耕地质量地球化学评价及分布特征研究——以贵州省从江县为例

杨丽君，赵叶江，袁雨，牟红，李辉

（贵州有色地质工程勘察公司 贵州，贵阳 550005）

耕地是指用来耕作并种植农作物的土地，是非常有限而且珍贵的自然资源[1]。随着我国城市化、工业化进程不断快速发展，耕地面积受到人为占用或环境污染而逐渐减少。根据2021年的《第三次全国国土调查主要数据公报》统计，中国人均耕地面积仅有0.09 hm2，仅相当于世界平均水平的1/3，因此提高耕地质量是解决中国粮食安全问题的重要途径[2,3]。而要提高耕地质量的首要任务，在于了解耕地的地球化学特性，进行适当评价，依据不同区域的特性，给与不同的使用方式及种植结构，才能最大化的利用耕地资源[4]。耕地土壤主要养分受到例如土壤类型[5]、气候条件[5]、地形地貌[6]、岩层[7]、人为因素[8]等空间分布的不同，而表现出一定的差异性。因此，目前多是利用现场采样，配合统计学方法，进行分析评价，以土壤环境元素指标为基础，通过科学方式，对土地质量进行等级划分，达到量化土地质量的目的[9-11]。

贵州是我国内陆山区省份，山地及丘陵面积展览全省面积的92.5%，土壤资源较为匮乏，较难满足现代化农业的发展[12]，因此了解及分析耕地质量，是促进耕地资源可持续利用的先决条件。本研究是贵州省国土资源厅《贵州省耕地质量地球化学调查评价任务书（黔色耕调2017-03）》的一部分，研究区域为贵州省从江县，过去该区域的耕地质量调查数据较少，而且该区地层以变质岩为主，与贵州省其他区域以碳酸盐岩为主（岩溶地区）的地层组成差异较大。研究目的是为获得从江县耕地质量地球化学基础数据，并分析该县耕地质量地球化学的分布特征。研究自2017年起，经过一年半的工作时间，严格按照土地质量地球化学调查评价规范（DZ/T 0295-2016）采集了表层耕地土壤样品3226 件，从而研制完成了贵州省从江县耕地质量地球化学调查评价及分布特征报告。该报个可为从江县规划管理各个级别的耕地提供地球化学依据，对从江县发展特色高效农业、耕地可持续利用、调整种植结构、助推乡村振兴战略实施有重要的参考价值，也是为从江县的“大扶贫、大数据、大生态”三大战略服务[13-15]。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域——从江县位于贵州省东南部、黔东南苗族侗族自治州南部（见图1）。地理坐标25°19′～26°03′N，108°14′～109°12′E 之间，东西长95.5 km，南北宽79.2 km；地势西南高东北低，海拔在145 ～1670 m 之间，全县平均海拔低于800 m，属于亚热带湿润气候，多年平均年降水量1193.5 mm。从江县国土面积3224.76 km2，其中耕地面积约343.40 km2。

图1 研究区位置图

从江县耕地土壤分为：潮土、红壤、黄壤、石灰土、水稻土和紫色土等6 个土类。全区土壤类型以黄壤为主,占全区面积75.12%。所在区域土地主要设置为林地，后为耕地和果园，三者共占全区总土地面积的10.65%。该区域主要生产水稻、玉米、柑桔等农作物，其中柑桔、干果、油茶与蔬菜等农作物是主要经济来源。

从其大地构造位置判断，从江县位于华南地区褶皱带和扬子准地台的中间过渡段，是江南地轴的一部分。其地质构造主要表现为南、北东构造复杂变形区和南西构造复杂变性区[5,16]。

根据从江县区域的裸露地表可以判断，该区域以青白口系地层为主，占全区所有裸露地表的90%以上，兼有南华系、寒武系、石炭系、二叠系、三叠系、第四系等地层零星分布，部分地区有岩浆岩裸露[16]。由于地质构造的控制，本县侵蚀，剥蚀地貌甚为发育，占全县总面积的95%以上。全县由山地、丘陵、坝地构成地貌总体，山地面积占总面积的89.86%。

1.2 土壤样品采集

本研究中，主要通过研究区域现场表层土壤采样方式，查明耕地土壤中元素地球化学分布特征，以调查—评价—应用为主线开展研究工作，以评价成果及应用研究为重点。耕地土壤按照网格叠加土地利用图斑的总体原则部署调查采样，首先布设一个边长为1 km2的正方形大格作为样点的总体评价单元；再将每边等分为3份后对边相连，即将大格分为9个边长为0.333 km的正方形采样小格；最后在采样小格中按照每平方公里9.3 个点的密度布设采样点。在考虑采样点空间设置均匀性的基础上，尽量将其设置到采样区域内的具有代表性的耕地土壤类别和土地利用方式板块内。根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295－2016）（以下简称《规范》）要求，如果在该评价单元内存在一个实测数据，就将该数据作为相应单元的数据，忽略其他由插值等方法形成的数据；如果在该评价单元内存在2 个或2 个以上的实测数据，则采用取所有实测数据平均数的方法作为该单元的数据，忽略其他由插值等方法形成的数据；如果评价单元中无任何实测数据时，则根据该区域土相应的属性对其赋值，从而获得该单元的数据。赋值是先根据该区域土的成土母岩、土壤类型、土地利用类型分配相应的权重，后根据空间距离相近原则进行取值[17-18]。

从江县共采集表层耕地土壤3226 件，重复样65 件，根据耕地土壤类型、地质背景以及土地利用类型，同时考虑样点的合理性，均匀性及密度（见图2），不同土地利用的面积占比及样品占比为：①水田面积占总耕地面积比例为71.54%，样品占比为81.12%；②旱地面积占总耕地面积比例为23.84%，样品占比为14.66%；③果园面积占总耕地面积比例为6.23%，样品占比为3.90%；④茶园面积占总耕地面积比例为0.58%，样品占比为0.31%，每平方公里总体采样密度为9.3件。

图2 耕地表层土壤采样及土地利用点位图

1.3 样品数据分析测试

在华北有色地质勘查局燕郊中心实验室对由上述方法在实地取得的表层耕地土壤样品进行分析测试工作，主要分析指标有有机质、氮（N）、磷（P）、钾（K）、硼（B）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）、钼（Mo）、硒（Se）、锗（Ge）、碘（I）、铁（F）、pH 值、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、铅（Pb）、钴（Co）、镍（Ni）、钒（V）、铊（Tl）共23 项。根据《规范》要求，表层土壤全量样品的监测选择了以ICP-MS 法、ICPOES 法为主体，辅以原子荧光法、发射光谱法和容量法等多种分析方法组成的分析配套方案，分析方法的检出限、精密度和准确度均达到或优于《规范》规定，能满足本测区样品分析的要求。对上述样品的准确度和精密度监控按照国家一级标准物质（GWB 系列）进行，在全部样品中对上述23项元素均100%报出，其测定值的在准确度和精密度上的合格率为100%。重复性检验和分析误差评定选用重复样和重复分析的方式进行，上述23 项元素的重复性检验合格率均超过95%，大于规范要求的85%。故可认为对该区域耕地土壤样品的分析测试符合《规范》要求，其结果可靠。

2 结果与分析

2.1 地球化学元素特征

为了更清晰的表现该区域内土壤中元素的丰缺情况，将区中土壤各元素（指标）的平均值与贵州省土壤背景值进行对比（图3），将比值大于1.2的视为丰富，0.8～1.2的视为适中，＜0.8 的视为缺乏。对比全省土壤背景值，从江县元素相比全省背景Co、Cu、Mn、Mo、V、I、F、As、Cd、Cr、Ni 为缺乏，有机质、B、Zn、Ge、Pb、Tl 为适中，K、Se、Hg为丰富。主要原因是地质环境造成的，从江县地层以变质岩（砂岩、板岩、千枚岩）为主，而其他区域以碳酸盐岩为主（岩溶地区）。

图3 耕地土壤养分地球化学元素比较

为了解研究区土壤元素含量特征，分析不同元素的变异系数（Coefficient of Variation），即标准差与平均值之比，藉以比较不同元素含量的离散程度大小（图3）。从变异系数特征看，Co、Mo、I、As、Cd、Cr 等6 个指标的变异系数都在0.5 以上，表明这些元素的含量变化都很大，这些元素在表层土壤中的含量高低受多重因素的影响，除了地质环境、土壤类型、地形地貌等自然因素的影响外，土壤的酸碱性环境、土地利用类型等因素对元素含量变化都有影响[19]。

2.2 综合评价方法、等级及分布特征

将土壤中的各个单项养分指标如N、P、K 等，按照地球化学等级进行划分。在此基础上，可计算得到土壤养分地球化学综合得分f养综如下式（1）所示[20，21]：

式中：Ki为各个单项养分指标的权重，其中N、P、K 分别为0.4、0.3、0.3；fi为各个单项养分指标的等级评分，一等至五等分别对应5分、4分、3分、2分、1分。N、P、K等养分指标等级划分标准如表1 所示。若1≤f养综≤5，f养综≥4.5为一级，3.5≤f养综＜4.5 为二级，2.5≤f养综＜3.5 为三级，1.5≤f养综＜2.5为四级，f养综＜1.5为五级。

表1 土壤中单项养分指标等级划分标准

图4为从江县耕地土壤养分地球化学综合等级结果，从图4可知，从江县耕地土壤养分地球化学综合等级主要以二等为主，主要评价结果如下：

图4 耕地土壤养分综合等级图

按照地球化学综合等级区分，从江县的耕地土壤养分表现为二级（较丰富）的耕地面积为38.7 万亩，占从江县耕地面积比例为76.14%；一等（丰富）耕地面积0.13 万亩，占从江县耕地面积比例为0.26%；

观察组50例中自然排尿44例，诱导排尿成功4例，尿潴留2例，排尿成功率为96%。对照组50例中自然排尿46例，诱导排尿成功3例，尿潴留1例，排尿成功率为98%。观察组和对照组自然排尿比例比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；两组诱导排尿、尿潴留比例比较；差异无统计学意义（P＞0.05）。

三等（中等）耕地面积10.98 万亩，占从江县耕地面积比例为21.32%，主要分布在高增乡—贯洞镇—洛香镇—庆云乡；四等（较缺乏）耕地面积1.56 万亩，占从江县耕地面积比例为3.03%；五等（缺乏）耕地面积0.13 万亩，占从江县耕地面积比例为0.25%，洛香镇零星分布。

根据《土壤环境质量农用土壤污染风险管控标准（试行)》（GB15618-2018）（以下简称《标准》）[22]要求，按照该区域内耕地土壤污染物含量（Ci，包括镉、汞、砷、铅、铬、铜、镍、锌等）与筛选值（Si）、管制值（Gi）的相互关系进行土壤风险程度分类，可分为以下三类：

Ⅰ类：当该区域内耕地土壤污染物含量Ci 小于筛选值Si时，可认为该区域土壤污染风险极低可以忽略，应当优先对其进行保护。

Ⅱ类：当该区域内耕地土壤污染物含量Ci 介于筛选值Si 与管制值Gi 之间时，可认为该区域土壤存在一定的污染风险，但相对较小，应当立即采取措施进行保护使其后续能安全利用。

Ⅲ类：当该区域内耕地土壤污染物含量Ci 大于管制值Gi时，可认为该区域土壤污染风险很高，需要进行严格的管控，避免污染扩散。

筛选值（Si）和管制值（Gi）标准可参考《标准》[22]。根据单指标土壤环境地球化学等级将各个评价单元的评价指标划分为多个单项指标，取单项指标所得到的最差环境等级作为该评价单元的环境综合等级。

土壤风险程度评价结果如图5 所示，由图5 可知，从江县耕地土壤环境质量主要以优先保护为主，耕地面积为51.19 万亩，占参与评价土地总面积的99.36%；安全利用耕地面积为0.32 万亩，占参与评价土地总面积的0.64%；研究区内无严格管控分布。

图5 耕地土壤环境综合等级图

根据上文《规范》[21]要求得到的研究区域耕地土壤养分综合等级和上文《标准》[22]要求得到的研究区域内耕地土壤环境综合等级，综合分析后可得研究区域内相应的耕地土壤质量综合等级，其具体划分如下图6所示。由图可知，从江县参评耕地中的土壤质量优良、质量综合等级为一级的占76.22%，其土壤养分为丰富或较丰富而环境污染风险几乎可以忽略不计（Ⅰ类）；从江县参评耕地中的土壤质量较好、质量综合等级为二级的占20.83%，其土壤养分适中而环境污染无风险或者稍有风险但可忽略不计（Ⅰ类）；从江县参评耕地中的土壤质量中等、质量综合等级为三级的占2.74%，其土壤养分略微缺乏而其环境污染为无风险或者稍有风险但可忽略不计（Ⅰ类），或者其土壤养分为丰富至略微缺乏但其环境污染为存在一定风险但可控制（Ⅱ类）；从江县参评耕地中的土壤质量较差、质量综合等级为四级的占0.21%，其土壤养分缺乏而环境污染无风险或者稍有风险但可忽略不计（Ⅰ类），或者土壤养分缺乏但其环境污染为存在一定风险但可控制（Ⅱ类）；全区内无五等分布。

图6 耕地土壤质量综合等级图

硒（Se）是人体必需的微量营养元素之一，增强人体的免疫力，它的代谢产物具有抗癌的作用，具有抗氧化衰老功能等，但在地壳中含量极其稀少，而且在土壤及矿物中分布分散[23]。根据李家熙等[23]的分类，当土壤硒含量介于0.1～0.2 mg/kg 为低硒土壤，介于0.1～0.4 mg/kg 为中硒土壤，而0.4 mg/kg 以上为富硒土壤。根据调查世界超过40个国家和地区无硒或仅少量硒，在我国有约2/3的地区硒不足，超过72%的人无法得到足够的硒含量，生活于低硒环境[24-25]。该微量元素的摄入不足导致了多种慢性病和癌症高发。虽然中国是世界上缺硒最严重的地区之一，但是贵州耕地土壤硒元素的平均含量为0.56 mg/kg[26]。而在从江县的耕地范围内，根据现场资料分析结果，富硒耕地面积28.09 万亩，占全县耕地面积的54.53%。根据《贵州省富硒土壤评价分级标准》（试行）标准，将耕地土壤硒划分为低硒≤0.2 mg/kg、含硒0.2～0.4 mg/kg、偏高0.4～0.5 mg/kg、较高0.5～0.8 mg/kg、高0.8～1.2 mg/kg、特高1.2～3.0 mg/kg、超高＞3.0 mg/kg共7个等级。从江县富硒耕地资源分布情况见图7。

图7 富硒耕地分布图

由图7 可知，不同乡镇行政区硒含量差异较大，各乡镇硒含量平均主最高的为加勉乡，最低的为停洞镇。从平均值含量空间分布来看，研究区西、南部乡镇硒含量高于研究区中、北、东部乡镇。

富硒稻谷含量范围0.04～0.30 mg/kg[21]，而根据《中国富硒食品硒含量分类标准（试行）》，水果富硒范围0.01～0.48 mg/kg。从江县采集水稻样30 件、玉米样30 件、椪柑15件，根据分析测试报告，检出样品硒含量在平均含量为0.028 mg/kg，达到富硒农产品标准的有16 件（水稻10 件、玉米6 件），占采集样品总数的26.7%。达到富硒水果产品标准的有1件。

分析结果表明：从江县土壤硒含量总体较高，但农作物中硒含量偏低，因此需要相关部门因地制宜进行合理规划，在有效保护耕地质量和提升种植能力的基础上，高效利用该区域耕地土壤富硒这一特色，选择相应的农作物进行种植，开发富硒农产品，提升农业发展，增加农民收入，助力乡村振兴。

3 结论

本文对贵州省黔东南州从江县耕地质量地球化学调查评价及特色耕地分布特征研究，获得以下结论：

（1）从江县耕地土壤养分较为丰富，其评价等级为二级以上的占76.4%，研究区耕地土壤养分元素中氮、锌、有机质含量丰富；磷含量丰富；钾、硼、钼含量缺乏。

（2）从江县土壤耕地土壤环境质量主要以优先保护为主，耕地面积占参与评价土地总面积的99.37%；安全利用耕地面积占参与评价土地总面积的0.63%；研究区内无Ⅲ类需要进行严格管控的高污染风险土壤分布。

（3）从江县耕地土壤质量非常优良，其质量综合等级为一级的占参评耕地土壤的76.22%二等（良好）次之，耕地面积参评耕地土壤的20.83%；三等（中等）耕地面积占参评耕地土壤的2.74%；四等（差等）耕地面积参评耕地土壤的0.21%；全区内无五等分布。

（4）富硒土地资源区开发利用建议；根据本次耕地质量调查成果，从江县硒含量大于0.4 mg/kg 优质耕地土壤有28.09 万亩，分布面积十分广泛，且其中伴有富足的锗、硼等微量元素，可因地制宜开发富硒食品产业。本次圈定的是一个“环保、安全”的富硒土壤区域，拥有良好发展富硒产业的立地条件。