新疆溫宿縣富硒土地資源調查與評價

王剛，涂其軍，馬宏超，范磊善

（新疆維吾爾自治區地質調查院，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”、“心臟的守護神”等美譽[1]。區內土地資源豐富，土壤及農產品中硒含量高。因此，在該區進行富硒土地資源調查與評價工作，提出富硒產業開發建議，提升農產品附加值，具廣闊的市場前景。

2015年，中國地質調查局開展了“新疆伊寧地區多目標地球化學調查”項目，完成阿克蘇地區溫宿縣調查面積1 000 km2，在溫宿縣托乎拉鄉-水稻農場、恰格拉克鄉-阿熱勒鎮一帶共發現278 km2的富硒土地資源；2016年中國地質調查局“西北五省耕地區1∶25萬土地質量地球化學調查”二級項目針對溫宿縣托乎拉鄉-水稻農場的富硒土地資源開展1∶5萬土地質量地球化學調查工作，系統評價了區內土地綜合質量和富硒土地資源空間分布特征；2017年新疆維吾爾自治區科學技術廳“優秀青年科技人才培養項目”針對庫如力村周邊的富硒耕地開展點狀的研究、試驗工作。

1 研究區概況

研究區位于新疆阿克蘇地區溫宿縣，調查面積220 km2，研究區地形起伏較小，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、日照充足，溫差大、降水少、蒸發強烈。研究區土地利用類型以水田、水澆地、果園為主，占研究區總面積的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資源監督檢測中心和國土資源部合肥礦產資源監督檢測中心承擔。1∶50 000土壤樣品分析N，P，K2O，Corg，CaO，MgO，S，B，Mo，Mn，Fe2O3，Cl，Se，Na2O，SiO2，Hg，Pb，As，Cd，Cr，Cu，Zn，F，I，pH等25項元素或指標；1∶2 000土壤樣品分析全硒、全氮、全鉀、全磷、有機質、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和硒形態分析（殘渣態硒、腐殖酸結合態硒、離子交換態硒、強有機結合態硒、水溶態硒、碳酸鹽結合態硒、鐵錳結合態硒）等27項元素或指標；垂直剖面樣品分析測試Cl，N，P，K2O，I，F，S，Se，Ge，B，Cu，Zn，Mo，Mn，Corg，As，Cd，Cr，Hg，Pb，MgO，Na2O，CaO，Fe2O3，SiO2，pH等26項；農作物樣品分析Hg，Pb，As，Cd，Cr，Se等6項指標；根系土樣品分析 As，Cd，Cr，Hg，Pb，F，I，Se，pH，N，P，K，B，Cu，Zn，Se形態分析7項，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、有機質、pH等36項元素或指標。所有測試結果都滿足DD2005-03《生態地球化學評價樣品分析技術要求》等規范規定的分析準確度和精密度等質量要求。所有樣品分析合格率100%，重復樣、異常抽查檢驗的合格率99.36%。

圖1 研究區表層土壤、土壤剖面及農作物采樣點位圖Fig.1 Sampling points of surface soil and crop sampling points in research area

3 硒元素地球化學特征

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，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。同時對土壤的理化性質進行測試分析，區內土壤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 研究區土壤元素地球化學特征參數表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硒相關性特征

針對性的對加密試驗區開展硒元素形態相關性研究，測試分析結果顯示，土壤中全硒與強有機結合態硒、水溶態和殘渣態硒有較好的正相關性，相關系數分別達0.985、0.819和0.707，與腐殖酸結合態、離子交換態及碳酸鹽結合態硒的正相關性不大（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，為農作物吸收硒提供了較好的先天環境[3]。

3.1.3富硒土壤劃分標準的研究

國內不同省份、不同地區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《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T0295-2016）制定的評價等級，認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，理化性質偏堿性的土壤中硒元素有效性大于偏酸性土壤，因此，國內堿性土壤分布區中，富硒土壤的劃分標準相對限定較低，如青海省一般以硒元素含量大于等于0.2 mg/kg作為富硒土壤標準，寧夏自治區發布了《寧夏富硒土壤標準》（DB64/T1220-2016）中規定，硒元素含量大于0.222 mg/kg即達富硒土壤標準。

在該代謝途徑中，轉酮醇酶是關鍵性的酶，對赤蘚糖-4-磷酸的代謝量有顯著的影響，進而影響赤蘚糖醇的最終產量[27]。

通過近10年土地質量地球化學調查研究工作，在硒元素含量大于等于0.3 mg/kg的土壤中生長的農作物，其富硒效應表現非常顯著，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作為富硒土壤標準。

3.1.4富硒土壤空間分布特征

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

3.2 土壤垂直剖面硒元素含量特征

在研究區周邊選取8條典型剖面的土壤樣品測試數據進行對比研究，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個樣點硒元素含量大于等于0.3 mg/kg，占總樣點數的75%，分別為富硒區內的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，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，研究區內土壤中硒元素含量高于全國背景值，在西北地區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 研究區土壤全硒與各形態硒相關性Fig.3 Correlation between total Se content and Se properties in research area

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

3.3 土壤綜合質量評價

本次評估依照《土地質量地球化學評價規范》（DZT 0295-2016）有關技術要求執行，土壤綜合質量是在先期評價研究區土壤養分質量和土壤環境質量基礎上，對評價結果按技術標準疊加后得出的。研究區土壤環境綜合質量較好，清潔土壤占全區的99.94%，輕微污染和輕度污染僅以點狀占全區的0.04%和0.02%。因此，影響研究區土壤綜合質量主要是土壤養分質量的等級差異較大。據土地質量綜合分等方案對溫宿縣土地質量進行地球化學評估綜合分等，將評估區土壤分為優質、良好、中等、差等、劣等5個等級。

土地質量良好以上等級占全區面積的99.95%（圖5），說明溫宿地區土地質量狀況優良，其中優質級占78.49%，在全區內主要分布在耕地區且較集中，是開發綠色和有機農產品的良好土地資源，應加以開發利用和質量保護[5]；良好級占全區總面積的21.46%，主要分布在研究區北部草原區；中等級土壤在區內點狀分布，僅占全區的0.05%；全區無差等和劣等土壤。總體而言，研究區土壤綜合質量優良，是開發高標準農田的首選區域。

表2 研究區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 研究區土壤綜合質量等級圖Fig.5 Comprehensive classification map of land quality geochemical assessment in research area

3.4 生物效應研究

3.4.1農作物富硒效應研究

人體攝取營養物質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、人體補硒均有密不可分的關系[6]。

目前富硒農產品國家標準僅有富硒稻谷標準（GB/T 22499-2008）、農業部標準僅有富硒大蒜（NYT 3115-2017）和富硒馬鈴薯（NYT 3116-2017），國內富硒產業開發較早的省份則出臺了相應的地方標準，如湖北、寧夏、陜西等地[7-8]。筆者綜合分析統計后，使用1個國家標準、1個農業部標準和2個地方標準進行本次植物富硒對比分析研究。

本次共對6類共171件農作物樣品進行硒元素含量特征評估，從表3可知，研究區不論是傳統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，農作物富硒效應十分顯著，同時所有檢測樣品中的硒最高值均未超過相應參考標準的范圍，不存在硒過量的現象[9]。研究區農作物中硒元素總體呈現的高含量高富集特征為當地開發富硒農業提供了有利的地球化學數據支撐。

3.4.2農作物安全評估

本次共對6類171件農作物樣品進行農作物安全評估，參照綠色食品行業標準和食品污染物限量標準[10]，制定一票否決的評價標準，農作物安全評估分級見表4，評價結果見表5。171件農作物樣品中符合一級標準的有169件，占總樣品數的98.83%，符合二級標準的有2件，占總樣品數的1.17%，主要原因為As、Cr元素各1件樣品含量超標，超標結果還需進一步研究。總體而言，評估區農作物安全性較高，農產品質量優良。

4 結論與建議

（1）在溫宿縣托乎拉鄉水稻農場一帶圈定富硒土地資源115 km2，且多為“優質級”土地，區內優質富硒土地資源是發展富硒產業的理想區域。

（2）區內農作物富硒、綠色且存在多種農作物富硒的現象，富硒率平均值高達97.75%；建議當地政府適當調整農業種植結構，優先發展附加值大的富硒蔬菜和富硒林果業種植。

表3 研究區農作物樣品中Se元素含量特征統計表Table 3 Statistical analysis of Se content in crop samples in research area

表4 農作物安全評估標準Table 4 Crop safe industry standard requirements 單位：mg/kg

表5 植物樣品數量及評估結果統計表Table 5 Quantity of plant samples and statistics of evaluation results

（3）農作物根系土理化性質以弱堿性為主，土壤中硒元素主要以強有機結合態硒、水溶態硒等有效硒為主，利于作物吸收。

（4）建議針對新疆目前已經發現的富硒區開展綜合研究調查工作，系統的梳理富硒土地資源數量和富硒農產品種類，盡早建立富硒土壤和相關富硒農產品的地方標準。