湖北省天門市農(nóng)作物種植區(qū)土壤中硒富集影響因素

張元培，胡曉明，吳 穎，白 洋

(湖北省地質(zhì)局地球物理勘探大隊，湖北武漢 430056)

通過對湖北省江漢流域1∶25萬多目標地球化學調(diào)查成果分析，本次研究選定天門漁薪鎮(zhèn)、蔣場鎮(zhèn)和橫林鎮(zhèn)等主要農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)開展1∶5萬土地質(zhì)量評價工作，著重研究種植區(qū)內(nèi)土壤中全量硒和有效態(tài)硒的影響因素，為區(qū)域富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)提供重要依據(jù)。

1 土壤全量硒分布的影響因素

土壤中硒元素的含量受多種因素影響，但成土母質(zhì)和環(huán)境的影響尤為重要。評價區(qū)土壤基本為第四系沖積物形成，屬于低硒含量成土母質(zhì)。因此，影響評價區(qū)土壤硒分布的主要因素為環(huán)境要素，主要包括土壤理化性質(zhì)、風化淋溶程度等［1］。

1．1 土壤有機質(zhì)的影響

土壤有機質(zhì)對土壤硒的影響具有二重性:當它作為有機—無機復合體的一部分并且吸附陰離子時，可能有利于硒的循環(huán);當它作為陰離子的環(huán)境物質(zhì)時，則可能成為屏障從而影響硒的傳輸，即形成硒的富集。而Gustafsson等在1995年通過實驗觀測證實，后者占主導地位，即有機質(zhì)對硒的影響主要表現(xiàn)為固定作用［2］。

對評價區(qū)內(nèi)表層土壤硒和有機質(zhì)進行分析，分別以土壤有機質(zhì)(OrgC)含量與硒含量為X、Y軸做散點圖，并進行線性分析，結(jié)果如圖1所示。盡管實際環(huán)境中多種因素的共同作用導致數(shù)據(jù)有一定程度的分散，但土壤硒含量和有機質(zhì)仍表現(xiàn)出良好的線形關系，即土壤硒含量隨土壤有機質(zhì)含量的增加而增加。

圖1 土壤有機質(zhì)與全量硒關系圖Fig．1 Relation graph of soil OrgC and total selenium

1．2 土壤淋溶作用的影響

1．2．1 淋溶程度的衡量

土壤淋溶作用是造成土壤中某些元素流失的主要方式。Si、Ca和Mg在土壤淋溶作用下呈現(xiàn)不同的流失程度，具體表現(xiàn)為Si的高殘留量和Ca、Mg的高淋溶、低殘留量端元對，這兩個端元的比值，即Si/(Ca+Mg)，可以反映土壤淋溶程度的強弱，比值越高淋溶程度越強［3］。

1．2．2 淋溶程度與硒的關系

以評價區(qū)表層土壤Si/(Ca+Mg)比值和硒含量分別作為X、Y軸，做散點圖及線性分析(圖2)，可以發(fā)現(xiàn)，隨淋溶程度的增強，土壤硒含量總體上呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢;當淋溶程度較弱時，土壤硒含量主要由其他環(huán)境因素控制，其含量區(qū)間較大;當淋溶程度增強時，淋溶作用對土壤硒含量的影響逐漸加強，硒含量逐漸集中于擬合線附近。

圖2 淋溶程度與硒含量關系圖Fig．2 Relation graph of leaching degree and selenium content

1．3 土壤pH值的影響

研究表明［4］，土壤pH是控制亞硒酸鹽和硒酸鹽之間轉(zhuǎn)化的主要因素，酸性和中性的土壤中亞硒酸鹽普遍存在，而在通氣良好的堿性土壤中，硒主要以硒酸態(tài)存在。一般而言與吸附質(zhì)間的親和力較強，受粘粒礦物和倍半氧化物固定，而與吸附質(zhì)的親和力較弱，溶解度大，因此過高pH的情況下土壤中的硒易遭淋失。此外，土壤pH對土壤硒的甲基化也有影響，在一定范圍內(nèi)土壤硒的甲基化隨著pH的增加而加強，而甲基化使硒的移動性和從表土中溢出的可能性增加。而過低的pH又會造成淋溶程度的增強，引起硒的淋溶流失。

以評價區(qū)表層土壤pH及硒含量作相應分析，對同一pH值有多個硒含量的點取硒含量平均值做統(tǒng)計，結(jié)果如圖3所示。因?qū)嶋H環(huán)境中多種因素共同作用，同一pH條件下土壤硒含量有所波動，但基本上從pH=4開始，隨pH增加，硒含量存在緩慢升高的趨勢，當pH在7．5～7．8之間時達到最高，之后隨pH增加硒含量快速降低。

圖3 土壤pH值與全量Se關系圖Fig．3 Relation graph of soil pH value and total selenium

2 土壤有效態(tài)硒分布的影響因素

大量研究表明，土壤是個復雜的多相態(tài)的共存體，在土壤類型、地貌類型、土地利用類型等因素的影響下，土壤溶液的組成和濃度、土壤的酸堿反應、土壤的氧化還原電位、土壤的有機質(zhì)含量、土壤的鹽分含量、土壤中元素的全量變化很大，對元素有效量產(chǎn)生重要影響［5］。

2．1 有效態(tài)與全量

引入有效度(有效態(tài)量均值/全量均值)來衡量硒元素與全量之間的關系［6］，對評價區(qū)土壤硒全量與有效態(tài)量的統(tǒng)計參數(shù)進行比較分析(表1)。由表可知，全區(qū)土壤硒全量均值為330 μg/kg，有效態(tài)量10．17 μg/kg，土壤硒有效度3．08%，西部(漁薪鎮(zhèn)、蔣場鎮(zhèn))土壤硒有效度為3．43%，高于東部(橫林鎮(zhèn)、麻洋鎮(zhèn)和沉湖農(nóng)場)的土壤有效度(2．81%)。

表1 土壤表層硒有效態(tài)量與全量統(tǒng)計參數(shù)一覽表Table 1 Statistical parameters of soil available selenium and total selenium

2．2 土壤類型對有效量的影響

以土壤單元分類，對不同土壤中硒的有效態(tài)量與全量參數(shù)進行了統(tǒng)計，結(jié)果如表2所示。分析發(fā)現(xiàn)，評價區(qū)內(nèi)潮土亞類的硒有效度為3．94%最高，其次為灰潮土亞類(有效度3．30%)，下面依次是瀦育型水稻土亞類(為 2．96%)，潛育型水稻土亞類(有效度為1．47%)，沼澤型水稻土(有效度為 1．17%)，淹育型水稻土亞類最低(有效度為0．003%)。

表2 土壤單元分類硒有效態(tài)量與全量統(tǒng)計參數(shù)一覽表Table 2 Statistical parameters of soil available selenium and total selenium in different soil unit

2．3 土地利用對有效量的影響

評價區(qū)內(nèi)所采集的有效態(tài)樣品主要分布于旱地、水田及坑塘水面三種土地利用單元內(nèi)，因此對三個土地利用單元內(nèi)硒元素全量與有效態(tài)量進行對比分析，可以發(fā)現(xiàn)水田中土壤硒的有效度最高，達到3．28%;其次為坑塘水面，有效度為3．10%;旱地中土壤硒有效度最低，為2．82%(表3)。

表3 土地利用單元分類硒有效態(tài)量與全量統(tǒng)計參數(shù)一覽表Table 3 Statistical parameters of soil available selenium and total selenium content in different land unit

2．4 土壤pH對有效量的影響

當土壤pH值＞7．5時，有效態(tài)硒含量變化較大，多集中在5～17 μg/kg之間;pH值＜7．5時，有效態(tài)硒含量＜15 μg/kg，同時變化范圍較小。這表明，評價區(qū)內(nèi)中性土壤對硒有效態(tài)量的約束較弱，有效態(tài)含量主要受其它因素的影響，因而其波動范圍較大;而中酸性土壤對硒有效態(tài)量的影響較強，其波動范圍較小。簡單地說，中性環(huán)境有利于提高土壤有效態(tài)硒的比例(圖4)。

3 結(jié)論

通過本次研究發(fā)現(xiàn)，天門市主要農(nóng)作物種植區(qū)土壤中全量硒與土壤有機質(zhì)含量呈正相關關系，而土壤淋溶作用與土壤硒含量呈負相關關系，土壤pH值在7．5～7．8之間最有利于土壤中硒的富集。土壤有效態(tài)硒富集土壤中全量硒與有效態(tài)硒呈正相關關系，不同土壤類型中潮土最有利于有效態(tài)硒的富集，對不同土地利用單元的研究發(fā)現(xiàn)水田最有利于土壤有效態(tài)硒富集，而pH值對土壤有效態(tài)硒富集的影響無明顯規(guī)律，中性環(huán)境略有利于提高土壤有效態(tài)硒的比例。

圖4 土壤pH值與有效Se關系圖Fig．4 Relation graph of soil pH value and available selenium

［1］ 劉鳳枝，師榮光，徐亞平，等．農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價研究［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26(1):6-14．

［2］ Gustafsson J P，Johnsson L，王美珠．瑞典森林土壤中有機質(zhì)對硒的吸持作用［J］．土壤學進展，1995，23(2):43-49．

［3］ 奚小環(huán)．生態(tài)地球化學與生態(tài)地球化學評價［J］．物探與化探，2004，28(1):10-15．

［4］ 郭宇．恩施地區(qū)硒的地球化學研究及富硒作物栽培實驗研究［D］．武漢:中國地質(zhì)大學(武漢)，2012．

［5］ 陳雪．成都市綠地土壤硒的形態(tài)分布及其影響因素研究［D］．成都:成都理工大學，2008．

［6］ 李家熙，張光第，葛曉立，等．人體硒缺乏與過剩的地球化學環(huán)境特征及其預測［M］．北京:地質(zhì)出版社，2000．