貴州省赤水市耕地富硒土壤地球化學特征

田文明，牟 軍，唐婷婷，唐佐其，王安華，強希潤

(1.貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550081；2.中國地質大學，湖北 武漢 430074)

硒(Se)被世界衛(wèi)生組織(WHO)認定為人體必需營養(yǎng)元素之一，具有抗癌防癌，抗氧化，提高免疫功能，促進機體基礎代謝，拮抗砷、鎘、汞等的毒性等作用(廖金鳳，2002；鮑鵬等，2017；羅程等，2017；譚見安等，1991；陳亮等，2004)。適量的硒對農作物生長和產量也有促進作用，尤其對提高水稻、小麥等作物的單產、降低空秕率有明顯作用(賈宏昉等，2006)。我國土壤整體貧硒，缺硒省份有22 個，約占全國總面積的72%，2/3的人口硒攝入不足(酈逸根等，2005；孫國新等，2017)。因此，尋找并利用綠色富硒土地資源，開發(fā)綠色富硒農產品，具有積極的經濟價值和社會價值。

筆者依托赤水市耕地質量地球化學調查評價項目，對赤水市耕(園)地表層土壤硒的地球化學特征、影響因素及生態(tài)效應進行研究，以期為赤水市綠色富硒耕地土壤資源合理有效的開發(fā)利用、優(yōu)質特色農業(yè)的發(fā)展提供地球化學依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

1.2 樣品采集

同時選擇在赤水市兩河口鎮(zhèn)西部、寶源鄉(xiāng)中部及大同鎮(zhèn)南部土壤富硒區(qū)域內測制土壤垂向剖面5條。

1.3 樣品測試

樣品的分析測試由貴州省地礦局中心實驗室所承擔，測試分析過程嚴格按照生態(tài)地球化學評價樣品分析方法和技術要求進行，采用ICP-OES(電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法)測定Cu、Zn、Pb、Ni、Cr等元素含量，采用ICP-MS(電感耦合等離子體質譜法)測定Cd元素含量，采用AFS(原子熒光光譜法)分析As、Se、Hg元素，采用容量法分析有機質元素，采用pH計電極法測定pH值。農作物中Se及金屬元素采用ICP-MS測定。

表層土壤以國家一級土壤標準物質(GBW 系列)進行準確度、精密度監(jiān)控。以49件(2%)重復樣和 114件(5%)重復分析來評定采樣和分析誤差，隨機抽查異常點重復性檢驗監(jiān)控分析質量；經檢查，報出率、準確度、精密度及重復樣測試合格率均為100%。農產品分析選取國家標準物質GSB7進行準確度、精密度監(jiān)控，對于檢測結果超過《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762-2012)中規(guī)定限量的部分樣品，進行第三者復檢；農作物樣檢測質量監(jiān)控指標合格率均為100%。確保了數(shù)據(jù)分析質量和全國范圍的可比性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

主要采用Excel2007和SPSS處理統(tǒng)計地球化學參數(shù)(平均值、標準差、變異系數(shù)等)，由MapGIS軟件、土地質量地球化學調查與評價數(shù)據(jù)管理與維護(應用)子系統(tǒng)、繪制表層土壤全硒含量等級圖、土壤酸堿度等級圖等。

2 耕地土壤地球化學特征

2.1 耕地土壤酸堿性及環(huán)境質量

赤水市耕(園)地表層土壤pH值在3.74-8.73之間，平均值5.49，總體為酸性環(huán)境。其中，強堿性、堿性、中性、 酸性、強酸性土壤分別占全區(qū)耕地總面積的 3.43%、16.70%、9.44%、54.08%。16.35%，耕地表層土壤以酸性、強酸性為主，占全市耕地面積70.43%，堿性、強堿性土壤僅占全區(qū)的20.13%，耕(園)地酸性土壤占比較大，總體偏酸性(圖1)。

圖1 赤水市耕地土壤酸堿性(pH值)分布圖

赤水市耕(園)地表層土壤環(huán)境重金屬元素平均值均低于貴州省表生沉積物背景值(何邵麟，1998)；Cd、Hg、Pb、Ni、Zn高于全國A層土壤均值，As、Cr、Cu明顯低于全國A層土壤均值(表1)。據(jù)農用地土壤污染風險管控標準(GB15618-2018)，區(qū)內環(huán)境元素最大值均未超過污染風險管制值。綜合評價結果可知，赤水市耕地土壤環(huán)境質量等級I類(優(yōu)先保護類：風險無或可忽略)占全市耕地面積57.52%，II類(安全利用類：風險可控)占42.48%，無III類(嚴格管控類：風險較大)耕地，耕地土壤環(huán)境質量整體優(yōu)良，清潔無污染。

表1 赤水市耕地表層土壤環(huán)境元素參數(shù)特征

2.2 耕地土壤硒元素地球化學特征

表2 赤水市耕地表層土壤硒元素地球化學參數(shù)特征

圖2 赤水市耕地土壤硒含量分級及富硒農產品分布圖

表3 赤水市耕地土壤硒含量分級

根據(jù)規(guī)范(DZ /T0295-2016)土壤硒含量分級標準，赤水市耕(園)地表層土壤硒地球化學等級如圖2、表3。全區(qū)含硒量>0.4 mg·kg-1富硒耕(園)地土壤為116.82 km2，占全市耕(園)地面積47.82%，較集中分布于赤水市西部寶源鄉(xiāng)、兩河口鎮(zhèn)、大同鎮(zhèn)及復興鎮(zhèn)南部，在金華街道、天臺鎮(zhèn)東部、旺隆鎮(zhèn)東北、葫市鎮(zhèn)北部及白云鄉(xiāng)、長沙鎮(zhèn)亦有較大面積富硒耕(園)地分布；硒適量耕(園)地土壤面積占比51.75%，較集中于赤水市中部、南部及東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)；低硒和缺硒等級占比為0.23%、0.20%，零星分布于赤水市西北、中南部及東部地區(qū)。

土壤垂向剖面分析結果表明，土壤硒元素含量垂向變化明顯，隨深度變深依次降低，表層土壤(淋溶層)硒含量最高，母質層硒含量最低，硒元素的表生富集明顯(圖3、表4)?？赡芘c硒元素的生物地球化學作用相關，生物生長活動對硒元素的吸附致使硒元素在表層富集。

3 土壤硒元素含量影響因素分析

土壤硒含量與表生環(huán)境中硒的遷移循環(huán)過程有關(宋明義，2011)；土壤中硒的凈積累受大氣沉降、灌溉水、施肥(化學肥料、農用石灰等)及硒的揮發(fā)影響(孫國新等，2017)；大量研究表明成土母質(地質背景)對土壤硒含量起決定作用(宋明義等，2011；黃春雷等，2013；曾慶良等，2018)。本次研究探討了不同成土母質、土壤類型及土壤有機質含量、pH值等因素對赤水市土壤硒含量的影響。

圖3 土壤硒含量垂向變化

表4 垂向剖面不同土層及對應成土母巖硒含量特征

3.1 成土母質

據(jù)不同地層區(qū)土壤硒含量進行統(tǒng)計，不同地層分布區(qū)存在一定差異(圖4)，其中白堊系嘉定組(Kjd)地層區(qū)表層土壤硒含量最高，平均為0.49 mg·kg-1，最低為蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)地層分布區(qū)，為0.37 mg·kg-1。

在赤水市西部兩河口、寶源富硒區(qū)采集的表層土壤樣與在同一點位對應采集的成土母巖進行對比分析，兩者具有明顯正相關性(R=0.54，P<0.05，n=16)，成土母巖硒含量多少影響表層土壤硒含量高低。

3.2 土壤類型

根據(jù)土壤類型分類統(tǒng)計顯示，赤水市不同土類硒含量略有差異(表5)，可能與不同土壤中粘粒含量及理化性質差異有關。土壤硒含量依次為黃壤>黃棕壤>水稻土>紫色土，其中黃壤硒含量最高，平均值為0.49 mg·kg-1，紫色土硒含量最低，平均值為0.39 mg·kg-1。

圖4 不同地層區(qū)表層土壤Se含量

表5 不同土壤類型硒含量特征

3.3 硒與pH值、有機質相關性分析

對測試結果統(tǒng)計分析顯示，土壤Se含量與pH值呈明顯負相關關系(R=-0.44，P<0.01)，與有機質含量表現(xiàn)為顯著的正相關性(R=0.71，P<0.01)(圖5)。

圖5 赤水市耕地土壤Se含量與pH、有機質相關關系

土壤酸堿度(pH值)被認為是影響土壤硒含量的重要因素之一，通過控制土壤硒元素的活性和遷移性，進而影響土壤硒含量。這是由于在一定范圍內，隨著pH值增加，SeO2-3轉化為SeO2-4后溶解度增大，易流失；同時土壤Se的甲基化也開始加強，甲基化使土壤中的Se轉移和揮發(fā)的可能性增加(王瑩，2008)，而在酸性環(huán)境中硒的甲基化弱，使土壤中硒能夠穩(wěn)定存在，從而使土壤硒相對富集。赤水市耕地土壤整體呈酸性，更利于硒元素在表土中的富集。

土壤有機質增加，能改善土壤結構，促進團粒結構的形成，增加黏結力，加大對硒的吸附與固定作用，同時微生物的還原作用促使大部分亞硒酸鹽被地表土固定，硒優(yōu)先進入低分子量的腐殖質組分中，與金屬腐殖質復合體一起呈現(xiàn)出無機復合狀態(tài)，因此有機質對土壤中硒起吸附和固定作用，從而使硒富集在土壤中(曾慶良等，2018)。

4 硒的生態(tài)效應

表6 赤水市富硒農產品標準及富硒率

通過對不同類型農產品硒含量特征和硒富集系數(shù)的統(tǒng)計顯示(表7)，區(qū)內稻谷硒含量及硒富集系數(shù)均為最高，其次為金釵石斛，竹筍較低，龍眼最低。綜合富硒作物分布特征、農作物安全性、土壤硒含量分布特征及土地開發(fā)利用現(xiàn)狀，認為在赤水市西部寶源、大同、兩河口三鎮(zhèn)富硒土壤集中且產清潔富硒稻谷，適宜大面積的開發(fā)富硒稻谷產業(yè)；富硒竹筍可集中在中西部地區(qū)發(fā)展；旺隆鎮(zhèn)、官渡鎮(zhèn)金釵石斛產業(yè)園產富硒石斛，可進一步開發(fā)以提升相應作物的品牌價值和經濟效益。

表7 不同農產品硒含量及硒生物富集系數(shù)

5 結論

(1)赤水市耕(園)地土壤總體以酸性為主，土壤重金屬含量較低，無超污染風險管制值現(xiàn)象，土壤環(huán)境質量優(yōu)良。

(2)赤水市富硒土壤資源豐富，耕(園)地表層土壤硒平均含量0.41 mg·kg-1，富硒耕(園)地面積占全市耕(園)地面積47.82%。土壤垂向剖面統(tǒng)計分析顯示，硒元素表生富集明顯。

(2)不同成土母巖、土壤類型、土壤pH值及有機質含量是影響赤水市土壤硒含量的重要因素。土壤硒含量與pH呈負相關關系，土壤酸化有利于Se元素在土壤中富集；與有機質呈明顯正相關關系。

(4)赤水市能產出天然富硒稻谷、竹筍、金釵石斛，在不同類型農作物中水稻稻谷硒含量及富集系數(shù)最高，次為金釵石斛，竹筍較低。區(qū)內可分區(qū)域開發(fā)不同富硒農產品，有利于提升農產品品牌價值和經濟效益。但個別農產品有重金屬鎘元素超標情況，應引起重視，注意監(jiān)測。

(5)赤水市森林覆蓋率大，耕地稀少，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，耕地土壤環(huán)境質量優(yōu)良且大面積天然富硒，富硒農產品豐富，具有良好的開發(fā)前景和經濟意義；建議地方政府及有關部門重視和利用好本市的富硒土壤資源，做到科學規(guī)劃、合理利用。