德陽市富硒土壤區(qū)富硒蔬菜種植適宜性篩選研究

喻鳳蓮，周娟嬌，侯 莉，楊大強(qiáng)

(1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局化探隊(duì)，四川 德陽 618000；2.四川省深地地質(zhì)勘查有限公司，四川 德陽 618000；3.生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查評價德陽市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 德陽 618000)

硒元素是人體和動物必需的微量元素之一，是一種良好的抗氧化劑，對于延緩衰老、提高免疫力和預(yù)防癌癥均具有非常重要的意義[1]，其含量不足或過量均會引起地方病。

2008年成都經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目[2]在德陽市全區(qū)發(fā)現(xiàn)富硒土地面積達(dá)1712km2。本次分析研究德陽市旌西農(nóng)業(yè)示范帶內(nèi)的富硒土壤特征、篩選出達(dá)到富硒等級的蔬菜及適合種植富硒蔬菜的土壤，并指導(dǎo)種植富硒蔬菜等農(nóng)作物，建設(shè)富硒蔬菜種植示范基地，為德陽市未來發(fā)展富硒特色農(nóng)業(yè)，提升富硒土地利用價值提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本次研究工作區(qū)位于德陽市旌陽區(qū)西部農(nóng)業(yè)示范帶內(nèi)揚(yáng)嘉鎮(zhèn)豐城村片區(qū)，面積10km2。地貌類型屬于山前沖積平原地貌現(xiàn)代河流二級階地，為第四系沖積層，地勢平緩，海拔470～530m。屬四川盆地亞熱帶濕潤氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)建有配套的引水灌溉渠道(人民渠34號和35號支渠)，水資源較豐富，以自流引灌為主。區(qū)內(nèi)土壤類型單一，屬灰棕沖積水稻土，成土母質(zhì)為全新統(tǒng)河流灰棕沖積物。

1.2 樣品采集與處理

研究以路線土壤剖面測量形式采集表層土壤及特色農(nóng)產(chǎn)品及其根系土壤，分析測試樣品。表層土壤樣品采集0～20cm耕作層土壤，樣重不少于1000g。采集的蔬菜作物主要有辣椒、卷芯大白菜、雞心白菜、蓮花白、萵筍、芹菜、有機(jī)花菜、菠菜、大蔥、蒜苗。根系土壤采集包裹作物根系的土壤，采樣深度因作物品種而異。

1.3 樣品加工與測試

1.3.1 土壤樣品 根據(jù)《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測試質(zhì)量管理規(guī)范(DZ/T0130.2-2006)》巖石礦物分析試樣制備的要求和流程，將驗(yàn)收合格后的樣品交碎樣間進(jìn)行試樣加工。加工前，碎樣人員首先將所送樣品在小于60℃恒溫干燥箱內(nèi)充分烘干。烘干后的樣品混勻后，除去非土壤雜質(zhì)，取50g(10目)樣裝袋直接用于pH分析和有效態(tài)項(xiàng)目分析。取50g樣品，采用瑪瑙球磨機(jī)將樣品研磨至-0.074mm(200目)用于ICP-OES、ICP-MS、ES及AFS測定元素用。

1.3.2 蔬菜樣品 用清水洗干凈(除去粘附土壤和因施肥、噴農(nóng)藥引起的污染)、去離子水沖洗三遍，晾干后切碎，用專用機(jī)具無污染打成糊狀，送分析室測定。土壤樣品分析配套方案見表1。植物樣品分析配套方案見表2。

表1 土壤樣品分析配套方案

表2 植物樣品分析方法配套方案

本次研究樣品分析測試選擇的不同類別樣品分析方法的各待測元素的檢出限、準(zhǔn)確度、精密度及加標(biāo)回收率等質(zhì)量參數(shù)均能滿足《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測試質(zhì)量管理規(guī)范》DZ/T130-2006和《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析方法和技術(shù)要求》(DD2005-03)的要求。由四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局化探隊(duì)檢測中心分析所有樣品。

2 結(jié)果與討論

2.1 表層土壤中硒及重金屬含量水平

本論文研究數(shù)據(jù)主要為研究區(qū)內(nèi)楊嘉鎮(zhèn)豐城村連片富硒土壤分析數(shù)據(jù)，數(shù)理統(tǒng)計方法對分析數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，Se的平均含量為0.6mg/kg，明顯高于研究區(qū)土壤Se的背景值0.14mg/kg和成都經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤Se含量平均值0.23mg/kg[2]，以及全國土壤Se含量平均值0.29mg/kg[4]。參照我國Se元素生態(tài)景觀分級標(biāo)準(zhǔn)[5],所有土壤樣品均達(dá)到富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)，且硒元素的變異系數(shù)為21.14%，屬于弱變異，說明研究區(qū)土壤中硒元素分布較為均勻。表層土壤中Cu、Zn、Cr、Ni、As的平均含量低于背景值，而Pb、Hg、Cd的平均含量略高于背景值，表明研究區(qū)土壤中Pb、Hg、Cd元素可能受外界因素的影響，其他重金屬元素未受外界因素的影響。

研究區(qū)表層土壤pH區(qū)間為6.72～8.32，平均含量為7.83，為中性-堿性土壤。表層土壤重金屬元素含量均低于土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)的風(fēng)險篩選值，土壤硒含量區(qū)間為0.41～0.86mg/kg，符合中國地調(diào)局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DD 2019-10 天然富硒土地劃定與標(biāo)識的富硒土地類型劃分指標(biāo)要求。表明研究區(qū)為天然清潔綠色富硒土地分布區(qū)。

2.2 土壤硒有效性分析

大量研究表明，硒的有效性除受形態(tài)影響外，還與土壤質(zhì)地、pH、有機(jī)質(zhì)等因素有關(guān)[7]。本次對研究區(qū)連片富硒土壤的土壤總硒、有效硒、土壤pH及土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：所分析的14個土壤樣品為中-堿性土壤，有效硒含量在0.031～0.051mg/kg，平均含量0.037mg/kg，有效硒含量水平≥0.02mg/kg，有利于富硒農(nóng)作物的生長[3]。計算得出土壤有效硒與土壤總硒、土壤pH及有機(jī)質(zhì)的相關(guān)系數(shù)分別為0.556、0.146、0.57，表明研究區(qū)土壤有效硒與土壤總硒和有機(jī)質(zhì)有較強(qiáng)的相關(guān)性。

通過根系土中有效硒與總硒、有機(jī)質(zhì)、pH、N、P、K及農(nóng)作物中硒的相關(guān)性分析研究可知，有效硒與總硒、pH、N呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與有機(jī)質(zhì)正相關(guān)，與K、P、農(nóng)作物硒相關(guān)性不顯著。農(nóng)作物硒與總硒呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與K呈顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、pH、N、P相關(guān)性也不顯著(表3)。

表3 根系土和農(nóng)作物樣品中硒元素之間相關(guān)系數(shù)(N=23)

有效Se與總Se成顯著正相關(guān)說明土壤中有效硒含量會隨土壤中總硒含量增加而增加；有效硒與有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)說明土壤中有機(jī)質(zhì)含量越高越有利于硒在土壤中聚集，進(jìn)而提高硒的生物有效性；有效硒與pH呈顯著正相關(guān)說明在研究區(qū)目前土壤呈中堿性(pH6.93～8.33)的前提下，pH越大可能越有利于硒在土壤中聚集，有效硒含量越高。農(nóng)作物硒與土壤總硒呈顯著正相關(guān)說明農(nóng)作物中硒含量會隨土壤中總硒含量增加而增加。本次研究區(qū)以上結(jié)論與前人研究一致[6]。

2.3 蔬菜中硒與重金屬含量分析

不同種類蔬菜中硒含量的差異較大，其中硒含量較高的蔬菜有雞心白菜、蓮花白、有機(jī)花菜、蒜苗3號、萵筍1號、萵筍葉1號、卷芯大白菜、芹菜1號(土芹菜)，含量分別為0.2096、0.0873、0.0507、0.0274、0.0241、0.0169、0.0158、0.0121mg/kg。硒含量較低的蔬菜有菠菜1號、蒜苗1號、蒜苗2號、辣椒2號、菠菜3號、萵筍2號、菠菜2號，含量分別為0.0093、0.0083、0.3369、0.005、0.0044、0.0032、0.0015mg/kg，而硒未檢出的蔬菜樣品有辣椒1號、萵筍葉2號、萵筍3號、萵筍葉3號、芹菜2號、芹菜3號(春不老)、大蔥。

檢出有Se含量的蔬菜絕大多數(shù)根系土壤Se含量>0.4mg/kg，為富硒土壤，硒含量較高的蔬菜，其根系土壤Se含量區(qū)間為0.45～0.86mg/kg，硒含量較低的蔬菜根系土壤Se含量區(qū)間為0.4～0.58mg/kg，而未檢出Se含量的蔬菜大多數(shù)根系土壤Se含量不足0.4mg/kg。說明富硒土壤種植的蔬菜對Se元素的富集程度大于足硒非富硒土壤，而富硒土壤種植的不同蔬菜對Se元素的富集程度存在差異性。

根據(jù)《安康市富硒食品硒含量分類標(biāo)準(zhǔn)》(DB6124.01-2010)鮮蔬菜標(biāo)準(zhǔn)，蔬菜中Se含量≥0.01mg/kg即滿足富硒蔬菜要求，研究區(qū)硒含量較高的蔬菜樣品：雞心白菜、蓮花白、有機(jī)花菜、蒜苗3號、萵筍1號、萵筍葉1號、卷芯大白菜、芹菜1號(土芹菜)為富Se蔬菜。說明富硒土壤具有種植天然富硒蔬菜的潛在優(yōu)勢。

研究區(qū)蔬菜樣品重金屬含量均低于《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB2762-2017)中的重金屬元素限量值，處于安全狀態(tài)。而芹菜樣品中的Cd、Hg、Cr、As含量略高于其他蔬菜樣品。

通過對研究區(qū)富硒土壤區(qū)采集的蔬菜中Se與重金屬元素進(jìn)行相關(guān)分析(表4)，發(fā)現(xiàn)Se與Cd、Hg、Cr呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，說明富硒土壤既有生產(chǎn)富硒蔬菜優(yōu)勢，同時又能抑制蔬菜對Cd、Cr、Hg的吸收，與前人研究結(jié)論一致[1]。

表4 蔬菜中Se與重金屬元素相關(guān)性

2.4 蔬菜對硒及重金屬元素富集分析

農(nóng)作物中元素含量受根系土中元素含量的影響，將蔬菜中元素含量與根系土壤中同種元素含量進(jìn)行比值，即可得元素富集系數(shù)指標(biāo)，富集系數(shù)可以反映在相同土壤條件下，植物對元素的富集能力[1]。

Se在不同蔬菜中的富集系數(shù)不同，在雞心白菜、蓮花白和有機(jī)花菜、蒜苗3號中的富集系數(shù)較大，在菠菜2號中的富集系數(shù)最小。重金屬Cd在芹菜1號(土芹菜)、菠菜3號、芹菜2號、菠菜1號、菠菜2號中的富集系數(shù)較大，萵筍葉中的Cd富集能力比萵筍莖略高，在蓮花白中富集系數(shù)最小。重金屬As、Hg、Cr、Pb在蔬菜樣品中的富集系數(shù)小，富集能力無顯著差異。蔬菜樣品中Zn元素富集能力略高于Cu元素，菠菜中Zn元素富集能力略高于其他蔬菜樣品，不同種類蔬菜對Cu元素的富集能力存在一定差異?？梢姴煌N類蔬菜對同種元素的富集程度不同，根莖葉類蔬菜不同部位對同種元素的富集程度不同。

綜上所述，本研究認(rèn)為富硒土壤區(qū)種植的雞心白菜、蓮花白、有機(jī)花菜、卷芯大白菜、萵筍、蒜苗、土芹菜可以同時滿足富硒低重金屬的要求。

2.5 綠色富硒蔬菜篩選

進(jìn)行富硒作物的篩選及種植區(qū)劃，應(yīng)綜合考慮硒含量背景值高且重金屬含量低的土壤、土壤有效硒所占比例高、作物硒富集系數(shù)高、作物硒含量既富硒又不超標(biāo)等因素[3]。

從硒含量背景來看，研究區(qū)楊嘉鎮(zhèn)豐城村片區(qū)富硒土壤Se含量范圍0.41-0.86mg/kg，平均含量為0.6mg/kg，且該片區(qū)表層土壤重金屬元素含量均低于土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)的風(fēng)險篩選值，研究區(qū)為天然清潔綠色富硒土地分布區(qū)，且該片區(qū)土壤有效硒平均含量為0.037mg/kg，有利于富硒農(nóng)作物的生長，可圈定為富硒作物種植區(qū)。從蔬菜對硒的富集系數(shù)看，雞心白菜、蓮花白、有機(jī)花菜、卷芯大白菜、萵筍、蒜苗、土芹菜對硒的富集系數(shù)較高。但要進(jìn)一步確定作物對硒的富集能力，還需進(jìn)行大量的樣本采集分析。研究區(qū)蔬菜樣品重金屬含量均低于食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量(GB2762-2017)中的重金屬元素限量值，處于安全狀態(tài)，且本次研究在富硒土壤區(qū)采集的雞心白菜、蓮花白、有機(jī)花菜、卷芯大白菜、萵筍、蒜苗、土芹菜同時滿足富硒等級且低重金屬的要求。

綜上所述，為使蔬菜富硒又不超標(biāo)，可選擇雞心白菜、蓮花白、有機(jī)花菜、卷芯大白菜、萵筍、蒜苗、土芹菜等蔬菜作為適宜在富硒土壤區(qū)推廣種植的富硒蔬菜。

3 結(jié)論

(1)研究區(qū)楊嘉鎮(zhèn)豐城村片區(qū)土壤樣品中Se含量范圍為0.41～0.86mg/kg，平均值為0.6mg/kg，所有樣品均達(dá)到富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)，表層土壤重金屬元素含量均低于土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)的風(fēng)險篩選值，符合中國地調(diào)局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DD 2019-10 天然富硒土地劃定與標(biāo)識的富硒土地類型劃分指標(biāo)要求。

(2)表層土壤有效硒含量水平≥0.02mg/kg，平均含量0.037mg/kg，有利于富硒農(nóng)作物的生長。土壤中有效硒含量和農(nóng)作物中硒含量均會隨土壤中總硒含量的增加而增加。

(3)研究區(qū)楊嘉鎮(zhèn)豐城村片區(qū)富硒土壤區(qū)種植的雞心白菜、蓮花白、有機(jī)花菜、卷芯大白菜、萵筍、蒜苗、土芹菜等蔬菜對硒的富集系數(shù)較高，硒含量范圍同時滿足富硒等級且低重金屬的要求。

(4)為使蔬菜富硒又不超標(biāo)，可選擇雞心白菜、蓮花白、有機(jī)花菜、卷芯大白菜、萵筍、蒜苗、土芹菜等蔬菜作為適宜在富硒土壤區(qū)推廣種植的富硒蔬菜。