全国主要农耕区富硒土地资源调查与开发利用模式

周亚龙, 彭 敏, 成杭新, 刘 飞, 张富贵, 王惠艳

(1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，廊坊 065000；
2.中国地质调查局土地质量地球化学调查评价研究中心，廊坊 065000;3.中国地质科学院地球表层碳-汞地球化学循环重点实验室，廊坊 065000)

硒(Se)是人类必需的微量元素，具有增强人体免疫力、抗氧化、预防癌症等重要保健功效，适量的硒摄入有益人体健康，但人体健康的硒摄入量范围较窄(40μg·day-1< Se摄入量≤ 400 μg·day-1)[1-4]。人体硒的水平取决于每日膳食硒摄入量，植物及其产品是人体膳食硒摄入的最重要途径，而土壤中的硒是植物硒的主要物质来源，植物中的硒取决于土壤硒的含量水平、成因和生物可利用程度[5-7]。

硒在自然界中稀少而且分散[8]，全球表层土壤硒分布极不均匀[8-11]。各地区人群硒的摄入水平因土壤Se不均匀分布而存在巨大差异[12-13]。土壤低硒分布区的作物中硒含量极低，膳食硒摄入不足可引发克山病和大骨节病等地方性疾病[14-16]，土壤高硒分布区的作物硒含量较高，膳食硒摄入量过多可导致人群或牲畜出现硒中毒现象[17-18]。因此，了解土壤中硒含量水平和空间分布模式对硒的吸收、发展富硒生态农业以增强人群硒的供应水平至关重要。

近年来，我国1:250 000多目标区域地球化学调查和1:50 000土地质量地球化学调查发现并圈定一批天然富硒土地和大批富硒农产品。富硒土地资源调查评价、天然富硒农产品开发已成为地质调查工作服务于脱贫攻坚、乡村振兴、生态文明建设的切入点，成为增加农民收入、促进农村经济发展的重要举措。如何在调查基础上，科学评价和合理利用富硒土地资源，开发安全天然富硒农产品，是一项涉及富硒土壤与农产品标准、土壤硒来源、富硒土壤成因、土壤硒形态及其生物有效性、土壤-作物系统硒吸收迁移机理等科学技术问题的系统工程[19]。

笔者总结和评述了我国1:250 000多目标区域地球化学调查评价方法技术、硒分析测试配套方法、富硒土壤评价标准、我国富硒土壤空间分布特征、土壤硒来源与富硒土壤成因认识、富硒土地资源开发利用典型模式等方面的研究进展，探讨了富硒土地资源高效利用的思路方法，以期为富硒土地资源科学评价和合理安全利用提供参考。

1.1 调查技术方法

1999年～2001 年，通过开展广东珠江三角洲平原区、湖北江汉平原和四川成都盆地3个多目标区域地球化学调查试点，总结规定1:250 000多目标区域地球化学调查以土壤测量为主，湖泊和近岸海域以沉积物测量为主，主要目标任务是查明地表土壤、湖泊和近岸海域沉积物中化学元素的含量水平和空间分布特征[20-21]。调查采用双层网格化布点，分别采集表层和深层两层样品。表层样采样密度为1个点/km2，采样深度0 cm～20 cm，每4 km2组合一个分析样。深层样采样密度为1个点/4 km2，采样深度150 cm～180 cm，每16 km2组合一个分析样。采样点布设以代表性为原则，兼顾均匀性与合理性，最大限度控制调查面积。经过试点、大规模应用，于2014 年正式发布《多目标区域地球化学调查规范(1:250 000)》(DZ/T 0258-2014)。1999年至2020年，中国地质调查局累计完成全国1:250 000多目标区域地球化学调查近270×104km2，覆盖耕地15.87×108亩，占全国耕地总面积的78.4%。

1.2 分析测试方法

目前土壤中硒含量分析测定主要采用光谱技术，包括氢化物-原子荧光光谱法(HG-AFS)、原子吸收光谱法(AAS)等[22]。不同的样品前处理和进样方式，分析测试技术的检出限和精密度不同，如HG-AFS 技术的检出限可达ng/g 数量级水平[22]。陈海杰等[23]建立的外供氢气-氢化物-原子荧光光谱法(H2-HG-AFS)测定地球化学样品中的硒的方法,检出限达到了0.007 mg/kg,精密度(n=12)在2.1%～5.3%之间。氢化物发生-原子荧光光谱法(HG-AFS)也是测定植物样品中硒的理想方法,但植物样品中硒在消解过程中容易挥发损失，而加入Ca2+可以有效抑制硒的挥发损失[24]。电感耦合等离子体质谱技术(ICP-MS)也能够实现硒与多种元素的同时测定[25]，该方法在土壤硒痕量、超痕量分析领域具有显著优势，但面临的主要问题是来源于离子源和样品基体的质谱干扰。碰撞/反应池技术结合多重四极杆技术理论上能够实现无干扰测定，且检出限低、检测线性范围广，是当前土壤中硒分析测试领域的热点技术[22]。

1.3 富硒评价标准

基于我国土壤硒背景值为0.20 mg/kg的实际情况[26]，长期以来，大部分学者普遍参照谭见安中国土壤硒生态景观分级[27]，采用0.40 mg/kg作为我国富硒土壤划定阈值标准，部分地方(黑龙江、宁夏、广西、河南等)针对富硒土壤与富硒农作物之间的不一致性，出台了地方性富硒土壤评价标准，其富硒土壤评价阈值下限从0.222 mg/kg ～0.400 mg/kg[28]。

为评估不同地区划定的富硒土地具有可比性，指导全国天然富硒土地的有序开发利用,多目标区域地球化学调查团队基于大量调查成果，利用系统收集的全国41个水稻主产区6 917件根系土-水稻籽实样品、11个小麦主产区1489 件根系土-小麦籽实样品，14个玉米主产区1 816件根系土-玉米籽实样品中硒含量中位值构建了大宗农作物和根系土中硒的关系模型，证实水稻、小麦和玉米籽实硒含量与土壤硒含量之间存在显著的线性相关[28]。基于大宗农作物-根系土线性模型、人群硒摄入量估算模型、土壤富硒率和作物富硒率协同分析模型分别估算了富硒土壤阈值，通过不同地区对富硒土壤阈值可行性检验，提出了我国天然富硒土地的阈值，中酸性土壤(pH≤ 7.5)中土壤富硒标准阈值为大于等于0.40 mg/kg；
碱性土壤(pH> 7.5)中土壤富硒标准阈值为大于等于0.30 mg/kg。制定发布了《天然富硒土地划定与标识(DZ/T 0380-2021)》行业标准。

2.1 富硒土地资源空间分布

我国A层土壤中硒背景值为0.21 mg/kg[29]，显著低于美国A层土壤背景值(0.39 mg/kg)和全球土壤硒含量中值(0.40 mg/kg)。全国硒含量达到富硒标准的土地面积共计53.9×104km2(图1)，占调查区总面积的20.2%；
无重金属超标的天然富硒土地面积为29.8×104km2，占调查区总面积的11.2%,其中天然富硒耕地1.25×108亩，仅占调查区耕地总面积的7.9%。受土壤硒含量偏低及重金属超标等因素的综合影响，我国天然富硒土地资源较为稀缺。

图1 全国调查发现的天然富硒土地分布图Fig.1 Distribution map of natural selenium-enriched land found in national survey

我国天然富硒土地资源空间分布不均，南方显著优于北方，其中广西、广东、福建、湖南、湖北、浙江和江西天然富硒土地面积均大于2×104km2(图2)，7省(区)合计面积达17.6×104km2，占全国总面积的59.0%；
西藏、北京、吉林、上海、宁夏天然富硒土地面积均小于0.1×104km2。全国天然富硒土地比例最高的省份为广东和广西，均超过40%；
比例最低的省份为西藏、吉林和宁夏，均小于2%。

图2 各省(市、区)调查发现的天然富硒土地面积Fig.2 The area of natural selenium-enriched land found by surveys in various provinces (cities, districts)

2.2 富硒土壤成因

土壤中元素的分布受气候、成土母质、地形地貌、成土过程、土壤理化性质、人类活动等多种因素影响。我国气候、地貌类型变化多样，地质背景复杂，我国土壤硒含量空间分布极不均匀，土壤中硒区域贫化富集的控制因素众多，地球化学分异过程复杂,大范围分散富集驱动机制不清[19,27,30-33]。目前对于区域尺度土壤中硒含量和分布模式驱动机制的主要观点包括：①土壤硒的高含量 (≥3.0 mg/kg) 或者低含量 (< 0.175 mg/kg) 的分布主要与成土母质有关[2]；
②土壤硒分布主要受气候控制，气候和土壤间的强相互作用是土壤硒含量变化的主要控制因素[34-36]；
③土壤硒分布主要受成土母质-气候相互作用控制，土壤理化性质对土壤硒贫化富集仅在局部区域有影响[37]；
④土壤硒含量的控制因素与有机质含量、海洋输入影响和成土母质等因素有关，相互作用关系复杂[38]；
⑤土壤理化性质是土壤硒含量的重要驱动因素[38]。

调查研究表明，我国典型高硒或富硒土壤分布多受地质背景控制。王锐等[39]将我国主要农耕区土壤硒成因类型按控制因素分为：受煤系、黑色地层影响及控制，受土壤有机质影响及控制，受沉积作用影响和受基性火山岩影响4种类型;宋明义[40]将浙江省天然富硒土壤成因类型按不同成土母质归纳为火山岩型、石煤型、燃煤型和湖沼型4种，并认为石煤型富硒土壤的可利用性最高，其次为燃煤型和湖沼型，火山岩型最低;刘道荣等[31]根据土壤母岩的成因，可将天然富硒土壤分为沉积岩型、岩浆岩型、变质岩型 3 个类别。其中沉积岩型又分为表生沉积型、黑色岩系型、含煤岩系型、碳酸盐岩型、碎屑岩型等 5 个亚类；
岩浆岩型分为侵入岩型、火山岩型及次火山岩型 3 个亚类; 变质岩型分为浅变质岩型、中深变质岩型 2 个亚类。并认为不同成因类型的天然富硒土壤特征及开发适宜性差异较大，异地沉积的黑色岩系型、表生沉积型等绿色富硒土地开发适宜性高。

我国天然富硒土地富硒土壤成因除了主要受成土母质决定外，还受到成土过程、风化淋失作用、气候、降雨量、地形地貌等自然条件的影响，土壤pH、土壤氧化还原条件、土壤质地、有机质等理化条件，土地利用/土地覆盖类型等农业生产活动也在一定程度上影响局部地区土壤硒的分散富集。此外,人为源输入对局部地区表层土壤硒富集影响显著，如四川绵阳地区、华北平原[30,41]。总之，我国表层土壤硒来源较为复杂，其中成土母质(自然源)是决定多数地区土壤硒含量的关键因素,表生环境中硒多圈层迁移转化循环复杂，局部分散富集影响因素众多，主要与气候因素、成土母质、地形地貌、成土过程和土壤理化性质有关。

3.1 天然富硒地块认定

中国地质学会依据《天然富硒土地划定与标识(DZ/T 0380-2021)》和《天然富硒土地认定和标识管理办法(试行)》等有关规定，开展了全国首批天然富硒地块认定。首批认定江西于都、海南琼中、黑龙江海伦、河北顺平、四川屏山、云南威信等30处50余万亩天然富硒地块(图3)。天然富硒土地的认定有利于全国各地区促进富硒特色农产品推广，提高农产品附加值，在支撑脱贫攻坚、乡村振兴、健康中国等国家战略，服务生态功能农业发展等方面，发挥了地质工作先行性和基础性作用。通过开展天然富硒土地认定和授牌，利用“一地一码”实现了富硒农产品源头可追溯，为规范天然富硒土地资源开发利用奠定了制度基础，从管理制度上引导富硒农业的规范化发展。

图3 全国首批30处天然富硒地块Fig.3 The first batch of 30 natural selenium-rich plots in China

3.2 典型富硒土地资源开发模式

据不完全统计，全国各地依托富硒土地资源累计建设现代田园综合体、现代生态农业示范园、富硒果蔬种植产业园等不同类型的富硒农业产业园区300余处。通过十余年不断地探索和经验总结，以自然资源部中国地质调查局为主的地勘单位建立了需求对接、项目对接和成果对接的“订单式”土地质量地球化学调查工作机制；
推动形成了以“江西赣州”、“湖南新田”和“青海平安”为典范的“地质+特色农业”的富硒土地高效利用开发模式。江西赣州市16 个县(市、区)1：50 000土地质量地球化学调查发现的6.06×109m2无公害富硒土地，提出了集中连片绿色富硒基地和无公害富硒基地共 166 处[42]，指导建成兴国县高多村三千亩蔬菜种植示范基地、于都县梓山万亩农业产业示范基地、于都县禾丰八千亩蔬菜种植基地等3处农业示范基地，提升赣县吉埠镇杨梅基地、兴国县春赐福茶叶基地、兴国县九山生姜基地等的产品为富硒产品，大幅提高了农产品的价值。形成了“土地质量调查到哪里，农业公司就跟踪投资到哪里”的局面。通过农业示范基地的建设和打造，建立了“公司+合作社+农户”的联结机制，探索出“土地流转+基地务工+入股分红+蔬菜种植”的脱贫模式。土地流转，按照250 kg稻谷/y进行实物折价；
就业岗位，平均工资可达70元/d；
吸纳贫困户产业扶贫贷款入股企业，年终按照8%领取分红；
提供大棚给当地农户种植，提供技术培训、种苗供应、产品销售全套支持；
惠及当 地百姓5×105人，超过1×105贫困人口年平均增收超10 000元。

青海平安区高度重视地质调查发现的天然富硒土地资源，提出了“壮大富硒产业、实现农民增收、改善生态环境、发展健康养生”的发展思路。以建设富硒种养基地、引进富硒食品加工企业、拓展富硒旅游等方式，通过几年的探索，使富硒特色产业由园区示范扩展到全域发展。利用调查圈定的1.2×108m2富硒土地资源[43]，目前已建成金吉富硒产业园、白沈沟富硒果蔬产业园、金阳光富硒产业园、袁家村·河湟印象等高原富硒现代农业示范园、生态产业园区5处。树立了“高原硒都·健康平安”的富硒品牌，获得了“中国十大富硒之乡”的称号。全区富硒产业园累计投资达4.4×108元，农业总产值达3.18×108元。形成了“地质先行、查明富硒、政府主导、创建园区、富硒富农、精准扶贫”的“平安模式”。湖南新田县依托地质调查发现的615.1 km2天然富硒土地资源，制定了“打硒锶品牌、走高端之路、建养生之地”的发展思路[44]，积极引导和推动全县富硒资源研究、开发和产业布局，建成莲花富硒果蔬产业园、县城富硒农产品加工园、新圩硒锶循环农业生态产业园等3大富硒产业园。通过推行“公司+基地+农户”等产业模式，成立了各类种植、生产及养殖合作社80余家，带动2.2×104农户种养增收。以“产业差异化、产品特色化、市场精准化”全力打造新田富硒支柱产业，全县从事富硒产业人员达10.8×104人，年产值超过2×109元。由地勘单位和地方政府共同谱写的“摸家底，找优势，助开发，促转化”的“新田模式”已经成为“地质+特色农业”扶贫新模式的重要典范。此外，四川沐川县依托1：50 000土地质量地球化学调查圈定的7.03×108m2天然富硒土地资源，全力发展沐川县富硒竹、茶、魔芋等高附加值名特优农产品，助力乡村振兴[45]。以“生态、有机、富硒”为主题，“十四五”期间计划建成富硒茶产业带6.67×107m2、机采茶基地5.33×107m2、紫茶基地6.67×106m2，实现茶产量2.5×107kg，产值2×109元以上，着力打造“乌蒙山区优质茶乡”、“中国紫茶之乡”。四川省兴文县在僰王山镇水泸坝村建成3.33×106m2富硒水稻生态示范农业公园，并发挥农业公园与僰王山景区紧密相连的优势，打造了集产业园、创业园、科技园为一体的现代田园综合体；
江西丰城市建成包括富硒农作物种植、富硒畜禽养殖、富硒农产品加工和富硒休闲观光农业四大板块的“中国生态硒谷”；
广西贵港市打造“中国生态富硒港”，建设富硒农产品生产基地100余处，总面积达7.19×107m2，覆盖水稻、茶叶、蔬菜、中药材、水果、畜禽、水产、饮用水等八大产业；
宁夏吴忠市打造“中国塞上硒都”，全市建设富硒基地75个，富硒农作物种植面积达1.67×108m2。新疆焉耆打造“西域硒都”，建成富硒农产品种植示范园5处和全疆首个富硒食品加工产业园区，实现产值1.5×107元/y，流转富硒土地4×107m2。

这些典型地区的富硒土地资源开发利用模式发展表明，通过发挥土地质量地质调查的专业优势，摸清富硒土地资源空间分布，建立富硒地块信息档案，科学合理利用富硒土地资源，优化了产业布局，树立一批具有地域特色的富硒“农产品地理标志”，既能实现天然特色资源高效化利用，又能有效推动经济发展，支持服务“乡村振兴”战略。

土地质量地球化学调查二十年来，充分利用调查发现的大量富硒土地资源，通过建立富硒地块信息档案、提出产业布局建议、助推示范基地建设、召开成果发布及经验交流会等方式，积极推进成果转化应用，在支撑脱贫攻坚、服务乡村振兴和生态农业发展等方面取得了显著的成效。但是针对天然富硒土地高效开发利用模式尚未形成，存在的问题和制约因素主要包括：

1)富硒土地资源高效开发利用相关理论与技术标准仍不成熟。影响富硒土地资源高效开发利用的因素众多，除了土壤硒含量、硒的有效性外，还与土壤环境质量( 重金属含量)、富硒土地面积、集中连片程度及富硒土地所处地貌景观等因素有关。

2)土壤-农作物系统硒迁移转化的理论有待进一步研究。《天然富硒土地划定与标识》(DZ/T 0380-2021)明确规定了天然富硒土地认定要求，但是部分受地质背景和成土过程控制明显的地质背景区土壤中硒总量与农作物籽实硒含量并无一一对应关系，硒的价态和有效性与硒的来源密切相关，采取何种有效措施提高土壤硒向农作物转化是富硒土地高效利用的难点。

3)虽然1：250 000土地质量地球化学调查覆盖了全国耕地总面积的78.4%，基本查明了我国富硒土地资源的空间分布特征，但是1：50 000或1：10 000等高精度土地质量调查工作程度相对偏低，全国可供直接开发利用的富硒地块家底依然不清，且全面、权威的全国富硒土地资源数据库及官方发布机制尚未建立。

土地质量地球化学调查是了解土壤资源空间分布规律的重要技术手段，也是实现天然特色资源高效化利用的前提[46]。因此，因地制宜开发天然富硒农产品，显著提升农产品附加值，全面提高国民硒摄入量和健康水平，是支持服务“乡村振兴”和“健康中国”战略的重要抓手和有效途径。针对目前天然富硒土地高效开发利用存在的问题和制约因素，可从以下方面入手加以推进：

1)加强顶层设计，高度重视和引导富硒农业规范化发展。建议相关部委发挥职能优势，作好顶层设计，从管理制度上引导富硒农业的规范化、规模化、集约化、长效化发展，打通上下游产业链，真正形成全流程的管理体系。

2)加强调查研究，摸清富硒地块家底，建立完善的富硒土地高效利用理论和技术标准体系。在已有1:250 000土地质量地球化学调查基本摸清了我国主要农耕区具有开发潜力的富硒土地资源总体数量和宏观分布特征的基础上，开展1:50 000或更高精度的调查，精准查明富硒地块边界、建立可供直接开发利用的富硒地块清单，摸清全国可供直接开发利用的富硒地块资源家底。开展富硒土地高效利用技术攻关和专题研究，查明不同成因富硒土壤硒生物有效性及其主要控制因素；
开展作物硒富集能力专题研究，筛选优势作物类型，因地制宜提出特色农作物种植建议。加快推进富硒土地划定国家标准的研制和发布，建立成熟的富硒土地资源高效利用理论和技术标准体系。

3)建立示范体系，显著提升社会知名度和影响力，带动地方财政和社会资金积极投入。优选典型富硒土地资源开发潜力区，开展高效利用调查示范，高标准建设系列可复制、可推广的富硒土地高效开发利用新模式，引领带动地方财政积极跟进，吸引社会资金投入全国富硒土地资源开发利用和富硒产业。

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