贛南地區(qū)設(shè)施菜地土壤全硒含量分布特征

成 臣，易艷紅，廖雅汶，王雅青，王志雯，喻 剛， 盧占軍，朱 博，姚鋒先※，楊紅蘭

（1.贛南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/贛州市設(shè)施蔬菜重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，贛州 341000； 2.江西省宜春市氣象局，宜春 336000；3.江西省定南縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，贛州 341900）

0 引 言

硒（Se）是人類營養(yǎng)代謝過程中必需微量元素之一，其生理作用主要以硒代半胱氨酸及硒代蛋氨酸等形式嵌入硒蛋白在人體發(fā)揮作用，被認(rèn)為人類健康生活所必須的膳食礦物質(zhì)。中國土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布極不均勻，如陜西省嵐皋縣表層土壤硒平均含量為0.99 mg/kg，為中國土壤硒平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.29 mg/kg的3.4倍，且其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅差異較大（0.03～16.96 mg/kg）。而硒在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中具有雙重生物行為，硒不足或硒過量均會引起人體的各種健康風(fēng)險(xiǎn)或失調(diào)。據(jù)估計(jì)中國硒缺乏病如大節(jié)骨病、克山病等的年發(fā)病率每10萬有9.3人，也有因硒中毒而導(dǎo)致蹣跚病及神經(jīng)紊亂等慢性中毒癥的相關(guān)報(bào)道。硒在土壤-植物系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)行為被認(rèn)為是生物體內(nèi)硒循環(huán)的基礎(chǔ)，植物可食用部位硒含量與土壤全硒含量密切相關(guān)。因此，土壤硒含量、分布特征及其影響因素一直是科研工作者的研究重點(diǎn)，監(jiān)測耕層土壤硒含量對保障農(nóng)產(chǎn)品硒水平及其安全攝取具有重要作用。

溫室蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)是中國最集約化的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)之一，超過3.86×10hm的農(nóng)田已安裝設(shè)施塑料大棚，進(jìn)而滿足人民對蔬菜種類豐富及日益增長總量的需求。江西省贛州市依據(jù)《贛州市蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2017-2025年）》規(guī)劃要求，設(shè)施鋼架大棚面積已從2015年的7.47×10hm到2021年建成總面積為1.90×10hm，溫室大棚數(shù)量增加較為迅速，而2022年后將主攻設(shè)施蔬菜質(zhì)量與品牌提升。加快贛南設(shè)施蔬菜發(fā)展有助于其發(fā)展成富民支柱產(chǎn)業(yè)，也是保障菜籃子安全、打造健康“菜籃子”的重要體現(xiàn)。

贛州市富硒土壤資源較為豐富，米振華對贛州地區(qū)以1∶25萬比例開展土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查表明，贛南地區(qū)土壤硒平均含量為0.30 mg/kg（0.01～0.77 mg/kg）；雍太健等也研究表明，贛州市土壤地球化學(xué)硒含量為0.27 mg/kg（0.08～3.42 mg/kg），高于全國土壤豐度0.20 mg/kg，其中硒含量適量及富硒土壤面積分別占總面積的74.5%及10.8%。但迄今為止，有關(guān)贛州市設(shè)施蔬菜土壤硒含量分布特征的研究尚未見報(bào)道。本文以贛南區(qū)域內(nèi)設(shè)施菜地耕層土壤硒為研究對象，探究設(shè)施菜地土壤硒含量、分布特征及其影響因素，明確其表層土壤硒生物地球化學(xué)特征，以期為贛南設(shè)施菜地土壤硒資源合理開發(fā)利用、發(fā)展設(shè)施富硒蔬菜產(chǎn)業(yè)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

贛州市位于江西省的南部、贛江上游，介于北緯24°29′～27°09′，東經(jīng)113°54′～116°38′之間，土地總面積39 379.6 km，占江西省總面積的23.6%，其中贛州市耕地保有面積4.37×10hm，全市現(xiàn)有設(shè)施鋼架大棚蔬菜基地1.90×10hm。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)域，年均氣溫19.8 ℃，積溫6 398.5 ℃，年均降雨量1 605 mm，年均日照時(shí)數(shù)1 621.9 h，無霜期288 d，贛南區(qū)域氣候溫和、積溫充足、無霜期長等，具有蔬菜高質(zhì)量發(fā)展的氣候條件。

1.2 樣品采集與處理

2021年6－8月，該時(shí)間段設(shè)施蔬菜處于拉秧、換茬修茬及高溫燜棚時(shí)期，以贛州市全市范圍內(nèi)設(shè)施大棚為研究對象，結(jié)合贛南設(shè)施連片蔬菜大棚的分布及其面積，根據(jù)代表性、典型性、均衡性的采樣布點(diǎn)原則，按照預(yù)設(shè)采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)及GPS定位系統(tǒng)到實(shí)地采樣，并結(jié)合實(shí)地調(diào)查情況，共布設(shè)具有代表性點(diǎn)位235個（圖1，由于設(shè)施大棚分布具有不均勻性及集中性特征，根據(jù)設(shè)施大棚總面積比例進(jìn)行分配取樣點(diǎn)位，部分區(qū)域會存在2～3個點(diǎn)位，即在圖中會存在較多重疊或重合現(xiàn)象），所有布設(shè)位點(diǎn)涉及覆蓋贛南18個縣（市、區(qū)）94個鄉(xiāng)鎮(zhèn)156村。采用“S”型取樣法采集每個點(diǎn)位的設(shè)施大棚0～20 cm 表層土壤，各樣品采用四分法約500 g土壤帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干，去除土壤樣品中的根系、礫石等雜質(zhì)，分別研磨過0.15和1.0 mm塑料尼龍網(wǎng)篩（PVC篩圈+尼龍網(wǎng)，不含金屬）制成待測樣品，保存聚乙烯自封袋中備用。

圖1 研究區(qū)域與設(shè)施菜地土壤采樣點(diǎn)位置 Fig.1 Location of greenhouse vegetable soil sampling points in the study area

1.3 樣品分析方法及土壤硒分級標(biāo)準(zhǔn)

稱取過0.15 mm尼龍篩的風(fēng)干土壤樣品0.200 g左右，加入6 mL HNO、2 mL HO及2 mL HF，使用MASTER-40微波消解儀進(jìn)行土壤樣品消解，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS, Agilent 7900，USA）測定土壤樣品中全硒（Se）含量。

依照《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行土壤理化性質(zhì)測定，其中土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀（雷磁DDSJ-308F型）測定，pH值采用土水比為1∶2.5下pH計(jì)（梅特勒-托利多FE28型）測定，堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散法，全氮采用全自動凱氏定氮儀（FOSS-8400型）測定，土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法，速效鉀測定采用乙酸銨浸提－火焰光度法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗分光光度法。

參考中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范，DZ/T 0295-2016》中土壤硒等級劃分方法，將土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.125、＞0.125～0.175、＞0.175～0.400、＞0.400～3.000及＞3.000 mg/kg劃分等級為硒不足、潛在硒不足、足硒、富硒及硒中毒。

1.4 樣品質(zhì)量監(jiān)控

采用插入?yún)⒈葮悠芳捌叫薪Y(jié)果對土壤全硒含量進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，參考《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范，DZ/T 0295-2016》的要求，保證檢驗(yàn)分析方法的準(zhǔn)確度及精確度，只有在參比樣品和平行結(jié)果均測定正常條件下，土壤樣品的全硒含量數(shù)據(jù)有效。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2010和SPSS 21.0軟件進(jìn)行分析和處理，常規(guī)制圖采用origin9.0軟件，其中采用SPSS軟件開展單樣本Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)。利用ArcGIS反距離權(quán)重插值（Inverse Distance Weighted，IDW）方法繪制土壤硒元素含量空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)施土壤全硒含量的統(tǒng)計(jì)特征分析

對研究區(qū)域235件設(shè)施土壤樣本中硒含量進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，贛南設(shè)施大棚海拔均在100～400 m，土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.31 mg/kg（0.03～1.25 mg/kg），變異系數(shù)（CV）為47.74%；K-S-Z值為0.88，對應(yīng)的概率值Sig.為0.42，大于顯著水平（0.05），則不應(yīng)拒絕原假設(shè)，設(shè)施土壤全硒含量服從正態(tài)分布（圖2a，表1）。

表1 贛南設(shè)施菜地土壤全硒含量及其在不同海拔下差異分析 Table 1 Total selenium content in greenhouse vegetable soil and its difference at different altitude in southern Jiangxi

研究區(qū)域分別有7.2%和7.7%的樣點(diǎn)數(shù)土壤全硒含量分別處于硒不足和潛在硒不足水平，另外有63.0%和22.1%的樣點(diǎn)數(shù)土壤全硒含量達(dá)到足硒和富硒標(biāo)準(zhǔn)，尚無土壤樣品達(dá)到硒中毒程度（圖2b）。

圖2 設(shè)施菜地土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)正態(tài)分布及分布頻率 Fig.2 Normal distribution and distribution frequency of total selenium content in greenhouse vegetable soil

2.2 硒含量的空間分布特征

硒不足及潛在硒不足的地區(qū)主要分布在贛南西南角區(qū)域（全南縣南部區(qū)域）以及其他零星區(qū)域（尋烏縣中部、定南西南部邊緣及信豐縣中部及西部等較小區(qū)域），贛南絕大部分區(qū)域設(shè)施土壤均處于足硒水平，富硒區(qū)域主要集中在贛南的正西部（上猶縣西部、崇義縣及大余縣全縣絕大區(qū)域）、東北部（寧都縣北部、興國縣東部）以及北部局部區(qū)域（章貢區(qū)南部、贛縣北部及于都縣中部等少部分區(qū)域），而目前尚無硒中毒區(qū)域（圖3）。

圖3 研究區(qū)域設(shè)施菜地土壤全硒含量空間分布 Fig.3 Spatial distribution of total selenium content in greenhouse vegetable soil in the study area

2.3 土壤理化性質(zhì)與全硒相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明，贛南地區(qū)土壤pH值與土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)=0.220）。此外，土壤全N、有機(jī)質(zhì)與土壤全硒相關(guān)系數(shù)分別為0.178及0.135，相關(guān)性均未達(dá)顯著水平；而土壤電導(dǎo)率、堿解氮、速效鉀、有效磷與全硒相關(guān)性也均未達(dá)顯著水平。

隨土壤pH值增加，設(shè)施土壤全硒含量逐漸增加，二者呈一元一次方程關(guān)系，即pH值每增加一個單位，土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均增加0.049 mg/kg（圖4）。

圖4 土壤全硒含量隨pH變化 Fig.4 Variation of soil total selenium contents with pH value

2.4 不同海拔下土壤全硒含量變化

海拔在100～200、200～300及300～400 m土壤全硒平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.33（0.07～1.25）、0.28（0.03～0.72）及0.25 mg/kg（0.04～0.46 mg/kg），正態(tài)分布檢驗(yàn)下概率值Sig.分別為0.23、0.95及1.00，均大于0.05，不同階段海拔的土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)均服從正態(tài)分布（表1）。相關(guān)分析表明（圖5），設(shè)施土壤全硒含量與海拔擬合一元一次方程，即隨著海拔增加設(shè)施土壤全硒含量呈降低趨勢。即海拔每增加1 m，設(shè)施菜地土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低5.35×10mg/kg。

圖5 土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨海拔變化 Fig.5 Variation of soil total selenium contents with altitude

2.5 不同經(jīng)緯度下土壤全硒含量變化

隨經(jīng)度增加，土壤全硒含量變化規(guī)律不明顯，贛南地區(qū)東西部差異不大，經(jīng)度與土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著相關(guān)（圖6a）。而土壤全硒含量隨緯度增加而增加，贛南地區(qū)設(shè)施土壤硒含量總體呈現(xiàn)南低北高的趨勢，由南向北，土壤全硒含量逐漸增加，緯度每增加1°，土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加0.090 mg/kg（圖6b）。

圖6 土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨經(jīng)度及緯度變化 Fig.6 Variation of soil total selenium contents with longitude and latitude

3 討 論

土壤全硒含量的高低是其供硒能力的重要體現(xiàn)，本研究表明，贛南地區(qū)設(shè)施菜地土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.31 mg/kg（0.03～1.25 mg/kg），較高于西藏拉薩曲水拉薩河沿岸農(nóng)田土壤背景值0.16 mg/kg，但較低于江西豐城市農(nóng)田土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.49 mg/kg，而與全國土壤硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平0.29 mg/kg較為接近。硒變異系數(shù)（CV）大小與人類活動強(qiáng)弱有關(guān)，高燈州等將CV＜10%、10%≤CV＜100%及CV＞100%分別表示為弱變異性、中等變異性及強(qiáng)變異性。本研究設(shè)施土壤全硒CV 47.74%，為中等變異性且CV值較大，推測該區(qū)域土壤硒來源較豐富，成土母質(zhì)及人類生存活動均與硒的地球化學(xué)行為有關(guān)。

探究土壤硒含量與環(huán)境因子的相關(guān)性，有利于揭示贛南設(shè)施土壤硒的主控影響因素。pH為不同價(jià)態(tài)和形態(tài)硒之間轉(zhuǎn)化的重要影響因素，酸性至堿性時(shí)硒主要以不易遷移和淋溶的亞硒酸鹽形態(tài)向易轉(zhuǎn)移和生物有效性大的硒酸鹽轉(zhuǎn)化，即有土壤pH與全硒含量呈負(fù)相關(guān)性的研究報(bào)道。本研究卻表明，pH每增加一個單位，全硒增加0.049 mg/kg。這可能由于研究區(qū)為酸性紅壤，均主要以亞硒酸鹽形態(tài)存在，其遷移能力及有效性差異不大，可能與土壤有機(jī)質(zhì)等其他指標(biāo)間接影響有關(guān)，這與吳興盛等、范薇等研究結(jié)果較為一致。但也有土壤全硒與pH無顯著相關(guān)的研究報(bào)道，如魏然等認(rèn)為酸性紅壤區(qū)pH值變化范圍較小，有機(jī)質(zhì)含量貧瘠，土壤全硒僅隨pH在一定幅度內(nèi)波動。高海拔地區(qū)土壤存在硒富集現(xiàn)象被報(bào)道，主要由于海拔增加氣溫降低，有機(jī)質(zhì)分解速率降低，與有機(jī)質(zhì)結(jié)合的有機(jī)復(fù)合態(tài)硒轉(zhuǎn)化成水溶態(tài)硒速率也降低，被植物吸收及淋溶消耗的硒含量相對較少，耕層土壤硒逐漸累積。但本研究表明，海拔每增加1 m，全硒含量降低5.35×10mg/kg?？赡苡捎诒狙芯坎蓸狱c(diǎn)海拔均在100～400 m范圍內(nèi)氣溫差異較小，對土壤有機(jī)質(zhì)分解及硒的吸附固定差異不大；而贛南地區(qū)為南方典型低山丘陵地形，局部小氣候特征明顯，降雨量較為充足，而贛南地區(qū)鋼架大棚近幾年才大面積陸續(xù)建成，建成前高海拔地區(qū)長期受到降雨影響，土壤硒易發(fā)生淋溶及遷移，從而高海拔區(qū)土壤硒含量較低。經(jīng)緯度主要通過成土母質(zhì)、氣象條件等因素共同影響土壤全硒含量。高明慧等研究認(rèn)為，隨緯度增加，山東省淄川區(qū)土壤耕層硒含量變化規(guī)律不明顯，而隨經(jīng)度增加土壤硒含量降低。而本研究卻認(rèn)為，隨經(jīng)度增加土壤全硒含量變化不大，但緯度增加1°，土壤全硒增加0.090 mg/kg。這可能與研究區(qū)年均氣溫與緯度呈負(fù)相關(guān)、與經(jīng)度相關(guān)性不大有一定關(guān)聯(lián)；隨緯度間增加氣溫降低，繼而有機(jī)質(zhì)分解速率慢、土壤硒發(fā)生富集現(xiàn)象。

贛南設(shè)施土壤硒資源豐富，但酸性紅壤硒生物有效性較低，直接影響作物對硒的吸收與積累，提高紅壤-作物系統(tǒng)硒生物有效性是提升富硒技術(shù)的重要措施。首先，土壤酸化改良，研究發(fā)現(xiàn)該贛南設(shè)施土壤pH值為5.28（3.70～6.86），而隨土壤pH值增加土壤硒生物有效性增加，即有必要開展紅壤酸化改良提升硒生物有效性研究及其推廣。其次，土壤有機(jī)質(zhì)提升，研究發(fā)現(xiàn)贛南設(shè)施土壤有機(jī)質(zhì)含量為26.8（10.0～42.2）g/kg，而有機(jī)質(zhì)可吸附固定土壤硒、進(jìn)而提高全硒，同時(shí)基于微生物作用有機(jī)質(zhì)通過降解作用向土壤釋放硒，提高土壤硒的生物有效性，即需揭示動植物源有機(jī)肥施用等有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)對紅壤-作物系統(tǒng)硒生物有效性的影響及其機(jī)制。另外，研究區(qū)7.2%和7.7%樣點(diǎn)數(shù)土壤硒分別處于硒不足及潛在硒不足水平（圖2，圖3），該區(qū)域僅通過內(nèi)源調(diào)控?zé)o法實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品富硒，需采用外源調(diào)控（硒肥應(yīng)用等）為主兼顧內(nèi)源調(diào)控的富硒生產(chǎn)技術(shù)。綜上，通過內(nèi)源調(diào)控（酸化改良、有機(jī)質(zhì)提升等）及外源調(diào)控（硒肥施用）技術(shù)研究，建立贛南設(shè)施蔬菜富硒生產(chǎn)技術(shù)體系，促進(jìn)富硒蔬菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 論

1）贛南地區(qū)設(shè)施菜地土壤全硒平均為0.31 mg/kg（0.03～1.25 mg/kg），63.0%和22.1%的樣點(diǎn)數(shù)土壤全硒含量分別達(dá)到足硒和富硒標(biāo)準(zhǔn)，而7.2%和7.7%的樣點(diǎn)數(shù)土壤全硒含量分別處于硒不足和潛在硒不足水平，缺硒土壤主要集中在贛南地區(qū)西南角部分區(qū)域。

2）贛南地區(qū)土壤pH值每增加一個單位，土壤全硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均增加0.049 mg/kg，紅壤區(qū)土壤酸化改良有利于土壤硒的富集。

3）贛南高緯度低海拔地區(qū)更利于土壤硒的富集，可作為富硒蔬菜開發(fā)的重要區(qū)域。