南丹縣土壤-農(nóng)作物中富硒特征及其影響因素分析

摘 要 以廣西南丹縣農(nóng)用地為主要對象，以生態(tài)地球化學(xué)理論為指導(dǎo)，在1∶5萬土壤地球化學(xué)調(diào)查基礎(chǔ)上開展土壤硒含量特征、成因來源、遷移途徑、影響因素等分析研究，為富硒土地資源開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。對南丹縣3 271件表層土壤樣、60件水稻樣及40件玉米樣的硒含量進行測定分析，結(jié)果表明：研究區(qū)表層土壤硒含量為0.179～6.528 mg·kg-1，平均含量為0.918 mg·kg-1，其中硒含量高于0.4 mg·kg-1的富硒土壤面積占研究區(qū)面積的87.42%；水稻硒含量為0.027～0.540 mg·kg-1，平均含量為0.145 mg·kg-1，富硒率達93.33%；玉米硒含量為0.026～0.390 mg·kg-1，平均含量為0.091 mg·kg-1，富硒率達100%；土壤硒含量受成土母質(zhì)、土壤pH、有機質(zhì)含量、土地利用類型等因素影響。

關(guān)鍵詞 土壤；農(nóng)作物；硒含量；影響因素；廣西南丹縣

中圖分類號：S153.6 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.13.013

硒是人類和動物機體生長發(fā)育所必需的健康微量元素，具有抗癌、延緩衰老、增強人體免疫力、拮抗有害重金屬等諸多作用[1-3]。人類和動物獲取硒的主要途徑是食物，而食物中硒的來源主要是土壤，因此土壤是硒生態(tài)循環(huán)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。目前對土壤硒含量及其影響因素的研究已成為當(dāng)今社會關(guān)注的熱點問題[4-11]，因此，筆者選取廣西南丹縣研究區(qū)3 271件表層土壤樣品作為研究對象，根據(jù)前人對其他地區(qū)土壤硒含量特征及其影響因素的研究成果，系統(tǒng)分析本區(qū)表層土壤中硒含量的分布特征及其影響因素，為該地區(qū)今后富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展、土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1" 研究區(qū)域與方法

1.1" 研究區(qū)概況

南丹縣位于廣西西北部，地處云貴高原向桂西北丘陵過渡的斜坡地帶，地勢為北高南低，東北西南傾斜。研究區(qū)出露的地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系，其中以泥盆系和石炭系分布面積最廣，總面積超過研究區(qū)面積的85%以上。南丹縣自然資源豐富，礦產(chǎn)資源得天獨厚，其錫保有儲量超過“錫都”云南個舊，鉛、鋅的保有儲量，名列全國前茅。境內(nèi)以山地為主，主要農(nóng)作物有水稻、玉米、麥類、豆類、蕎麥、小米、薯類等。土壤類型以水稻土、紅壤、棕色石灰土為主，局部有少量黃紅壤土、黃壤土。土地利用現(xiàn)狀以水田、旱地、其他草地、林地為主，少量園地、裸地及城鎮(zhèn)建設(shè)用地等[12]。

1.2" 研究方法

1.2.1" 樣品采集

表層土壤樣品采集主要在研究區(qū)內(nèi)水田、旱地、園地等耕作農(nóng)用地布設(shè)樣點，采樣密度8～14點·km-2。自地表垂直向下0～20 cm連續(xù)采集樣品，采集3～5個子樣組合成一件樣品。農(nóng)作物樣品采集于農(nóng)作物收獲盛期，采用梅花點法、對角線法、蛇形法等進行多點取樣，然后等量混勻組成一個混合樣品。所有樣品經(jīng)過自然晾干，初步加工后裝入紙袋密封，并在規(guī)定時間內(nèi)送達實驗室[13]。

1.2.2" 樣品加工和測試分析

表層土壤樣品的加工和分析測試由河南省巖石礦物測試中心承擔(dān)。土壤樣品經(jīng)干燥后加工過200目篩待測，分析測試Se、pH、有機碳含量（Corg.）等指標(biāo)。土壤樣品使用原子熒光光譜法（AFS）測定Se含量，容量法測定Corg.含量，酸度計測定pH值。農(nóng)作物樣品由廣西地質(zhì)礦產(chǎn)測試研究中心負責(zé)測試分析，實驗室將干基樣品微波分解后，趕酸冷卻，搖勻待測，使用原子熒光光譜法（AFS）測定Se含量。硒形態(tài)樣品的測試分析采用順序提取法，使用原子熒光光譜儀（AFS）測定各形態(tài)Se含量。實驗室測試質(zhì)量監(jiān)控采用內(nèi)外結(jié)合的方法控制，各項監(jiān)控質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)均達到《區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評價規(guī)范》[14]的要求，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 土壤硒含量分布特征

研究區(qū)富硒土壤主要集中在六寨西南部、芒場、羅富、吾隘一帶。根據(jù)本次土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，編制硒地球化學(xué)圖（見圖1），統(tǒng)計表明，Se含量高于0.4 mg·kg-1的富硒土地面積為552.00 km2，占總評價區(qū)面積的87.42%；富硒土地主要分布在測區(qū)中部及南部，其中大片高值區(qū)主要分布在南部區(qū)的羅富、吾隘鎮(zhèn)附近，高值區(qū)沿研究區(qū)自北向南分布。

研究區(qū)共采集土壤樣品3 271件，Se含量大于0.4 mg·kg-1的樣品2 636件，占總樣品數(shù)的80.58%。由表1可知，Se平均含量為0.918 mg·kg-1，最大值為6.528 mg·kg-1，最小值為0.179 mg·kg-1，變異系數(shù)0.904，呈強分異特征。按平均值加減3倍標(biāo)準(zhǔn)離差剔除異常值后，最大值為1.62 mg·kg-1，最小值0.179 mg·kg-1，背景值為0.658 mg·kg-1，是全國土壤A層背景值（0.29 mg·kg-1）[15]的2.27倍，但略低于廣西土壤A層背景值（0.7 mg·kg-1）[14]（《中國土壤元素背景值》[15]數(shù)據(jù)?？傮w而言，研究區(qū)土壤硒相對富集。

參照此標(biāo)準(zhǔn)及根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》[14]，將土壤硒等級分為缺乏（≤0.125 mg·kg-1）、邊緣（＞0.125～0.175 mg·kg-1）、適量（＞0.175～0.40 mg·kg-1）、高（＞0.40～3.0 mg·kg-1）和過剩（＞3.0 mg·kg-1）共5個等級（見表2）。研究發(fā)現(xiàn)，土壤硒含量高于0.4 mg·kg-1以上的富硒土地面積為552.00 km2，占總評價區(qū)面積的87.42%。富硒土地主要分布在研究區(qū)西部、中部及東北部。

2.2" 土壤硒含量影響因素

土壤硒含量受成土母質(zhì)、土壤pH、有機質(zhì)含量、土地利用類型等因素影響，但每種因素的影響程度因地而異。在前人對其他地區(qū)的土壤硒含量影響因素研究的基礎(chǔ)上，分析本研究區(qū)各種影響因素，認為該區(qū)成土母質(zhì)、土壤pH、有機質(zhì)對表層土壤硒含量影響較大[16]。

2.2.1" 成土母質(zhì)

土壤母質(zhì)是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，而土壤是母質(zhì)通過成土過程而形成的，土壤的許多性質(zhì)也就繼承了母質(zhì)的性質(zhì)，因此成土母質(zhì)對土壤中Se含量有著重要的影響。成土母巖是成土的基巖，是巖石在風(fēng)化過程中逐漸形成成土母質(zhì)、土壤等一系列表生風(fēng)化產(chǎn)物的基本來源[17]。

對研究區(qū)不同地層的成土母質(zhì)、成土母巖及其相對的表層土壤進行分析，結(jié)果顯示大部分地層的不同巖性母巖中Se含量明顯低于表層土壤和成土母質(zhì)，反映了母巖風(fēng)化成壤過程中發(fā)生了較為強烈的Se元素富集現(xiàn)象。但是，合山組（P?h）含炭質(zhì)泥巖剛好相反，Se含量高低為成土母巖＞成土母質(zhì)＞表層土壤，說明Se元素在合山組（P?h）含炭質(zhì)泥巖遷移過程中出現(xiàn)虧損。

研究表明，不同地層在巖石-成土母質(zhì)-土壤系統(tǒng)中，物質(zhì)具有繼承性，土壤中Se主要來源于成土母質(zhì)。

2.2.2" 土壤pH

土壤pH是影響土壤硒含量的重要因素。土壤中硒形態(tài)主要有元素態(tài)硒（Se）、硒化物（Se2+）、亞硒酸鹽（Se4+）、有機態(tài)硒和揮發(fā)態(tài)硒等5種形態(tài)。土壤pH值直接影響硒的存在價態(tài)和土壤對硒的吸附固定作用，堿性土壤中硒以遷移性高的六價硒為主，酸性土壤則以四價硒為主。鐵錳鋁等氧化物和腐殖質(zhì)對四價硒的吸附作用大于六價硒，且吸附能力隨pH值升高而降低[18]。

研究區(qū)土壤pH平均值為5.722，屬酸性土壤。通過對不同pH土壤中硒含量進行統(tǒng)計分析（見表2），結(jié)果表明，pH值＜5.0的條件下土壤硒含量明顯高于其他條件下的土壤硒含量，表明土壤越呈酸性，越有利于土壤硒元素的積累。

2.2.3" 有機碳含量

土壤中有機碳含量也是影響土壤硒含量的一個重要因素，其具有固定硒的作用[18]。從不同時代的成土母質(zhì)、有機碳與土壤硒含量的散點圖（見圖2～圖6）可以看出，有機碳含量與土壤硒含量水平具有一定的正相關(guān)性。此外，由圖7可知，根系土Se含量與有機碳含量無明顯相關(guān)性，隨著土壤有機質(zhì)含量的增高，根系土Se元素含量并無明顯變化，說明研究區(qū)有機碳含量高的土壤對硒元素?zé)o明顯吸附作用。

2.3" 硒形態(tài)特征

選取不同地質(zhì)背景和地球化學(xué)背景的剖面樣品和根系土樣品作硒形態(tài)測試，其中剖面樣品33件、根系土樣品33件，測試項目為水溶態(tài)硒、硒酸態(tài)和亞硒酸態(tài)硒、腐殖酸結(jié)合態(tài)硒等3種形態(tài)。

2.3.1" 硒形態(tài)總體特征

硒形態(tài)特征值見表3，從平均值看，各形態(tài)硒含量高低依次為腐殖酸結(jié)合態(tài)、硒酸態(tài)和亞硒酸態(tài)、水溶態(tài)，前者分別比后者高一個數(shù)量級。水溶態(tài)和腐殖酸結(jié)合態(tài)硒的變異系數(shù)均大于0.5，說明它們受外界干擾較為明顯，具有較強的空間分異特征。

2.3.2" 硒形態(tài)對水稻硒含量的影響

利用33件根系土及對應(yīng)的水稻硒含量數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果見圖8，水稻硒含量與水溶態(tài)硒、硒酸態(tài)和亞硒酸態(tài)硒、腐殖酸結(jié)合態(tài)硒、硒全量均呈正相關(guān)關(guān)系，與硒酸態(tài)和亞硒酸態(tài)硒呈負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.238、0.566、0.619、0.604?？梢?，土壤中各形態(tài)硒和硒全量升高，有利于水稻中硒的富集，尤其是硒酸態(tài)和亞硒酸態(tài)硒、腐殖酸結(jié)合態(tài)硒及硒全量含量升高對水稻硒含量的影響明顯（相關(guān)系數(shù)大于0.5）。

2.4" 農(nóng)作物硒元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)主要農(nóng)作物中Se元素平均含量統(tǒng)計結(jié)果列于表4?？梢钥闯觯?0件樣品中，硒含量一般為0.027～0.540 mg·kg-1，平均含量為1.145 mg·kg-1；根據(jù)《富硒農(nóng)產(chǎn)品硒含量分類要求》[19]，糧食類富硒含量標(biāo)準(zhǔn)為0.15～0.50 mg·kg-1，發(fā)現(xiàn)本研究有23件水稻樣品中Se元素含量大于0.15 mg·kg-1，占樣品總數(shù)的38.33%，其中1件樣品含量值高達0.54 mg·kg-1，高于糧食類富硒含量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《富硒稻谷》[20]標(biāo)準(zhǔn)中硒含量在0.04～0.30 mg·kg-1之間屬于富硒稻谷，統(tǒng)計本研究樣品中硒含量達到富硒標(biāo)準(zhǔn)（≥0.04 mg·kg-1）的有56件，占樣品總數(shù)的93.33%，從富硒水稻樣點分布情況看，富硒樣品主要分布在硒地球化學(xué)高背景區(qū)。從行政區(qū)看，主要分布在芒場鎮(zhèn)西北部、月里鎮(zhèn)東北部、羅富鎮(zhèn)及吾隘鎮(zhèn)一帶，其分布與富硒土壤區(qū)基本吻合，土壤酸堿性環(huán)境均為弱酸性，地層主要位于泥盆、石炭、二疊系地層中。

玉米40件樣品中，硒含量在0.026～0.390 mg·kg-1，平均含量為0.091 mg·kg-1，根據(jù)《天然富硒食品硒含量分類標(biāo)準(zhǔn)》[21]，成品糧食類玉米富硒含量標(biāo)準(zhǔn)為0.02～0.28 mg·kg-1，所調(diào)查的樣品均達到富硒標(biāo)準(zhǔn)。

2.5" 農(nóng)作物富硒生態(tài)效應(yīng)及受控因素

2.5.1" 農(nóng)作物硒含量特征

研究區(qū)共采集水稻籽實樣品60件，水稻根系土60件，玉米40件，玉米根系土40件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水稻硒含量變化區(qū)間為0.027～0.540 mg·kg-1，變異系數(shù)為0.766；玉米硒含量變化區(qū)間為0.026～0.390 mg·kg-1，變異系數(shù)為0.978，說明玉米的分異性高于水稻。

2.5.2" 土壤硒與農(nóng)作物中硒含量的關(guān)系

用硒的生物富集系數(shù)（植物器官硒含量/根系土硒含量）來評價硒元素的生態(tài)效應(yīng)。該系數(shù)是衡量土壤中元素被農(nóng)作物吸收程度的指標(biāo)，將各樣品的生物富集系數(shù)求平均值，得到各農(nóng)作物中硒的生物富集系數(shù)[22]。

據(jù)統(tǒng)計，研究區(qū)水稻、玉米根系土中平均硒含量分別為0.918、1.118 mg·kg-1，玉米根系土硒含量略高于水稻根系土，但是水稻、玉米籽實中平均硒含量為0.145、0.091 mg·kg-1，水稻富集系數(shù)（0.158）高于玉米富集系數(shù)（0.081），表明了水稻籽實對硒的富集能力強于玉米。

2.5.3" 各形態(tài)硒與農(nóng)作物的關(guān)系

根據(jù)Se三種形態(tài)在水稻中的含量特征值，各形態(tài)Se含量依次為腐殖酸結(jié)合態(tài)Se＞硒酸態(tài)和亞硒酸態(tài)Se＞水溶態(tài)Se，腐殖酸結(jié)合態(tài)Se含量最高，說明研究區(qū)表層土壤植物的腐蝕物是硒的重要來源之一，這與研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境及植物發(fā)育特征基本吻合。最容易被植物吸收的水溶態(tài)Se含量最低，這與表層土壤水溶態(tài)硒含量低有關(guān)，可能受當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境影響。

3" 結(jié)論與建議

1）雖然研究區(qū)富硒土地分布面積大，但是便于開發(fā)利用的耕地面積較少。

2）硒的賦存形態(tài)受外界干擾較為明顯，具有較強的空間分異特征。

3）調(diào)查表明，研究區(qū)內(nèi)水稻籽實對硒的富集能力稍強于玉米，建議圈定富硒水稻區(qū)開發(fā)，開發(fā)富硒水稻產(chǎn)業(yè)鏈，推動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

4）不同地層在巖石-成土母質(zhì)-土壤系統(tǒng)中，物質(zhì)具有繼承性，研究區(qū)硒主要來源于成土母質(zhì)及表層土壤植物的腐蝕物。

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（責(zé)任編輯：易" 婧）

收稿日期：2024-02-27

作者簡介：覃相（1983—），本科，工程師，主要從事地球化學(xué)勘查。E-mail： 516953861@qq.com。