張亞峰,姚振,朱明霞,馬強,沈驍,王帥,賀連珍,代璐

(青海省第五地質(zhì)勘查院,青海 西寧 810099)

0 引言

硒(Se)是人體必需的微量元素之一,人體攝入適量的Se能達到清除機體自由基、增強免疫力和減輕有害物質(zhì)的毒害作用等功效[1-3]。人體和動物長期Se攝入不足會引發(fā)白肌病、克山病、大骨節(jié)病等,而Se攝入過量又會致人和動物產(chǎn)生慢性中毒[4]。人體Se攝入的直接來源為日常飲食,其中以食物貢獻最大。因此,開發(fā)富Se農(nóng)產(chǎn)品已成為健康產(chǎn)業(yè)的一大熱點,尤其在擁有天然富硒土地的地區(qū)。

我國從東北三省到云貴高原呈帶狀展布著一條土壤低Se帶,近2/3的人群生活在缺Se環(huán)境。譚見安[5-6]提出了我國硒生態(tài)景觀分級標準,劃定缺硒(<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)、硒過剩(>3.0×10-6)5個景觀區(qū),分別對應為硒缺乏、缺乏邊緣、適量、高及過剩五級生態(tài)效應?！锻恋刭|(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)中對硒的含量也做了類似分級[7]。但在針對土壤Se生物有效性的研究中發(fā)現(xiàn),堿性土壤中Se有效性明顯高于酸性土壤,當堿性土壤總Se低于0.4×10-6時也能產(chǎn)出富硒農(nóng)產(chǎn)品[8-12]。成杭新等[13-14]提出了天然富硒土地劃定的技術依據(jù)和參考標準,為科學劃定天然富硒土地提供了技術依據(jù)和參考標準。本文以青海省海東市平安區(qū)三合鎮(zhèn)為研究區(qū),通過土壤、灌溉水、農(nóng)作物等樣本調(diào)查監(jiān)測,科學劃定了天然富硒土地,一方面為開發(fā)培育富硒農(nóng)產(chǎn)品提供靶區(qū),另一方面也為提升自然資源開發(fā)利用率提供技術方向。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理

研究區(qū)三合鎮(zhèn)位于青海省海東市平安區(qū)的中部(圖1),是平安區(qū)土壤硒含量高、土地集中連片且適宜開發(fā)利用的區(qū)帶之一。地貌景觀以山間谷地和中低山丘陵區(qū)為主,祁家川河自南向北流經(jīng)全域,村落沿河流串珠狀分布。區(qū)內(nèi)公路貫通,交通便利,總面積175 km2,海拔在2 160～2 800 m,屬大陸性半干旱氣候,年均氣溫0.3～6.4 ℃,年均降水量289 mm。

圖1 研究區(qū)土地利用類型及土壤采樣點位分布Fig.1 Schematic representation of land use type and soil sampling location in the study area

1.2 地質(zhì)背景

研究區(qū)出露地層呈北新南老的空間格局。以三合鎮(zhèn)新安村為界,以北主要出露古近系西寧群棕紅色泥巖和第四系沖洪積物,以南主要出露白堊系民和組深棕色泥巖、中元古界薊縣系磨石溝組砂巖和六道溝群火山巖等。研究表明,研究區(qū)富硒土壤的成土母質(zhì)為古近系西寧群棕紅色泥巖的風化物,該泥巖形成于干旱咸水的湖積環(huán)境,以富含硒為特征[15]。

1.3 土壤類型和土地利用類型

研究區(qū)成土母質(zhì)隨地形海拔變化而發(fā)生遞變。研究區(qū)兩側山區(qū)土壤母質(zhì)以巖石風化物為主;隨著海拔降低,母質(zhì)逐漸向洪沖積物及殘坡積物轉變;至研究區(qū)中央河谷地帶,土壤母質(zhì)以沖、洪積物為主。土壤類型隨地形海拔變化亦具有垂直分帶性,由祁家川河溝口至中上游,主要土壤類型分別為灰鈣土、栗鈣土、黑鈣土、灰褐土和高山草甸土。土地利用類型主要包括耕地、草地和林地等農(nóng)用地以及其他建設用地和較難利用的裸巖等未利用地(圖1)。區(qū)內(nèi)耕地23.13 km2,占總面積的17%,其中水澆地主要分布在祁家川河兩岸狹長谷地,旱地在祁家川河兩側中低山丘陵地帶分布;草地17.87 km2,占總面積的13%;林地93.40 km2,占總面積的67%;未利用地4.53 km2,占總面積的3%。

1.4 富硒農(nóng)畜產(chǎn)品

研究區(qū)主要大宗作物有小麥、油菜籽、馬鈴薯、小米,蔬菜類作物有西蘭花、花椰菜和娃娃菜。統(tǒng)計土壤硒含量≥0.3×10-6產(chǎn)出的作物和蔬菜的硒含量特征及富硒率,發(fā)現(xiàn)小麥Se含量處于(0.082～0.574)×10-6,平均值為0.251×10-6,富硒率為100%;油菜籽Se含量處于(0.050～0.662) ×10-6,平均值為0.273×10-6,富硒率為97%;小米Se含量處于(0.16～0.38)×10-6,平均值為0.281 ×10-6,富硒率為100%;馬鈴薯Se含量處于(0.003～0.039)×10-6,平均值為0.017×10-6,富硒率為33%。西蘭花Se含量處于(0.030～0.044)×10-6,富硒率為100%;花椰菜Se含量處于(0.030～0.118)×10-6,平均值為0.074×10-6,富硒率為100%;娃娃菜Se含量處于(0.005～0.062)×10-6,平均值為0.012×10-6,富硒率為50%。

1.5 富硒產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

平安區(qū)富硒發(fā)展規(guī)劃提出將研究區(qū)打造成青海高原硒都的核心區(qū),重點發(fā)展富硒設施特色水果與富硒散養(yǎng)畜禽,打造“中國首個超凈富硒區(qū)”和“中國高原富硒養(yǎng)生區(qū)”,實現(xiàn)富硒農(nóng)業(yè)到富硒產(chǎn)業(yè)的轉變。目前,研究區(qū)已建成富硒資源研究基地1處,富硒小米種植推廣區(qū)3處,富硒蕎麥種植推廣區(qū)1處,富硒中藥材種植推廣區(qū)1處以及利用富硒飼草培育富硒畜禽的養(yǎng)殖基地3處。已成為首批以富硒農(nóng)畜產(chǎn)品為發(fā)展重點的富硒產(chǎn)業(yè)帶,為規(guī)劃落地和產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了先行貢獻。

2 數(shù)據(jù)來源及工作方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

有兩套數(shù)據(jù)用于研究區(qū)天然富硒土地劃定。一是平安區(qū)1∶50 000的土地質(zhì)量地球化學調(diào)查數(shù)據(jù),該組數(shù)據(jù)以耕地區(qū)加密、林草地放稀的布點原則,平均采樣密度為5.3個點/km2,共計733個數(shù)據(jù);二是在1∶50 000土地質(zhì)量調(diào)查圈定的富硒土壤核心區(qū)范圍內(nèi),以精準劃定富硒地塊為目的的1∶10 000～1∶2 000的土地質(zhì)量調(diào)查數(shù)據(jù),平均采樣密度為64個點/km2,共計1 000個數(shù)據(jù)。土壤數(shù)據(jù)共計1 733個,采樣點位分布見圖1。研究區(qū)灌溉水為祁家川河水源,采樣數(shù)量為3件,分別處于上游、中游和下游。

2.2 樣品采集與測試

土壤樣采用“梅花法”采集,每個樣品由1個主點和4個副點組合而成,各取表土層0～20 cm土柱體混合后用四分法留取500 g裝入布袋中陰干,過2 mm尼龍篩,取篩下物100 g用瑪瑙球磨機研磨至0.075 mm以下待測。土壤樣品分析測試執(zhí)行《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)要求,選用原子熒光法測定Se,X射線熒光光譜法測定K、Cr、Pb、P,等離子質(zhì)譜法測定Cd,原子熒光光譜法測定As、Hg,氧化還原容量法測定有機質(zhì),pH計電極法測定pH, 酸堿滴定容量法測定N。按照《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2013)要求[16],測定了土壤肥力指標有效磷、速效鉀。數(shù)據(jù)原始報出率為99.5%,采取隨機插入國家一級標準物質(zhì)控制分析質(zhì)量,各項技術指標的原始一次性合格率均為100%。另外抽取6%的樣品做重復性分析,原始一次性合格率為100%。

研究區(qū)灌溉水源均為祁家川河水,選擇在農(nóng)作物灌溉高峰期,在祁家川河流的上游、中游、下游灌溉出水口處分別采集1件水樣。采樣前用采樣點處水洗滌樣瓶和塞蓋3次,盡量不擾動水體,將采樣瓶置于水面以下30 cm處快速采集水樣。按照《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)分別添加保護劑,并按照《無公害農(nóng)產(chǎn)品 種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境條件》(NY/T 5010—2016)標準要求測定pH、總汞、總鎘、總砷、總鉛、六價鉻、氟化物、化學需氧量、糞大腸菌群共9項水質(zhì)指標[17]。測試采取插入1個國家標準物質(zhì),加標回收試樣2份和抽取2件樣本重復分析的質(zhì)控方法,分析誤差小于《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范第6部分:水樣分析》(DZ/T 0130.6—2006)標準要求[18],且加標回收率為97%。

綜合判斷認為,測試數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠,滿足富硒土地評價劃分的需要。

2.3 工作流程與圖斑賦值

天然富硒土地劃定的工作流程為:首先根據(jù)研究區(qū)土壤pH實測值,確定土壤富硒評價和土壤環(huán)境質(zhì)量評價的判定值,據(jù)此劃定富硒土壤以及土壤重金屬元素Cd、Hg、As、Pb、Cr的環(huán)境質(zhì)量等級;其次,對標《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2013),評價、確定土壤肥力等級和灌溉水水質(zhì);最后,將上述評價成果進行空間疊合,提取土壤Se含量達富硒土地要求、土壤環(huán)境質(zhì)量良好、灌溉水水質(zhì)達標、土壤肥力優(yōu)良的集中連片區(qū),劃定為研究區(qū)的天然綠色富硒土地。

劃定土壤硒、重金屬環(huán)境質(zhì)量和肥力等級時,以第三次土地調(diào)查土地利用圖斑圖為底圖,對各圖斑進行空間賦值處理。當單一圖斑中有一個土壤數(shù)據(jù)時,該圖斑取該數(shù)據(jù)值;當單一圖斑內(nèi)有2個或2個以上數(shù)據(jù)時,將該圖斑內(nèi)的所有數(shù)據(jù)的平均值賦給該圖斑;當單一圖斑中無調(diào)查數(shù)據(jù)時,采用空間插值法對該圖斑賦值。

3 天然富硒土地劃定

3.1 土壤硒含量與分布特征

研究區(qū)土壤Se含量處于(0.093～1.938)×10-6,均值為0.425×10-6,高于全國表層土壤背景值(0.170×10-6)[19]和平安區(qū)土壤Se背景值(0.225×10-6)[10]。研究區(qū)不同成土母質(zhì)、地貌類型、土地利用類型及土壤類型Se含量平均值不同(表1),西寧群泥巖原地風化形成的殘坡積成壤區(qū)Se均值為0.361×10-6;而第四系沖洪積物形成的河流階地區(qū)Se均值為0.490×10-6,其物源以西寧群泥巖風化物為主,混合第四系其他堆積物經(jīng)古水流搬運改造后形成,受常年耕作等強烈的表生作用影響,Se值在區(qū)內(nèi)處于最高。由此可見,研究區(qū)成土母質(zhì)是決定土壤中Se含量的重要因素,其次強烈的表生作用會使Se發(fā)生二次富集。

表1 研究區(qū)土壤Se含量分類統(tǒng)計平均值Table 1 Index for classification of selenium-rich land types

研究區(qū)土壤pH均大于7.5,屬堿性土壤,故選定≥0.3×10-6作為富硒土壤的Se判定值(表2)。由研究區(qū)土壤Se地球化學分布(圖2)可見,土壤Se整體呈現(xiàn)中部低、兩邊高的特征,以三合村為界,富Se土地集中分布在研究區(qū)北部,且以祁新莊村為Se高濃度區(qū),并逐步向祁家川河流下游延伸。高值區(qū)覆蓋了區(qū)內(nèi)光熱條件最好的耕地區(qū)。

表2 富硒土地類型劃分指標[13]Table 2 Index for classification of selenium-rich land types[13]

圖2 研究區(qū)土壤Se地球化學分布Fig.2 Soil Se geochemical distribution in the study area

3.2 土壤環(huán)境質(zhì)量

天然富硒土地的劃定首先必須保證土壤環(huán)境質(zhì)量良好,無污染且無被污染風險。研究區(qū)土壤pH均大于7.5,為堿性土壤,故采用《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018)[20]中適宜堿性土壤的Cd、Hg、As、Pb和Cr含量篩選值評價土壤環(huán)境質(zhì)量。結果表明,除研究區(qū)南部局部地區(qū)土壤As值大于篩選值外(圖3),其余元素指標均屬于安全狀態(tài)。

圖3 研究區(qū)土壤As環(huán)境質(zhì)量分級Fig.3 Environmental quality grading map of soil As in the study area

3.3 灌溉水水質(zhì)

三合鎮(zhèn)農(nóng)田灌溉以祁家川河水灌溉為主,水源單一。參照《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2013)標準的灌溉水水質(zhì)要求,評價結果(表3)顯示,研究區(qū)水體中9項指標均處于綠色食品灌溉水水質(zhì)要求限值內(nèi),無超標數(shù)據(jù),符合天然富硒土地要求的灌溉水質(zhì)量。

表3 研究區(qū)灌溉水水質(zhì)評價結果Table 3 Statistical of irrigation water quality in the study area mg·L-1

3.4 土壤肥力評價

本次調(diào)查還測定了三合鎮(zhèn)土壤肥力評價指標有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀,參照《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2013)中土壤肥力評價標準,評價得出三合鎮(zhèn)92.5%土壤樣品中的有效磷、速效鉀水平達到旱地Ⅰ級肥力要求,53.7%的土壤樣品全氮水平達到旱地Ⅰ級肥力要求,35.6%的土壤樣品有機質(zhì)水平達到旱地Ⅰ級肥力要求(表4),土壤肥力等級總體較好,且有機質(zhì)和全氮可通過耕作施肥提升改善,土壤肥力滿足綠色食品土壤肥力要求。

表4 土地肥力評價結果(n=160)Table 4 Statistical of soil fertility index(n=160)

3.5 富硒土地劃定

將上述富硒土壤、土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力及灌溉水水質(zhì)評價結果進行空間疊合,剔除三合鎮(zhèn)南部土壤As風險區(qū),提取得到三合鎮(zhèn)集中連片天然綠色富硒土地共40.46 km2,主要分布在張其寨、駱駝堡、西村、東村、祁新莊和三合共6個村莊,其中耕地4.76 km2,草地7.84 km2,林地27.86 km2,分別占天然富硒土地的11.8 %、19.4 %和68.8%(圖4)。耕地屬于可直接利用的富硒土地,而林地和草地屬于潛在可利用富硒土地。

圖4 研究區(qū)天然富硒土地劃定區(qū)Fig.4 Natural selenium-rich land zoning in the study area

4 結論及建議

根據(jù)研究區(qū)富硒土壤、土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力及灌溉水水質(zhì)評價結果,劃定三合鎮(zhèn)集中連片的天然綠色富硒土地40.46 km2,主要分布在張其寨、駱駝堡、西村、東村、祁新莊和三合共6個村莊,其中可直接利用的耕地4.76 km2,潛在可利用的草地7.84 km2,林地27.86 km2。

結合三合鎮(zhèn)富硒產(chǎn)業(yè)規(guī)劃定位和目前發(fā)展現(xiàn)狀,建議對劃定區(qū)進行重點發(fā)開利用。一方面對劃定的天然富硒耕地實施富硒農(nóng)業(yè)種植培育,重點選取富硒率高的小麥、油菜籽、小米等大宗作物,亦可培育富硒西蘭花、花椰菜等特色蔬菜;另一方面利用劃定的天然富硒林草地,通過培育富硒飼草、高效利用秸稈和牧草喂養(yǎng)禽畜達到發(fā)展富硒畜牧業(yè)的目的。同時,加大對其他農(nóng)畜產(chǎn)品的挖掘和監(jiān)測,不斷發(fā)現(xiàn)新的富硒產(chǎn)品,豐富產(chǎn)品種類,推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。