富硒耕地質量綜合評價及利用分區研究
——以宜春市袁州區為例

楊曉帆，蔡海生，張學玲，何慶港，陳理庭

（江西農業大學 江西省自然資源利用科技與管理創新研究基地/江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室/南昌市鄱陽湖生態重點實驗室/富硒農業產業發展研究中心，江西 南昌 330045）

【研究意義】隨著社會的不斷進步與發展，人們越來越重視健康問題。硒作為人體必需的微量營養元素之一，具有抗氧化，提高人體免疫力等諸多功能[1-2]。人體主要通過飲食獲取所需硒元素，而食物中的硒元素主要來源于土壤。因此，開展富硒耕地土壤相關研究，合理利用耕地土壤硒資源，是對人類健康安全的重要保障，對我國發展富硒特色農業和促進食品安全事業具有重要意義[3-4]；富硒耕地利用分區可以為指導農業生產布局和富硒產業發展提供依據，促進富硒土壤資源優勢轉化為資本優勢與產業優勢?！厩叭搜芯窟M展】近年來，國內外學者關于富硒耕地開發利用的研究主要集中在富硒耕地質量提升[5]；富硒耕地土壤特征及成因分析[6]；耕地硒資源的調查與特征分析[7]；耕地土壤中硒含量特點及農作物對硒的吸收富集特點的研究[8-9]；根據耕地利用條件、土壤肥力和土壤硒元素對富硒耕地質量進行評價[10]等方面。主要運用經驗判斷法、模糊數學法、層次分析法、特爾斐法和空間自相關等方法[11-12]，從土壤自身條件、地形因素、耕地生產條件和土壤硒元素等方面選取指標構建富硒耕地質量評價體系,但土壤環境質量對耕地及農作物的影響也至關重要，高效安全發展富硒農業產業仍是需要探討的問題?！颈狙芯壳腥朦c】基于此，本文選取袁州區為研究區域，袁州區擁有豐富的天然富硒土壤資源，發展富硒產業優勢明顯，富硒區域氣候溫和，光、熱、水資源豐富，土壤質地較好，適種性廣。在對袁州區富硒耕地質量評價的基礎上，基于內梅羅綜合污染指數法，對其富硒耕地土壤環境質量進行評價，并進一步開展利用分區研究?！緮M解決的關鍵問題】在對耕地資源全面評估的基礎上，明確研究區清潔富硒耕地土壤范圍，因地制宜探討袁州區如何合理利用富硒耕地資源，最大限度發揮其價值，實現耕地富硒土壤資源的高效安全利用。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

袁州區隸屬江西省宜春市，地處江西省西部，袁河上游，袁河自西向東穿城而過。經緯度范圍27°33′～28°05′N，113°54′～114°37′E，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫18.1 ℃，無霜期272 d，年降水量1 545 mm。境內地勢西高東低，南北高，中間低，由西向東、由南北邊緣向中間依次為山地、丘陵、平原，屬典型的江南丘陵地貌。截至2017 年末，袁州區土地總面積為253 751.96 hm2。其中：耕地面積為62 511.78 hm2，占土地總面積的24.63%。

根據江西省地質調查研究院開展的多目標區域地球化學調查，以及本課題組的土壤調查分析，全區富硒土壤總面積達191 241 hm2。其中：富硒耕地面積51 159.26 hm2，約占富硒土壤總面積的26.75%；富硒園地面積807.52 hm2，約占富硒土壤總面積的0.42%；富硒耕地、園地面積總計51 966.78 hm2，占富硒土壤總面積的27.17%。袁州區富硒土壤分布集中、規?？捎^，具有發展富硒農業所必備的資源稟賦優勢，應根據區域耕地土壤特點，因地制宜發展特色富硒農業。

1.2 數據來源及預處理

本研究涉及到的數據有三類：矢量數據、柵格數據和統計數據。矢量數據包括由袁州區自然資源局提供的2017年土地利用現狀圖和村級行政區劃圖；柵格數據包括在地理空間數據云獲取的30 m 分辨率的DEM 數據和袁州區農業農村局提供的袁州區富硒土壤資源分布圖；統計數據主要是袁州區土壤樣本點重金屬含量，2019 年通過在袁州區各鄉鎮進行實地踏勘，根據研究區地形地貌和采樣區面積大小，采用對角線布點法，獲取162 個土壤采樣點（圖1），使用土鉆、鐵鍬等土壤取樣器取0～20 cm 的表層土壤500 g，用木棒碾碎，過2 mm尼龍篩去除沙子石塊，干燥后加密送至江西省地質調查研究院檢測得到袁州區土壤樣點pH值及重金屬含量數據。

圖1 袁州區地理位置Fig.1 Geographical location of Yuanzhou District

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

從自然條件、經濟發展、生態保護等多個維度對富硒耕地質量進行綜合評價和利用分區研究，是將區域富硒耕地土壤資源優勢最大化的有效方法，能夠進一步提高富硒農業生產的綠色高效性。本研究的研究思路如下（圖2）：①從立地條件、理化性質、土壤養分和土壤硒元素等方面選取評價指標，構建研究區富硒耕地質量評價體系；②基于ArcGIS軟件計算富硒耕地質量綜合指數，根據自然斷點法得到富硒耕地質量等級圖，進而分析研究區富硒耕地質量評價結果；③采用內梅羅綜合污染指數法對袁州區富硒耕地重金屬綜合污染程度進行分級，進而分析研究區富硒耕地土壤環境質量；④綜合富硒耕地質量評價結果和土壤環境質量分析結果開展富硒耕地利用分區研究。將研究區劃分為富硒耕地發展區、富硒耕地提升區和富硒耕地治理區，并在分析各類型區問題的基礎上，提出針對性措施提高富硒耕地質量，以實現富硒耕地土壤資源的高效安全利用，提高富硒農業產業布局的合理性。

圖2 技術路線Fig.2 Technical roadmap

2.2 富硒耕地質量綜合評價指標體系構建

2.2.1 評價指標選取 在全面分析袁州區地形地貌、土壤特征、經濟發展等因素后，從立地條件和理化性質、土壤養分、土壤硒含量3個角度綜合考慮，結合數據的可獲取性與指標的可靠性，最終選擇坡度、高程、耕層厚度、土壤質地、pH、有機質、全氮、有效磷、速效鉀、土壤硒元素10 個指標構建富硒耕地質量評價體系，灌溉條件和排水條件屬于土地管理因素，通過分析袁州區83個耕地地力評價樣點的灌排情況，發現灌溉條件和排水條件為基本滿足的占比分別達95%和87%，這說明袁州區灌排條件基本一致，不存在空間差異，因此在本文中不予考慮。構建富硒耕地質量評價體系的相關指標如下：

（1）高程、坡度：高程影響溫度變化，低溫不利于作物的生長，坡度主要影響水分持有量。

（2）耕層厚度：耕層的養分含量很高，因而作物根系密集，耕作層越厚越有利于農業生產。

（3）土壤質地：土壤質地與土壤的保水保肥等特征關系密切，能夠反映出土壤發育的特點[13]。

（4）pH值：土壤pH值會直接影響土壤微生物及土壤養分狀況。

（5）土壤養分：有機質、全氮、有效磷和速效鉀是影響土壤肥力和硒生物有效性的關鍵指標。

（6）土壤硒元素：土壤中的硒不僅可以促進作物生長，而且在富硒土壤上生產出的富硒農產品具有更高的安全性。

2.2.2 評價指標數據處理與分級 各評價指標對于富硒耕地土壤資源開發利用產生的影響具有差異性，因此需要對評價指標進行分級處理[14-15]。參考《耕地質量等級（GB/T 33469—2016）》、《農用地質量分等規程（GB/T 28407—2012）》和“全國第二次土壤普查養分分級標準”，并結合相關文獻[16-18]，在對各指標數據進行預處理的基礎上，確定各評價指標分級標準，如表1所示。

表1 耕地質量評價指標分級標準Tab.1 Classification standard of cultivated land quality evaluation index

2.2.3 評價指標權重確定 綜合分析相關研究成果，并結合本文研究重點確定采用層次分析法確定各評價指標的權重值，經一致性檢驗后計算得到每一個評價指標的組合評價權重（表2）。層次分析法判別矩陣的構建，充分結合了專家的建議。

表2 耕地質量評價指標權重分布Tab.2 Weight distribution of cultivated land quality evaluation indicators

2.2.4 綜合指數確定 富硒耕地質量綜合指數通過將評價單元中各評價指標因子的得分值與其對應權重的積累加求和計算得到[10]，公式如下：

式中，IFI為富硒耕地質量綜合指數，Qi是第i個指標的權重，Fi是第i個指標的得分值，n為評價指標個數。

2.3 內梅羅綜合污染指數法

本研究選用土壤Pb、Cr、Cd、As、Hg 5 種重金屬元素對其富硒耕地土壤環境質量進行評價。土壤重金屬污染采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法計算，可以綜合地反映出不同污染物在土壤中的污染程度，評價重金屬污染程度可為提高土壤環境質量提供依據[19]。計算公式如下：

式中，P綜為內梅羅綜合污染指數，Pi為土壤重金屬元素i的單因子污染指數；Ci表示土壤重金屬元素i的實測含量，單位mg/kg；Si為元素i計算時的評價標準值，文中Si采用《GB15618-2018 土壤環境質量標準 農用地土壤污染風險管控標準》中的農用地土壤污染風險篩選值；i為土壤重金屬元素，n為土壤重金屬元素的個數。當Pi≤1 時，未污染；當1＜Pi≤2 時，輕度污染；當2＜Pi≤3 時，中度污染；當Pi＞3 時，重度污染。土壤綜合污染指數污染程度判斷標準為：P綜≤0.7，清潔；0.7＜P綜≤1.0，尚清潔；1.0＜P綜≤2.0，輕度污染；2.0＜P綜≤3.0，中度污染；P綜＞3，重度污染。

3 結果與分析

3.1 富硒耕地質量評價結果

根據式（1）計算富硒耕地質量綜合指數，在ArcGIS 中采用自然斷點法，將袁州區富硒耕地質量等級分為5級（圖3），并統計各級耕地的面積及占比情況（表3）。

表3 富硒耕地質量綜合指數評價結果Tab.3 Evaluation results of comprehensive index of selenium rich cultivated land quality

圖3 袁州區富硒耕地質量等級分布Fig.3 Quality grade distribution of selenium rich cultivated land in Yuanzhou District

袁州區富硒耕地質量整體較好，綜合指數53.48～98.13，平均值為75.81，以二級耕地為主，面積23 218.30 hm2，占耕地總面積的37.14%；五級耕地面積占比相對較小，面積2 172.90 hm2，僅占一級耕地面積的11.98%。從空間分布來看，袁州區富硒耕地質量存在較強的空間分異性，其中一級耕地主要分布在地勢平坦、pH 含量適中、全氮、有效磷、速效鉀含量較高、養分條件較好、土壤富硒（Se≥0.4 mg/kg）的西村鎮、金瑞鎮和洪塘鎮；二級耕地和三級耕地主要分布在袁州區西北部和東部地區；四級和五級耕地主要分布在袁州區南部，這是由于袁州區南部多為山地，地形坡度較大，土壤有效磷含量較低，土壤硒含量大多呈潛在富硒（0.3 mg/kg≤Se＜0.4 mg/kg）和足硒狀態（0.175 mg/kg≤Se＜0.3 mg/kg），因此富硒耕地質量相對較低。

通過對比各評價指標得分發現，袁州區耕地土壤硒元素的平均得分排在第二位，為92.46，遠高于富硒耕地質量綜合指數的平均值75.81，對富硒耕地質量的總體貢獻為正效應。納入土壤硒元素指標，根據富硒耕地質量評價，對于土壤硒含量較高的耕地，其富硒耕地質量等級也會發生變化。

3.2 富硒耕地土壤環境質量評價

根據式（3）計算各采樣點內梅羅綜合污染指數，利用ArcGIS 中的地統計分析模塊進行插值分析，得到富硒耕地重金屬綜合污染等級分布圖（圖4）。參照《GB15618—2018 土壤環境質量標準 農用地土壤污染風險管控標準》，采用農用地土壤污染風險篩選值作為土壤重金屬安全閾值和評價標準（表4），根據篩選值對袁州區土壤采樣點重金屬含量進行統計（表5）。

表4 農用地土壤污染風險篩選值Tab.4 Screening value of soil pollution risk of agricultural land

圖4 袁州區富硒耕地重金屬綜合污染等級分布Fig.4 Distribution of comprehensive pollution levels of heavy metals in selenium rich cultivated land in Yuanzhou District

圖4表明，袁州區富硒耕地土壤重金屬綜合污染等級分清潔、尚清潔和輕度污染三級，從空間分布來看，綜合污染等級以尚清潔（0.7＜P綜≤1.0）為主，主要分布在袁州區中部的金瑞鎮、西北部的飛劍潭鄉和楠木鄉、東北部的蘆村鎮以及南部的新坊鎮，面積為38 053.29 hm2，占比60.87%；清潔區主要分布在袁州區西北部的慈化鎮，面積為8 019.85 hm2，占比12.83%；袁州區北部的洪塘鎮和三陽鎮、東部的彬江鎮和中部地區的西村鎮和新田鎮存在較為集中的重金屬輕度污染，面積16 438.64 hm2，占比26.30%。

袁州區富硒耕地土壤中Cr 和Hg 元素含量均低于《GB15618—2018 土壤環境質量標準農用地土壤污染風險管控標準》中的風險篩選值，Pb、As 兩種元素有極少超標樣點數，占比分別為1.85%和3.09%，但也對慈化鎮西部、水江鎮北部和天臺鎮土壤環境造成了較大影響，袁州區東部、東北部和中部地區富硒耕地綜合污染等級以尚清潔和輕度污染為主，主要受到土壤Cd 元素的影響。根據表5可知，袁州區土壤中Cd 元素超標樣點數為74 個，占比達到45.68%，但土壤中Cr、Hg、Pb、As、Cd 5 種重金屬元素含量均未超過《GB15618—2018 土壤環境質量標準 農用地土壤污染風險管控標準》中的農用地風險污染管制值，說明土壤中可能存在一定的污染風險，但能夠采取相應的安全利用措施加以管控。這一現象與富硒區的土壤中常常出現重金屬鎘的伴生現象，導致土壤富硒的同時出現重金屬鎘超標現象密切相關。

表5 土壤重金屬含量統計結果Tab.5 Statistical results of heavy metal content in soil

3.3 富硒耕地利用分區

針對研究區開發利用實際需求，綜合統籌考慮當地資源稟賦、土壤環境質量狀況和生態環境保護建設，從而制定科學合理的富硒耕地利用與保護政策。本研究參考侯現慧等[10]和蔡海生等[3]的研究，從高效安全利用和保護耕地資源的角度出發，明確安全發展富硒農業的范圍，確定富硒耕地利用分區類型，采用疊圖法，具體步驟是將富硒耕地質量評價結果和土壤環境質量評價結果進行疊加分析，得到綜合利用分區（表6，圖5），并對區域特點進行整合，進而提出不同類型區富硒耕地的發展方向和耕地質量提升的對策建議。

圖5 袁州區富硒耕地利用分區Fig.5 Zoning map of selenium rich cultivated land in Yuanzhou DistrictW

表6 富硒耕地質量綜合評價分區統計結果Tab.6 Statistical results of comprehensive evaluation zoning of selenium rich cultivated land quality hm2

（1）富硒耕地發展區。富硒耕地是發展富硒農業的前提，清潔的土壤環境對高效安全發展富硒農業意義重大。該區域耕地均達到富硒標準，且無重金屬污染，袁州區清潔富硒土壤主要分布在金瑞鎮、飛劍潭鄉、天臺鎮和竹亭鎮，區域內富硒耕地質量等級以一級和二級為主，質量良好，地勢相對平坦、土壤有機質、有效磷和全氮含量較高。富硒耕地發展區內耕地面積36 797.33 hm2，占耕地總面積的58.86%。此區域可作為重點發展安全富硒農業的核心區域，且該區內富硒相關農業產業發展和企業建設比較成熟，建議袁州區政府在政策和資金上給予扶持，摸清農產品富硒能力，篩選出富硒能力強、市場前景好的農產品，同時該區域面積較大，富硒農產品較為集中，適合發展富硒種養業，有較好的產業發展空間，建議該區域以袁州區現代農業示范園區為龍頭，建造 “一主多輔，三產融合”的富硒產業示范區，以現代農業+富硒產業的模式促進袁州區富硒水稻、富硒蔬菜、富硒林果業等特色主導產業發展；建議該區擇地建造富硒種養業基地，并建設富硒產品標準化示范基地，加強富硒農業品牌化建設。

（2）富硒耕地提升區。該區域分布在袁州區西北部，主要包括慈化鎮、楠木鄉和水江鎮等地，區內富硒耕地質量等級以三級和四級為主，其主要影響因素為土壤有效磷含量較低。區內土壤硒含量以潛在富硒和足硒為主，總面積9 275.81 hm2，占耕地總面積的14.84%，該區域土壤環境質量較好，富硒耕地質量提升有一定的潛力，具有相應的富硒農業生產條件且該區域已存在含硒農產品。但該區域農作物富硒率相對較低，不適宜進行富硒農產品種植活動，建議將該區域作為重點區域，通過土地整治等工程提升耕地質量，對區域富硒耕地利用加強保護，由于該區域距主城區較近，應以節約集約用地、保證生態環境質量為原則，進行袁州糧倉等基地建設，提升富硒耕地生產力，完善耕地質量的監測體系和監管手段，完善農業產業鏈。

（3）富硒耕地治理區。該區域的農業環境質量相對較弱，需加大環境保護力度。區內耕地土壤重金屬Cd 含量出現超標現象，但在重金屬污染區依然存在5 889.53hm2的富硒耕地，因此對該區域的重金屬污染修復尤為重要。研究發現，目前發展起來的土壤重金屬污染修復技術大致可以分為工程修復、物理修復、化學修復和生物修復4 種類型[20]，通過相應的重金屬污染修復技術抑制重金屬活性，提升硒的活性，從而達到減輕污染高效安全利用富硒土壤的目的。該區域三陽鎮和西村鎮內已擁有以江西星火農林發展有限公司為首的多家龍頭企業，并建造了酌江風景區等旅游景區。同時，此區域在南廟鎮、溫湯鎮、洪江鎮和新坊鎮也有所分布，該區文化、旅游、溫泉資源十分豐富，且溫湯鎮是我國著名的溫泉度假鎮，經相關部門檢測，該地區泉水、地下水和地表水的硒含量都比其他地方高，旅游資源開發相對比較成熟。建議該區域融合旅游健康文化等元素，依托富硒土壤、富硒溫泉等資源優勢和區位優勢，發展服務旅游業，依托旅游文化和富硒產業的互動，相互引領、相互支撐，走“富硒康養旅游”現代農業經濟的發展模式。

4 結論和討論

4.1 結論

本研究以袁州區為例，從耕地立地條件和理化性質、土壤養分和土壤硒元素三方面構建評價指標體系，結合土壤環境質量開展富硒耕地質量綜合評價及利用分區研究，一定程度上豐富了富硒區耕地質量評價研究。得出的主要結論如下：

（1）袁州區富硒耕地質量總體來說較好，空間分布差異性較大，富硒耕地質量北部高于南部，西部高于東部；質量等級以一級和二級耕地為主，二級耕地占比最高，一級和二級耕地主要集中分布在袁州區中部，南部區域地形坡度高、地勢復雜多樣，耕地等級不高。

（2）整體而言袁州區富硒耕地土壤環境質量較好。富硒耕地土壤重金屬綜合污染等級以尚清潔為主，占比60.87%，主要分布在袁州區西北部，Cd 元素和As 元素存在局部污染現象，袁州區土壤環境質量較差的區域主要分布在洪塘鎮、三陽鎮和彬江鎮。

（3）將袁州區富硒耕地土壤劃分為富硒耕地發展區、富硒耕地提升區和富硒耕地治理區，富硒耕地發展區內耕地面積最大，占耕地總面積的58.86%，對富硒耕地治理區內的耕地要采取相應的富硒降鎘技術，提高耕地土壤硒資源的高效安全利用。

4.2 討論

富硒耕地質量綜合評價和利用分區可以加快農業結構調整和產業升級，對富硒土地資源合理利用以及富硒農業產業規劃具有重大指導價值。

（1）袁州區作為贛西地區富硒產業發展重點縣區，擁有豐富的富硒土壤資源以及優質的富硒大米等特色主導產業，本文立足袁州區富硒耕地土壤資源稟賦和區位優勢，從立地條件和理化性質、土壤養分和土壤硒元素3 個方面構建的評價指標體系可為富硒區耕地質量評價研究提供參考。同時研究綜合考慮土壤環境質量，可以確定清潔富硒土壤范圍，因地制宜制定發展策略，發展富硒農業、生產富硒農產品，保障人民生活健康水平。

（2）研究發現，袁州區富硒耕地質量空間差異顯著，這種空間分布格局與地區復雜多樣的自然條件基本吻合；通過定性分析與定量分析相結合，豐富了富硒耕地土壤資源評價的研究方法；根據江西省1∶25萬多目標區域地球化學調查結果，袁州區不僅有豐富的富硒耕地土壤資源，同時也發現稻米、稻谷等多種農產品達到國家或地方的富硒標準，富硒耕地資源評價服務于富硒農業發展，將微觀分析與宏觀管理相結合，能夠更快更好地推動富硒資源優勢轉化為經濟發展優勢。

（3）硒元素的地球化學特征以及富硒土壤成因決定了硒鎘共生是較為普遍的自然現象，本研究在富硒耕地質量綜合評價的基礎上開展利用分區，確定了清潔富硒耕地土壤資源的范圍，結合《袁州區富硒產業規劃（2019—2030）》，因地制宜探討其開發利用適宜性的目標和方向，發展富硒綠色農業產業，帶動富硒產業高質量跨越式發展。

富硒耕地質量及其利用方式和利用價值受到耕地立地條件、土壤肥力、土壤環境、土壤硒元素等多重因素的影響和制約，通過識別富硒耕地利用的主要制約因素并提出差異化的利用對策，能夠更有效的指導農業生產實踐過程。但是論文仍存在需要進一步改善的地方：1）本文構建的指標體系是基于農業總體布局目標的富硒耕地質量評價，受限于現有數據技術等限制，指標體系建立仍有較大空間，筆者將在下一步的研究中繼續深入改進；2）在數據處理過程中運用層次分析法確定評價指標權重，具有一定的主觀性，今后的研究應更為科學客觀；3）耕地資源的合理利用是為了更好地適應農作物需求，對于不同等級耕地種植不同種類農作物的適宜程度還需進一步研究。

致謝：宜春市袁州區富硒產業發展規劃項目（9131207247）同時對本研究給予了資助，謹致謝意！