云南省盈江縣舊城—姐冒地區(qū)土壤和農(nóng)產(chǎn)品硒地球化學特征及影響因素

肖高強，宗慶霞，向龍洲，刀艷，徐永強

(云南省地質(zhì)調(diào)查院，云南 昆明 650216)

0 引言

硒(Se)是人體和動物必需的微量元素，在維持人體和動物健康方面具有十分重要的作用[1-3]。缺硒會使人體和動物產(chǎn)生多種組織器官的病變，例如硒的攝入量不足會導致克山病、大骨節(jié)病、牲畜白肌病等疾病[4-7]，攝入量過大會導致急性或慢性中毒，如脫發(fā)、脫甲、皮膚損傷及神經(jīng)系統(tǒng)異常等[8-9]。人體所需要的硒主要是通過食物鏈從土壤中獲取，因此，探究土壤硒的含量分布及其影響因素，對區(qū)域內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品安全以及維護人群健康具有十分重要的意義[2,10-12]。云南省盈江縣是我省著名的優(yōu)質(zhì)稻米主產(chǎn)區(qū)，有盈江貢米之稱。近年來，當?shù)卣陟柟烫嵘Z食、蔗糖、茶葉、畜牧傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎上，重點發(fā)展堅果、咖啡、油茶等特色產(chǎn)業(yè)，使盈江縣也享有“中國堅果之鄉(xiāng)”的美譽[13]。但到目前為止，有關盈江縣土壤硒方面的研究還未見報道。筆者以云南省盈江縣舊城—姐冒地區(qū)1∶5萬土地質(zhì)量地球化學調(diào)查結果為基礎，對區(qū)內(nèi)土壤硒的地球化學特征、影響因素及生態(tài)效益進行研究，為當?shù)睾侠碛行У亻_發(fā)利用富硒土地資源提供地球化學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省盈江縣舊城—姐冒一帶的平壩地區(qū)，地理坐標東經(jīng)97°45′22.4″～98° 7′ 48.3″，北緯24°30′ 24.8″～24° 46′ 49.1″，面積451.96 km2，所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)有新城、舊城、太平、平原、弄璋等。盈江壩區(qū)全年氣候溫和濕潤，光照強，熱量足，雨量充沛，無霜期長，適宜各種動植物的生長繁殖，是遠近聞名的“糧蔗之鄉(xiāng)”。區(qū)內(nèi)地貌主要為山間盆地地貌，部分地區(qū)屬低山和中山地貌，大盈江由北東至南西流過。區(qū)內(nèi)出露地層有第四系、新近系芒棒組(N2m)、泥盆系關上組(D1g)和古元古界高黎貢山巖群(Pt1GL.)[14]，其中第四系出露面積最廣，以沖洪積層為主，巖性為砂、礫、粗土質(zhì)砂；新近系芒棒組(N2m)地層巖性為花崗質(zhì)砂礫巖、細砂巖，黏土質(zhì)粉砂巖；泥盆系關上組(D1g)地層巖性為板巖、含碳質(zhì)板巖、細晶灰?guī)r、粉晶白云巖；古元古界高黎貢山巖群(Pt1GL)地層巖性為變粒巖、斜長片麻巖、片巖、石英巖。區(qū)內(nèi)巖漿巖于盆地四周廣泛分布，巖性以花崗質(zhì)巖類和石英閃長巖為主。土壤類型以水稻土為主，其次分別為赤紅壤和紅壤[15]。土地利用類型主要有水田、旱地、園地、林地、草地、工礦用地、住宅用地和水域等。水田一般種植兩季，主要種植水稻、冬馬鈴薯、烤煙、冬蔬菜等，種植模式為水稻—冬馬鈴薯、水稻—烤煙、水稻—蔬菜或單季稻；旱地主要種植甘蔗、玉米、蔬菜、豆類等；園地主要種植澳洲堅果、咖啡、茶葉、橡膠、火龍果等。

1.2 樣品采集與前處理

本次工作的比例尺為1∶50 000，調(diào)查面積451.96 km2，共采集表層土壤樣品4 804件，采樣密度為4～16點/km2，樣品主要布設于耕(園)地中，其他土地利用類型按照4點/km2的密度布設采樣點進行控制，以便進行整體評價及避免出現(xiàn)空白區(qū)。區(qū)內(nèi)耕地面積286.73 km2，占總面積的63.44%；園地面積16.39 km2，占總面積的3.63%。根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295 2016)，耕地、林地土壤采樣深度為0～20 cm，以GPS定位點為中心，在50～100 m范圍內(nèi)向四周輻射4～6個分樣點，等量組合成一個混合樣；果園地土壤采集部位為0～60 cm的毛根區(qū)，由2～3個子樣等量混合組成1件樣品。采樣時避開溝渠、林帶、田埂、路邊、舊房基、糞堆及微地形高低不平無代表性地段。采集的樣品經(jīng)充分風干后過10目篩，稱取200 g送實驗分析，副樣(重量不低于300 g)裝入干凈塑料瓶送樣品庫保存。

本次研究共采集稻谷、澳洲堅果、甘蔗、咖啡、茶葉、土豆等各類農(nóng)作物樣品225件，每個農(nóng)作物樣品采集了對應根系土壤樣品。樣品的采集方法、質(zhì)量要求、洗滌及保存等各個環(huán)節(jié)均嚴格按照《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295 2016)執(zhí)行。

1.3 樣品分析

土壤、巖石和農(nóng)作物樣品的分析測試均由自然資源部昆明礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔。測試分析過程嚴格按照《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范》(DZ /T0258 2014)、《生態(tài)地球化學評價樣品分析技術要求(試行)》(DD2005-03)進行，采用原子熒光光譜法(AFS)測定土壤和巖石的全硒，檢出限均為 0.003×10-6，采用等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定土壤中硒的7種形態(tài)和農(nóng)產(chǎn)品中的全硒，檢出限分別為0.001×10-6～0.008×10-6和0.005×10-6。樣品的分析質(zhì)量采用外部質(zhì)量控制和內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控相結合的方法控制，外部質(zhì)量控制采取插入外部標準控制樣和送測外檢樣兩種方式，合格率均為100%；內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控從檢出限高低、準確度、精密度、數(shù)據(jù)報出率、異常點檢查和重復性檢驗等質(zhì)量參數(shù)進行監(jiān)控，合格率均在95 %以上。樣品質(zhì)量指標達到《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范》(DZ/T0258 2014)的要求。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20. 0和Microsoft Excel 2016等軟件完成數(shù)據(jù)相關統(tǒng)計分析；運用中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所開發(fā)的“地球化學勘查數(shù)據(jù)一體化處理系統(tǒng)(Geochem Studio 3.5)”軟件完成硒地球化學等級評價圖件的制作。

2 土壤硒地球化學特征及影響因素

2.1 總體分布特征

統(tǒng)計獲得研究區(qū)表層土壤硒平均含量為0.23×10-6，變化范圍為0.01×10-6～2.22×10-6，標準偏差為0.19×10-6，變異系數(shù)為82%，中值為0.15×10-6。研究區(qū)表層土壤硒含量平均值低于世界表層土壤平均值(0.40×10-6)[16]和全國土壤A層平均值(0.29×10-6)[17]。

根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)硒等級劃分標準，編制了研究區(qū)表層土壤Se地球化學等級劃分圖(圖1)。由圖可見，研究區(qū)土壤硒含量相對缺乏，其中缺乏—邊緣級土壤面積占比高達58.78%；富硒土壤面積73.41 km2，占比17.47%，主要集中分布于新龍—小團結—勐盞一帶，同時小面積分布于新蓮、黃龍、拉丙、邊府及丙輝附近。進一步結合土壤環(huán)境地球化學綜合等級來看，清潔和輕微污染富硒土壤面積分別為33.72 km2和37.38 km2，二者共占富硒土壤面積的96.86%，可見調(diào)查區(qū)具有開發(fā)無公害富硒食品產(chǎn)地的潛力。

從土地利用類型來看(圖1)，旱地富硒土壤面積最大，為17.33 km2，占旱地面積的33.78%；園地富硒土壤面積為11.75 km2，占園地面積的 71.72%；水田富硒土壤面積最小，僅為9.44 km2，占水田面積的4.01%。可見，調(diào)查區(qū)在開發(fā)特色經(jīng)濟農(nóng)作物方面具一定優(yōu)勢。

圖1 盈江縣舊城—姐冒地區(qū)表層土壤硒地球化學等級劃分Fig.1 Geochemical classification map of selenium in topsoil in the Jiucheng-Jiemao Area, Yingjiang County

2.2 硒的形態(tài)特征

土壤硒全量表征的是土壤中硒含量的總體水平，但并不是土壤中的所有硒都能被農(nóng)作物有效利用，只有生物有效性較強的硒才容易被農(nóng)作物吸收[18-20]。從225件根系土壤硒元素各形態(tài)均值含量分布情況看(表1)，殘渣態(tài)>腐殖酸結合態(tài)>強有機結合態(tài)>水溶態(tài)>碳酸鹽結合態(tài)>鐵錳結合態(tài)>離子交換態(tài)，其中殘渣態(tài)含量為0.134×10-6，占總量的51.81%，腐殖酸結合態(tài)和強有機結合態(tài)含量分別為0.052×10-6和0.042×10-6，二者共占總量的36.45%，而水溶態(tài)和離子交換態(tài)僅占總量的3.32%?？梢姡芯繀^(qū)土壤中硒主要以殘渣態(tài)和有機態(tài)存在，能被農(nóng)作物吸收利用的水溶態(tài)和離子交換態(tài)硒含量較低；同時水溶態(tài)和離子交換態(tài)硒的變異系數(shù)最高，分別為121.14%和108.81%，說明水溶態(tài)和離子交換態(tài)硒受環(huán)境影響顯著，其含量在空間上表現(xiàn)出較大的波動性。

2.3 影響因素

從不同成土母巖區(qū)土壤硒背景值和富硒面積占比來看(圖2)，關上組(D1g)土壤硒背景值最高，富硒面積占比最大，分別為0.53×10-6和84.48%；其次分別為高黎貢山巖群(Pt1GL)和石英閃長巖(Pt2γδ)，硒背景值分別為0.33×10-6和0.39×10-6，富硒面積占比分別為39.06%和39.85%；而第四系沖積層(Qal)硒背景值最低，富硒面積占比最小，分別為0.11×10-6和3.6%。結合巖石中硒背景值(圖2)，關上組(D1g)地層巖石中Se含量最高，為0.097×10-6，約為其他成土母巖的2～9倍；其次為芒棒組(N2m)，含量為0.04×10-6；而其他成土母巖中Se含量差異不大，含量范圍為0.013×10-6～0.023×10-6。由上述可知，不同成土母巖和土壤中硒含量變化規(guī)律基本一致，其中關上組(D1g)地層巖石因含有碳質(zhì)板巖[21]， 其發(fā)育的土壤硒含量和富硒面積占比均為研究區(qū)最大，表明土壤富硒受成土母質(zhì)影響較大，同時，土壤中硒含量值均高于巖石中的含量，可見巖石成壤過程中硒元素易次生富集。

從各成土母質(zhì)發(fā)育的表層土壤硅鋁鐵率統(tǒng)計結果看，關上組(D1g)硅鋁鐵率值最小，為3.64，其次分別為石英閃長巖(Pt2γδ)、第四系洪積層(Qpl)、高黎貢山巖群(Pt1GL.)、片麻狀花崗巖(Pt2γ)、白堊紀二長花崗巖(Kηγc)、芒棒組(N2m)、第四系沖積層(Qal)和三疊紀二長花崗巖(Tηγ)。各成土母質(zhì)表層土壤富硒面積占比與硅鋁鐵率呈顯著的線性反比關系(圖3)，相關系數(shù)達0.906。土壤硅鋁鐵率反映了土壤的風化程度和鐵鋁氧化物及黏土礦物含量的多少，土壤中鐵鋁氧化物越多，對硒的吸附固定作用越強，導致土壤中硒含量越高[22]。

表1 研究區(qū)根系土硒的形態(tài)含量特征統(tǒng)計(樣本數(shù)n=225)Table 1 Statistics of the characters of selenium speciation in root soils of the study area(n=225)

注：含量單位為10-6；變異系數(shù)和占比單位為%

圖2 不同成土母巖和土壤硒背景值及土壤硒地球化學等級占比Fig.2 Background values of selenium in rocks,soils and proportion of soil selenium geochemical grade of different soil-forming materials

圖3 不同成土母質(zhì)土壤富硒面積占比與硅鋁鐵率關系對比Fig.3 Comparison of the ratio of selenium-rich area to silica-sesquioxide ratio in soils of different soil-forming parent materials

以往研究表明，土壤有機質(zhì)和pH值對硒也有一定影響，有機質(zhì)對硒的影響主要表現(xiàn)為吸附和固定作用[19,23]，有機質(zhì)含量越豐富的土壤，對于土壤中硒的吸附能力也就越強，土壤中含硒量也相對越高。土壤pH值可以影響硒在土壤中的存在價態(tài)、形態(tài)，在酸性和中性的條件下硒主要以亞硒酸鹽形式存在，遷移淋溶作用較弱，生物有效性降低，而在堿性條件下則以硒酸鹽形式存在，容易遷移且易被植物吸收利用[24-26]。相關分析表明，研究區(qū)表層土壤全硒含量與有機質(zhì)具有極顯著正相關關系，與pH值具有顯著負相關關系，相關系數(shù)分別為r=0.697(P<0.01)和r=-0.188(P<0.01)，可見有機質(zhì)對硒的吸附作用和大面積酸性土壤是研究區(qū)土壤中硒累積的重要因素。

3 農(nóng)產(chǎn)品硒含量特征

對調(diào)查區(qū)225件農(nóng)產(chǎn)品中硒含量進行統(tǒng)計分析，結果表明，不同類型農(nóng)產(chǎn)品的硒含量有所差異。其中8件茶葉硒的含量范圍為0.021×10-6～0.045×10-6，平均值0.031×10-6；15件咖啡硒的含量范圍為0.013×10-6～0.030×10-6，平均值為0.018×10-6；152件稻谷硒的含量范圍為0.005×10-6～0.040×10-6，平均值0.012×10-6；30件甘蔗硒的含量范圍為0.005×10-6～0.017×10-6，平均值 0.010×10-6；10件澳洲堅果硒的含量范圍為0.005×10-6～0.010×10-6，平均值0.007×10-6；10件馬鈴薯硒的含量均低于檢出限0.005×10-6，報出率為0%?？傮w而言，不同農(nóng)產(chǎn)品硒的平均含量水平表現(xiàn)為：茶葉>咖啡>稻谷>甘蔗>澳洲堅果>馬鈴薯。

按照《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB 2762-2017)、《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》(NY 659-2003)、《富硒稻谷》(GT/T 22499-2008)、《富硒茶》(NY/T 600-2002)和《中國食品行業(yè)標準 天然富硒食品硒含量分類標準》(HB001/T-2013)相關評價標準，研究區(qū)有15件咖啡、1件澳洲堅果、2件稻谷和5件甘蔗達到安全富硒食品要求，其安全富硒率分別為100%、10%、1.32%和 16.67%，而馬鈴薯、茶葉均未達到富硒食品要求，其中富硒農(nóng)產(chǎn)品相對集中分布于新龍—小團結—勐盞一帶(圖1)，與富硒土壤分布具有一定的對應關系。

對研究區(qū)農(nóng)產(chǎn)品和對應根系土壤中硒含量進行相關分析(表2)，稻谷中硒含量與根系土壤硒含量存在顯著正相關關系，相關系數(shù)為r=0.313(P<0.01)，稻谷種植地區(qū)的土壤普遍為非富硒土壤，可見這是導致調(diào)查區(qū)富硒稻谷較少的原因之一，而其余農(nóng)產(chǎn)品中硒含量與根系土壤硒含量未呈明顯相關關系。

表2 農(nóng)產(chǎn)品中硒含量與對應根系土壤中硒含量的相關關系Table 2 Correlation between selenium content in agricultural products and corresponding root soils

注：“**”表示在0.01水平(雙側)上顯著相關

4 結論

1) 研究區(qū)表層土壤硒含量范圍為0.01×10-6～2.22×10-6，平均值0.23×10-6，低于世界表層土壤平均值(0.40×10-6)和全國土壤A層平均值(0.29×10-6)。

2) 根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)硒等級劃分標準，研究區(qū)土壤硒地球化學等級以缺乏—邊緣為主，面積占比58.78%；富硒土壤面積為73.41 km2，占比17.47%，主要集中分布于新龍—小團結—勐盞一帶，同時在新蓮、黃龍、拉丙、邊府及丙輝附近少面積分布。從地質(zhì)背景看，與泥盆系關上組(D1g)和石英閃長巖(Pt2γδ)等地層出露位置基本一致。

3) 從225件根系土壤硒元素七種形態(tài)的含量特征看，研究區(qū)土壤中硒以殘渣態(tài)為主，占總量的51.81%，而易被農(nóng)作物吸收利用的水溶態(tài)和離子交換態(tài)硒含量卻相對較低，僅占總量的3.32%。

4) 研究區(qū)土壤富硒不僅與成土母質(zhì)有關，還與土壤中鐵鋁氧化物含量的多少有一定關系，硒可能更易吸附于土壤的鐵鋁氧化物中；相關分析表明，土壤硒含量與有機質(zhì)具有極顯著正相關關系，與pH值具有顯著負相關關系，可見有機質(zhì)對硒的吸附作用和大面積酸性土壤也是土壤富硒的重要影響因素。

5) 按照相關評價標準，研究區(qū)有15件咖啡、1件澳洲堅果、2件稻谷和5件甘蔗達到安全富硒食品要求，且集中分布于新龍—小團結—勐盞一帶；研究區(qū)稻谷硒含量與根系土壤硒含量存在顯著正相關關系，而其余農(nóng)產(chǎn)品中硒含量與根系土壤硒含量未呈明顯相關關系。

6) 結合清潔富硒土壤和安全富硒農(nóng)產(chǎn)品的分布位置和特征，北部新龍—小團結—勐盞一帶土地利用類型以旱地和園地為主，農(nóng)作物主要種植甘蔗、咖啡、茶葉、澳洲堅果等，而甘蔗種植區(qū)水土流失相對嚴重，因此建議將該區(qū)規(guī)劃為咖啡、澳洲堅果、茶葉等特色果林業(yè)種植區(qū)。