耕地質量地球化學評價及分布特征研究
——以貴州省從江縣為例

楊麗君，趙葉江，袁雨，牟紅，李輝

（貴州有色地質工程勘察公司 貴州，貴陽 550005）

耕地是指用來耕作并種植農作物的土地，是非常有限而且珍貴的自然資源[1]。隨著我國城市化、工業化進程不斷快速發展，耕地面積受到人為占用或環境污染而逐漸減少。根據2021年的《第三次全國國土調查主要數據公報》統計，中國人均耕地面積僅有0.09 hm2，僅相當于世界平均水平的1/3，因此提高耕地質量是解決中國糧食安全問題的重要途徑[2,3]。而要提高耕地質量的首要任務，在于了解耕地的地球化學特性，進行適當評價，依據不同區域的特性，給與不同的使用方式及種植結構，才能最大化的利用耕地資源[4]。耕地土壤主要養分受到例如土壤類型[5]、氣候條件[5]、地形地貌[6]、巖層[7]、人為因素[8]等空間分布的不同，而表現出一定的差異性。因此，目前多是利用現場采樣，配合統計學方法，進行分析評價，以土壤環境元素指標為基礎，通過科學方式，對土地質量進行等級劃分，達到量化土地質量的目的[9-11]。

貴州是我國內陸山區省份，山地及丘陵面積展覽全省面積的92.5%，土壤資源較為匱乏，較難滿足現代化農業的發展[12]，因此了解及分析耕地質量，是促進耕地資源可持續利用的先決條件。本研究是貴州省國土資源廳《貴州省耕地質量地球化學調查評價任務書（黔色耕調2017-03）》的一部分，研究區域為貴州省從江縣，過去該區域的耕地質量調查數據較少，而且該區地層以變質巖為主，與貴州省其他區域以碳酸鹽巖為主（巖溶地區）的地層組成差異較大。研究目的是為獲得從江縣耕地質量地球化學基礎數據，并分析該縣耕地質量地球化學的分布特征。研究自2017年起，經過一年半的工作時間，嚴格按照土地質量地球化學調查評價規范（DZ/T 0295-2016）采集了表層耕地土壤樣品3226 件，從而研制完成了貴州省從江縣耕地質量地球化學調查評價及分布特征報告。該報個可為從江縣規劃管理各個級別的耕地提供地球化學依據，對從江縣發展特色高效農業、耕地可持續利用、調整種植結構、助推鄉村振興戰略實施有重要的參考價值，也是為從江縣的“大扶貧、大數據、大生態”三大戰略服務[13-15]。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域——從江縣位于貴州省東南部、黔東南苗族侗族自治州南部（見圖1）。地理坐標25°19′～26°03′N，108°14′～109°12′E 之間，東西長95.5 km，南北寬79.2 km；地勢西南高東北低，海拔在145 ～1670 m 之間，全縣平均海拔低于800 m，屬于亞熱帶濕潤氣候，多年平均年降水量1193.5 mm。從江縣國土面積3224.76 km2，其中耕地面積約343.40 km2。

圖1 研究區位置圖

從江縣耕地土壤分為：潮土、紅壤、黃壤、石灰土、水稻土和紫色土等6 個土類。全區土壤類型以黃壤為主,占全區面積75.12%。所在區域土地主要設置為林地，后為耕地和果園，三者共占全區總土地面積的10.65%。該區域主要生產水稻、玉米、柑桔等農作物，其中柑桔、干果、油茶與蔬菜等農作物是主要經濟來源。

從其大地構造位置判斷，從江縣位于華南地區褶皺帶和揚子準地臺的中間過渡段，是江南地軸的一部分。其地質構造主要表現為南、北東構造復雜變形區和南西構造復雜變性區[5,16]。

根據從江縣區域的裸露地表可以判斷，該區域以青白口系地層為主，占全區所有裸露地表的90%以上，兼有南華系、寒武系、石炭系、二疊系、三疊系、第四系等地層零星分布，部分地區有巖漿巖裸露[16]。由于地質構造的控制，本縣侵蝕，剝蝕地貌甚為發育，占全縣總面積的95%以上。全縣由山地、丘陵、壩地構成地貌總體，山地面積占總面積的89.86%。

1.2 土壤樣品采集

本研究中，主要通過研究區域現場表層土壤采樣方式，查明耕地土壤中元素地球化學分布特征，以調查—評價—應用為主線開展研究工作，以評價成果及應用研究為重點。耕地土壤按照網格疊加土地利用圖斑的總體原則部署調查采樣，首先布設一個邊長為1 km2的正方形大格作為樣點的總體評價單元；再將每邊等分為3份后對邊相連，即將大格分為9個邊長為0.333 km的正方形采樣小格；最后在采樣小格中按照每平方公里9.3 個點的密度布設采樣點。在考慮采樣點空間設置均勻性的基礎上，盡量將其設置到采樣區域內的具有代表性的耕地土壤類別和土地利用方式板塊內。根據《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295－2016）（以下簡稱《規范》）要求，如果在該評價單元內存在一個實測數據，就將該數據作為相應單元的數據，忽略其他由插值等方法形成的數據；如果在該評價單元內存在2 個或2 個以上的實測數據，則采用取所有實測數據平均數的方法作為該單元的數據，忽略其他由插值等方法形成的數據；如果評價單元中無任何實測數據時，則根據該區域土相應的屬性對其賦值，從而獲得該單元的數據。賦值是先根據該區域土的成土母巖、土壤類型、土地利用類型分配相應的權重，后根據空間距離相近原則進行取值[17-18]。

從江縣共采集表層耕地土壤3226 件，重復樣65 件，根據耕地土壤類型、地質背景以及土地利用類型，同時考慮樣點的合理性，均勻性及密度（見圖2），不同土地利用的面積占比及樣品占比為：①水田面積占總耕地面積比例為71.54%，樣品占比為81.12%；②旱地面積占總耕地面積比例為23.84%，樣品占比為14.66%；③果園面積占總耕地面積比例為6.23%，樣品占比為3.90%；④茶園面積占總耕地面積比例為0.58%，樣品占比為0.31%，每平方公里總體采樣密度為9.3件。

圖2 耕地表層土壤采樣及土地利用點位圖

1.3 樣品數據分析測試

在華北有色地質勘查局燕郊中心實驗室對由上述方法在實地取得的表層耕地土壤樣品進行分析測試工作，主要分析指標有有機質、氮（N）、磷（P）、鉀（K）、硼（B）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鉬（Mo）、硒（Se）、鍺（Ge）、碘（I）、鐵（F）、pH 值、砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鈷（Co）、鎳（Ni）、釩（V）、鉈（Tl）共23 項。根據《規范》要求，表層土壤全量樣品的監測選擇了以ICP-MS 法、ICPOES 法為主體，輔以原子熒光法、發射光譜法和容量法等多種分析方法組成的分析配套方案，分析方法的檢出限、精密度和準確度均達到或優于《規范》規定，能滿足本測區樣品分析的要求。對上述樣品的準確度和精密度監控按照國家一級標準物質（GWB 系列）進行，在全部樣品中對上述23項元素均100%報出，其測定值的在準確度和精密度上的合格率為100%。重復性檢驗和分析誤差評定選用重復樣和重復分析的方式進行，上述23 項元素的重復性檢驗合格率均超過95%，大于規范要求的85%。故可認為對該區域耕地土壤樣品的分析測試符合《規范》要求，其結果可靠。

2 結果與分析

2.1 地球化學元素特征

為了更清晰的表現該區域內土壤中元素的豐缺情況，將區中土壤各元素（指標）的平均值與貴州省土壤背景值進行對比（圖3），將比值大于1.2的視為豐富，0.8～1.2的視為適中，＜0.8 的視為缺乏。對比全省土壤背景值，從江縣元素相比全省背景Co、Cu、Mn、Mo、V、I、F、As、Cd、Cr、Ni 為缺乏，有機質、B、Zn、Ge、Pb、Tl 為適中，K、Se、Hg為豐富。主要原因是地質環境造成的，從江縣地層以變質巖（砂巖、板巖、千枚巖）為主，而其他區域以碳酸鹽巖為主（巖溶地區）。

圖3 耕地土壤養分地球化學元素比較

為了解研究區土壤元素含量特征，分析不同元素的變異系數（Coefficient of Variation），即標準差與平均值之比，藉以比較不同元素含量的離散程度大小（圖3）。從變異系數特征看，Co、Mo、I、As、Cd、Cr 等6 個指標的變異系數都在0.5 以上，表明這些元素的含量變化都很大，這些元素在表層土壤中的含量高低受多重因素的影響，除了地質環境、土壤類型、地形地貌等自然因素的影響外，土壤的酸堿性環境、土地利用類型等因素對元素含量變化都有影響[19]。

2.2 綜合評價方法、等級及分布特征

將土壤中的各個單項養分指標如N、P、K 等，按照地球化學等級進行劃分。在此基礎上，可計算得到土壤養分地球化學綜合得分f養綜如下式（1）所示[20，21]：

式中：Ki為各個單項養分指標的權重，其中N、P、K 分別為0.4、0.3、0.3；fi為各個單項養分指標的等級評分，一等至五等分別對應5分、4分、3分、2分、1分。N、P、K等養分指標等級劃分標準如表1 所示。若1≤f養綜≤5，f養綜≥4.5為一級，3.5≤f養綜＜4.5 為二級，2.5≤f養綜＜3.5 為三級，1.5≤f養綜＜2.5為四級，f養綜＜1.5為五級。

表1 土壤中單項養分指標等級劃分標準

圖4為從江縣耕地土壤養分地球化學綜合等級結果，從圖4可知，從江縣耕地土壤養分地球化學綜合等級主要以二等為主，主要評價結果如下：

圖4 耕地土壤養分綜合等級圖

按照地球化學綜合等級區分，從江縣的耕地土壤養分表現為二級（較豐富）的耕地面積為38.7 萬畝，占從江縣耕地面積比例為76.14%；一等（豐富）耕地面積0.13 萬畝，占從江縣耕地面積比例為0.26%；

觀察組50例中自然排尿44例，誘導排尿成功4例，尿潴留2例，排尿成功率為96%。對照組50例中自然排尿46例，誘導排尿成功3例，尿潴留1例，排尿成功率為98%。觀察組和對照組自然排尿比例比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；兩組誘導排尿、尿潴留比例比較；差異無統計學意義（P＞0.05）。

三等（中等）耕地面積10.98 萬畝，占從江縣耕地面積比例為21.32%，主要分布在高增鄉—貫洞鎮—洛香鎮—慶云鄉；四等（較缺乏）耕地面積1.56 萬畝，占從江縣耕地面積比例為3.03%；五等（缺乏）耕地面積0.13 萬畝，占從江縣耕地面積比例為0.25%，洛香鎮零星分布。

根據《土壤環境質量農用土壤污染風險管控標準（試行)》（GB15618-2018）（以下簡稱《標準》）[22]要求，按照該區域內耕地土壤污染物含量（Ci，包括鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅等）與篩選值（Si）、管制值（Gi）的相互關系進行土壤風險程度分類，可分為以下三類：

Ⅰ類：當該區域內耕地土壤污染物含量Ci 小于篩選值Si時，可認為該區域土壤污染風險極低可以忽略，應當優先對其進行保護。

Ⅱ類：當該區域內耕地土壤污染物含量Ci 介于篩選值Si 與管制值Gi 之間時，可認為該區域土壤存在一定的污染風險，但相對較小，應當立即采取措施進行保護使其后續能安全利用。

Ⅲ類：當該區域內耕地土壤污染物含量Ci 大于管制值Gi時，可認為該區域土壤污染風險很高，需要進行嚴格的管控，避免污染擴散。

篩選值（Si）和管制值（Gi）標準可參考《標準》[22]。根據單指標土壤環境地球化學等級將各個評價單元的評價指標劃分為多個單項指標，取單項指標所得到的最差環境等級作為該評價單元的環境綜合等級。

土壤風險程度評價結果如圖5 所示，由圖5 可知，從江縣耕地土壤環境質量主要以優先保護為主，耕地面積為51.19 萬畝，占參與評價土地總面積的99.36%；安全利用耕地面積為0.32 萬畝，占參與評價土地總面積的0.64%；研究區內無嚴格管控分布。

圖5 耕地土壤環境綜合等級圖

根據上文《規范》[21]要求得到的研究區域耕地土壤養分綜合等級和上文《標準》[22]要求得到的研究區域內耕地土壤環境綜合等級，綜合分析后可得研究區域內相應的耕地土壤質量綜合等級，其具體劃分如下圖6所示。由圖可知，從江縣參評耕地中的土壤質量優良、質量綜合等級為一級的占76.22%，其土壤養分為豐富或較豐富而環境污染風險幾乎可以忽略不計（Ⅰ類）；從江縣參評耕地中的土壤質量較好、質量綜合等級為二級的占20.83%，其土壤養分適中而環境污染無風險或者稍有風險但可忽略不計（Ⅰ類）；從江縣參評耕地中的土壤質量中等、質量綜合等級為三級的占2.74%，其土壤養分略微缺乏而其環境污染為無風險或者稍有風險但可忽略不計（Ⅰ類），或者其土壤養分為豐富至略微缺乏但其環境污染為存在一定風險但可控制（Ⅱ類）；從江縣參評耕地中的土壤質量較差、質量綜合等級為四級的占0.21%，其土壤養分缺乏而環境污染無風險或者稍有風險但可忽略不計（Ⅰ類），或者土壤養分缺乏但其環境污染為存在一定風險但可控制（Ⅱ類）；全區內無五等分布。

圖6 耕地土壤質量綜合等級圖

硒（Se）是人體必需的微量營養元素之一，增強人體的免疫力，它的代謝產物具有抗癌的作用，具有抗氧化衰老功能等，但在地殼中含量極其稀少，而且在土壤及礦物中分布分散[23]。根據李家熙等[23]的分類，當土壤硒含量介于0.1～0.2 mg/kg 為低硒土壤，介于0.1～0.4 mg/kg 為中硒土壤，而0.4 mg/kg 以上為富硒土壤。根據調查世界超過40個國家和地區無硒或僅少量硒，在我國有約2/3的地區硒不足，超過72%的人無法得到足夠的硒含量，生活于低硒環境[24-25]。該微量元素的攝入不足導致了多種慢性病和癌癥高發。雖然中國是世界上缺硒最嚴重的地區之一，但是貴州耕地土壤硒元素的平均含量為0.56 mg/kg[26]。而在從江縣的耕地范圍內，根據現場資料分析結果，富硒耕地面積28.09 萬畝，占全縣耕地面積的54.53%。根據《貴州省富硒土壤評價分級標準》（試行）標準，將耕地土壤硒劃分為低硒≤0.2 mg/kg、含硒0.2～0.4 mg/kg、偏高0.4～0.5 mg/kg、較高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個等級。從江縣富硒耕地資源分布情況見圖7。

圖7 富硒耕地分布圖

由圖7 可知，不同鄉鎮行政區硒含量差異較大，各鄉鎮硒含量平均主最高的為加勉鄉，最低的為停洞鎮。從平均值含量空間分布來看，研究區西、南部鄉鎮硒含量高于研究區中、北、東部鄉鎮。

富硒稻谷含量范圍0.04～0.30 mg/kg[21]，而根據《中國富硒食品硒含量分類標準（試行）》，水果富硒范圍0.01～0.48 mg/kg。從江縣采集水稻樣30 件、玉米樣30 件、椪柑15件，根據分析測試報告，檢出樣品硒含量在平均含量為0.028 mg/kg，達到富硒農產品標準的有16 件（水稻10 件、玉米6 件），占采集樣品總數的26.7%。達到富硒水果產品標準的有1件。

分析結果表明：從江縣土壤硒含量總體較高，但農作物中硒含量偏低，因此需要相關部門因地制宜進行合理規劃，在有效保護耕地質量和提升種植能力的基礎上，高效利用該區域耕地土壤富硒這一特色，選擇相應的農作物進行種植，開發富硒農產品，提升農業發展，增加農民收入，助力鄉村振興。

3 結論

本文對貴州省黔東南州從江縣耕地質量地球化學調查評價及特色耕地分布特征研究，獲得以下結論：

（1）從江縣耕地土壤養分較為豐富，其評價等級為二級以上的占76.4%，研究區耕地土壤養分元素中氮、鋅、有機質含量豐富；磷含量豐富；鉀、硼、鉬含量缺乏。

（2）從江縣土壤耕地土壤環境質量主要以優先保護為主，耕地面積占參與評價土地總面積的99.37%；安全利用耕地面積占參與評價土地總面積的0.63%；研究區內無Ⅲ類需要進行嚴格管控的高污染風險土壤分布。

（3）從江縣耕地土壤質量非常優良，其質量綜合等級為一級的占參評耕地土壤的76.22%二等（良好）次之，耕地面積參評耕地土壤的20.83%；三等（中等）耕地面積占參評耕地土壤的2.74%；四等（差等）耕地面積參評耕地土壤的0.21%；全區內無五等分布。

（4）富硒土地資源區開發利用建議；根據本次耕地質量調查成果，從江縣硒含量大于0.4 mg/kg 優質耕地土壤有28.09 萬畝，分布面積十分廣泛，且其中伴有富足的鍺、硼等微量元素，可因地制宜開發富硒食品產業。本次圈定的是一個“環保、安全”的富硒土壤區域，擁有良好發展富硒產業的立地條件。