崇义县上堡梯田土地质量地球化学评估及开发建议

邹勇军，黄 懿，李昌龙，王 鹤，汪成钵

(江西省煤田地质勘察研究院，南昌 330001)

0 引言

土地质量地球化学调查与评价是以土壤地球化学调查为主，同时开展大气、灌溉水和农作物地球化学调查，以生态地球化学理论为指导，以科学量化土地质量、实现动态管理和成果数据的查询及利用为目的的一项综合评价工程[1]。2016～2018年，中国地质调查局按照自然资源部党组要求，为加大地质调查，服务赣南苏区重点调查区精准脱贫工作，由南京地质调查中心会同赣州市人民政府及其国土资源主管部门，按照统一技术标准及技术方法，组织江西省煤田地质勘察研究院实施了“江西省赣县沙地、崇义上堡与信丰县油山调查区1∶5万土地质量地球化学调查”。本文以项目中崇义县上堡梯田作为研究区，在1∶5万土地质量地球化学调查尺度土壤样品采集的基础上，分析测试土壤中23种元素的含量，按照相关标准评价养分丰缺状况、富硒富锌、土壤环境清洁程度，并划分土地质量等级，优选特色农业基地区建立土地质量档案卡片，为研究区准确划分永久基本农田建设区，优势、特色农产品基地建设、土地资源科学利用提供一定的科学依据[2]。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于赣州市崇义县西部上堡乡，总面积91.50km2。区内平均海拔750m，具有亚热带季风湿润气候特点，气候温凉，雨量充沛，无霜期长。种植以水稻、脐橙、茶叶、油茶为主，土壤类型以砂壤土、水稻土为主[2]。

1.2 样品采集

根据 DZ/T 0295-2016《土地质量地球化学评价规范》和 DZ/T 0258-2014《多目标地球化学调查规范(1∶250000)》的技术要求，按照1km2为单位格子，500m×500m小格子网格化布点，基本采样密度为4～8个点/km2(平均采样密度5.15个/km2)，对研究区内0～20cm深度表层土壤采样，共采集土壤样品472件。为增加样品的代表性，以主样点为中心，向四周50～100m内采集4～6 个子样点，主、子样品等份组合成一个混合样，主样点与子样点一般按照“X”形分布[1,3]。采样工具为不锈钢取样器，采样时用竹铲去除与金属采样器接触的土壤，并挑出根系、秸秆、石块、虫体等杂物后，将样品装入样品袋，将样品编号写在棉布袋样品袋上[2]。野外采样定点手持GPS为美国天宝JUNO3B，校正后误差在5m以内。

图1 研究区土壤采样点分布图Figure 1 Study area soil sampling point distribution

1.3 样品处理与测试

土壤样品通过室内自然风干后，按10目过筛加工处理，加工时按对角线折叠法拌匀，取500g样品装袋送交分析测试单位，其余样品均装袋作副样保存。分析测试由具有中国地质调查局多目标地球化学调查样品分析测试资质的陕西省地质矿产实验研究所完成。主要测试分析N、P、K2O、有机质、S、B、Se、Mo、Mn、Co、V、碱解氮、速效磷、速效钾、pH和Cd、Cr、As、Hg、Cu、Pb、Zn、Ni 8种重金属元素等23项，其测试方法及检出限见表1。

1.4 数据处理及使用软件

土地质量地球化学评价采用中国地质调查局发展中心开发的土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护(应用)子系统软件，所有原始有效数据均参与评价，低于检出限的数据用检出限的一半来代替。

表1 土壤样品分析方法检出限Table 1 Detection limits of soil sample analysis method

2 评价标准与方法

2.1 土壤养分等级划分与方法

本次研究土壤养分选择了氮、磷、钾、有机质、硫、锰、铜、锌、硼、钼、钴、硒等14种有益元素作为评价指标，并依据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295-2016)，土壤中养分元素含量划分为五等，一等(丰富)、二等(较丰富)、三等(中等)、四等(较缺乏)、五等(缺乏)。

土壤养分综合划分在氮、磷、钾土壤单指标养分地球化学等级划分基础上，按照公式(1)计算土壤养分地球化学综合得分f养综；

(1)

式中：f养综—土壤氮磷钾评价总得分，1≤f养综≤5；

ki—氮、磷、钾权重系数，分别为0.4、0.4和0.2；

fi—土壤氮磷钾的单元素等级得分，单指标评价结果为五等、四等、三等、二等、一等时所对应的fi得分分别为1分、2分、3分、4分、5分。

表2 土壤养分分级标准Table 2 Soil nutrient grading standard

表3 土壤养分综合分级标准Table 3 Soil nutrient comprehensive grading standard

2.2 土壤环境等级划分与方法

针对土壤中重金属元素进行土壤环境质量分级评价，单一元素应按照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)[4]主要考虑土壤pH条件(表4)，按照下列式子计算质量指数：

表4 农用地土壤污染风险筛选值Table 4 Screening values of agricultural land soil pollution risk /mg·kg-1

注：重金属和类金属砷均按元素总量计，对于水旱轮作地，采用其中较严格的风险筛选值。

3 土壤地球化学等级评价结果

3.1 土壤养分地球化学等级评价结果

上堡梯田土壤养分分等统计结果见表5，土壤中N、P、有机质元素在研究区内大部分为适中以上水平，S元素较丰富， K元素次之， K元素较丰富以上占全区67.33%，可能跟区内成土母质多为富钾的花岗岩有关。Se、Mo和Zn等微量养分元素较丰富，其中Mo较丰富以上占全区面积95.72%，富 Se富 Zn 土地资源在区内分布较广，在农用地和果园内分布31.31%，利于区内开发富Se和富Zn特色农产品。上堡梯田地区大量营养元素含量适中，综合养分分等统计表明，较丰富以上区占全区的28.41%，适量区占全区的63.56%，较缺乏区占全区的8.31%，表现出上堡梯田区内土壤养分总体水平较好，基本满足植物的正常生长需要，但微量营养元素中缺乏B、Cu和Mn，建议在上堡梯田全区农业生产过程中，应有意补充含B、Cu和Mn元素的肥料。

上堡梯田土壤养分地球化学分级统计结果见表5。

表5 上堡梯田土壤养分分等统计结果Table 5 Statistical results of Shangbao terraced fields soil nutrient grading

3.2 土壤环境地球化学等级评价结果

以DZ/T0295-2016《土地质量地球化学评价规范》为评价依据，对评价单元的重金属元素进行单指标污染等级划分，然后按照“一票否决法”，进行评价单元的综合污染等级。即每个评价单元的土壤环境地球化学综合等级等同于单指标划分出的环境等级最差的等级。比如进行土壤环境质量综合评价，As、Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Ni、Zn划分出的环境地球化学等级分别为4级、2级、3级、2级、2级、3级、2级和2级，该评价单元的土壤环境地球化学综合等级为4等。

根据评价结果(表6)可以看出，上堡梯田土壤8个重金属元素中，Cr、As、Pb、Ni四种单元素指标土壤分布均为清洁，Cd、Cu、Hg、Zn四种单元素指标土壤分布以清洁为主，占比97%以上，仅存在局部污染，但占比极低，Cd元素轻微污染以上仅占全区0.62%，Hg元素轻微污染以上仅占全区0.03%，Cu元素轻微和轻度污染以上仅占全区0.04%，Zn元素轻微污染以上仅占全区1.49%。从上堡梯田环境综合等级评价(表6)来看，一等(清洁)的土壤面积89.61km2，占97.94% ，除赤水村以北地区，在上堡梯田地区大面积分布；二等(轻微污染)的土壤面积1.84km2，占2.00%，三等(轻度污染)的土壤面积0.05km2，仅占0.06%。以上分析表明上堡梯田区土壤基本未受到重金属污染，土壤环境质量总体较好，主要因为区内经济结构以旅游业、农业为主[5-6]。

3.3 土地质量地球化学综合等级评价结果

上堡梯田地区土地质量地球化学综合评价结果显示，优质的土壤面积25.34km2，占27.51% ，分布在均源村北部、正井村西北部、上堡村西部、水南村东部等区域；良好的土壤面积56.61km2，占62.12%，分布于工作中部的大部分地区；中等的土壤面积9.5km2，占10.31%，分布在正井村西南部和赤水村东北部；差等的土壤面积0.05km2，占0.054%，分布在赤水村以东的一小块地区；无劣等的土壤(图2)。

表6 上堡梯田土壤重金属元素污染分等统计结果Table 6 Statistical results of Shangbao terraced fields heavy metal element pollution grading

图2 上堡梯田土地质量综合等级评价图Figure 2 Shangbao terraced fields land quality comprehensive grading assessment

4 上堡梯田开发建议

4.1 开发集中连片无公害富硒富锌基地

根据评价成果(图3)，上堡梯田内大部分土壤显示无公害富硒富锌，具备建立大面积无公害富硒富锌农业基地的条件。工作区内圈定无公害富硒土壤面积6 329hm2，其中旱地11hm2，水田850hm2，园地40hm2，林地5 326m2，其他土地102hm2。无公害富锌土壤面积2 636hm2，其中旱地12hm2，水田748hm2，园地13hm2，林地177hm2，其他土地93hm2；无公害富硒富锌的土壤面积达1 693hm2。区内土壤中硒的平均含量0.42mg/kg，锌的平均含量78.1mg/kg，基于化验的23件水稻、12件茶叶数据，发现本区水稻富硒率达78%，茶叶富锌率达50%。建议依托上堡调查区富硒富锌优势土壤资源，以富硒水稻、富锌茶叶作为优势主导品牌，拓展至刺葡萄、脐橙等当地其他特优产品，打造上堡富硒富锌农产品现代化种植基地。

4.2 旅游资源开发

上堡梯田调查区自然资源丰富，是国内为数不多的梯田景观之一。依托对调查区评价成果，结合当地已开发利用的冰川遗迹、梯田群、赤水温泉等自然景观，全面升级上堡梯田生态农业旅游景区，打造“春茗上堡富锌茶，夏品刺葡萄美酒； 秋访稻香遍山野，冬来温泉享养生”四季旅游胜地。

图3 无公害富硒富锌土地开发基地建议图Figure 3 Proposal chart of pollution free and rich in selenium, zinc land development base

5 结论

(1)研究区内土壤养分总体水平较好，大量养分元素N、P、有机质为适中，S和K元素较丰富，微量养分元素 Se、Mo和Zn较丰富，B、Cu和Mn元素缺乏，建议在上堡梯田区内农业生产过程中，合理施肥，有意补充含B、Cu和Mn元素的肥料。

(2)研究区土壤重金属单指标来看，Cr、As、Pb和Ni四种单元素指标均为清洁，Cd、Cu、Hg和Zn四种单元素指标土壤分布以清洁为主，占比97%以上，仅存在局部污染。环境综合等级来看，区内土壤以清洁为主，占比达97.94%，二等(轻微污染)和三等(轻度污染)的土壤面积仅占全区2.06%，表明上堡梯田区土壤基本未受到重金属污染，土壤环境质量总体较好。

(3)从土地质量地球化学综合评价结果显示，研究区内土壤以优质和良好为主，其中优质的土壤面积25.34km2，占27.51%，良好的土壤面积56.61km2，占62.12%，中等的土壤面积9.5km2，占10.31%，分布在正井村西南部和赤水村东北部；差等的土壤面积0.05km2，占0.054%。

(4)研究区圈定，圈定无公害富硒农业基地面积6 329hm2，无公害富锌土壤面积2 636hm2，无公害富硒富锌的土壤面积达1 693hm2，农作物中茶叶和水稻富硒富锌概率较高，另外区内以有冰川遗迹、梯田群、赤水温泉等自然景观，建议当地政府加大对富硒富锌水稻、茶叶的品牌建设和自然景观资源开发，助力当地扶贫攻坚和产业结构调整。