福建省煤矿复垦地块表层土壤Se 含量特征及科学施肥建议

陈振亮 刘芳 黄世光 尹健 程乔

（1 福建省华厦能源设计研究院有限公司 福建福州 350001 2 福建省煤田地质勘查院 福建福州 350005）

2018 年7 月，原福建省国土厅和财政厅《关于重组腾龙翔鹭项目中盘活关闭矿山土地有关事项的函》（闽国土资函〔2018〕318 号）指出，支持全省范围内对权属已明确的关闭煤矿矿区土地进行盘活，关闭的矿山土地，原地类为镇、村居民点及采矿用地，具备复垦为耕地条件的，可组织实施复垦，参照旧村复垦项目管理，其新增耕地核定为城乡建设用地增减挂钩指标。福建省对国有关闭矿山进行第一批14 项土地复垦项目，完成复垦规模221 446.67 m2，复垦任务完成率86.65%，其中新增耕地213 713.33 m2，增减挂钩指标213 353.33 m2，增减挂钩指标完成率84.27%。关闭矿山第二批15 项土地复垦项目，复垦规模共计398 193.33 m2，预计新增耕地395 986.67 m2，新增挂钩指标395 986.67 m2。在土地资源极其严峻的今天，关闭矿山土地复垦工作可实现土地资源的再利用，改善生态环境，实现土地资源可持续利用，促进经济、社会和环境的和谐发展。

土壤中的Se 是与人体健康和动植物生长关系密切的必需的微量元素之一，Se 缺乏或过量均会导致机体产生疾病；严重缺Se 会引起地方病如克山病和大骨节病等。适量的Se 不仅能促进作物代谢生长、提高作物产量和品质，还能增强动物免疫力［1］。土壤是农作物生长的载体和母体，土壤中Se 的含量和形态直接影响着植物对Se 的吸收，而植物无论是缺Se 还是Se过量，都会影响其自身及动物的生长、发育和繁殖，并最终通过食物链影响人类的健康［2］。因此寻找和开发富Se 土地资源，对于开发富Se 农产品、提高当地人群Se 补给具有重要意义。土地复垦是保护耕地和矿区生态环境的重要措施，对开采煤矿废弃的土地进行复垦可以实现矿区土地资源再次开发和利用，减少土地损失，改善生态环境，实现人口、资源和环境的可持续发展［3-4］。因此，及时对煤矿复垦土地进行Se 元素、养分元素调查对于保障种植农作物安全、提高农作物产量及未来复垦土地利用具有重要意义。为查明已完成复垦土地养分情况和土壤Se 含量特征，通过收集资料、现场调查，系统完成关闭煤矿企业复垦土地的土壤样品采集及测试分析，查明煤矿复垦地块表层土壤Se 元素含量特征及土壤养分对应情况。

本研究首次开展了福建国有煤矿复垦地块表层土壤Se 元素、养分元素的测试和分析调查。以福建省煤矿片区2 批复垦土地为研究对象，对表层土壤的Se 元素、养分元素含量进行测定、分析，并进行煤矿区复垦土地富Se 资源评价，为复垦土地富Se 土壤圈定和开发利用提供科学依据。针对调查结果，对复垦地块施肥提出科学建议。

1 研究区概况

本次以福建省煤矿区自2019 年至2020 年开展的2 批煤矿复垦土地为研究对象，2 批土地复垦项目共29 个，合计619 640 m2，分别属于5 个煤矿片区。5 个煤矿片区复垦地块具体描述见表1。

表1 煤矿复垦项目情况一览表

2 材料与方法

2.1 样品采集

由于复垦地块面积差异较大，部分地块面积＜666.67 m2，为确保测试结果的真实可靠性，确保每个复垦地块至少采集3个样品；连片大面积复垦土地，采样密度人工加密到100 样/km2。样品采用多点组合形式采集耕层土壤，在采样点位50 m 范围内采集3 个～5 个子样，等量混合组成1 件样品。采样时先扒开地表植物残体和杂物，使用锄头挖约20 cm 的浅坑，然后在坑的一侧自地表垂直向下20 cm 用竹片或木质采样铲将表面一层土壤铲去，再自地表垂直向下20 cm 连续均匀采集，上下厚度基本一致。

本次采样时间为2021 年3 月～5 月，调查累计完成203 件表层土壤样品（如表2 所示），将采集到的土壤样品阴凉干燥通风的室内环境下进行风干，研磨通过0.25 mm 孔径尼龙筛，采用玛瑙等无污染球磨机将样品磨细至0.074 mm，处理好的样品放在塑料瓶中保存备用，用于测定土壤样品的Se 含量和养分元素含量。

表2 样品数量统计 单位：件

2.2 样品测试

土壤样品的Se 含量采用原子荧光法（AFS）进行测定。具体操作方法：①称取0.25 g 土壤样品于25 mL 聚四氟乙烯坩锅中，用少量水润湿；②加入5 mL 氢氟酸、10 mL 硝酸、1 mL 高氯酸，置于电热板上加热分解；③蒸至刚冒尽白烟，用约5 mL 水冲杯壁，加入10 mL 盐酸，置于低温电热板加热10 min；④取下冷却后加入2.5 mL 铁盐溶液，用水转移至25 mL 聚乙烯试管中，并稀释至刻度，摇匀；⑤澄清后，放于原子荧光光谱仪上，按仪器工作条件参数上机测量。该分析方法的检出限高于土壤测试指标限要求，准确度及精密度均完全满足规范要求，分析数据准确可靠。养分元素的测试为氮、磷、钾，氮元素采用容量法测定，磷、钾均采用X 荧光光谱法（XRF）进行测定。

2 3Se 元素、养分元素地球化学等级划分

根据 《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016），土壤中Se 元素等级划分如表3 所示，土壤养分地球化学综合等级划分如表4 所示。

表3 土壤Se 等级划分标准值

表4 土壤养分地球化学综合等级划分表

3 结果与分析

3.1 煤矿复垦地块表层土壤Se 含量

测试结果表明，复垦地块土壤Se 元素含量的变幅为0.03 mg/kg～8.26 mg/kg，剔除离群值后含量中值0.45 mg/kg，平均值为0.57 mg/kg，变异系数为0.65。

3.2 煤矿复垦地块表层土壤Se 元素地球化学等级

此次研究的5 个煤矿片区复垦地块土壤Se 含量以高（0.400 mg/kg～3.000 mg/kg）、适量（0.175 mg/kg～0.400 mg/kg）等级为主，其中高Se 占比为53.20%，适量Se 占比为33.50%。其次为Se 含量缺乏（≤0.125 mg/kg）等级，占总评价样品数7.39%。此外还存在4.43%的样品存在Se 元素超限（≥3.000 mg/kg）的情况。

各煤矿片区复垦地块Se 元素地球化学等级划分土壤样品分布情况如表5 所示。其中，新罗永定片区复垦地块75.34%的样品表现为Se 元素含量高等级水平，缺乏等级占比为4.11%，边缘等级占比为10.96%，过剩等级占比为9.59%；永安片区复垦地块表层土壤Se 评价等级只有高和适量2 个等级，比例分别为31.14%和65.86%；邵武片区复垦地块表层土壤Se 评价等级只有高、适量和边缘3 个等级，比例分别为40%、56.67%和3.33%；永春片区5 个Se 元素划分等级均有表现，主要集中在缺乏等级，缺乏、边缘、适量、高、过剩样品占比分别为47.82%、8.70%、21.74%、17.39%、4.35%；漳平片区Se 元素划分等级表现有缺乏、适量、高、过剩4 种，样品占比分别为2.78%、66.66%、27.78%、2.78%。

表5 Se 元素地球化学等级划分土壤样品分布 单位：个

通过总体数据及分片区分析，复垦地块土壤Se 含量总体表现为适量—高等级水平。

3.3 煤矿复垦地块富Se 土壤资源评价

根据测试结果分析，复垦地块土壤Se 含量总体表现为适量—高等级水平，其中高Se（0.400 mg/kg～3.000 mg/kg）占比为53.20%，即203 件土壤样品中有108 件土壤样品表现出富Se特征。108 件富Se 样品在各煤炭片区的分布情况如表6 所示。

表6 富Se 土壤养分地球化学等级样品分布 单位：个

表6 表明富Se 土壤中的养分指标含量多为较缺乏—缺乏等级。养分地球化学综合等级以五等—缺乏为主，占比51.85%；其次为四等—较缺乏（36.11%）和三等—中等（11.11%）养分土壤，二等—较丰富等级土壤仅占0.93%，未见一等-丰富土壤样品。

4 肥力改良实验

由上述煤矿复垦地块表层土壤检测分析结果可知，当前复垦地块存在复垦地块土壤Se 含量表现为适量高—等级水平，但富Se 土壤中的养分指标含量多为较缺乏—缺乏等级。为了改变复垦地块“富Se 低肥力”的状态，进行了肥力改良实验，寻找合适的土壤改良剂，为复垦土壤合理施肥措施选择提供科学依据。

4.1 实验材料

实验材料主要有实验土壤、有机肥（腐熟鸡粪肥）、无机肥（硝酸铵钙）、氮肥（尿素）。

4.2 实验实施

根据复垦地块土壤数据分析结果，选取漳平片区富Se 复垦土地进行取样实验。对2 块具有代表性的试验田采集其耕层（0 cm～20 cm）新鲜土壤样品，考虑到复垦地的空间异质性和试验田面积较大的问题，故在试验田加大采样点，采样随机布点法选取多个样点采集土样，分别编号为SY-01、SY-02。土样运回实验室的过程中要小心碰撞挤压等问题，防止团聚体形状受损。

取回土样，对土样进行前期预处理。首先将土样掰成过8 mm筛的小土块备用，等室外自然风干后完成挑根工作，小心保存，将土样平铺在托盘中，放置在阴凉通风处。待土样阴干5 d～7 d 之后，对干燥土样进行研磨，过80 目筛，得到实验所需样品。

复垦土壤改良实验设计选取4 种土壤改良剂：硝酸氨钙、尿素、腐熟鸡粪肥、腐熟鸡粪肥+尿素（质量比1∶1），按质量比1.0%、3.0%、5.0%的添加量设置3 个梯度加入200 g 风干土中，同时设置不施肥对照组，每个处理3 次重复。在室内进行恒温培养7 d，培养结束后将土壤风干过筛，测定土壤碱解氮及有机质含量。

4.3 实验结果分析

如表7 所示，不同土壤改良剂对土壤pH 及各项肥力指标提升具有一定差异。硝酸氨钙对提升土壤pH 值有较好效果，施加硝酸氨钙对酸性土壤pH 提升相较于其他土壤改良剂效果更好。混施氮肥和有机肥对土壤有机质含量提升效果最优，当氮肥（尿素）和有机肥（腐熟鸡粪肥）混施、施加量为5%时，SY-01 土壤样品有机质含量从16.3 g/kg 提升到35.2 g/kg，达到土壤有机质含量二等（较丰富）标准。SY-02 土壤样品有机质含量从10.8 g/kg 提升到28.4 g/kg，达到土壤有机质含量三等（中等）标准。说明混施氮肥和有机肥的方式是提高土壤有机质含量的重要改良方式。

表7 不同施肥处理土壤试验后肥力情况

5 结论

（1）复垦地块土壤Se 元素含量变幅0.03 mg/kg～8.26 mg/kg，剔除离群值后含量中值0.45 mg/kg，平均值为0.57 mg/kg，变异系数为0.65。

（2）福建省煤矿复垦土地表层土壤Se 评价等级为缺乏、边缘、适量、高和过剩的百分比分别为7.39%、1.48%、33.50%、53.20%和4.43%。福建省煤矿复垦地块土壤Se 含量总体表现为适量—高等级水平，其中高Se（0.400 mg/kg～3.000 mg/kg）占比为53.20%，说明半数以上复垦地块表层土壤样品具有富Se 性。

（3）新罗永定片区复垦地块表层土壤Se 元素以高和过剩等级为主；永春片区复垦地块样品Se 元素以缺乏和适量为主；永安大田片区、邵武片区和漳平片区复垦地块表层土壤Se 以高和适量等级为主。

（4）富Se 土壤对应的养分指标含量多为较缺乏—缺乏等级。养分地球化学综合等级以五等—缺乏为主，占比51.85%；其次为四等—较缺乏占比36.11%为。由此表明，福建省煤矿区复垦地块表层土壤富Se 性明显，但同时和多数土地复垦项目类似，土壤养分流失较严重，建议今后煤矿复垦地块采用氮肥（尿素）和有机肥（腐熟鸡粪肥）混施的方式进行养分改良。