全國主要農耕區富硒土地資源調查與開發利用模式

周亞龍, 彭 敏, 成杭新, 劉 飛, 張富貴, 王惠艷

(1.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，廊坊 065000；2.中國地質調查局土地質量地球化學調查評價研究中心，廊坊 065000;3.中國地質科學院地球表層碳-汞地球化學循環重點實驗室，廊坊 065000)

0 引言

硒(Se)是人類必需的微量元素，具有增強人體免疫力、抗氧化、預防癌癥等重要保健功效，適量的硒攝入有益人體健康，但人體健康的硒攝入量范圍較窄(40μg·day-1< Se攝入量≤ 400 μg·day-1)[1-4]。人體硒的水平取決于每日膳食硒攝入量，植物及其產品是人體膳食硒攝入的最重要途徑，而土壤中的硒是植物硒的主要物質來源，植物中的硒取決于土壤硒的含量水平、成因和生物可利用程度[5-7]。

硒在自然界中稀少而且分散[8]，全球表層土壤硒分布極不均勻[8-11]。各地區人群硒的攝入水平因土壤Se不均勻分布而存在巨大差異[12-13]。土壤低硒分布區的作物中硒含量極低，膳食硒攝入不足可引發克山病和大骨節病等地方性疾病[14-16]，土壤高硒分布區的作物硒含量較高，膳食硒攝入量過多可導致人群或牲畜出現硒中毒現象[17-18]。因此，了解土壤中硒含量水平和空間分布模式對硒的吸收、發展富硒生態農業以增強人群硒的供應水平至關重要。

近年來，我國1:250 000多目標區域地球化學調查和1:50 000土地質量地球化學調查發現并圈定一批天然富硒土地和大批富硒農產品。富硒土地資源調查評價、天然富硒農產品開發已成為地質調查工作服務于脫貧攻堅、鄉村振興、生態文明建設的切入點，成為增加農民收入、促進農村經濟發展的重要舉措。如何在調查基礎上，科學評價和合理利用富硒土地資源，開發安全天然富硒農產品，是一項涉及富硒土壤與農產品標準、土壤硒來源、富硒土壤成因、土壤硒形態及其生物有效性、土壤-作物系統硒吸收遷移機理等科學技術問題的系統工程[19]。

筆者總結和評述了我國1:250 000多目標區域地球化學調查評價方法技術、硒分析測試配套方法、富硒土壤評價標準、我國富硒土壤空間分布特征、土壤硒來源與富硒土壤成因認識、富硒土地資源開發利用典型模式等方面的研究進展，探討了富硒土地資源高效利用的思路方法，以期為富硒土地資源科學評價和合理安全利用提供參考。

1 調查評價方法

1.1 調查技術方法

1999年～2001 年，通過開展廣東珠江三角洲平原區、湖北江漢平原和四川成都盆地3個多目標區域地球化學調查試點，總結規定1:250 000多目標區域地球化學調查以土壤測量為主，湖泊和近岸海域以沉積物測量為主，主要目標任務是查明地表土壤、湖泊和近岸海域沉積物中化學元素的含量水平和空間分布特征[20-21]。調查采用雙層網格化布點，分別采集表層和深層兩層樣品。表層樣采樣密度為1個點/km2，采樣深度0 cm～20 cm，每4 km2組合一個分析樣。深層樣采樣密度為1個點/4 km2，采樣深度150 cm～180 cm，每16 km2組合一個分析樣。采樣點布設以代表性為原則，兼顧均勻性與合理性，最大限度控制調查面積。經過試點、大規模應用，于2014 年正式發布《多目標區域地球化學調查規范(1:250 000)》(DZ/T 0258-2014)。1999年至2020年，中國地質調查局累計完成全國1:250 000多目標區域地球化學調查近270×104km2，覆蓋耕地15.87×108畝，占全國耕地總面積的78.4%。

1.2 分析測試方法

目前土壤中硒含量分析測定主要采用光譜技術，包括氫化物-原子熒光光譜法(HG-AFS)、原子吸收光譜法(AAS)等[22]。不同的樣品前處理和進樣方式，分析測試技術的檢出限和精密度不同，如HG-AFS 技術的檢出限可達ng/g 數量級水平[22]。陳海杰等[23]建立的外供氫氣-氫化物-原子熒光光譜法(H2-HG-AFS)測定地球化學樣品中的硒的方法,檢出限達到了0.007 mg/kg,精密度(n=12)在2.1%～5.3%之間。氫化物發生-原子熒光光譜法(HG-AFS)也是測定植物樣品中硒的理想方法,但植物樣品中硒在消解過程中容易揮發損失，而加入Ca2+可以有效抑制硒的揮發損失[24]。電感耦合等離子體質譜技術(ICP-MS)也能夠實現硒與多種元素的同時測定[25]，該方法在土壤硒痕量、超痕量分析領域具有顯著優勢，但面臨的主要問題是來源于離子源和樣品基體的質譜干擾。碰撞/反應池技術結合多重四極桿技術理論上能夠實現無干擾測定，且檢出限低、檢測線性范圍廣，是當前土壤中硒分析測試領域的熱點技術[22]。

1.3 富硒評價標準

基于我國土壤硒背景值為0.20 mg/kg的實際情況[26]，長期以來，大部分學者普遍參照譚見安中國土壤硒生態景觀分級[27]，采用0.40 mg/kg作為我國富硒土壤劃定閾值標準，部分地方(黑龍江、寧夏、廣西、河南等)針對富硒土壤與富硒農作物之間的不一致性，出臺了地方性富硒土壤評價標準，其富硒土壤評價閾值下限從0.222 mg/kg ～0.400 mg/kg[28]。

為評估不同地區劃定的富硒土地具有可比性，指導全國天然富硒土地的有序開發利用,多目標區域地球化學調查團隊基于大量調查成果，利用系統收集的全國41個水稻主產區6 917件根系土-水稻籽實樣品、11個小麥主產區1489 件根系土-小麥籽實樣品，14個玉米主產區1 816件根系土-玉米籽實樣品中硒含量中位值構建了大宗農作物和根系土中硒的關系模型，證實水稻、小麥和玉米籽實硒含量與土壤硒含量之間存在顯著的線性相關[28]。基于大宗農作物-根系土線性模型、人群硒攝入量估算模型、土壤富硒率和作物富硒率協同分析模型分別估算了富硒土壤閾值，通過不同地區對富硒土壤閾值可行性檢驗，提出了我國天然富硒土地的閾值，中酸性土壤(pH≤ 7.5)中土壤富硒標準閾值為大于等于0.40 mg/kg；堿性土壤(pH> 7.5)中土壤富硒標準閾值為大于等于0.30 mg/kg。制定發布了《天然富硒土地劃定與標識(DZ/T 0380-2021)》行業標準。

2 富硒土地資源分布及成因類型

2.1 富硒土地資源空間分布

我國A層土壤中硒背景值為0.21 mg/kg[29]，顯著低于美國A層土壤背景值(0.39 mg/kg)和全球土壤硒含量中值(0.40 mg/kg)。全國硒含量達到富硒標準的土地面積共計53.9×104km2(圖1)，占調查區總面積的20.2%；無重金屬超標的天然富硒土地面積為29.8×104km2，占調查區總面積的11.2%,其中天然富硒耕地1.25×108畝，僅占調查區耕地總面積的7.9%。受土壤硒含量偏低及重金屬超標等因素的綜合影響，我國天然富硒土地資源較為稀缺。

圖1 全國調查發現的天然富硒土地分布圖Fig.1 Distribution map of natural selenium-enriched land found in national survey

我國天然富硒土地資源空間分布不均，南方顯著優于北方，其中廣西、廣東、福建、湖南、湖北、浙江和江西天然富硒土地面積均大于2×104km2(圖2)，7省(區)合計面積達17.6×104km2，占全國總面積的59.0%；西藏、北京、吉林、上海、寧夏天然富硒土地面積均小于0.1×104km2。全國天然富硒土地比例最高的省份為廣東和廣西，均超過40%；比例最低的省份為西藏、吉林和寧夏，均小于2%。

圖2 各省(市、區)調查發現的天然富硒土地面積Fig.2 The area of natural selenium-enriched land found by surveys in various provinces (cities, districts)

2.2 富硒土壤成因

土壤中元素的分布受氣候、成土母質、地形地貌、成土過程、土壤理化性質、人類活動等多種因素影響。我國氣候、地貌類型變化多樣，地質背景復雜，我國土壤硒含量空間分布極不均勻，土壤中硒區域貧化富集的控制因素眾多，地球化學分異過程復雜,大范圍分散富集驅動機制不清[19,27,30-33]。目前對于區域尺度土壤中硒含量和分布模式驅動機制的主要觀點包括：①土壤硒的高含量 (≥3.0 mg/kg) 或者低含量 (< 0.175 mg/kg) 的分布主要與成土母質有關[2]；②土壤硒分布主要受氣候控制，氣候和土壤間的強相互作用是土壤硒含量變化的主要控制因素[34-36]；③土壤硒分布主要受成土母質-氣候相互作用控制，土壤理化性質對土壤硒貧化富集僅在局部區域有影響[37]；④土壤硒含量的控制因素與有機質含量、海洋輸入影響和成土母質等因素有關，相互作用關系復雜[38]；⑤土壤理化性質是土壤硒含量的重要驅動因素[38]。

調查研究表明，我國典型高硒或富硒土壤分布多受地質背景控制。王銳等[39]將我國主要農耕區土壤硒成因類型按控制因素分為：受煤系、黑色地層影響及控制，受土壤有機質影響及控制，受沉積作用影響和受基性火山巖影響4種類型;宋明義[40]將浙江省天然富硒土壤成因類型按不同成土母質歸納為火山巖型、石煤型、燃煤型和湖沼型4種，并認為石煤型富硒土壤的可利用性最高，其次為燃煤型和湖沼型，火山巖型最低;劉道榮等[31]根據土壤母巖的成因，可將天然富硒土壤分為沉積巖型、巖漿巖型、變質巖型 3 個類別。其中沉積巖型又分為表生沉積型、黑色巖系型、含煤巖系型、碳酸鹽巖型、碎屑巖型等 5 個亞類；巖漿巖型分為侵入巖型、火山巖型及次火山巖型 3 個亞類; 變質巖型分為淺變質巖型、中深變質巖型 2 個亞類。并認為不同成因類型的天然富硒土壤特征及開發適宜性差異較大，異地沉積的黑色巖系型、表生沉積型等綠色富硒土地開發適宜性高。

我國天然富硒土地富硒土壤成因除了主要受成土母質決定外，還受到成土過程、風化淋失作用、氣候、降雨量、地形地貌等自然條件的影響，土壤pH、土壤氧化還原條件、土壤質地、有機質等理化條件，土地利用/土地覆蓋類型等農業生產活動也在一定程度上影響局部地區土壤硒的分散富集。此外,人為源輸入對局部地區表層土壤硒富集影響顯著，如四川綿陽地區、華北平原[30,41]。總之，我國表層土壤硒來源較為復雜，其中成土母質(自然源)是決定多數地區土壤硒含量的關鍵因素,表生環境中硒多圈層遷移轉化循環復雜，局部分散富集影響因素眾多，主要與氣候因素、成土母質、地形地貌、成土過程和土壤理化性質有關。

3 富硒土地資源開發利用模式

3.1 天然富硒地塊認定

中國地質學會依據《天然富硒土地劃定與標識(DZ/T 0380-2021)》和《天然富硒土地認定和標識管理辦法(試行)》等有關規定，開展了全國首批天然富硒地塊認定。首批認定江西于都、海南瓊中、黑龍江海倫、河北順平、四川屏山、云南威信等30處50余萬畝天然富硒地塊(圖3)。天然富硒土地的認定有利于全國各地區促進富硒特色農產品推廣，提高農產品附加值，在支撐脫貧攻堅、鄉村振興、健康中國等國家戰略，服務生態功能農業發展等方面，發揮了地質工作先行性和基礎性作用。通過開展天然富硒土地認定和授牌，利用“一地一碼”實現了富硒農產品源頭可追溯，為規范天然富硒土地資源開發利用奠定了制度基礎，從管理制度上引導富硒農業的規范化發展。

圖3 全國首批30處天然富硒地塊Fig.3 The first batch of 30 natural selenium-rich plots in China

3.2 典型富硒土地資源開發模式

據不完全統計，全國各地依托富硒土地資源累計建設現代田園綜合體、現代生態農業示范園、富硒果蔬種植產業園等不同類型的富硒農業產業園區300余處。通過十余年不斷地探索和經驗總結，以自然資源部中國地質調查局為主的地勘單位建立了需求對接、項目對接和成果對接的“訂單式”土地質量地球化學調查工作機制；推動形成了以“江西贛州”、“湖南新田”和“青海平安”為典范的“地質+特色農業”的富硒土地高效利用開發模式。江西贛州市16 個縣(市、區)1：50 000土地質量地球化學調查發現的6.06×109m2無公害富硒土地，提出了集中連片綠色富硒基地和無公害富硒基地共 166 處[42]，指導建成興國縣高多村三千畝蔬菜種植示范基地、于都縣梓山萬畝農業產業示范基地、于都縣禾豐八千畝蔬菜種植基地等3處農業示范基地，提升贛縣吉埠鎮楊梅基地、興國縣春賜福茶葉基地、興國縣九山生姜基地等的產品為富硒產品，大幅提高了農產品的價值。形成了“土地質量調查到哪里，農業公司就跟蹤投資到哪里”的局面。通過農業示范基地的建設和打造，建立了“公司+合作社+農戶”的聯結機制，探索出“土地流轉+基地務工+入股分紅+蔬菜種植”的脫貧模式。土地流轉，按照250 kg稻谷/y進行實物折價；就業崗位，平均工資可達70元/d；吸納貧困戶產業扶貧貸款入股企業，年終按照8%領取分紅；提供大棚給當地農戶種植，提供技術培訓、種苗供應、產品銷售全套支持；惠及當 地百姓5×105人，超過1×105貧困人口年平均增收超10 000元。

青海平安區高度重視地質調查發現的天然富硒土地資源，提出了“壯大富硒產業、實現農民增收、改善生態環境、發展健康養生”的發展思路。以建設富硒種養基地、引進富硒食品加工企業、拓展富硒旅游等方式，通過幾年的探索，使富硒特色產業由園區示范擴展到全域發展。利用調查圈定的1.2×108m2富硒土地資源[43]，目前已建成金吉富硒產業園、白沈溝富硒果蔬產業園、金陽光富硒產業園、袁家村·河湟印象等高原富硒現代農業示范園、生態產業園區5處。樹立了“高原硒都·健康平安”的富硒品牌，獲得了“中國十大富硒之鄉”的稱號。全區富硒產業園累計投資達4.4×108元，農業總產值達3.18×108元。形成了“地質先行、查明富硒、政府主導、創建園區、富硒富農、精準扶貧”的“平安模式”。湖南新田縣依托地質調查發現的615.1 km2天然富硒土地資源，制定了“打硒鍶品牌、走高端之路、建養生之地”的發展思路[44]，積極引導和推動全縣富硒資源研究、開發和產業布局，建成蓮花富硒果蔬產業園、縣城富硒農產品加工園、新圩硒鍶循環農業生態產業園等3大富硒產業園。通過推行“公司+基地+農戶”等產業模式，成立了各類種植、生產及養殖合作社80余家，帶動2.2×104農戶種養增收。以“產業差異化、產品特色化、市場精準化”全力打造新田富硒支柱產業，全縣從事富硒產業人員達10.8×104人，年產值超過2×109元。由地勘單位和地方政府共同譜寫的“摸家底，找優勢，助開發，促轉化”的“新田模式”已經成為“地質+特色農業”扶貧新模式的重要典范。此外，四川沐川縣依托1：50 000土地質量地球化學調查圈定的7.03×108m2天然富硒土地資源，全力發展沐川縣富硒竹、茶、魔芋等高附加值名特優農產品，助力鄉村振興[45]。以“生態、有機、富硒”為主題，“十四五”期間計劃建成富硒茶產業帶6.67×107m2、機采茶基地5.33×107m2、紫茶基地6.67×106m2，實現茶產量2.5×107kg，產值2×109元以上，著力打造“烏蒙山區優質茶鄉”、“中國紫茶之鄉”。四川省興文縣在僰王山鎮水瀘壩村建成3.33×106m2富硒水稻生態示范農業公園，并發揮農業公園與僰王山景區緊密相連的優勢，打造了集產業園、創業園、科技園為一體的現代田園綜合體；江西豐城市建成包括富硒農作物種植、富硒畜禽養殖、富硒農產品加工和富硒休閑觀光農業四大板塊的“中國生態硒谷”；廣西貴港市打造“中國生態富硒港”，建設富硒農產品生產基地100余處，總面積達7.19×107m2，覆蓋水稻、茶葉、蔬菜、中藥材、水果、畜禽、水產、飲用水等八大產業；寧夏吳忠市打造“中國塞上硒都”，全市建設富硒基地75個，富硒農作物種植面積達1.67×108m2。新疆焉耆打造“西域硒都”，建成富硒農產品種植示范園5處和全疆首個富硒食品加工產業園區，實現產值1.5×107元/y，流轉富硒土地4×107m2。

這些典型地區的富硒土地資源開發利用模式發展表明，通過發揮土地質量地質調查的專業優勢，摸清富硒土地資源空間分布，建立富硒地塊信息檔案，科學合理利用富硒土地資源，優化了產業布局，樹立一批具有地域特色的富硒“農產品地理標志”，既能實現天然特色資源高效化利用，又能有效推動經濟發展，支持服務“鄉村振興”戰略。

4 思考和建議

土地質量地球化學調查二十年來，充分利用調查發現的大量富硒土地資源，通過建立富硒地塊信息檔案、提出產業布局建議、助推示范基地建設、召開成果發布及經驗交流會等方式，積極推進成果轉化應用，在支撐脫貧攻堅、服務鄉村振興和生態農業發展等方面取得了顯著的成效。但是針對天然富硒土地高效開發利用模式尚未形成，存在的問題和制約因素主要包括：

1)富硒土地資源高效開發利用相關理論與技術標準仍不成熟。影響富硒土地資源高效開發利用的因素眾多，除了土壤硒含量、硒的有效性外，還與土壤環境質量( 重金屬含量)、富硒土地面積、集中連片程度及富硒土地所處地貌景觀等因素有關。

2)土壤-農作物系統硒遷移轉化的理論有待進一步研究。《天然富硒土地劃定與標識》(DZ/T 0380-2021)明確規定了天然富硒土地認定要求，但是部分受地質背景和成土過程控制明顯的地質背景區土壤中硒總量與農作物籽實硒含量并無一一對應關系，硒的價態和有效性與硒的來源密切相關，采取何種有效措施提高土壤硒向農作物轉化是富硒土地高效利用的難點。

3)雖然1：250 000土地質量地球化學調查覆蓋了全國耕地總面積的78.4%，基本查明了我國富硒土地資源的空間分布特征，但是1：50 000或1：10 000等高精度土地質量調查工作程度相對偏低，全國可供直接開發利用的富硒地塊家底依然不清，且全面、權威的全國富硒土地資源數據庫及官方發布機制尚未建立。

土地質量地球化學調查是了解土壤資源空間分布規律的重要技術手段，也是實現天然特色資源高效化利用的前提[46]。因此，因地制宜開發天然富硒農產品，顯著提升農產品附加值，全面提高國民硒攝入量和健康水平，是支持服務“鄉村振興”和“健康中國”戰略的重要抓手和有效途徑。針對目前天然富硒土地高效開發利用存在的問題和制約因素，可從以下方面入手加以推進：

1)加強頂層設計，高度重視和引導富硒農業規范化發展。建議相關部委發揮職能優勢，作好頂層設計，從管理制度上引導富硒農業的規范化、規模化、集約化、長效化發展，打通上下游產業鏈，真正形成全流程的管理體系。

2)加強調查研究，摸清富硒地塊家底，建立完善的富硒土地高效利用理論和技術標準體系。在已有1:250 000土地質量地球化學調查基本摸清了我國主要農耕區具有開發潛力的富硒土地資源總體數量和宏觀分布特征的基礎上，開展1:50 000或更高精度的調查，精準查明富硒地塊邊界、建立可供直接開發利用的富硒地塊清單，摸清全國可供直接開發利用的富硒地塊資源家底。開展富硒土地高效利用技術攻關和專題研究，查明不同成因富硒土壤硒生物有效性及其主要控制因素；開展作物硒富集能力專題研究，篩選優勢作物類型，因地制宜提出特色農作物種植建議。加快推進富硒土地劃定國家標準的研制和發布，建立成熟的富硒土地資源高效利用理論和技術標準體系。

3)建立示范體系，顯著提升社會知名度和影響力，帶動地方財政和社會資金積極投入。優選典型富硒土地資源開發潛力區，開展高效利用調查示范，高標準建設系列可復制、可推廣的富硒土地高效開發利用新模式，引領帶動地方財政積極跟進，吸引社會資金投入全國富硒土地資源開發利用和富硒產業。