貴州省開陽縣耕地土壤與農(nóng)作物硒地球化學(xué)特征及其影響因素

郭永福，何承真，王金元，任文林，周國正，周忠清

(貴州省煤田地質(zhì)局159隊(duì)，貴州 貴陽 550081)

硒是人體必需微量元素之一，硒的缺乏與過剩都會影響人體健康(李軍 等，2011)。食物硒含量直接決定了人體硒的營養(yǎng)水平，而土壤中的硒又是植物吸收利用的直接來源(陳顯著 等，2016)，不同地區(qū)影響硒水平的因素有所不同(周墨 等，2018)。湖北恩施是目前已發(fā)現(xiàn)的全世界硒含量最高地區(qū)(王鴻發(fā) 等，1996；朱建明 等，2004)，隨著調(diào)查的擴(kuò)大及深入，在全國范圍內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了陜西紫陽縣、湖南桃源及貴州開陽等富硒地區(qū)。開陽縣富硒的報道最早見于2001年汪境仁為開陽縣所做1∶25萬土地調(diào)查，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)開陽縣耕地土壤硒含量平均值為0.61 mg/kg(汪境仁 等，2001)，遠(yuǎn)高于貴州省耕地硒含量平均值(王甘露 等，2003)。此后，李娟(李娟 等，2004)和任海利(任海利 等，2012)研究了開陽縣富硒地層和土壤的地球化學(xué)特征，其結(jié)果表明開陽縣燈影組、牛蹄塘組等地層富集硒元素，土壤中硒的背景值高，其含量遠(yuǎn)高于全國土壤背景值。本次研究通過劃分開陽縣耕地土壤中硒地球化學(xué)等級，對開陽縣耕地土壤及農(nóng)作物中硒的含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探索影響開陽縣硒元素富集的因素，可以為合理開發(fā)利用當(dāng)?shù)刎S富的硒資源、變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)提供有力地理論支持。

1 研究區(qū)概況

2 樣品采集和分析測試

2.1 樣品采集

2.2 樣品測試

表層土壤樣品和農(nóng)作物樣品測試在國土資源部成都綜合巖礦測試中心完成。耕地表層土壤及根系土樣Se元素采用原子熒光光譜法(AFS)測試，樣品檢出限0.01 mg/kg，Se元素總報出率均為100%?；痉治鐾瓿珊?，對部分特高和特低試樣進(jìn)行異常點(diǎn)重復(fù)性檢驗(yàn)，異常點(diǎn)重復(fù)性檢驗(yàn)合格率≥85%。農(nóng)作物樣品Se元素分析采用GB 5009.93-2010規(guī)定的原子熒光光譜法(AFS)測試，樣品檢出限0.005 mg/kg。

3 耕地土壤和農(nóng)作物硒地球化學(xué)特征

開陽縣耕地表層土壤Se元素全部測試數(shù)據(jù)原始參數(shù)統(tǒng)計(jì)最大植、最小值、平均值、中位值、標(biāo)準(zhǔn)離差、變異系數(shù)，采用拉伊達(dá)法(平均值±3倍標(biāo)準(zhǔn)差)反復(fù)剔除離群樣品，剔除離群樣品后分別統(tǒng)計(jì)剩余樣品數(shù)、樣品離群率、背景值三個參數(shù)。農(nóng)作物樣品全部測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)最大植、最小值和平均值。

3.1 表層土壤硒地球化學(xué)特征

表1 開陽縣耕地表層土壤和Se地球化學(xué)參數(shù)表(剔除離群樣品后統(tǒng)計(jì)值)Table 1 Se geochemical parameters of cultivated land surface soil and crops in Kaiyang county (statistical value after removing outlier samples)

目前全國先后有湖北恩施、廣西永福、陜西紫陽、湖南新田、青海平安和四川萬源等地報道了富硒耕地資源調(diào)查成果，而本次表層土壤多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查，貴州省耕地調(diào)查辦工室通過“貴州省富硒土壤評價分級標(biāo)準(zhǔn)討論意見”給出貴州省耕地土壤特色元素Se分級標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 耕地表層土壤硒地球化學(xué)等級劃分(來源貴州省富硒土壤評價分級標(biāo)準(zhǔn)討論意見)Table 2 Classification of selenium geochemical grades in the topsoil

開陽縣耕地土壤硒(Se)地球化學(xué)等級總體上以二級、三級、含硒土壤為主(圖1)，占耕地面積比例達(dá)88.37%。二級土壤面積52.18萬畝，占耕地面積49.94%，分布面積大；三級土壤面積24.11萬畝，占耕地面積23.07%；含硒土壤面積16.16萬畝，占耕地面積15.46%，開陽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)皆有分布；過剩土壤面積0.12萬畝，占耕地面積0.11%，主要分布在禾豐北部的田沖村；特級土壤面積2.54萬畝，占耕地面積2.43%，主要分布在禾豐、南江、馮三和楠木渡一帶，其它鄉(xiāng)鎮(zhèn)有零星分布；一級土壤面積9.22萬畝，占耕地面積8.83%，主要分布在龍崗、高寨、毛云、雙流、楠木渡、馮三等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其它鄉(xiāng)鎮(zhèn)有零星分布；低硒土壤面積0.17萬畝，占耕地面積0.16%，主要分布在花梨、南龍、南江和米坪。富硒耕地包括二等、三等、四等和五等耕地，面積88.05萬畝，占耕地面積比例為84.27%。

圖1 開陽縣耕地土壤硒地球化學(xué)等級圖Fig.1 Geochemical grade of selenium in cultivated soil in Kaiyang county1—過剩(Se≥3 mg/kg)；2—特級(1.2

3.2 農(nóng)產(chǎn)品富硒特征

開陽縣農(nóng)產(chǎn)品富硒評價重點(diǎn)評價農(nóng)產(chǎn)品的富硒特性。評價依據(jù)是農(nóng)產(chǎn)品富硒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(供銷合作行業(yè)富硒茶標(biāo)準(zhǔn)(GH/T1090-2014))、地方標(biāo)準(zhǔn)(重慶市富硒農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(DB50/T 705-2016)，江西省富硒食品硒含量分類標(biāo)準(zhǔn)(DB36/T 566-2017)，陜西省富硒雙低菜籽油標(biāo)準(zhǔn)(DB61/T 508.6-2011))和國家標(biāo)準(zhǔn)(富硒稻谷國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 22499-2008))規(guī)定的富硒農(nóng)產(chǎn)品硒含量標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表3 開陽縣農(nóng)產(chǎn)品硒含量及農(nóng)產(chǎn)品富硒標(biāo)準(zhǔn)要求Table 3 Se content in the agricultural products of Kaiyang county and standard requirements of Se-rich angricultural products

根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，開陽縣21件茶葉樣品有19件達(dá)到重慶市富硒茶地方標(biāo)準(zhǔn)，3件達(dá)到富硒茶供銷合作行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(表3)。油菜籽全部達(dá)到重慶市和陜西省富硒油菜籽地方標(biāo)準(zhǔn)。枇杷、李子樣品中，2件枇杷、3件李子樣品達(dá)到重慶市富硒水果地方標(biāo)準(zhǔn)和江西省富硒水果地方標(biāo)準(zhǔn)，全部枇杷樣品Se≥0.007mg/kg，非常接近富硒水果地方標(biāo)準(zhǔn)。開陽縣40件水稻樣品有16件達(dá)到重慶市富硒水稻地方標(biāo)準(zhǔn)和富硒稻谷國家標(biāo)準(zhǔn)，2件達(dá)到江西省富硒稻谷地方標(biāo)準(zhǔn)。開陽縣33件玉米有15件達(dá)到重慶市富硒玉米地方標(biāo)準(zhǔn)。

4 硒含量影響因素分析

4.1 表層土壤硒含量影響因素分析

開陽縣成土母巖種類繁多，地球化學(xué)環(huán)境復(fù)雜多變。前人對貴州省富硒地層研究發(fā)現(xiàn)，寒武系牛蹄塘組和二疊系的龍?zhí)督M為富集Se元素的地層(陳武 等，2015)。將開陽縣地層界限疊加到開陽縣耕地土壤硒含量的等值線圖上(圖2)發(fā)現(xiàn)，硒含量與地層吻合度較高。震旦系、寒武系、石炭系、二疊系地層巖石發(fā)育的土壤明顯富硒，而新元古界下江群、南華系、奧陶系、三疊系地層發(fā)育的土壤硒含量明顯要低于其他地層。大量的研究表明，土壤中硒元素的含量與成土母質(zhì)硒含量有關(guān)(趙成義，2004)。根據(jù)開陽縣主要成土母巖發(fā)育的土壤硒元素含量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(表4)，樣品成土母巖為碳酸鹽巖占采樣總數(shù)的74.22%，樣品硒平均含量為0.6 mg/kg，成土母巖為碎屑巖的樣品占表土總樣品數(shù)的25.71%，樣品硒平均含量為0.55 mg/kg，成土母巖為變質(zhì)巖的樣品硒含量平均為0.34 mg/kg。由此可見開陽縣表土富硒含量與成土母巖的類型相關(guān)。

表4 開陽縣各地層背景耕地土壤硒含量統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of Soil Selenium Content in Background Cultivated Land of Different Layers in Kaiyang county

圖2 疊加地層界線的硒含量等值線圖Fig.2 Contour map of selenium content superimposed on stratigraphic boundaries1—地層代號；2—鄉(xiāng)鎮(zhèn)界線；3—村寨界線

根據(jù)野外采樣記錄及樣品測試分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)各土壤類型樣品硒含量范圍及其硒含量平均值發(fā)現(xiàn)(表5)，開陽縣耕地的黃壤、水稻土、石灰土和潮土硒含量均值與開陽縣耕地土壤硒含量的均值非常接近，而粗骨土硒含量均值略低(0.47 mg/kg)。開陽縣耕地不同土壤類型硒含量分析結(jié)果表明，土壤類型差異對耕地土壤硒地球化學(xué)特征影響較小。

表5 開陽縣不同土壤類型和耕地利用方式土壤Se元素地球化學(xué)特征Table 5 Geochemical characteristics of Se element in different soil types and different cultivated land utilization modes in Kaiyang county

不同的耕地利用方式所采用的耕作和管理措施存在差異，這些差異對土壤硒含量可能有一定的影響。經(jīng)統(tǒng)計(jì)開陽縣野外調(diào)查記錄卡中不同地類的土壤硒含量發(fā)現(xiàn)，開陽縣旱地、水田、果園、茶園的硒平均含量均達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，其中以茶園的硒含量最高，平均為0.75 mg/kg(表5)。

4.2 農(nóng)產(chǎn)品硒含量影響因素分析

根系土硒(Se)養(yǎng)分豐缺等級以一級、二級、三級和含硒為主，其余3類占比不足10%。通過表1和表6發(fā)現(xiàn)，開陽縣農(nóng)作物根系土硒含量的均值與開陽縣耕地表層土壤硒含量均值接近。前人對開陽硒資源的研究表明，開陽縣農(nóng)作物硒含量與表土硒含量大致呈正相關(guān)，即表土硒含量高植物樣品中硒含量也相應(yīng)較高(仝雙梅 等，2013；李娟 等，2004)。本次采集的樣品中，21件茶葉達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，其周圍根系土均為富硒土壤。26件油菜籽樣品全部達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，富硒油菜籽根系土和周邊小范圍內(nèi)耕地土壤均富硒的有19件。33件玉米樣品中，15件玉米樣品富硒，富硒玉米根系土和周邊小范圍內(nèi)耕地土壤均富硒的有14件，根系土不富硒但周邊小范圍內(nèi)耕地土壤富硒的有1件。40件水稻樣品，16件達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，富硒水稻根系土和周邊小范圍內(nèi)耕地土壤均富硒的有14件。20件李子樣品，3件達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，其中2件樣品根系土也富硒。20件枇杷樣品，均未達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，枇杷的根系土和周邊耕地土壤富硒和不富硒土壤均有分布。由此可見，農(nóng)產(chǎn)品富硒情況與根系土富硒情況及作物種類有關(guān)。

表6 開陽縣農(nóng)作物根系土Se含量及地球化學(xué)等級統(tǒng)計(jì)表Table 6 Statistics of root soil Se and geochemical grade of the agricultural products in Kaiyang county

5 結(jié)論