江西省寻乌县天然富硒土地资源特征与开发利用

0 引言

硒是动物和人体生理必需的微量营养元素,具有提高免疫力,拮抗砷、镉、汞等重金属毒性的作用[1-3]。人体通过饮食摄入硒元素,而食物中的硒来源于土壤。土壤中硒元素含量达到某一特定范围值,并能生产天然富硒农产品的土壤称为天然富硒土地[4,5]。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,天然富硒土地的开发利用已成为现今社会的热点。

2018年,按照中国地质调查局支撑江西省赣州市六县脱贫攻坚1∶5万土地质量地球化学调查工作要求,开展寻乌县土地质量地球化学调查,在调查区发现了可开发的天然富硒土地资源。本次研究查明了寻乌县土壤硒元素分布特征,结合土壤养分状况、土壤环境质量、土地质量状况等因素提出天然富硒土地资源利用的开发建议,为合理开发利用寻乌县富硒土地资源提供科学依据。

1 研究区概况

研究区以寻乌县城为中心,包括长宁镇、部分文峰乡、吉潭镇、三标乡等乡镇,总面积166 km2。区内地势四周高中间低的,海拔在300~400 m之间,根据形态特征,可划分中山、中低山、丘陵等3种地貌类型,其中以丘陵分布面积较大,约占全区总面积的95%,为本区重要的地貌类型。区内土壤主要有红壤、水稻土2类,其中红壤约占全区总面积的70%,水稻土约占全区面积的30%,水稻土分布在区内的丘陵及沟谷平原。研究区土地利用类型以果园为主,占总面积的73.28%;区内属亚热带季风气候,温暖湿润,雨量充沛,冬少严寒,夏无酷暑,是赣南脐橙的重要产区。

研究区属于华夏板块—武夷隆起带,地质构造复杂,岩浆活动强烈;其中地层出露面积133.57 km2,主要有新元古代、震旦纪、寒武纪、白垩纪、第四纪地层,占总面积的80.46%。区内岩浆岩出露总面积为32.26 km2,约占研究区面积的19.44%。岩体主要呈岩基状、岩滴状、岩瘤状、岩株状产出,形成时期为加里东期、印支期和燕山期。

2 样品采集与分析测试

2.1 样品采集与处理

土壤样品采集依据中华人民共和国地质矿产行业标准《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)执行。根据土壤成因来源、地貌特征、土地利用方式等方面划分采样点控制地块。样品采集时,先用铁锹挖采样坑,挖好坑后,用竹铲去除与金属采样器接触的土壤,挑出根系、秸秆、石块、虫体等杂物,各分样点土壤充分混合后,再用竹铲将样品装入样品袋,将样品编号写在样品袋上。样品平均密度8个点/km2,采样深度0~20 cm,共采集土壤样品1 356件。

把采集的土壤样品晾晒风干后用木锤等非金属器具进行碾压,同时拣出石块、草根、动植物残体等杂物,过2 mm的孔径筛,用四分法取样装袋送实验室分析。

2.2 样品分析测试

土壤元素(指标)分析由南昌矿产资源监督检测中心完成,测试有pH、As、Cd、Cr、Pb、Hg、Cu、Zn、Ni、Se、N、P、K等元素(指标)。样品的分析方法及检出限见表1。

表1 研究区土壤样品测试分析方法及检出限Table 1 Test and analysis methods and detection limits of soil samples in the study area

以《多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)》(DZ/T0258—2014)、《生态地球化学评价样品分析方法和技术要求》(DD2005-03)、《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T0295—2016)为依据选择分析方法配套方案。分析结果各元素报出率均大于99.9%,准确度、精密度合格率均为100%。样品分析数据均通过“中国地质调查局区域地球化学样品分析质量检查组”验收,数据质量可靠。

3 结果与讨论

3.1 土壤硒地球化学特征

研究区土壤硒含量介于0.1~1.12 mg/kg之间,平均含量为0.41 mg/kg,高于全国土壤背景值(0.29 mg/kg)[6]。土壤硒变异系数为0.40,属中等变异,说明研究区土壤硒分布较为均匀。

依据我国土壤生态景观界限值中富硒土壤0.4 mg/kg的标准[7],研究区富硒土壤分布见图1,区内富硒土壤面积97.29 km2,占总面积的58.61%,富硒土壤空间分布上与新元古代寻乌岩组、寒武系牛角河组地层有较好的耦合关系。因此,研究区新元古代与古生代变质岩风化形成的土壤具有开发富硒农产品的资源潜力。潜在富硒土壤面积为42.34 km2,占比25.5%,主要分布于东部滋溪村—黎坑村—吉潭村地区;足硒土壤面积24.09 km2,占比14.51%,主要分布于东南部吉潭镇上车村—蓝贝村—古丰村—圳下村等地区;硒边缘与缺乏土壤面积2.28 km2,仅在寻乌县城北部与榜溪村西北部等小面积分布(表2)。

表2 研究区土壤硒地球化学分级评价Table 2 Soil selenium geochemical classification evaluation in the study area

天然富硒土壤一般是指富含硒的岩石在表生条件下形成的风化物原地或迁移至异地堆积下来,并经过成土作用形成的土壤[8]。从表3中可知,研究区不同地质体风化的的土壤硒含量从高到低的变化顺序为:震旦系＞第四系进贤组＞寒武系＞新元古代寻乌岩组＞燕山期花岗岩＞加里东期花岗岩＞白垩系＞印支期花岗岩＞第四系联圩组。震旦系、寒武纪、新元古代寻乌岩组地层风化的土壤中硒平均值分别为0.54 mg/kg、0.48 mg/kg、0.47 mg/kg,明显高于其他地质单元,分别是研究区土壤硒平均值的1.31倍、1.17倍、1.14倍。震旦系、寒武纪、新元古代寻乌岩组岩性以硅质板岩、含炭板岩、炭质板岩为主,说明土壤硒含量及分布受地质背景控制明显,富硒土壤的形成与成土母质为富含硒的黑色岩系有关,这与前人的研究结果一致[9,10]。

表3 研究区不同成土母质区土壤硒含量对比Table 3 Comparison of Se contents in soils derived from different parent rocks in the study area

3.2 土壤环境质量状况

根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618—2018),对研究区土壤Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn 8种重金属元素进行土壤环境质量等级评价,结果显示优先保护类土壤面积为138.21 km2,占83.26%;安全利用类土壤面积为27.56 km2,占16.6%;严格管控类土壤面积为0.23 km2,占0.14%。评价结果表明研究区土壤地球化学环境质量整体状况优良,为该地区天然富硒土壤开发提供了必要条件(表4)。

表4 研究区土壤环境质量等级评价Table 4 Evaluation of soil environmental quality grades in the study area

3.3 土壤养分丰缺状况

依据《土地质量地球化学评价规范》 (DZ/T0295—2016)选择氮、磷、钾元素进行土壤养分地球化学等级综合评价。对研究区进行土地质量地球化学综合评价(图2、表5),区内一等(丰富)的土壤面积0.51 km2,占0.31%,零星分布在长布村、田背村及图合村等区域;二等(较丰富)的土壤面积25.21 km2,占15.18%,分布于图合村—长布村—长举村及杨梅村—河岭村一带地区;三等(中等)的土壤面积78.25 km2,占47.14%;四等(较缺乏)的土壤面积48.96 km2,占29.49%,在区内大面积分布;五等(缺乏)的土壤面积13.08 km2,占7.88%,呈片状零星分布在调查区。

表5 研究区土壤养分地球化学丰缺Table 5 Soil nutrient geochemical grades in the study area

3.4 土地质量地球化学评价

土地质量地球化学综合等级由土壤养分地球化学等级和土壤环境地球化学等级叠加产生,综合反映了土壤环境质量状况和土壤养分丰缺程度。研究区土地质量地球化学评价显示(图3、表6),一等(优质)的土地面积21.8 km2,占13.13%,主要分布于调查区西部长举村—长布村—图合村地区;二等(良好)的土地面积69.27 km2,占41.73%,分布于大路村—杨梅村—河岭村以及寻乌河流域两岸平原农耕区;三等(中等)的土壤面积59.48 km2,占35.83%,主要分布在调查区北部大路村以北地区与西南部震旦系地层区;四等(差等)的土壤面积14.37 km2,占8.66%,在调查区中部东团村—新罗村—杨梅村—河岭村地区较为集中分布;五等(劣等)的土壤面积1.07 km2,占0.65%,仅在少量地区零星分布。研究区优良的土地质量为天然富硒土壤的开发提供了保障。

表6 研究区土地质量地球化学综合等级Table 6 Comprehensive grade of land quality and geochemistry in the study area

3.5 天然富硒土地资源利用建议

天然富硒土地资源开发中,要综合考虑土壤养分状况、土壤环境质量、土地质量状况、耕地耕作条件等因素,划定潜在天然富硒土地开发规划区[11-14]。对研究区天然富硒土地资源开发中所需因素进行综合评价,划定寻乌县天然富硒土地适宜开发区3个(图4)。

(1)文峰乡图合—小布村天然富硒土地适宜开发区

区内为河流冲积平原,地势平坦,易于农业开发。土地利用类型主要为果园,少量水田、旱地。土壤硒平均含量0.48 mg/kg,土壤养分元素硼、钼、磷元素丰富,硫和有机质总体呈适宜水平;土壤重金属元素未超标,属清洁土壤,且满足绿色食品产地标准。

(2)文峰乡杨梅—河岭村天然富硒土地适宜开发区

区内主要为果园,少量水田、旱地,土壤硒平均含量0.45 mg/kg。土壤养分元素硼元素很丰富,氮、

磷元素和有机质总体呈适宜水平。土壤中重金属元素未超标,属清洁土壤,符合绿色食品产地标准。

(3)吉潭镇榜溪—黎坑村天然富硒土地适宜开发区

区内地质单元为元古代新元古代寻乌岩组,富硒土壤与地层界线吻合度较高,土壤硒平均值为0.42 mg/kg。土地利用类型主要为果园,少量林地。土壤养分元素硼、钼、硫元素很丰富;土壤中重金属元素未超标,属清洁土壤,满足绿色食品产地标准。

4 结论

(1)研究区富硒土壤面积97.29 km2,占总面积的58.61%。土壤硒元素含量及分布受地质背景控制明显,新元古代寻乌岩组、寒武系牛角河组地层风化的土壤为天然富硒土壤的开发提供了优越的物质条件。

(2)区内土壤环境质量优良,优先保护类土壤面积为138.21 km2,占83.26%;安全利用类土壤面积为27.56 km2,占16.6%;严格管控类土壤面积为0.23 km2,占0.14%,为天然富硒土壤开发提供了必要条件。

(3)综合考虑土壤养分状况、土壤环境质量、土地质量状况、耕地耕作条件等因素,在研究区划定3个天然富硒土地适宜开发区,为合理开发利用寻乌县天然富硒土地资源提供了科学依据。