安徽琴溪地區(qū)土壤硒元素有效性及開發(fā)研究＊

陶春軍，賈十軍，梁紅霞，邢潤華，陳永寧，陳富榮

（安徽省地質(zhì)調(diào)查院，合肥 230001）

在適度范圍內(nèi)，硒元素是人體必須的微量營養(yǎng)元素，對(duì)機(jī)體的免疫功能和防御機(jī)能有重要影響，可提高動(dòng)物體免疫功能和刺激蛋白及抗體的產(chǎn)生，增強(qiáng)免疫力。近年來富硒農(nóng)產(chǎn)品受到追捧，提高了富硒農(nóng)產(chǎn)品的附加值［1－6］。如何根據(jù)土壤硒元素含量界定富硒土壤，目前我國沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本文基于安徽省地方性富硒土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)琴溪地區(qū)硒元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及開發(fā)研究進(jìn)行探討，以期為地方經(jīng)濟(jì)及富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于涇縣北東，行政區(qū)劃涉及晏公堂、琴溪橋、蔡村、孤峰、赤灘、昌橋等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。地理坐標(biāo)：東經(jīng)118°19′25″－118°35′16″；北緯30°34′08″－30°46′25″（圖1）。琴溪調(diào)查區(qū)位于皖南低山區(qū)，地形起伏劇烈。調(diào)查區(qū)地處暖溫帶和亞熱帶過渡地帶，水熱條件優(yōu)越，雨量充沛，四季分明。農(nóng)作物為一年兩熟，年降水量多在1200～1400 mm 之間，平原區(qū)適宜農(nóng)業(yè)作物種植，丘陵區(qū)適宜茶、竹以及其他經(jīng)濟(jì)林木生長。依據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類GB／T 21010－2007，調(diào)查區(qū)內(nèi)土地利用現(xiàn)狀比較單一，主要以林地為主，其次為耕地。區(qū)內(nèi)交通條件較好，為富硒土壤資源開發(fā)利用提供了有利條件。研究區(qū)地質(zhì)背景以志留紀(jì)—二疊紀(jì)地層為主，局部為第四紀(jì)河流沖、洪積形成的亞粘土、亞砂土。成土母質(zhì)以碳酸鹽類風(fēng)化物母質(zhì)為主，其次為碎屑巖類風(fēng)化物母質(zhì)。土壤類型主要以紅壤、水稻土為主。

2 材料與方法

2．1 樣品采集與分析

在工作區(qū)范圍內(nèi)布置面積性土壤測量工作，采樣點(diǎn)密度為10點(diǎn)／km2，采樣網(wǎng)度500×200m，采樣深度為0～20cm，定點(diǎn)位置周圍多點(diǎn)采集3～5個(gè)子樣組合為一個(gè)土壤樣品，樣品重量大于500g，共采樣2364件。

在土壤地球化學(xué)調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)富硒土壤分布范圍及農(nóng)作物種類分別采集植物樣品及其根系土壤。在優(yōu)先考慮植物樣品代表性的基礎(chǔ)上，采用對(duì)角線法或五點(diǎn)梅花法選取4～5個(gè)樣點(diǎn)，四周距地邊1m 以上，每個(gè)樣點(diǎn)取50cm×（播幅＋株距）cm樣方一個(gè)，采集其可食部分，然后組合成一個(gè)樣品。共采樣植物樣品26件，包括水稻4件、蔬菜14件、茶葉5件和玉米3件，其配套根系土壤26件。

面積性土壤樣分析指標(biāo)為：硒、鎘、鉛、砷、銅、鋅、鉬、氮、磷、鉀、硼、有機(jī)質(zhì)和pH 值。根系土分析指標(biāo)為：硒、鎘、鉛、砷、銅、鋅和鉬全量，硒元素有效量及pH 值。植物樣分析指標(biāo)為：硒、鎘、鉛、砷、銅、鋅和鉬全量。

本次樣品分析工作由國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔(dān)，采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 系列）進(jìn)行監(jiān)控，分析方法分別為：X 射線熒光光譜法（XRF）測定磷、鉛、鋅、氮、銅、鉀；等離子體發(fā)射光譜法（ICP－OES）石墨爐原子吸收法（GFAAS）測定鎘；原子熒光法（AFS）測定砷和硒。催化極譜法（POL）測定鉬；離子選擇性電極法（ISE）測定pH；氧化還原容量法（VOL）測定有機(jī)碳。按照《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求（試行）》及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范監(jiān)控分析質(zhì)量，所有分析測試數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠。各元素的分析方法檢出限要求及方法實(shí)際檢出限見表1。

按照七步提取法：水提取水溶態(tài)、氯化鎂提取離子交換態(tài)、醋酸—醋酸鈉提取碳酸鹽結(jié)合態(tài)、焦磷酸鈉提取弱有機(jī)結(jié)合態(tài)（腐植酸態(tài)）、以鹽酸羥胺提取鐵錳結(jié)合態(tài)、以氧化氫提取強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、以氫氟酸提取殘?jiān)鼞B(tài)。形態(tài)分析檢出限要求見表2。

圖1 工作區(qū)地理位置圖［據(jù)安徽省地理底圖］Fig．1 Location of the studied area

表1 各項(xiàng)指標(biāo)分析方法檢出限要求及本文所采用方法實(shí)際檢出限 （單位：10－6）Table 1 Detection limit requirements of indicator analysis methods and actual detection limit of methods used in this paper

表2 形態(tài)分析方法檢出限要求Table 2 Detection limit requirements of morphological analysis method

2．2 富硒土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

由安徽省已完成多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查區(qū)土壤硒元素地球化學(xué)統(tǒng)計(jì)及富硒稻谷生態(tài)效應(yīng)驗(yàn)證，參照譚見安等不同硒景觀區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)［7－8］，本次工作富硒土壤采用表3標(biāo)準(zhǔn)［9］。

表3 富硒土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification standard of selenium－rich soil

據(jù)標(biāo)準(zhǔn)釋義，土壤硒元素含量分級(jí)不但要考慮評(píng)價(jià)區(qū)域硒元素含量地球化學(xué)分布特征，還應(yīng)該考慮硒元素缺乏或過量對(duì)人體健康的影響程度，而富硒土壤的界定應(yīng)具有明顯的生物有效性。地球化學(xué)低值區(qū)和低背景區(qū)土壤硒元素極缺乏和缺乏，其生態(tài)效應(yīng)表現(xiàn)為人體攝入潛在硒不足。地球化學(xué)背景區(qū)和高背景區(qū)土壤硒元素含量中等（適度）和豐富，能夠滿足生物需求。地球化學(xué)異常區(qū)土硒元素含量極豐富，其含量為（0．35～3．0）×10－6，可以生產(chǎn)天然富硒稻谷，此類土壤定義為富硒土壤。硒元素含量≥3．0×10－6的土壤，其中硒通過植物等途徑傳導(dǎo)，可能對(duì)生物產(chǎn)生危害，生態(tài)效應(yīng)表現(xiàn)為硒元素過量或硒元素中毒。

3 結(jié)果與討論

3．1 研究區(qū)富硒土壤分布特征

琴溪地區(qū)主要以富硒土壤為主，占到研究區(qū)總面積的73．56%，適中面積占到總面積的25．61%（圖2）。區(qū)內(nèi)富硒土壤區(qū)硒元素含量較高，繪制地球化學(xué)圖時(shí)，在富硒土壤區(qū)內(nèi)插了一個(gè)0．6×10－6含量分級(jí)。富硒土壤主要沿丘陵區(qū)分布，在第四系河流沖積物母質(zhì)形成的土壤硒含量較低，富硒土壤從白堊紀(jì)到志留紀(jì)均有分布。

3．2 富硒土壤硒元素有效性評(píng)價(jià)

圖2 琴溪地區(qū)富硒土壤分布圖Fig．2 Distribution of selenium－rich soil in Qinxi area

表4 土壤全量硒、有效硒與其他元素相關(guān)系數(shù)表Table 4 Correlation coefficients of the total selenium and available selenium with other effective elements in soil

本次工作采集的生物樣品及根系土壤相關(guān)分析見表4。由表4可以看出，硒元素有效量與全量硒相關(guān)性最好，說明隨著土壤全量硒含量增加，有效硒含量也增加，同時(shí)土壤全量硒與鎘、鉻、汞、氮、鉬、有機(jī)質(zhì)亦表現(xiàn)出較好的相關(guān)性，說明土壤全量硒與重金屬相伴生，是富硒土壤開發(fā)的不利因素。依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618－1995），綜合評(píng)價(jià)顯示區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量總體以一、二級(jí)土壤為主，影響土壤環(huán)境質(zhì)量元素主要為Cd、As，其中Cd和As三級(jí)及超三級(jí)土壤面積分別占到全區(qū)面積的24．9%和6．15%，且二者較差土壤分布空間上具有一致性，多與泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)、二疊紀(jì)地層對(duì)應(yīng)，該類地層為硒元素高背景區(qū)，二疊紀(jì)、石炭紀(jì)地層巖石風(fēng)化是丘陵山地土壤硒元素重要的來源。

土壤有效硒與其他指標(biāo)相關(guān)性要差于全量硒，但其含量變化趨勢與全量硒與其他元素相關(guān)性較為一致，與土壤砷、鉛、錳、磷呈負(fù)相關(guān)趨勢。土壤中氮元素、有機(jī)質(zhì)豐富土壤主要沿山區(qū)分布，適中及稍缺土壤沿河流沖積物平原分布。區(qū)內(nèi)土壤中的磷元素含量主要以稍缺－缺乏為主。土壤有機(jī)質(zhì)富集使硒元素易吸附固定，富有機(jī)質(zhì)是形成富硒土壤的有利因素［9］。

3．3 硒元素生物有效性評(píng)價(jià)

根據(jù)國家富硒稻谷標(biāo)準(zhǔn)［10］，區(qū)內(nèi)采集的4件精米樣品及對(duì)應(yīng)的根系土硒含量均達(dá)到了富硒稻米和富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)，在富硒土壤區(qū)內(nèi)取得的4件精米中硒含量分別為0．08×10－6、0．10×10－6、0．13×10－6和0．24×10－6，反映出研究區(qū)土壤內(nèi)具有生產(chǎn)富硒稻米的潛力。

采集生物樣品主要有稻米、玉米、蔬菜、茶葉等，其中蔬菜包括韭菜、辣椒、絲瓜等。全區(qū)生物樣品及不同品種生物樣品硒元素含量相關(guān)分析（表5）顯示，生物硒元素與土壤全量硒相關(guān)性最好，與土壤有效硒有一定的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0．24。

從全區(qū)生物硒含量與酸堿度之間的相關(guān)性可以看出，生物硒元素含量在酸性條件下的相關(guān)性要明顯高于堿性土壤。

3．4 生物硒元素與其他元素相關(guān)性

由生物硒元素與其他元素相關(guān)性（表6）可以看出，生物硒元素與土壤鎘、有機(jī)質(zhì)、氮、鉬呈正相關(guān)，與其它元素呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。按照稻米及蔬菜兩類農(nóng)作物分別統(tǒng)計(jì)顯示，稻米硒與土壤鎘、汞、氮元素呈正相關(guān)，相關(guān)性相對(duì)較高，與砷、硼、錳、鈣呈較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而蔬菜硒與土壤各元素的相關(guān)性要明顯差于水稻與各元素的相關(guān)性。

表5 生物樣品硒元素含量與土壤全量、有效量硒及pH 相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients of selenium contents in biological samples with the total selenium，available selenium and pH in soil

表6 生物樣品硒元素與土壤其他指標(biāo)相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficients of selenium in biological samples with other indicators in soil

從上述生物硒元素與其他元素相關(guān)性可以看出，生物硒除與鎘元素相關(guān)性較好之外，與其它重金屬元素相關(guān)性較差，與砷元素表現(xiàn)出較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明該地區(qū)硒生物硒元素與土壤中的鎘元素具有一定的伴生性，其它重金屬則不影響生物樣品的品質(zhì)。

4 結(jié)論與建議

研究區(qū)內(nèi)存在大面積的富硒土壤，富硒土壤總面積占到調(diào)查區(qū)總面積的73．56%，具有發(fā)展富硒農(nóng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)。土壤中硒元素的有效性較高，具備生產(chǎn)出富硒農(nóng)產(chǎn)品的潛力。

區(qū)內(nèi)以丘陵山地為主，分布有大面積的毛竹林、水竹林、茶園，具有富硒山野菜開發(fā)潛力，且該區(qū)位于涇縣月亮灣旅游景區(qū)附近，區(qū)位優(yōu)勢明顯，利于富硒產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。

研究區(qū)內(nèi)局部地區(qū)鎘元素含量較高，發(fā)展富硒產(chǎn)業(yè)應(yīng)避開高鎘地區(qū)。此外，土壤中磷、鉀較缺乏，土壤應(yīng)注意培肥。由于耕地資源有限，富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路應(yīng)合理利用有限耕地資源和現(xiàn)有茶葉、水竹筍、毛竹筍、蕨菜等自然資源，打造集旅游、富硒農(nóng)產(chǎn)品與適宜山地種植的經(jīng)濟(jì)作物等相配套的富硒旅游產(chǎn)業(yè)鏈。

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀及土壤硒元素含量統(tǒng)計(jì)，各類用地富硒產(chǎn)品開發(fā)利用建議見表7。

表7 琴溪地區(qū)富硒土壤開發(fā)利用建議表Table 7 Proposals for development and utilization of selenium－rich soil in Qinxi area

［1］Krzysztof，Kaklewski，Janina Nowak，et al．Effects of selenium content in green parts of plants on the amount of ATP and ascorbate－glutathione cycle enzyme activity at various growth stages of wheat and oilseed rape［J］．Journalof plant physiology，2008，165：1011－1022．

［2］李家熙，張光弟，葛曉立．人體硒缺乏與過剩的地球化學(xué)環(huán)境特征及其預(yù)測［M］．北京：地質(zhì)出版社，2000．

［3］汪慶華，唐根年，李睿，等．浙江省特色農(nóng)產(chǎn)品立地地質(zhì)背景研究［M］．北京：地質(zhì)出版社，2007．

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［5］魏然，侯青葉，楊忠芳，等．江西省鄱陽湖流域根系土硒形態(tài)分析及其遷移富集規(guī)律［J］．物探與化探，2012，36（1）：109－113．

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［8］中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集編纂委員會(huì)編．中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集［M］．北京：科學(xué)出版社，1989．

［9］安徽省地質(zhì)調(diào)查院．安徽省重點(diǎn)地區(qū)富硒土壤資源調(diào)查報(bào)告［R］．合肥：安徽省地質(zhì)調(diào)查院，2012．

［10］GB／T 22499－2008．富硒稻谷［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．