新疆温宿县富硒土地资源调查与评价

王刚，涂其军，马宏超，范磊善

（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000）

硒是自然界中广泛分布的一种分散元素，1973年世界卫生组织将硒元素列为人体必需的微量元素之一，享有“生命之火”、“抗癌之王”、“心脏的守护神”等美誉[1]。区内土地资源丰富，土壤及农产品中硒含量高。因此，在该区进行富硒土地资源调查与评价工作，提出富硒产业开发建议，提升农产品附加值，具广阔的市场前景。

2015年，中国地质调查局开展了“新疆伊宁地区多目标地球化学调查”项目，完成阿克苏地区温宿县调查面积1 000 km2，在温宿县托乎拉乡-水稻农场、恰格拉克乡-阿热勒镇一带共发现278 km2的富硒土地资源；2016年中国地质调查局“西北五省耕地区1∶25万土地质量地球化学调查”二级项目针对温宿县托乎拉乡-水稻农场的富硒土地资源开展1∶5万土地质量地球化学调查工作，系统评价了区内土地综合质量和富硒土地资源空间分布特征；2017年新疆维吾尔自治区科学技术厅“优秀青年科技人才培养项目”针对库如力村周边的富硒耕地开展点状的研究、试验工作。

1 研究区概况

研究区位于新疆阿克苏地区温宿县，调查面积220 km2，研究区地形起伏较小，总体呈北高南低趋势，平均海拔约1 135 m，相对高差5～30 m，属大陆性温带干旱气候，太阳辐射强、日照充足，温差大、降水少、蒸发强烈。研究区土地利用类型以水田、水浇地、果园为主，占研究区总面积的78.52%；土壤类型以潮土、灌淤土、沼泽土为主[2]，占研究区总面积的95.12%。

2 工作方法

2.1 样品采集

2.2 分析测试

样品分析测试工作由国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心和国土资源部合肥矿产资源监督检测中心承担。1∶50 000土壤样品分析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项元素或指标；1∶2 000土壤样品分析全硒、全氮、全钾、全磷、有机质、交换性钙、交换性钾、交换性镁、交换性钠、水解性氮、速效钾、有效铜、有效锌、有效钼、有效硅、有效磷、有效硫、有效硼、有效铁、pH和硒形态分析（残渣态硒、腐殖酸结合态硒、离子交换态硒、强有机结合态硒、水溶态硒、碳酸盐结合态硒、铁锰结合态硒）等27项元素或指标；垂直剖面样品分析测试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项；农作物样品分析Hg，Pb，As，Cd，Cr，Se等6项指标；根系土样品分析 As，Cd，Cr，Hg，Pb，F，I，Se，pH，N，P，K，B，Cu，Zn，Se形态分析7项，碱解氮、有效磷、速效钾、有效硼、有效铁、有效钼、有效铜、有效锌、有效硅、有效硫、交换性钙和镁、交换性钾和钠、有机质、pH等36项元素或指标。所有测试结果都满足DD2005-03《生态地球化学评价样品分析技术要求》等规范规定的分析准确度和精密度等质量要求。所有样品分析合格率100%，重复样、异常抽查检验的合格率99.36%。

图1 研究区表层土壤、土壤剖面及农作物采样点位图Fig.1 Sampling points of surface soil and crop sampling points in research area

3 硒元素地球化学特征

3.1 表层土壤元素分布特征

3.1.1表层土壤中元素含量特征

表层土壤中As，CaO，Cd，Cl，F，K2O，MgO，Mn，N，Na2O和S等元素均值高于全国土壤元素背景值，尤其是S,Cl,CaO,MgO和N等5种元素含量显著偏高，其含量均值均大于全国背景值两倍以上（表1）。全国表层土壤S元素背景值288 mg/kg，评估区表层土壤S含量均值为1 132.96 mg/kg，是全国土壤背景值的3.93倍（图2）；全国表层土壤Cl元素背景值68 mg/kg，评估区表层土壤Cl元素背景值298.28 mg/kg，是全国土壤背景值的4.39倍；全国表层土壤CaO背景值1.54%，评估区表层土壤CaO含量均值为13.20%，是全国土壤背景值的85.71倍；全国表层土壤MgO元素含量背景值为0.78%，评估区表层土壤MgO含量均值为3.22%，是全国土壤背景值的4.13倍；全国表层土壤N元素背景值626 mg/kg，评估区表层土壤N含量均值为1 278 mg/kg，是全国土壤背景值的2.04倍。

图2 评估区表层土壤元素均值与全国土壤背景值比值Fig.2 Ratio of surface soil elements to soil background values in research area

相比之下，在评估区表层土壤中，仅Al2O3，Corg，Cr，Cu，Hg，I，Mo，P，Pb，SiO2，Zn等元素均值低于全国背景值，其中I元素含量明显低于全国背景值，评估区含量均值为0.79 mg/kg，仅为全国背景值3.76 mg/kg的0.21。同时对土壤的理化性质进行测试分析，区内土壤pH值在5.5～9.25，平均值8.23，99.50%的土壤呈碱性（pH值大于7）。

表1 研究区土壤元素地球化学特征参数表Table 1 Geochemical parameters of soil elements in research area

3.1.2表层土壤中全硒与不同形态硒相关性特征

针对性的对加密试验区开展硒元素形态相关性研究，测试分析结果显示，土壤中全硒与强有机结合态硒、水溶态和残渣态硒有较好的正相关性，相关系数分别达0.985、0.819和0.707，与腐殖酸结合态、离子交换态及碳酸盐结合态硒的正相关性不大（图3）。表明温宿县土壤中硒元素更多的以有效硒的形式存在于土壤中，为农作物吸收硒提供了较好的先天环境[3]。

3.1.3富硒土壤划分标准的研究

国内不同省份、不同地区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尽一致。据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295-2016）制定的评价等级，认定土壤硒元素含量大于3 mg/kg为过剩，土壤硒元素含量0.4～3 mg/kg为高，土壤硒元素含量0.175～0.4 mg/kg为适量，土壤硒元素含量0.125～0.175 mg/kg边缘，土壤硒元素含量小于等于0.125 mg/kg为缺乏。前人研究表明，理化性质偏碱性的土壤中硒元素有效性大于偏酸性土壤，因此，国内碱性土壤分布区中，富硒土壤的划分标准相对限定较低，如青海省一般以硒元素含量大于等于0.2 mg/kg作为富硒土壤标准，宁夏自治区发布了《宁夏富硒土壤标准》（DB64/T1220-2016）中规定，硒元素含量大于0.222 mg/kg即达富硒土壤标准。

在该代谢途径中，转酮醇酶是关键性的酶，对赤藓糖-4-磷酸的代谢量有显著的影响，进而影响赤藓糖醇的最终产量[27]。

通过近10年土地质量地球化学调查研究工作，在硒元素含量大于等于0.3 mg/kg的土壤中生长的农作物，其富硒效应表现非常显著，具明显的生物有效性，因此一般以硒元素含量大于等于0.3 mg/kg作为富硒土壤标准。

3.1.4富硒土壤空间分布特征

据新疆富硒土壤划分标准（图4），温宿县研究区富硒土壤主要分布在水稻农场温宿县苏亚克斯村一带(103 km2)，托乎拉乡的托万苏布拉克村、海力瓦甫村、依干其乡也有分布(12 km2)，总面积达115 km2；缺乏区面积18 km2，主要分布在北部托乎拉乡直属的天然草场；其他地区土壤中硒含量呈适度状态。

3.2 土壤垂直剖面硒元素含量特征

在研究区周边选取8条典型剖面的土壤样品测试数据进行对比研究，各层位硒含量如表2所示。从表2中可看出，0～20 cm的土壤层位中，有6个样点硒元素含量大于等于0.3 mg/kg，占总样点数的75%，分别为富硒区内的C2、C3、C4、C5、C6、C7剖面；随着深度的不断增加，土壤硒含量急剧降低，至底部180～200 cm层位时，硒含量均值在0.2 mg/kg，不及0～20 cm层位硒含量的1/3，显然硒富集于表层土壤。

由表1、表2可知，研究区内土壤中硒元素含量高于全国背景值，在西北地区整体处于硒元素缺乏的特征下显得意义尤为重大；土壤中硒元素主要富集于表层土壤，随着深度的增加土壤中硒元素的含量呈逐渐降低的趋势[4]。

图3 研究区土壤全硒与各形态硒相关性Fig.3 Correlation between total Se content and Se properties in research area

图4 研究区富硒土壤分布图Fig.4 Selenium rich soil grade map in research area

3.3 土壤综合质量评价

本次评估依照《土地质量地球化学评价规范》（DZT 0295-2016）有关技术要求执行，土壤综合质量是在先期评价研究区土壤养分质量和土壤环境质量基础上，对评价结果按技术标准叠加后得出的。研究区土壤环境综合质量较好，清洁土壤占全区的99.94%，轻微污染和轻度污染仅以点状占全区的0.04%和0.02%。因此，影响研究区土壤综合质量主要是土壤养分质量的等级差异较大。据土地质量综合分等方案对温宿县土地质量进行地球化学评估综合分等，将评估区土壤分为优质、良好、中等、差等、劣等5个等级。

土地质量良好以上等级占全区面积的99.95%（图5），说明温宿地区土地质量状况优良，其中优质级占78.49%，在全区内主要分布在耕地区且较集中，是开发绿色和有机农产品的良好土地资源，应加以开发利用和质量保护[5]；良好级占全区总面积的21.46%，主要分布在研究区北部草原区；中等级土壤在区内点状分布，仅占全区的0.05%；全区无差等和劣等土壤。总体而言，研究区土壤综合质量优良，是开发高标准农田的首选区域。

表2 研究区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

图5 研究区土壤综合质量等级图Fig.5 Comprehensive classification map of land quality geochemical assessment in research area

3.4 生物效应研究

3.4.1农作物富硒效应研究

人体摄取营养物质的主要方式是食取动、植物，人体获取硒等有益元素的多少取决于食用的动、植物中的硒含量，其中植物中硒元素的来源主要为土壤中的硒，因此，富硒土壤与植物硒、人体补硒均有密不可分的关系[6]。

目前富硒农产品国家标准仅有富硒稻谷标准（GB/T 22499-2008）、农业部标准仅有富硒大蒜（NYT 3115-2017）和富硒马铃薯（NYT 3116-2017），国内富硒产业开发较早的省份则出台了相应的地方标准，如湖北、宁夏、陕西等地[7-8]。笔者综合分析统计后，使用1个国家标准、1个农业部标准和2个地方标准进行本次植物富硒对比分析研究。

本次共对6类共171件农作物样品进行硒元素含量特征评估，从表3可知，研究区不论是传统作物还是特色林果类的富硒效果都极其显著，富硒率均在93%以上，农作物富硒效应十分显著，同时所有检测样品中的硒最高值均未超过相应参考标准的范围，不存在硒过量的现象[9]。研究区农作物中硒元素总体呈现的高含量高富集特征为当地开发富硒农业提供了有利的地球化学数据支撑。

3.4.2农作物安全评估

本次共对6类171件农作物样品进行农作物安全评估，参照绿色食品行业标准和食品污染物限量标准[10]，制定一票否决的评价标准，农作物安全评估分级见表4，评价结果见表5。171件农作物样品中符合一级标准的有169件，占总样品数的98.83%，符合二级标准的有2件，占总样品数的1.17%，主要原因为As、Cr元素各1件样品含量超标，超标结果还需进一步研究。总体而言，评估区农作物安全性较高，农产品质量优良。

4 结论与建议

（1）在温宿县托乎拉乡水稻农场一带圈定富硒土地资源115 km2，且多为“优质级”土地，区内优质富硒土地资源是发展富硒产业的理想区域。

（2）区内农作物富硒、绿色且存在多种农作物富硒的现象，富硒率平均值高达97.75%；建议当地政府适当调整农业种植结构，优先发展附加值大的富硒蔬菜和富硒林果业种植。

表3 研究区农作物样品中Se元素含量特征统计表Table 3 Statistical analysis of Se content in crop samples in research area

表4 农作物安全评估标准Table 4 Crop safe industry standard requirements 单位：mg/kg

表5 植物样品数量及评估结果统计表Table 5 Quantity of plant samples and statistics of evaluation results

（3）农作物根系土理化性质以弱碱性为主，土壤中硒元素主要以强有机结合态硒、水溶态硒等有效硒为主，利于作物吸收。

（4）建议针对新疆目前已经发现的富硒区开展综合研究调查工作，系统的梳理富硒土地资源数量和富硒农产品种类，尽早建立富硒土壤和相关富硒农产品的地方标准。