重慶市蔬菜地土壤硒含量及其影響因素分析

張 含，龔 敏，石汝杰

（重慶三峽學院生物與食品工程學院，重慶 404120）

0 引言

硒(Se)是在20世紀70年代確認的在人生命過程中必不可少的一種微量元素，缺硒會引起克山病、大骨節(jié)病、急性白肌病等疾病，適當補充硒元素不僅能保護肝臟，防治心臟病、糖尿病、胃病，還有改善免疫功能、提高抵抗力、增強機體抗氧化能力以及防止癌細胞的轉移等作用[3]。硒對植物的生長發(fā)育同樣具有重要的意義，適度施硒可增強植物的光合作用從而起到增產(chǎn)的效果，還可增強植物的抗逆性以及抗氧化能力[4]。植物體內硒含量主要與生長環(huán)境和自身屬種有著一定的關系，梁東麗等[5]指出土壤有效硒更易于被植物所吸收利用，但其有效性除了與土壤總硒含量相關，還受到土壤的理化性質、環(huán)境因素和土壤中的有機質、礦物質等因素的影響。陳繼平等[6]指出土壤硒的有效性與土壤pH呈顯著性相關，在偏堿性的土壤條件下硒的生物有效性較高。中國約72%的地區(qū)屬于缺硒或嚴重缺硒的地區(qū)[2]，重慶市分布面積最廣的土壤為紫色土，其全硒含量處于低—中等水平[1]。筆者對重慶市部分區(qū)縣蔬菜地耕作層土壤硒元素的含量及其影響因素進行研究，旨在為當?shù)亻_發(fā)富硒蔬菜、促進富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)以及實踐參考。

1 材料與方法

1.1 采樣區(qū)概況及土壤特征

本研究采樣點包括重慶市永川區(qū)、巴南區(qū)、梁平區(qū)、奉節(jié)縣、豐都縣、萬州區(qū)及九龍坡區(qū)，采用GPS定位采集28份具有一定代表性的蔬菜地耕作層(0～25 cm)土壤樣品，其中，永川區(qū)6個、巴南區(qū)4個、梁平區(qū)3個、奉節(jié)縣5個、豐都縣3個、萬州區(qū)5個、九龍坡區(qū)2個。主要土壤類型為紫色土、黃壤、石灰土、水稻土。

1.2 土樣采集及分析方法

土壤樣品采集方法依據(jù)《農(nóng)田土壤環(huán)境質量監(jiān)測技術規(guī)范》(NY/T 395—2012)中的原則進行采樣。土壤pH依據(jù)《土壤pH的測定》(NY/T 1121.2—2006)中的電位法進行測定；有機質測定依據(jù)《土壤有機質的測定》(NY/T 1121.6—2006)；采用半微量凱氏定氮法測定了土壤全氮含量；全硒的測定依據(jù)《土壤中全硒的測定》(NY/T 1104—2006)中的原子熒光光譜法進行；依照《土壤有效硒的測定》(NY/T 3420—2019)測定土壤的有效硒含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用IBM SPSS Statistics 23軟件進行數(shù)據(jù)的相關性分析，使用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行灰色關聯(lián)分析。

2 結果與分析

2.1 蔬菜地土壤全硒和有效硒含量特征

表1可以看出，采樣點土壤全硒含量平均值為0.22 mg/kg，略高于全國土壤背景值(0.215 mg/kg)[7]。同時，土壤的全硒和有效硒含量的變異系數(shù)均大于50%（表2），分異顯著，說明各區(qū)縣硒含量差異較大，其分布受到不同地區(qū)土壤空間結構的影響較大，且具有一定的隨機性。依據(jù)《土地質量地球化學評價規(guī)范》(DZT 0295—2016)對調查區(qū)的全硒含量進行等級劃分（表3），土壤硒缺乏的含量范圍為小于（等于）0.125×10-6mg/kg，處在邊緣狀態(tài)的含量介于0.125×10-6～0.175×10-6mg/kg之間，適量硒的含量在介于0.175×10-6～0.40×10-6mg/kg之間，高硒狀態(tài)為含量介于0.40×10-6～3×10-6mg/kg之間，在全硒含量大于3×10-6mg/kg時為硒過剩狀態(tài)。從整體來看，調查區(qū)耕地層整體土壤硒含量處在適量水平的樣品數(shù)為12個，占比42.86%；其次有9個采集樣品為缺硒土壤，占比32.14%；存在潛在性硒含量不足的地區(qū)的樣本數(shù)有5個，占比17.86%；富硒地區(qū)樣本數(shù)有2個，占比7.14%。有效硒含量的等級劃分參考了《環(huán)境硒與健康》中提及的標準[8]，結果如表4所示，調查區(qū)耕地層的土壤樣本有57.14%達到了高或過剩水平，其中50%的土壤樣本的有效硒含量達到了高水平，處于有效硒含量過剩狀態(tài)的土壤樣本占比7.14%；28個土壤樣本里有5個土壤樣本的有效硒含量為中等水平，占比17.86%；處于邊緣水平的土壤樣本數(shù)有7個，占比25%。研究結果表明，重慶蔬菜地土壤的有效硒含量高且分布廣泛，對于富硒土壤以及富硒農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)來說意義重大。

表1 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤全硒含量統(tǒng)計分析結果

表2 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤有效硒含量統(tǒng)計分析結果

表3 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤全硒含量等級劃分

表4 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤有效硒含量等級劃分

2.2 蔬菜地土壤pH、有機質和全氮含量特點

2.2.1 土壤pH土壤pH通過影響土壤里養(yǎng)分有效性、調節(jié)氧化還原電位和黏土礦物吸附量，從而間接影響到作物的生長發(fā)育[10]。pH不僅對硒的價態(tài)和生物有效性起著重要的控制作用，而且還對土壤硒的形態(tài)的變化產(chǎn)生直接影響，其表現(xiàn)在土壤酸堿性不同的狀態(tài)下，硒元素與土壤組分等吸附和解吸過程受到一定影響[11]。有研究表明，硒在土壤中的主要賦存形態(tài)為亞硒酸鹽(SeO32-)，主要存在于酸中性土壤以及溫帶濕潤地區(qū)的土壤中，而在堿性和通氣狀況良好的土壤條件下亞硒酸鹽易被氧化成硒酸鹽(SeO42-)，也是土壤中硒的最高價態(tài)，硒酸鹽更容易遷移淋溶，也更容易被植物吸收[12]。

從表5可以看出，中性土壤樣本數(shù)14個，占比50%；堿性土壤樣本數(shù)為8個，占比28.57%；酸性土壤樣本數(shù)為6個，占比21.43%。杜德峰等[14]研究表明，土壤pH與表層土壤全硒含量呈顯著負相關狀態(tài)；牛忠磊等[15]采用相關分析法分析，認為土壤硒水平與pH的變化趨勢一致，呈顯著正相關。由此看來，不同地區(qū)之間受多種因素影響下土壤硒和pH之間的關系呈現(xiàn)出一定的差異性。

表5 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤pH等級劃分

2.2.2 土壤有機質 土壤有機質可以被微生物分解釋放出更多的硒[16]，增強土壤硒的吸附和固定能力[17]。從表6可以看出，研究區(qū)蔬菜地土壤有機質含量大多處于較缺乏狀態(tài)，占比57.14%，其次是缺乏狀態(tài)，占比17.86%，其中中等和較豐富狀態(tài)的土壤有機質含量分別占比14.23%、10.71%，無豐富狀態(tài)土壤。從表7可以看出，調查區(qū)土壤有機質含量的變異系數(shù)大于50%，呈高度變異狀態(tài)，這也就表示不同地區(qū)土壤的有機質含量存在著一定的差異性。從各區(qū)縣的最大值和最小值也能看出，即使在同一地區(qū)地塊不同也存在著較大的差異，說明近年來的人工培肥對土壤肥力產(chǎn)生了較大的影響[18]。

表6 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤有機質含量等級劃分

表7 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤有機質含量統(tǒng)計分析結果

2.2.3 土壤全氮 由表8可知，調查區(qū)整體土壤全氮含量大部分處于缺乏狀態(tài)，樣品數(shù)11個，占比39.28%；其中全氮含量處于較缺乏、中等以及豐富狀態(tài)的樣品數(shù)均為5個，分別占比17.86%；僅有2個土壤樣品的全氮含量為較豐富狀態(tài)，占比7.14%。而從表10亦可看出，調查區(qū)整體土壤全氮含量的變異系數(shù)達到了188%，屬于強變異。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能與不同的地區(qū)之間地域跨度較大，以及氣候、地形、水文、耕作方式、勞動力素質、農(nóng)業(yè)基礎設施建設、農(nóng)業(yè)投入等因素有著較大的關系，所以在客觀上形成土壤性狀較大的空間分異[18-20]。

表8 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤全氮含量等級劃分

2.3 土壤硒含量與其他土壤理化性質的相關性分析

由表10可知，本調查區(qū)內的土壤全硒和有效硒含量的相關性達到了極顯著水平，相關系數(shù)為0.84(P＜0.01)，說明動植物能從這些全硒含量高的土壤中攝取到更多的硒[9]。但土壤全硒及有效硒含量與pH、土壤有機質和全氮的相關性并不顯著，可能與不同地區(qū)的土壤類型、成土母質的制約、水文以及氣候等多種因素的影響有關。

表10 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤全硒、有效硒與有機質和全氮之間的相關性

由于各地區(qū)土地的地質地球化學背景、耕作條件和利用方式的不同，在氣溫、降水和人類活動等因素的影響下，土壤中的一系列生物和理化過程呈現(xiàn)一定的差異，使得土壤全硒含量受到一定程度的影響，主要體現(xiàn)在硒元素的流失與富集[11]。從表11可以看出，各區(qū)縣采集的土壤樣品全硒以及有效硒與pH、土壤有機質和全氮都呈極顯著或顯著相關的關系，也就是說土壤的全硒和有效硒含量隨pH、有機質和全氮含量的增加而增加。

表11 調查區(qū)各區(qū)縣內土壤全硒、有效硒與pH、有機質和全氮的相關性

為明確各因素對土壤全硒及有效硒含量的影響效應，使用灰色關聯(lián)分析法對土壤全硒及有效硒與pH、有機質和全氮進行分析，結果見表12。在各區(qū)縣內所采集的土壤樣本全硒含量與土壤理化性質關聯(lián)系數(shù)的大小排序中，永川區(qū)、巴南區(qū)與奉節(jié)縣均是有機質＞全氮＞pH，說明3個區(qū)縣土壤全硒含量影響最大的因素為有機質，其次為全氮，pH影響最??；在萬州區(qū)與九龍坡區(qū)的土壤中，對全硒含量影響最大的因素為pH，其次為全氮，影響最小的為有機質，關聯(lián)系數(shù)大小排序均為pH＞全氮＞有機質；土壤全硒含量受全氮影響最大的2個區(qū)縣分別為梁平區(qū)和豐都縣，其中梁平區(qū)的關聯(lián)系數(shù)排序為全氮＞有機質＞pH，豐都縣的關聯(lián)系數(shù)排序為全氮＞pH＞有機質。土壤全硒含量并不代表土壤中有效硒的含量，所以與植物的吸收往往沒有直接的關系[21]。但全硒是有效硒的庫源，對有效硒的含量起著調節(jié)與制約的作用，在一定條件下兩者也存在著相互轉化的關系[22]。所以對影響土壤有效硒含量的因素進行分析有著重要的意義。在各區(qū)縣采集的土壤樣本中，有效硒含量受pH影響最大的4個區(qū)分別為永川區(qū)、梁平區(qū)、萬州區(qū)以及九龍坡區(qū)，其中梁平區(qū)與九龍坡區(qū)的關聯(lián)系數(shù)排序一致，均為pH＞全硒＞全氮＞有機質；永川區(qū)的關聯(lián)系數(shù)排序為pH＞有機質＞全氮＞全硒；萬州區(qū)的關聯(lián)系數(shù)排序為pH＞全氮＞有機質＞全硒。其次土壤有效硒含量受有機質含量影響的2個區(qū)縣分別為巴南區(qū)和奉節(jié)縣，巴南區(qū)的關聯(lián)系數(shù)排序為有機質＞全氮＞pH＞全硒，奉節(jié)縣的關聯(lián)系數(shù)排序為有機質＞全氮＞全硒＞pH；影響豐都縣土壤有效硒含量的最主要的因素是土壤全硒，其關聯(lián)系數(shù)排序為全硒＞全氮＞pH＞有機質。

表9 重慶市部分耕地區(qū)蔬菜地土壤全氮含量統(tǒng)計分析結果

表12 調查區(qū)各區(qū)縣內土壤全硒及有效硒與pH、有機質和全氮的灰色關聯(lián)度

3 結論與討論

有眾多研究表明，土壤pH越低，土壤中以陰離子形式存在的亞硒酸根越容易發(fā)生吸附作用，與鐵鋁化合物結合形成復雜的絡合物，從而導致硒的有效性和遷移性降低，不易被作物吸收[23]，而在pH升高的同時也抑制了硒酸鹽的老化，提高了硒的有效性，此時的硒更易被作物吸收利用。本研究中大部分供試土壤樣品的pH為中性，并且通過灰色關聯(lián)分析法發(fā)現(xiàn)，萬州區(qū)及九龍坡區(qū)的土壤全硒和有效硒含量以及梁平區(qū)的土壤有效硒含量均受pH的影響最大，意味著可以通過適當增施土壤改良劑來提高上述地區(qū)的pH及有效硒的含量，以達到作物增產(chǎn)的效果。

在本研究中各區(qū)縣內的土壤樣品的全硒、有效硒含量均與土壤有機質呈顯著正相關，說明硒以腐殖質的形式被有機質吸附固定在土壤中[14]。巴南區(qū)及奉節(jié)縣的土壤全硒、有效硒含量均受土壤有機質的影響最大；影響永川區(qū)土壤有效硒含量的最主要因素也是有機質，其全硒含量主要受到pH影響。有機質對硒的形態(tài)及其有效性的影響首先取決于土壤pH[5]，而有機質通過對土壤全硒含量的影響進而影響到了土壤有效硒的含量[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，重慶蔬菜地土壤有機質含量處于較缺乏狀態(tài)，因此應注重有機肥的施用，但要注意用量范圍，減少有機質對土壤硒的固定[21]。

由灰色關聯(lián)分析法分析可知，豐都縣的土壤全氮是影響土壤全硒含量的首要因素，而全硒含量又是影響當?shù)赝寥烙行氖滓蛩?。而且本調查區(qū)的土壤全氮含量等級為缺乏狀態(tài)，所以應該針對豐都縣制定合理的氮肥施用計劃，提升氮肥的利用率以及施肥管理水平，從而提高土壤硒含量[24]。

土壤的理化性質對硒產(chǎn)生的影響因素是十分復雜多樣的，現(xiàn)有的對硒的研究往往僅考慮單因素影響，之后的研究應更注重對硒及其有效性的動態(tài)過程進行分析，例如定量模型技術及同位素示蹤法，將硒-土壤-植物看作一個完整的體系來進行深入研究。