罗勇军，张庆华，宋小军，杨志忠，但仕生

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院，贵州·贵阳 550005）

硒是人体必需的微量元素，也是至今为止发现的最重要的抗衰老元素。硒元素含量富集到大于0.4mg/kg的土壤，即为富硒土壤，可广泛应用于富硒农产品的生产。富硒农业就是通过硒的生物转化，利用富硒地区丰富的硒资源或通过根部施硒肥和叶面喷硒等措施发展种植业，生产富硒农产品；或采用富硒饲料发展养殖业，生产富硒动物产品。富硒农业是特色农业，富硒农产品品质高，具有较高的经济附加值。

美国、芬兰等国家已立法全民补硒。我国于2005年在北京召开的中国第一届预防疾病定量补硒的全国工作会议上，正式将补硒提上政府工作议程，在2008年把富硒农业列入中国农业的发展方向。

2021年8月16日，中国地质学会发布“关于公布首批天然富硒土地的通知”（地会字[2021]88号），文件指出：根据《天然富硒土地划定与标识（DD 2019-10）》《天然富硒土地认定和标识管理办法（试行）》等有关规定，经评审与公示，认定我国30个地块为首批天然富硒土地，并对已认定的天然富硒土地实行动态抽查、评估。首批现代农业园区天然富硒地块分布在全国20个省市自治区，可见天然富硒耕地在现代农业中的重要程度和需求度在日渐提升。

本文基于目前完成的贵州全省1:5万的耕地质量地球化学调查评价工程所发现的大面积富硒耕地资源[1-2]。本次工作中黔东南地区调查耕地面积约4466.88km2，其中富硒耕地面积为2686.18km2，占调查耕地面积的60.13%，从而为发展富硒农业提供了良好的土地资源。为了发展富硒农业，首先就要了解和掌握硒元素在土壤中的分布和富集情况[3]。本文利用GIS、SPSS等分析技术，探讨硒元素的空间分布特征及其含量水平，评价和圈划富硒耕地资源潜力区，为今后开发和发展区内特色山地高效农业提供科学依据和决策指导。

1 材料与方法

1.1 采样制样方法

本次采样工作严格按《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）执行，结合1:50000地形图、土地利用现状图、辅以卫星遥感影像或奥维地图等作为工作底图进行布样；同时根据耕地图斑类型、形状大小及环境实际情况现场调整采样中心点位置并进行采样；然后根据采样时间先后及样品风干情况分批制样。

1.2 化验技术方法

土壤样品测试指标有养分元素、环境元素及特色元素在内的有机质、氮、磷、钾、硒等28项检测项目。土壤样品分析测试工作由经过自然资源部资格认证的实验室完成。实验室分析测试工作均执行《多目标区域地球化学调查规范（1:25000）》（DZ/T 0258）及《生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）》（DD2005），均使用统一的国家标准样物质进行监控，且分析测试数据均由中国地质调查局地球化学调查项目分析质量监控专家库专家验收[4]。

1.3 数据分析及研究

本文所用数据来源于贵州省有色金属和核工业地质勘查局对贵州省黔东南州16县市进行的县级“耕地质量地球化学调查评价项目”资料的收集、综合整理研究。

本次用到的图件制作软件有MapGIS软件平台、中国地质调查局研究中心编制的土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护子系统软件平台、2-GeoChem Studio2.0.05耕调一体化软件平台；数据分析软件有SPSS分析软件，Microsoft Excel软件，对数据进行处理及分析。

利用耕地土壤中特色硒元素含量及空间分布情况结合环境元素进行综合分析，为开发和发展山地特色富硒农业应用提供科学依据。

2 特色元素硒元素的地质背景

2.1 黔东南州地层分布基本情况

黔东南州境内出露的地层从老到新分布情况如图1，最老地层在州南部从江县出露有元古生界青白口系河村组（QbXh）地层，最新地层在州西部麻江县出露有中生界三叠系中统新苑组（T2x）地层。州大部分区域为青白口系（QbX）、南华系（NhX）、震旦系（Z）、寒武系（∈）等新元古界地层；州西北大片区域及东边天柱境内见奥陶系（O）、志留系（S）、泥盆系（D）、石炭系（C）、二叠系（P）等古生界地层；北西部微小地区见三叠系（T）等中生界地层；南部从江县境内见新元古代花岗岩。地层总体呈北东南西向分布。

图1 黔东南地区地质图Fig.1 Geological map of southeast Guizhou

2.2 黔东南地区成土母岩分布情况

本地区耕地土壤成土母岩分布情况如图2所示，区内有灰岩、含碳质灰岩、白云岩、辉绿岩、砂岩（含硅质砂岩）、紫色砂岩、花岗岩、黑色页岩等15种成土母岩。灰岩、白云岩等碳酸岩主要分布在区内北西、北大部分地区，其他天柱县、锦屏、黎平、从江榕江有零星分布。砂岩（含硅质砂岩）呈条带状分布在区内西、北西、北等区域；紫色砂岩零星分布在北西、北等；泥（页）岩、黑色页岩等呈条带状分布在北西、北及南、南东少部分地区；变余凝灰岩、变余砂岩、板岩等变质岩主要覆盖区内南东、南、及中部大部分地区，花岗岩、辉绿岩等火成岩在从江县南部，及区内中部地区有零星状分布。

图2 黔东南地区成土母岩图Fig.2 Mother-rock diagenesis of soil in southeast Guizhou

2.3 硒元素在各成土母岩所在的耕地土壤中基本情况

本区采集43185件表层土壤中全量硒含量测试结果进行统计分析，结果如表1所示。成土母岩为板岩的样品件数最多，为9045件，成土母岩为辉绿岩的样品个数最少，为20件，都具备统计意义。文章统计采用置信区间级别为95%，对硒元素全量在区内的成土母岩耕地土壤中平均值进行计算，得出区内硒元素平均值为0.49μg/g；其中成土母岩为黑色页岩的耕地土壤中硒平均值1.55μg/g＞砂岩(含硅质岩)1.22μg/g＞含煤脉灰岩0.66μg/g＞千枚岩0.60μg/g＞泥(页)岩0.58μg/g＞白云岩0.54μg/g＞辉绿岩0.52μg/g＞花岗岩0.48μg/g＞变余砂(砾)岩0.47μg/g＞灰岩0.43μg/g＞(板岩,变余凝灰岩)0.42μg/g＞紫色砂岩0.32μg/g＞(泥,砾,砂)0.27μg/g。

表1 各成土母岩中表层土壤样硒含量统计Table 1 Statistical table of surface soil samples in parent rock of each soil formation

峰度表征概率密度分布曲线在平均值处峰值高低的特征数。如果峰度大于3，峰的形状比较尖，正态分布峰较陡峭，反之亦然。区内成土母岩耕地土壤硒含量值分布峰度值3以上的有黑色页岩、 板岩、砂岩（含硅质岩）、含碳质灰岩、变余凝灰岩、泥页岩、灰岩、变余砂（砾）岩、白云岩，表示在这些成土母岩的土壤中全量硒元素含量值较为接近土壤平均值。峰度值3以下的成土母岩有花岗岩、（泥、砾、砂）、千枚岩三种成土母岩，说明这三类成土母岩土壤中硒全量值不集中在该成土母岩土壤硒全量平均值处，说明分布离散。

标准差的大小表明了研究数据的离散程度，当标准差越大，说明样品值越远离平均值，当标准差越小说明说明样品值越靠近平均值，本次研究区标准差整体偏小，说明各成土母岩土壤中硒全量含量均靠近各自成土母岩土壤中硒含量的平均值。全量硒平均值出现含煤脉灰岩＞灰岩；黑色页岩＞泥（页）岩；砂岩（含硅质岩）＞变余砂（砾）岩，区内黑色岩系耕地土壤中硒含量高于同类其他岩系整体情况。

2.4 研究区硒地球化学空间分布特征

硒元素地球化学图如图3所示，地球化学图按照地调局19级色阶标准成图。硒元素在耕地土壤样中含量的空间分布特征，高值区分布在镇远、岑巩、天柱、剑河等部分地区大致连片分布，较高值区主要分布在研究区西部黄平、麻江、丹寨、雷山及州南部从江、东部天柱、黎平等部分地区大致连片分布，低值区主要分布在全州大部分地区多为零散分布。与成土母岩分布图对比研究，得出镇远、岑巩、三穗、天柱、及黄平西北部耕地土壤中含硒含量高值区区域成土母岩多为砂岩（含硅质砂岩）以及黑色页岩及泥页岩。麻江、凯里、丹寨、雷山及锦屏县东南与黎平县中北部分地区硒元素含量较高值异常区域成土母岩多为含碳质灰岩、白云岩、及部分灰岩，而从江县南部硒元素含量值异常区域成土母岩多为千枚岩及板岩（为灰黑色板岩及变质细砂岩），而黄平、施秉、镇远、岑巩部分地区西元素含量中等异常值区域成土母岩多为白云岩、灰岩等，区域内硒元素含量低值异常区域成土母岩多为紫色砂岩、变余凝灰岩、变余砂岩、板岩等。可见成土母岩的类别直接影响土壤中硒元素含量的高低。

图3 研究区表层土壤硒元素地球化学图Fig.3 Geochemical map of surface soil selenium in the study area

3 富硒耕地的圈划讨论与分析

3.1 综合研究区内环境质量对耕地污染风险带来的影响

根据土壤中元素含量（Ci）对照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）中的筛选值（Si）和管制值（Gi），将土壤风险程度分为三类。Ⅰ类：Ci≤Si，一般认为无土壤污染风险或风险很低可忽略，应优先保护；Ⅱ类：Si＜Ci≤Gi，一般认为存在或可能存在土壤污染风险，但风险较低，通过采取措施可以达到安全利用；Ⅲ类：Ci＞Gi，一般认为风险较高，应该划为严格管控[5]。对本地区耕地环境元素砷、镉、铬、铅、汞、铊、镍指标进行环境综合等级评价结果如图4所示，区内南、南东地区耕地土壤几乎全为优先保护类；安全利用类集中在区内北、北西地区，严格管控类较集中的分布在区内西部丹寨、凯里、黄平县少数地区及镇远县东至三穗县北的交界地区。如表2所示，全州优先保护及安全利用类耕地合计4411.97km2，占全区98.77%，严格管控类仅占全区的1.23%。得出区内耕地土壤环境非常良好，大部分地区土壤污染风险低或可能存在土壤污染风险，仅少量地区土壤污染风险大，因此为区内开发和发展富硒山地特色绿色农作物提供了良好的环境地质背景。

表2 研究区内耕地土壤环境质量综合评价结果Table 2 Statistical table of comprehensive evaluation of cultivated land soil environmental quality in the research area

图4 研究区内耕地土壤环境综合地球化学等级图Fig.4 Comprehensive geochemical grading map of cultivated land soil environment in the study area

3.2 各成土母岩耕地土壤硒元素与重金属元素之间的关系

由于区内重金属元素砷、铬、镍、铊、铜、锌六种重金属元素结果对本研究区耕地污染风险低，故对这些元素不作讨论，仅对镉、汞、铅对区内耕地的小部分地区存在污染风险，因此对这三种环境重金属元素进行讨论分析。用SPSS统计软件及区内所有表层土壤样品中镉、汞、铅三种环境元素在区内作双变量相关分析（结果见表3），镉、汞、铅三元素含量与硒元素含量p＜0.01，相关性显著，均呈正相关，相关系数镉＞汞＞铅。硒与镉呈较强的正相关关系，与汞、铅呈弱相关关系，故只对镉元素作进一步讨论分析，对汞、铅不作进一步分析。

表3 硒元素与镉、汞、铅相关性统计Table 3 Statistical table of correlation between selenium and cadmium, mercury and lead

富硒土壤硒在土壤中含量达到0.40μg/g富硒耕地低品级最低要求，要圈划较高品级富硒耕地，那么对硒含量平均值要求更高，综合区内各成土母岩耕地土壤硒平均值、峰度等选出具有能圈划富硒耕地潜力的黑色页岩、砂岩（含硅质岩）、含碳质灰岩、泥（页）岩、白云岩、辉绿岩六种成土母岩耕地区作为重点讨论研究分析的靶区。

对黑色页岩、砂岩（含硅质岩）、含碳质灰岩、泥（页）岩、白云岩、辉绿岩六种成土母岩耕地土壤作硒与镉作的相关分析。利用spss软件作硒、镉二元素的双变量相关分析，得出如表4所示。除辉绿岩外其它成土母岩中耕地土壤中硒、镉元素p＜0.01具显著性相关，且呈显著性正相关；而辉绿岩中硒、镉显著性为0.157＞0.01故不呈相关性；硒、镉元素相关强弱关系泥（页）岩（0.551）＞黑色页岩（0.463）＞砂岩（含硅质岩）（0.362）＞白云岩（0.239）＞含碳质灰岩（0.202）；硒、镉相关性强弱特征为页岩＞砂岩＞碳酸岩，三种成土母岩耕地土壤中硒、镉元素均呈正相关关系，其中页岩耕地土壤中硒、镉呈较强的正相关关系，砂岩耕地土壤中硒、镉呈一定正相关关系，碳酸岩耕地土壤中硒、镉呈弱正相关关系。

表4 成土母岩中硒、镉元素相关性呈现表Table 4 The correlation of selenium and cadmium in parent rock was presented in table

3.3 各成土母岩耕地土壤硒元素与重金属元素及pH值之间的关系

根据标准可知镉元素含量的多少是衡量镉元素否对耕地土壤具有污染风险重要的指标，但同时土壤的酸碱度又影响着重金属镉元素在耕地土壤中的活性。而镉元素在耕地中的活性随pH上升，活性逐步有所降低。因此对表4中六种成土母岩耕地土壤中硒与镉、镉与pH值均作散点分析，用于判断镉对富硒耕地土壤的污染风险。标准中可知耕地土壤中不管酸碱性如何只要镉含量达到4μg/g以上，那么耕地土壤污染风险就大，故如表5所示统计得出耕地土壤中镉含量超过4μg/g的值占总数的百分比。六种成土母岩结果显示中位数、众数值均远小于高风险值4μg/g。呈现出4μg/g以上值砂岩（含硅质岩）5.4%＞黑色页岩2.90＞含碳质灰岩0.60＞白云岩0.5%＞泥（页）岩0.4%＞辉绿岩0%。而在砂岩（含硅质页岩）及黑色页岩耕地土壤中镉的平均值也远高于其他四种成土母岩耕地土壤。

表5 镉元素在各成土母岩耕地土壤中含量相关统计Table 5 Table of contents of cadmium in cultivated land of each parent rock

如表5及图5与图6所示综合可知，成土母岩黑色页岩耕地土壤区，镉与硒元素的线性拟合函数为Y=0.28+0.39X，镉平均值0.94μg/g，中位数0.54，众数0.3，4μg/g以上数值占总数的百分比值为2.90%。故土壤质量基本为优先保护或安全利用类，所以黑色页岩耕地土壤中整体镉元素对土壤的污染风险低，且硒平均含量1.55μg/g，是区内圈划高品级富硒耕地潜力区之一；成土母岩砂岩（含硅质岩）耕地土壤区，镉与硒元素的线性拟合函数为Y=0.54+0.51X，镉平均值1.28μg/g，中位数0.63，众数0.27，4μg/g以上数值占总数的百分比为5.4%，占比较高，对土壤污染风险高的情况增加。但硒含量平均值为1.22μg/g，是圈画高品级富硒耕地的重点潜力区域，又同时还需要进一步调查研究评估镉对土壤污染的风险；成土母岩含煤脉灰岩耕地土壤区，镉与硒元素的线性拟合函数为Y=0.27+0.38X，镉平均值0.53μg/g，中位数0.36，众数0.29，4μg/g以上数值占众数的百分比值仅为0.60%，对土壤污染风险高的情况可能性小，因硒含量平均值0.66μg/g，是圈划低品级富硒耕地的重点潜力区域；成土母岩泥（页）岩耕地土壤区，镉与硒元素线性拟合函数为Y=0.14+0.47X，镉平均值0.41μg/g，中位数0.29，众数0.23，4μg/g以上数值占总数的百分比值仅为0.40%。几乎不存对土壤污染风险高的情况，且硒含量平均值0.58μg/g，是圈划低品级富硒耕地的重点潜力区域；成土母岩白云岩耕地土壤区，镉与硒元素线性拟合函数为Y=0.5+0.38X，镉平均值0.57μg/g，中位数0.45，众数0.36，4μg/g以上数值占总数的百分比值仅为0.50%，对土壤污染风险高的情况可能性小，且硒含量平均值0.57μg/g，是圈划低品级富硒耕地的重点潜力区域；成土母岩为辉绿岩耕地土壤区，镉与硒元素线性拟合函数为Y=0.91+0.61X，镉平均值0.59μg/g，中位数0.51，样品少，无众数，无4μg/g以上数值，对土壤污染风险高的情况可能性极小，硒含量平均值0.52μg/g，由于硒含量值分布零散，且样品数较少，所以成土母岩辉绿岩耕地土壤区不列入圈划富硒耕地潜力区。

图5 不同母岩耕地土壤中硒与镉元素散点图Fig.5 The scatter plot of selenium and cadmium in cultivated soil

图6 不同母岩耕地土壤中pH与镉元素散点图Fig.6 The scatter plot of pH and cadmium in cultivated soil

3.4 富硒土壤含量特征及等级特征

全州共计采集表层土壤样43185件，其中富硒土壤样23728件，占比54.9%。如表6所示，单件样品硒含量最大值为15.1μg/g，最小值为0.04μg/g，算术平均值为0.4944μg/g，中位数为0.413μg/g，标准差0.38。与全省对照相比，本地区单件样最大值偏小，平均值几乎相等，中位数约小，标准差更为稳定。

表6 黔东南地区硒元素与全省含量对照Table 6 Comparison of selenium content in southeast Guizhou province with that in the whole province

根据土壤硒含量分级标准（DZ/T 0295-2016），对本区耕地进行等级评价结果可知：全区耕地面积为4466.88km2，其中硒元素含量过剩耕地面积为4.91km2，占比为0.11%；富硒耕地面积为2686.18km2，占比为60.13%；硒含量中等耕地面积为1742.83km2，占比为39.02%；低硒级面积为33.04km2，占比仅为0.74%。其分布区域见图7。

黔东南地区富硒耕地的开发应用，应主要选取富硒耕地集中分布区，如图7所示的北部、西部、东部、南部四个土壤富硒区域，将其作为进一步开发的靶区首选地。北部富硒区主要以寒武纪地层黑色页岩、砂岩、白云岩为主的成土母岩组成，黑色页岩、砂岩、白云岩等成土母岩区应作为该区富硒耕地开发首选区；西部富硒区主要以奥陶、寒武纪含煤灰岩、灰岩、白云岩为主的成土母岩组成，指明该区富硒耕地开发首选成土母岩为含煤灰岩、灰岩、白云岩区。东部富硒区主要以清水江组番召组地层变余砂岩及栖霞茅口地层的含煤系灰岩区内有明显的指示意义。南部富硒区主要以南华系乌屋组番召组等老地层的变余砂岩及辉绿岩等成土母岩所在区，指明该区重点区域。

图7 耕地土壤硒元素等级评价Fig.7 Grade evaluation of selenium in cultivated soil

4 结论

（1）研究区各成土母岩耕地土壤中平均值为黑色页岩1.55μg/g＞砂岩（含硅质岩）1.22μg/g＞含碳质灰岩0.66μg/g＞千枚岩0.60μg/g＞泥（页）岩0.58μg/g＞白云岩0.54μg/g＞辉绿岩0.52μg/g＞花岗岩0.48μg/g＞变余砂（砾）岩0.47μg/g＞灰岩0.43μg/g＞板岩、变余凝灰岩0.42μg/g＞紫色砂岩0.32μg/g＞泥、砾、砂0.27μg/g。

（2）本研究区重金属元素砷、铬、镍、铊、铜、锌六种重金属对土壤污染风险极低，镉、汞、铅三元素对土壤污染存在风险的可能，硒与镉呈正相关性、与汞、铅呈弱正相关。

（3）本研究区成土母岩为黑色页岩耕地区是圈划高品级富硒耕地潜力区；成土母岩为砂岩（含硅质岩）耕地区可圈划高品级富硒耕地，但同时还需要进一步评估镉对土壤污染的风险；成土母岩为含碳质灰岩耕地区可圈划低品级富硒耕地较大潜力区；成土母岩为泥（页）岩耕地区是圈划较低品级富硒耕地的潜力区；成土母岩为白云岩耕地区分布区域较广，即在大片区域内圈划低品级的富硒耕地潜力相当大。

（4）本研究区内富硒耕地面积为2686.18km2，占比为60.13%，分别分布在北部、西部、东部、南部土壤富硒区四个为主的区域。