基于七因素的崗位評價模型（圖1），每個因素又設(shè)有2～3個維度，每個要素具有不同評分權(quán)重。以業(yè)務(wù)支撐要素為例，在影響層次和貢獻度兩個維度交叉聯(lián)系的基礎(chǔ)上，項目組確定了從68分至400分的不同的評分標準。

2.4.1 地質(zhì)因素控制富集因子 研究區(qū)位于華北平原海河流域,地表出露地層為第四系沖洪積松散地層,以沖積、洪積和湖積為主,地層厚348～437m,無基巖出露.研究區(qū)沉積地貌特征反映其土壤中硒的富集不是來源于基底巖石原地風化成因.研究區(qū)土壤垂直剖面硒的分布模式也證實了該特征.不同地貌單元垂直剖面中土壤硒的含量隨深度變化如圖5所示,各垂直剖面中土壤硒元素含量的分布模式總體上均表現(xiàn)為線性表聚型,即從表層到深部硒含量逐漸降低,一定程度上反映研究區(qū)土壤硒含量僅在表層富集,該分布模式可能反映其來源可能未受成土母質(zhì)的影響,有可能受到外源輸入的影響.

質(zhì)地是土壤一種重要的自然屬性,可反映母質(zhì)來源及成土過程中的地球化學(xué)特征[26].研究區(qū)土壤垂直剖面中硒含量與土壤質(zhì)地中粉粒和黏粒含量均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(= 0.48和0.60,<0.01),而與土壤質(zhì)地中的砂粒含量呈現(xiàn)顯著負相關(guān)(=-0.59,< 0.01),反映土壤黏粒對Se具有較強的吸附富集作用,土壤中黏粒含量越多,硒含量越高.

除地質(zhì)背景影響外,土壤硒含量還與成土過程中硒的次生富集作用有關(guān).土壤物理、化學(xué)和生物作用對硒的吸附固定、活化遷移有重要影響,決定了土壤硒的富集貧化及生物有效性[7].土壤中SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O和K2O等指標含量組合特征對地貌環(huán)境具有“指示”或“標志性”意義[27-28].相關(guān)分析顯示(表2),研究區(qū)表層土壤硒含量與地貌環(huán)境“標志性”指標Al2O3、Fe2O3、MgO和K2O含量具有顯著正相關(guān)關(guān)系,與SiO2和Na2O具有顯著負相關(guān)關(guān)系(<0.01).表層土壤硒含量與土壤理化性質(zhì)中的有機碳(Corg.)、陽離子交換量(CEC)和土壤黏粒和粉粒含量等具有顯著正相關(guān)關(guān)系,與pH值和土壤砂粒含量具有顯著負相關(guān)關(guān)系(<0.01).

研究區(qū)土壤硒含量與地貌環(huán)境“標志性”指標、土壤理化性質(zhì)指標的顯著相關(guān)性反映土壤硒的富集貧化與土壤黏土礦物、有機質(zhì)等吸附載體密切相關(guān).在滯水環(huán)境形成的湖相或沖湖積沉積物上發(fā)育的土壤中,由于土壤偏黏性,富含黏土礦物、有機質(zhì)等吸附載體,Al2O3和Fe2O3等易發(fā)生富集[28];在沖洪積平原故河道高地、扇上平地或緩斜地等沉積環(huán)境中,長石類礦物發(fā)育,土壤以砂土、粉砂土為主,Na2O和SiO2呈現(xiàn)高值特征.

圖5 土壤垂直剖面中硒含量分布與土壤理化性質(zhì)關(guān)系

表2 土壤硒含量與礦物含量和土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

注:*在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

2.4.2 人類活動影響 河北平原區(qū)土壤硒異常成因研究證實,灌溉、化肥和大氣干濕沉降是其主要輸入途徑,其中燃煤、有色金屬冶煉等產(chǎn)生的大氣降塵是形成土壤硒異常的主要因素[29-31].

雄安新區(qū)101件灌溉水樣中Se含量均值為0.0029mg/L.根據(jù)2019年度河北省水資源公報,河北省農(nóng)田灌溉用水總量為102.91億m3,國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示,2019年河北省全省有效灌溉面積448.22萬hm2,河北省農(nóng)田灌溉年需水量約為2295.99m3/ (hm2·a),新區(qū)農(nóng)田區(qū)灌溉水Se輸入量約為6.66g/ (hm2·a),略高于保定市農(nóng)田灌溉水Se輸入量(5.17g/ (hm2·a))[31]和河北省平原區(qū)農(nóng)田灌溉水Se輸入量(3.17g/(hm2·a))[30].新區(qū)4件大氣干濕沉降樣品中Se輸入通量均值為3.18mg/kg[32],略低于保定市大氣干濕沉降Se輸入量(5.15g/(hm2·a))[31]和河北省平原區(qū)大氣干濕沉降Se輸入通量均值(5.88g/(hm2·a))[30],大氣干濕沉降硒輸入通量的降低可能與近年來新區(qū)冬季燃煤減少,部分冶煉企業(yè)關(guān)停等人類活動有關(guān).根據(jù)保定市化肥樣品中Se含量數(shù)據(jù)和單位面積年施肥量,其化肥Se元素輸入量約為1.4g/(hm2·a)[32],高于河北省平原區(qū)Se化肥輸入通量均值(0.81g/ (hm2·a))[30].研究區(qū)土壤Se外源輸入主要為灌溉水和大氣干濕沉降輸入,其合計占比達87.54%,化肥輸入僅占比12.46%.

2.4.3 農(nóng)作物富硒成因與影響因素 土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中Se的吸收、運移與土壤Se含量水平、存在形態(tài)、生物有效性及土壤理化性質(zhì)(pH值、氧化還原電位、有機質(zhì))等眾多因素有關(guān)[33].雄安新區(qū)小麥籽實Se生物富集系數(shù)(農(nóng)作物Se含量/根系土Se含量)位于0.005～2.373之間,平均值為0.216.從富硒小麥籽實空間分布位置看,大部分富硒小麥都分布在調(diào)查圈定的富硒耕地或者Se含量相對較高耕地中.小麥籽實中Se含量與對應(yīng)根系土樣品中Se含量相關(guān)性統(tǒng)計顯示(圖6a),在置信度為0.01時,兩者顯著相關(guān),Spearman相關(guān)系數(shù)為0.79.土壤中硒的水溶態(tài)和可交換態(tài)含量之和作為植物可利用態(tài)硒即有效態(tài)硒含量[33].研究區(qū)根系土壤中硒有效態(tài)含量與小麥籽實中硒含量具有顯著相關(guān)性,Spearman相關(guān)系數(shù)為0.75(<0.01)(圖6b).從相關(guān)性和空間位置的耦合關(guān)系看,研究區(qū)小麥籽實中Se主要來源于根系吸收、轉(zhuǎn)運土壤中生物可利用態(tài)硒.

圖6 農(nóng)作物根系土與作物籽實硒含量相關(guān)性(N=116)

2.5 富硒土地資源開發(fā)利用適宜性評價

生態(tài)位適宜性評價是定量表述生物對其生境資源條件的適宜程度,其核心是用N維空間區(qū)域描述生態(tài)系統(tǒng)中每種生物生存所必需的生境最小閾值.生態(tài)位理論廣泛應(yīng)用在土地整治[34]、建設(shè)用地適宜性評價[35]、高標準農(nóng)田建設(shè)適宜性評價[36]、土地開發(fā)適宜性評價[37]等土地資源相關(guān)的領(lǐng)域.

2.5.1 生態(tài)位適宜性評價方法 本次生態(tài)位富硒土地資源適宜性評價的基本單元以新區(qū)全國第二次土地調(diào)查形成的圖斑為研究單元.根據(jù)研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀,從富硒土地開發(fā)利用的主導(dǎo)因素、區(qū)位因素和限制因素3個維度構(gòu)建評價指標因子體系[9].指標因子體系及指標效應(yīng)見表3.

綜合考慮新區(qū)富硒土地資源開發(fā)利用主要在縣域范圍以內(nèi)的中小尺度上進行,由于新區(qū)范圍內(nèi)光照、溫度和氣候等無明顯差別,地勢平坦,因此從富硒土壤開發(fā)利用的自身條件、土地利用和生態(tài)環(huán)境3方面綜合考慮,選擇土壤硒含量、土壤有機質(zhì)、土壤質(zhì)地、土壤酸堿度、土地利用類型和土壤綜合污染指數(shù)等6個關(guān)鍵因子,構(gòu)建富硒土地資源開發(fā)利用生態(tài)位適宜性評價指標體系.綜合污染指數(shù)是土壤中As、Cr、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8種重金屬綜合污染等級,評價標準采用GB15618-2018標準中的篩選值[38].綜合污染指數(shù)采用內(nèi)梅羅指數(shù)法計算,具體計算方法詳見文獻[12].

各指標生態(tài)位適宜度值是通過評判評價單元實現(xiàn)生態(tài)位與最適值的貼近程度確定,設(shè)定生態(tài)位適宜性指數(shù)是[0,1]之間.正向效應(yīng)指標,其指標值越大則生態(tài)位值越大,其富硒土地資源開發(fā)利用適宜性越強,當評價因子為負向效應(yīng)因子時,其指標值越小則生態(tài)位值越大,其富硒土地資源開發(fā)利用適宜性越強.各指標因子計分規(guī)則參照GB/T 28407-2012標準[39].

表3 富硒土地資源開發(fā)利用適宜性評價指標因子及指標效應(yīng)

各指標因子權(quán)重采用層次分析法和熵權(quán)法確定.研究區(qū)6項因子指標利用層次分析法確定的指標權(quán)重W1,C=0.048,CR=0.038<0.1,分析結(jié)果滿足一致性檢驗;利用熵權(quán)法確定為W2(表4).采用平均法確定綜合指標權(quán)重W=(W1+W2)/2.

表4 富硒土地資源生態(tài)位適宜性評價指標權(quán)重

2.5.2 富硒土地資源適宜性評價 綜合考慮適宜度指數(shù)值,結(jié)合自然斷裂點分級結(jié)果,將=0.5作為是否適宜的閾值,研究區(qū)富硒土地資源開發(fā)利用適宜性劃分為4個等級.>0.5的區(qū)域劃為適宜區(qū),由高到低依次劃分I級區(qū)域(>0.85),Ⅱ級區(qū)域(0.75<￡0.85)和Ⅲ級區(qū)域(0.5<￡0.75);將適宜性￡0.5的區(qū)域劃為Ⅳ級區(qū)域(即不適宜區(qū)).研究區(qū)各評價單元富硒土地資源開發(fā)利用適宜性等級評價劃分結(jié)果見圖7.

圖7 富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價

新區(qū)富硒土地資源開發(fā)利用高、中適宜區(qū)土地面積為14397.35hm2,占新區(qū)規(guī)劃總面積的8.13%.高適宜區(qū)(Ⅰ級)土地面積為5314.45hm2,占新區(qū)規(guī)劃總面積的3.00%,其中耕地面積為5068.06hm2,主要位于新區(qū)西北容城縣南張鎮(zhèn)和小里鎮(zhèn)、安新縣寨里鄉(xiāng)等地.該高適宜區(qū)域主導(dǎo)因子較好(土壤硒含量富集),土壤肥力、土壤酸堿度、土壤質(zhì)地等區(qū)位因素適宜,土壤環(huán)境質(zhì)量等限制因素對該區(qū)域制約作用較小.中適宜區(qū)(Ⅱ級)土地面積為9082.90hm2,占新區(qū)規(guī)劃總面積的5.13%,其中耕地面積為5547.29hm2,主要位于新區(qū)西南部安新縣老河頭鎮(zhèn)、蘆莊鄉(xiāng)等地,該適宜區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量等限制因素對其產(chǎn)生了一定的制約作用.低適宜區(qū)(Ⅲ級)土地面積96392.31hm2,占新區(qū)規(guī)劃總面積的54.43%,主要是受主導(dǎo)因子(土壤硒含量)等影響.不適宜區(qū)(Ⅳ級)土地面積66292.93hm2,占新區(qū)規(guī)劃總面積的37.44%,不適宜區(qū)主要受主導(dǎo)因子(土壤硒含量)和區(qū)位因素(土地利用類型)等因素的共同控制.

3 結(jié)論

3.1 雄安新區(qū)土壤硒含量均值為0.22mg/kg,圈定表層富硒土地面積16993hm2,其中無重金屬污染的富硒耕地9380hm2.土壤硒賦存形態(tài)以強有機結(jié)合態(tài)為主,其次為殘渣態(tài)和腐殖酸結(jié)合態(tài)的硒,三者占土壤硒總量的87%以上;而生物可利用態(tài)硒含量均值所占比例相對較小(水溶態(tài)硒占比4.44%,離子交換態(tài)硒占比3.43%).全區(qū)小麥籽實樣品富硒率28.45%,小麥籽實中硒含量與根系土壤中硒含量具有顯著相關(guān)性(=0.77,<0.01).

3.2 新區(qū)土壤硒富集主要受第四紀沉積地貌環(huán)境的影響.土壤硒含量與沉積地貌環(huán)境“標志性”指標Al2O3、Fe2O3、MgO和K2O含量顯著正相關(guān),與SiO2和Na2O含量顯著負相關(guān)(<0.01).土壤硒含量與有機碳(Corg.)、陽離子交換量(CEC)、黏粒和粉粒含量顯著正相關(guān),與土壤砂粒含量顯著負相關(guān)(<0.01).此外,新區(qū)灌溉水、化肥和大氣干濕沉降(燃煤降塵)等外源輸入影響其土壤硒異常分布.

3.3 新區(qū)富硒土地資源開發(fā)利用高適宜區(qū)(Ⅰ級)和中適宜區(qū)(Ⅱ級)主要位于新區(qū)西北容城縣南張鎮(zhèn)和小里鎮(zhèn)、安新縣寨里鄉(xiāng)和老河頭鎮(zhèn)等地,土地面積為14397.35hm2,占新區(qū)規(guī)劃總面積的8.13%.

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Distribution characteristics and utilization evaluation of selenium-rich land resources in Xiong’an New District.

ZHOU Ya-long1,2,3,GUO Zhi-juan1,2,3*,WANG Qiao-lin1,2,3,WANG Cheng-wen1,2,3,SONG Yun-tao1,2,3,LIU Fei1,2,3

(1.Institute of Geophysical & Geochemical Exploration,Chinese Academy of Geological Sciences,Langfang 065000,China；2.Research Center of Geochemical Survey and Assessment on Land Quality,China Geological Survey,Langfang 065000,China；3.Key Laboratory of Geochemical Cycling of Carbon and Mercury in the Earth’s Critical Zone,Chinese Academy of Geological Sciences,Langfang 065000,China),2022,42(8)：3913～3921

Surface soil samples (0～20cm),bulk crops (wheat seeds) and root soil samples were collected from Xiong’an New District for characterizing the distribution and enrichment of soil selenium through GIS spatial analysis,correlation analysis,etc. Then,the suitability assessment of development and utilization of selenium-rich land resources was carried out with the theory model of niche suitability evaluation. The results show that the surface selenium-rich land in the new area is about 16993hm2; and the soil selenium is mainly in the form of strong organic binding,then in the residue and humic acid binding state,together accounting for more than 87% of the total pool. The proportion of average bioavailable selenium content is relatively small (water-soluble selenium accounts for 4.44%,ion-exchange selenium accounts for 3.43%). The selenium-enriched rate in wheat seed samples is 28.45% and significantly correlated with that in root soil (=0.77,<0.01). The content of soil selenium has a significant positive correlation with “signature” soil indicators of sedimentary geomorphological environment,such as the content of Al2O3,Fe2O3,MgO,K2O,soil organic carbon (Corg.),cation exchange capacity (CEC),clay and silt,and negatively correlated with the content of SiO2、Na2O and soil sand (<0.01). Obviously,the enrichment of soil selenium is mainly affected by Quaternary sedimentary geomorphic environment even though its anomaly could be related to external sources such as irrigation water,chemical fertilizers,atmospheric dry and wet deposition (coal burning and dust reduction). And the niche theory modeling results show that the high-suitability areas (level I) and the moderately suitable areas (level II) are mainly present in Nanzhang and Xiaoli Town of Rongcheng County,Zhaili and Laohetou Town of Anxin County in the northwest of the new area,covering an area of 14397.35hm2,or accounting for 8.13% of the area.

selenium；soil；root soil；crop；suitability evaluation；Xiongan New District

X53

A

1000-6923(2022)08-3913-09

2022-01-04

中國地質(zhì)調(diào)查局地調(diào)項目(DD20189123,DD20190518)

* 責任作者,高級工程師,gzhijuan@mail.cgs.gov.cn

周亞龍(1984-),男,湖北武漢人,高級工程師,碩士,主要從事環(huán)境地球化學(xué)研究.發(fā)表論文40余篇.