貴州省德江縣耕地硒含量特征和富硒農(nóng)作物研究

張德實，楊炳南，洪萬華，沈小慶，韓姚飛

(1.貴州省地礦局103地質(zhì)大隊，貴州 銅仁 554300； 2.中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

硒是人體生理必需的微量元素之一，能替換半胱氨酸中的硫原子形成硒代半胱氨酸，直接合成蛋白質(zhì)(王磊等，2015)，與抗氧化、激素調(diào)節(jié)、礦質(zhì)元素代謝等功能密切相關(guān)(袁麗君等，2016)，目前發(fā)現(xiàn)克山病、癌癥等多類疾病與硒缺乏有關(guān)(王權(quán)等，2013)。由于飲食是動物和人體獲取硒的主要途徑，而土壤是食物硒來源的庫(胡艷華等，2010)。湖北恩施市是全球唯一探明獨立硒礦床所在地，富硒地層為二疊系孤峰組—大隆組和寒武系牛蹄塘組和奧陶—志留系龍馬溪組(余濤等，2018)。貴州分布有大量二疊系、寒武系黑色巖系地層，擁有面積不小的富硒潛力耕地區(qū)，因調(diào)查工作不夠，目前僅發(fā)現(xiàn)遵義鳳崗縣，貴陽開陽縣等區(qū)縣局部存在富硒耕地，調(diào)查農(nóng)作物富硒情況亦僅針對茶葉等少部分品種展開(仝雙梅等，2013)。2017—2019年實施的貴州省德江縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價項目，通過采樣檢測耕地土壤、農(nóng)作物根系土及果實等樣品，獲得了大量的檢測數(shù)據(jù)，查明了硒元素在耕地土壤、農(nóng)作物等介質(zhì)中的地球化學(xué)特征。

1 地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造及地層

德江縣大地構(gòu)造位置屬揚子準(zhǔn)地臺黔北臺隆遵義斷拱鳳崗北北東向變形區(qū)。以北北東、北東向雁列式構(gòu)造為境內(nèi)基本構(gòu)造格架。褶皺構(gòu)造以復(fù)式背、向斜為主，具有窄向斜寬背斜組成的典型隔槽式構(gòu)造組合特征?？h內(nèi)出露地層有寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系及第四系，除第四系外基本呈北東向、北北東向展布。地層巖性以白云巖、灰?guī)r、頁巖、砂巖為主。

1.2 土壤

全縣土壤有黃壤、石灰土、紫色土、潮土、水稻土5個類別。黃壤發(fā)育于各種母質(zhì)之上，面積有1 602.6 km2，占比為78.7%；石灰土成土母巖以方解石、白云石為主，面積有225.2 km2，占比為11.1%；紫色土是由富含碳酸鈣的紫紅色砂巖和頁巖上的初育土，面積有17.6 km2，占比為0.9%；潮土是河流沉積物受地下水運動和耕作活動影響而形成的土壤，面積約1.8 km2，占比為0.1%，主要分布于烏江及支流沿岸區(qū)域；水稻土是長期淹水種稻條件下受到人為活動和自然成土因素的作用下形成的土壤，面積有188.6 km2，占比為9.3%。

圖1 德江縣地質(zhì)簡圖

2 樣品采集及檢測

樣品布設(shè)采用1∶5萬地形圖疊加土地利用現(xiàn)狀圖為工作底圖，參考衛(wèi)星遙感圖。密度為4-16個點/km2，平均密度9點/km2。耕地土壤采樣深度約為20 cm，采用“X”、“S”形等采集5個子樣等量混合組成1件樣品，共采樣6664件。農(nóng)作物采集時間為收獲盛期，采用梅花點、對角線法等進(jìn)行多點取樣可食用部分，等量混勻組成一個樣品，采集品種有水稻、玉米、茶葉、大豆、天麻等，合計95件。采集農(nóng)作物樣的同時，采集對應(yīng)根系土壤樣，采樣93件。

硒元素的分析使用的是原子熒光光譜法(AFS)，檢出限為0.01 mg/kg。按每500件樣品插入12個土壤國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)合格率為100%。本項目中表層土壤樣品共插入583件，142組精密度控制樣品，精密度控制標(biāo)樣合格率為100%。硒元素檢測報出率亦為100%。重復(fù)性檢驗按樣品總數(shù)隨機抽取5%編成密碼樣再測試得到A2，測試結(jié)果和原測結(jié)果A1按()計算雙差，按原始分析數(shù)據(jù)含量3倍檢出限以內(nèi)RD≤30%為合格，樣品含量3倍檢出限以上RD≤25%計算合格率，得到重復(fù)樣合格率為99.47%。

3 地球化學(xué)特征

耕地土壤硒元素地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計顯示硒元素含量平均值為0.45 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)離差0.23，變異系數(shù)0.51。剔除三倍方差后(>平均值+3標(biāo)準(zhǔn)離差)平均值為0.42 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)離差0.14，變異系數(shù)0.34，表明高異常值少，整體數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。剔除三倍方差后硒平均值仍然高于硒豐富等級下限值0.4 mg/kg，且是中國A層土壤硒均值的2.1倍。

表1 德江縣耕地硒元素地球化學(xué)參數(shù)表

圖2 德江縣耕地土壤硒元素地球化學(xué)圖

按累積頻率0.62%、2.28%、6.68%、15.9%、30.85%、50%、69.15%、84.1%、93.3%、97.7%、99.3%確定12級色階繪制硒元素地球化學(xué)圖。全縣土壤硒元素高值區(qū)主要有南東楓香溪鎮(zhèn)、北部泉口鎮(zhèn)-高山鎮(zhèn)-沙溪鄉(xiāng)、西部龍泉鄉(xiāng)-煎茶鎮(zhèn)-平原鎮(zhèn)三個北東向分布帶，與母巖地層展布方向基本一致。相對低值區(qū)則主要分布于中東部錢家鄉(xiāng)、荊角鄉(xiāng)、穩(wěn)坪鎮(zhèn)、桶井鄉(xiāng)、長堡鎮(zhèn)、潮砥鎮(zhèn)以及煎茶鎮(zhèn)南部至復(fù)興鎮(zhèn)東南部區(qū)域。

4 硒含量特征

4.1 耕地硒含量總體特征

全縣耕地硒含量較豐富，且總體表現(xiàn)為清潔富硒。硒養(yǎng)分等級評價結(jié)果顯示全縣耕地?zé)o過剩等級(單點高值經(jīng)軟件插值擬合后變小)；特級面積0.45萬畝，占比0.42%；一級面積4.22萬畝，占比3.91%；二級面積22.52萬畝，占比20.91%；三級面積32.37萬畝，占比30.05%，此上四個等級為富硒，合計59.56萬畝，占比55.29%；未達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)耕地中含硒等面積47.34萬畝，占比43.95%；低硒等面積0.82萬畝，占比0.76%。全縣清潔富硒(富硒且環(huán)境元素未超限)耕地58.84 萬畝，占比54.61%。

4.2 農(nóng)作物硒含量特征

農(nóng)作物采樣遵循項目總體設(shè)計及PPS抽樣調(diào)查法(Probability Proportionate to Size Sampling)(謝邦昌，1998)，按種植規(guī)模大小成比例采樣：水稻種植規(guī)模最大，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)樣品采集選取集中連片區(qū)采集1-2件，共采36件；玉米種植規(guī)模次之，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)樣品采集選取集中連片區(qū)采集1件，共采20件；茶葉種植規(guī)模再次之，兼考量縣經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，采樣26件；大豆樣品為異常查證階段針對耕地富硒區(qū)采樣，在楓香溪鎮(zhèn)采樣7件，天麻為縣特殊經(jīng)濟作物，在各種植區(qū)采集1件，共采3件。最終檢出水稻、玉米、大豆可食部分及其根系土均存在富硒。

表2 德江縣耕地硒元素養(yǎng)分等級統(tǒng)計表

表3 德江縣富硒農(nóng)作物統(tǒng)計表

為了評價農(nóng)作物中硒含量與對應(yīng)根系土中硒含量的關(guān)系，引入富集系數(shù)，它在一定程度上反映著沉積物—植物系統(tǒng)中元素遷移的難易程度(徐聰?shù)龋?018)，其公式為：

富集系數(shù)=農(nóng)作物硒含量/根系土硒含量×100%

根據(jù)該公式對全縣所有農(nóng)作物硒元素富集系數(shù)統(tǒng)計求算術(shù)平均值發(fā)現(xiàn)，農(nóng)作物品種對硒元素的富集強弱能力不同：大豆>水稻>玉米>茶葉>天麻，檢出富硒的3個農(nóng)作物品種富集系數(shù)均大于未檢出富硒的農(nóng)作物品種，這與不同農(nóng)作物品種硒含量特征吻合。

圖3 德江縣耕地土壤富硒等級圖

圖4 農(nóng)作物硒元素富集系數(shù)圖

4.3 不同成土母巖區(qū)硒含量特征

耕地不同成土母巖區(qū)中灰?guī)r母巖區(qū)硒含量均值相對較高，為0.45 mg/kg，白云巖區(qū)次之，為0.43 mg/kg，頁巖區(qū)再次之，為0.40 mg/kg，砂巖區(qū)相對較低，為0.33 mg/kg?？傮w趨勢為灰?guī)r>白云巖>頁巖>砂巖。

4.4 不同土壤類型硒含量特征

4.5 不同耕地類型硒含量特征

4.6 不同酸堿度(pH值)耕地硒含量特征

表4 不同成土母巖耕地硒含量特征值表

表5 不同土壤類型硒含量特征值表

表6 不同耕地類型硒含量特征值表

表7 不同酸堿度耕地硒含量特征值表

5 結(jié)論與討論

(1)全縣耕地富硒面積豐富，合計59.56萬畝，占耕地面積55.29%。農(nóng)作物中水稻、玉米、大豆均有富硒，大豆對土壤硒富集強弱力最大，水稻次之，玉米、茶葉相近，天麻最小。不同成土母巖區(qū)耕地硒含量灰?guī)r區(qū)最高，均值為0.45 mg/kg，白云巖區(qū)次之，為0.43 mg/kg，砂巖區(qū)相對較低，為0.33 mg/kg。不同土壤類型耕地硒含量黃壤最高，為0.44 mg/kg，紫色土最低，為0.35 mg/kg，石灰土、水稻土、潮土相近。不同耕地類型硒含量茶園最高，為0.47 mg/kg，裸地、旱地其次，為0.42 mg/kg，水田、果園、水澆地相近。不同pH值耕地強酸性硒含量略高，為0.47 mg/kg，其它酸堿度耕地硒含量均值相近，約為0.42 mg/kg。

(2)德江縣耕地不同土壤類型硒含量特征與廣西南寧市耕地土壤硒含量特征有相同或相似之處(李杰等，2012)；不同成土母巖土壤硒含量與全國已探明主要農(nóng)耕區(qū)土壤硒高含量區(qū)受煤系、黑色地層控制特征一致(王銳等，2017)；農(nóng)作物大豆、玉米等含硒特征及對硒元素的富集能力與張家界市農(nóng)作物富硒特征相似(胡婷等，2014)。

(3)綠色天然富硒農(nóng)產(chǎn)品是人民日益增長的美好生活需要之一，發(fā)展富硒農(nóng)業(yè)是現(xiàn)在和未來的熱點。通過耕地質(zhì)量調(diào)查查清了德江縣擁有豐富的清潔富硒耕地，為促進(jìn)全縣富硒土壤開發(fā)利用，發(fā)展高附加值、高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品及特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)提供了科學(xué)依據(jù)。