宜章縣耕地土壤硒含量空間分布特征及成因①

丁庭康，周衛(wèi)軍*，岳晴晴，彭素華，劉 沛，崔浩杰，譚振華

宜章縣耕地土壤硒含量空間分布特征及成因①

丁庭康1，周衛(wèi)軍1*，岳晴晴1，彭素華2，劉 沛1，崔浩杰1，譚振華3

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書館，長(zhǎng)沙 410128；3 湖南省宜章縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局湘南臍橙綜合試驗(yàn)站，湖南宜章 424206)

厘清宜章縣耕地土壤硒含量空間分布及影響因素，對(duì)開發(fā)特色富硒農(nóng)產(chǎn)品和保障人體健康具有重大意義。采用野外調(diào)查采樣、實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和模型模擬等方法，分析宜章縣耕地土壤硒含量分布特征及其影響因素。研究結(jié)果表明：①宜章縣耕層土壤硒含量平均值0.64 mg/kg，變幅為0.13 ～ 2.80 mg/kg，變異系數(shù)為44.57%，屬中等變異程度，耕地土壤硒含量高、耕地富硒面積大；②土壤硒含量呈聚集性分布，中部有一條自東北向南從玉溪鎮(zhèn)經(jīng)梅田鎮(zhèn)、漿水鎮(zhèn)、長(zhǎng)村鄉(xiāng)、一六鎮(zhèn)、笆籬鎮(zhèn)、天塘鄉(xiāng)的中高富硒帶，塊金效應(yīng)值為0.505，說(shuō)明宜章縣土壤硒空間自相關(guān)性程度為中等，土壤硒含量受空間結(jié)構(gòu)因素(自然因素)和隨機(jī)因素(人為因素)共同影響；③不同成土母質(zhì)發(fā)育的土壤硒含量差異較大，板頁(yè)巖發(fā)育的耕地土壤硒含量最高，平均硒含量達(dá)到0.76 mg/kg；④不同土壤類型對(duì)硒含量有明顯影響，潮土和黑色石灰土的土壤硒平均含量最高，均達(dá)到了0.68 mg/kg，紫色土和黃壤硒含量較低，平均硒含量分別只有0.54 mg/kg和0.53 mg/kg；⑤相關(guān)分析表明：土壤硒含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、錳、銅、鋅和CEC顯著正相關(guān)。在富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，須考慮土壤硒含量分布特征，并結(jié)合相應(yīng)土壤管理、科學(xué)施肥、農(nóng)藝措施等進(jìn)行。

宜章縣；土壤硒；空間分布；影響因素；富硒農(nóng)產(chǎn)品

硒是人類和動(dòng)物都必需的一種微量營(yíng)養(yǎng)元素，國(guó)內(nèi)外大量研究均證實(shí)硒可以提高人體免疫能力、進(jìn)行重金屬解毒，同時(shí)在預(yù)防部分癌癥和地方病等方面也具有重要的功效[1-3]。硒缺失有可能引起關(guān)節(jié)炎、克山病等疾病，而硒過(guò)量則會(huì)大大增加癌癥的發(fā)病率[4]。人類獲取硒的途徑主要是攝入食物，而食物中硒來(lái)源于土壤，所以土壤中的硒才是人類獲取硒元素的最終來(lái)源[5-6]。與此同時(shí)，中國(guó)是全球缺硒40個(gè)國(guó)家之一，是嚴(yán)重缺硒的國(guó)家，2/3地區(qū)缺硒，硒的空間分布不均，且差距明顯[7]。

近年來(lái)對(duì)土壤硒元素含量的研究成果很多，眾多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的硒元素空間分布特征和影響因素進(jìn)行了大量的分析，一般都認(rèn)為硒元素其影響因素主要為成土母質(zhì)、土壤類型、人為影響方式和土壤理化性狀[8]。朱建明等[9]在研究恩施富硒土壤的硒元素的來(lái)源時(shí)，發(fā)現(xiàn)主要因素為人類活動(dòng)與富硒地層的風(fēng)化作用，人類活動(dòng)以物理堆積和遷移為主，同時(shí)由于在耕地土壤中耕作，改變了土壤的理化性質(zhì)，從而帶來(lái)農(nóng)作物的富硒；商靖敏等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在洋河流域表層土壤中硒相關(guān)性最好的是土壤的黏粒性，pH越高，硒含量越低，同時(shí)隨著海拔的升高硒含量有明顯的增加；姜磊[11]在萬(wàn)源富硒區(qū)土壤中硒的分析表明，pH的增高會(huì)導(dǎo)致硒元素的增加，有機(jī)質(zhì)也是影響硒含量的一個(gè)決定因素；鄭新如等[12]在對(duì)石泉縣中部地區(qū)硒的影響因素分析中認(rèn)為成土母質(zhì)是導(dǎo)致硒含量差異的主要因素，同時(shí)硒含量與主要重金屬As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn、Pb等元素存在著較強(qiáng)的伴生關(guān)系。表明不同地區(qū)由于眾多因素的影響下對(duì)硒的因素分析也有不同的結(jié)果，具有一定的地區(qū)差異性。本文以郴州市宜章縣作為研究地區(qū)，采用網(wǎng)格布點(diǎn)法布設(shè)樣點(diǎn)進(jìn)行采樣分析測(cè)定及空間預(yù)測(cè)，以期弄清宜章縣耕地土壤硒資源分布情況和影響因素，為富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)和人體健康提供支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

宜章縣位于湖南省的南部，隸屬郴州市，地理位置112°37′ ～ 113°20′E、24°53′ ～ 25°41′N，總面積2 117 km2，屬于典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候。宜章縣地處南嶺山脈中段，以山地類型為主，地勢(shì)南北高、中間低，大致呈現(xiàn)出由南北西3個(gè)方向向中東部?jī)A斜的趨勢(shì)。研究區(qū)內(nèi)主要分布水稻土、紅壤、紅色石灰土、紫色土等土壤類型；成土母質(zhì)以石灰?guī)r風(fēng)化物、板頁(yè)巖風(fēng)化物、近代河湖沖積物和沉積物以及花崗巖風(fēng)化物為主。宜章縣是全國(guó)糧食生產(chǎn)大縣、全國(guó)茶業(yè)百?gòu)?qiáng)縣和全國(guó)臍橙標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)示范縣，同時(shí)還是全國(guó)100個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)煤縣之一和湖南省10個(gè)煤炭基地縣之一。自然資源豐富，產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ?，具有開發(fā)富硒新興產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的潛力。

1.2 樣品的采集

土壤樣品采集布點(diǎn)使用全國(guó)第二次土地調(diào)查更新后的土地利用現(xiàn)狀圖，采用網(wǎng)格布點(diǎn)法，綜合考慮地形地貌、土壤類型、農(nóng)作物類型等因素，差異化布設(shè)調(diào)查點(diǎn)位。其中研究區(qū)耕地布點(diǎn)密度為11.91 km2一個(gè)樣點(diǎn)，共采集了2 437個(gè)有效土壤樣點(diǎn)，采用雙對(duì)角線五點(diǎn)混合采樣法，采集耕作表層土壤(0 ～ 20 cm)，采樣與分析時(shí)間為2019年。

1.3 制樣與測(cè)定方法

將取回的土樣放置在風(fēng)干室內(nèi)，剔除土壤中混雜的磚瓦、石塊、石灰結(jié)核、動(dòng)植物殘?bào)w等，室內(nèi)自然風(fēng)干，研磨過(guò)篩。粗制完成的土壤樣品按要求分為省庫(kù)樣品、流轉(zhuǎn)中心留存樣品和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)樣品進(jìn)行樣品裝運(yùn)。實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)樣品經(jīng)流轉(zhuǎn)中心插入質(zhì)控樣品后流轉(zhuǎn)至檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室。

pH采用玻璃電極法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法–外加熱法測(cè)定，土壤全銅、全鋅、全錳的測(cè)定采用酸熔法，土壤陽(yáng)離子交換容量(CEC)采用乙酸銨法測(cè)定[13-14]，全硒測(cè)定參照NY1104—2006《土壤中全硒的測(cè)定》[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)

本研究采用 IBM SPSS Statistics 23 進(jìn)行數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)和單因素方差分析，利用GS+ 建立半方差函數(shù)模型，采用ArcGIS 10.5進(jìn)行Moran’s I指數(shù)分析和冷熱點(diǎn)分析；在半方差模型基礎(chǔ)上用普通克里金插值法繪制宜章縣耕地土壤富硒水平分布圖，Microsoft Excel 2016繪制其余統(tǒng)計(jì)表格和圖件。

湖南省耕地基本上呈酸性，依據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)DD 2019-10《天然富硒土地劃定與標(biāo)識(shí)》[16]規(guī)定：在中酸性土壤(pH≤7.5)中，當(dāng)土壤硒含量達(dá)到0.40 mg/kg時(shí)，該土壤定義為富硒土壤。為了區(qū)別土壤富硒水平的高低，本研究以土壤富硒標(biāo)準(zhǔn)閾值的2倍和3倍為界，定義了4個(gè)富硒級(jí)別：非富硒(Se < 0.4 mg/kg)、低富硒(0.4 mg/kg ≤ Se < 0.8 mg/kg)、中富硒(0.8 mg/kg ≤ Se < 1.2 mg/kg)、高富硒(Se ≥ 1.2 mg/kg)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地土壤硒含量總體分布特征

根據(jù)表1可知，宜章縣耕地土壤硒含量變幅為0.13 ～ 2.80 mg/kg，硒平均值為0.64 mg/kg，是全國(guó)表層土壤硒平均值(0.29 mg/kg)[17]的2.2倍。其中，水田硒含量的變幅為0.13 ～ 2.80 mg/kg，平均值為0.63 mg/kg，略低于耕地平均值；旱地硒含量變幅為0.21 ～ 2.64 mg/kg，平均值為0.65 mg/kg，略高于耕地硒含量平均值；旱地和水田硒含量變異系數(shù)分別為44.08% 和44.89%，呈中等變異程度。

根據(jù)本研究定義的富硒級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)，宜章縣土壤樣本中硒含量達(dá)到高富硒水平有98個(gè)樣點(diǎn)，占比4.02%(圖1)；423個(gè)樣點(diǎn)達(dá)到中富硒水平，占比17.36%；達(dá)到低富硒水平有1 537個(gè)樣點(diǎn)，占比63.07%；達(dá)到富硒水平的三者合計(jì)高達(dá)84.45%。僅有379個(gè)樣點(diǎn)為非富硒水平，占比15.55%。宜章縣耕地土壤總體處于富硒水平，以低富硒水平為主，富硒耕地資源比較豐富。

表1 硒含量描述性統(tǒng)計(jì)特征

圖1 土壤硒含量頻率分布圖

2.2 耕地土壤硒的空間結(jié)構(gòu)特征及其分布特征

2.2.1 全局自相關(guān)分析 為了進(jìn)一步研究宜章縣耕地土壤硒在區(qū)域內(nèi)的空間聚集程度和相關(guān)性，運(yùn)用Moran’s I指數(shù)對(duì)耕地中硒含量分布進(jìn)行全局自相關(guān)分析，同時(shí)運(yùn)用熱點(diǎn)分析指標(biāo)(Getis-Ord Gi)分析局部空間自相關(guān)程度。全局自相關(guān)分析結(jié)果顯示，Moran’s I指數(shù)為0.237，<0.01，Zscore為32.67>2.58，具有統(tǒng)計(jì)意義，表明宜章縣耕地土壤硒含量具有顯著的空間自相關(guān)性，具有一定強(qiáng)度的空間集聚性。

2.2.2 局部冷熱點(diǎn)分析 在進(jìn)行Moran’s I指數(shù)計(jì)算后，再通過(guò)冷熱點(diǎn)分析進(jìn)一步研究宜章縣耕地土壤硒含量在區(qū)域范圍內(nèi)的集聚性，同時(shí)繪制了<0.01的空間分布圖(圖2)。宜章縣土壤熱點(diǎn)區(qū)集中分布在中部(天塘鎮(zhèn)、長(zhǎng)村鄉(xiāng)、巖泉鎮(zhèn))、中西部地區(qū)(梅田鎮(zhèn)、漿水鄉(xiāng)、玉溪鎮(zhèn))，而冷點(diǎn)區(qū)主要分布在東北部(瑤崗仙鎮(zhèn)、里田鎮(zhèn)、赤石鄉(xiāng)、楊梅山鎮(zhèn))、東部(栗源鎮(zhèn)、關(guān)溪鄉(xiāng)、笆籬鎮(zhèn))、西部(黃沙鎮(zhèn))。

圖2 冷熱點(diǎn)分析圖

2.2.3 半方差函數(shù)分析 半方差函數(shù)是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中研究土壤空間變異性的一個(gè)重要函數(shù)，可以用來(lái)分析土壤元素的空間分布結(jié)構(gòu)特征和隨機(jī)性特征[18]。通過(guò)對(duì)4個(gè)模型進(jìn)行半方差函數(shù)建立，如表2所示，指數(shù)模型的決定系數(shù)2最高為0.856，殘差(RSS)為4.774 × 10–4，趨勢(shì)最接近于0，擬合效果最好，能夠準(zhǔn)確地反映土壤硒的空間分布特征。半方差函數(shù)模型的塊金效應(yīng)值是指隨機(jī)因素(人類行為活動(dòng))引起的空間變異占系統(tǒng)總變異的比值，隨機(jī)因素引起的變異程度越高，塊金效應(yīng)值就越大；相反，塊金效應(yīng)值越小，則表明研究區(qū)由結(jié)構(gòu)性因素(成土母質(zhì)、土壤類型等)引起的變異程度較大[19]。研究區(qū)塊金效應(yīng)值為0.505，介于0.25 ～ 0.75，表明研究區(qū)土壤硒元素空間自相關(guān)性程度為中等，受結(jié)構(gòu)性因素影響的同時(shí)也受隨機(jī)因素的影響[20]。變程為3.07 km，說(shuō)明硒的空間自相關(guān)范圍比較大。

2.3 土壤硒含量空間分布特征

根據(jù)半方差函數(shù)分析的指數(shù)模型為基礎(chǔ)，采用普通克里金插值法得到宜章縣耕地土壤硒含量空間分布結(jié)果示意圖(圖3)。由圖可知，宜章縣大部分耕地處于低富硒水平，在中部有一條自東北向南從玉溪鎮(zhèn)經(jīng)梅田鎮(zhèn)、漿水鎮(zhèn)、長(zhǎng)村鄉(xiāng)、一六鎮(zhèn)、笆籬鎮(zhèn)、天塘鎮(zhèn)的中高富硒帶。其中，高富硒水平耕地主要分布在宜章縣中西部，位于梅田鎮(zhèn)西部和玉溪鎮(zhèn)西部；中富硒耕地分布在中部和西部的連片耕地上，主要分布在一六鎮(zhèn)、天塘鎮(zhèn)和長(zhǎng)村鄉(xiāng)，在梅田鎮(zhèn)和玉溪鎮(zhèn)同樣也有中富硒耕地分布，呈現(xiàn)出很高的集聚狀態(tài)。少量非富硒水平的耕地分布在北部區(qū)域，主要分布在東北部赤石鄉(xiāng)，在中部笆籬鎮(zhèn)和白石渡鎮(zhèn)也有小塊集聚分布，占全縣耕地比僅2.2%。全縣分布最多的低富硒水平耕地基本全覆蓋，面積占比高達(dá)83%?？傮w看來(lái)宜章縣耕地土壤硒含量比較高，富硒耕地資源豐富，具有很大的富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景。

2.3.1 不同成土母質(zhì)發(fā)育的耕地土壤硒含量的變化 土壤的形成與成土母質(zhì)密切聯(lián)系，所以土壤硒含量與成土母質(zhì)含硒量也同樣相關(guān)，通過(guò)對(duì)宜章縣的樣本分析中得出成土母質(zhì)硒含量表現(xiàn)為：板頁(yè)巖風(fēng)化物>石灰?guī)r風(fēng)化物>砂巖風(fēng)化物>河湖沖沉積物>花崗巖風(fēng)化物>紫色砂頁(yè)巖風(fēng)化物(表3)。研究區(qū)以板頁(yè)巖風(fēng)化物母質(zhì)發(fā)育的耕地土壤硒含量平均值最高，達(dá)到了0.76 mg/kg，接近于中富硒水平。這是由于在板頁(yè)巖風(fēng)化物母質(zhì)發(fā)育的泥質(zhì)巖類風(fēng)化物中帶有碎屑物和次生礦物，以團(tuán)聚結(jié)構(gòu)為主，有機(jī)質(zhì)比較豐富[21]，對(duì)硒的吸附作用較強(qiáng)，所以板頁(yè)巖風(fēng)化物母質(zhì)中硒含量顯著高于其他母質(zhì)，是所有成土母質(zhì)中硒含量最高的。方差分析也表明板頁(yè)巖與其他母質(zhì)具有顯著性差異，其余成土母質(zhì)平均硒含量差異較小，但也都處在低富硒水平。紫色砂頁(yè)巖風(fēng)化物平均硒含量最低，為0.59 mg/kg，但是也達(dá)到了富硒水平，說(shuō)明宜章縣耕地土壤硒含量整體比較豐富。

圖3 耕地土壤硒含量等級(jí)分布圖

2.3.2 不同土壤類型的硒含量特征 土壤硒含量同時(shí)也與土壤質(zhì)地、土壤熟化程度、地力等級(jí)、氣候等有關(guān)系[22]，根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查的數(shù)據(jù)得知，研究區(qū)土地類型主要以水稻土、紅壤、紅色石灰土、黃壤、紫色土、黑色石灰土為主。按照土壤類型進(jìn)行了研究區(qū)內(nèi)硒含量平均值的描述性統(tǒng)計(jì)(表4)，可以看出在不同土壤類型中，潮土、黑色石灰土和紅壤硒含量較高。宜章縣地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，淋溶作用強(qiáng)，但是紅壤成土母質(zhì)大都為石灰?guī)r風(fēng)化物，由石灰?guī)r風(fēng)化物發(fā)育的紅壤質(zhì)地黏重，對(duì)于硒的吸附作用大于淋溶作用，所以硒含量較高[23]。紫色土和黃壤硒含量均值比較低，分別為0.54 mg/kg和0.53 mg/kg。紫色土是由紫色砂頁(yè)巖風(fēng)化物發(fā)育而成，紫色巖是中、新生代的產(chǎn)物，成巖年齡較小，土壤固結(jié)性一般，土體更新快，也容易產(chǎn)生水土流失，母巖中的碳酸鈣一定程度地淋失，形成的土壤有機(jī)質(zhì)積累量較低[24]，導(dǎo)致土壤硒含量較低。宜章縣不同土壤類型硒含量為0.53 ～ 0.68 mg/kg，總體變幅比較小，變異系數(shù)也都處在10% ～ 100%，屬中等變異程度。

表3 不同成土母質(zhì)耕地硒含量

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示各成土母質(zhì)之間差異顯著(<0.05)。

表4 不同土壤類型耕地硒含量

2.4 耕地土壤硒含量成因分析

2.4.1 土壤礦質(zhì)元素、CEC對(duì)土壤硒含量的影響 相關(guān)性分析(表5)發(fā)現(xiàn)硒與Mn、Cu、Zn具有極顯著的正相關(guān)性，其中Cu2+與硒含量相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.469；其次為Zn2+，相關(guān)系數(shù)為0.366；Mn2+相關(guān)系數(shù)為0.290；礦質(zhì)離子的增加會(huì)增加硒的含量，Cu、Zn、Mn三者之間也互相呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明土壤硒與礦質(zhì)離子具有相同的來(lái)源，均來(lái)自于成土母質(zhì)。土壤中硒和礦質(zhì)元素均對(duì)成土母質(zhì)有較好的繼承性，二者呈現(xiàn)出較好的協(xié)同作用，礦質(zhì)元素的增加將會(huì)隨之帶來(lái)更多的硒，這與湖北恩施[25]、陜西紫陽(yáng)[26]和廣西都安[27]等高地質(zhì)背景成因的富硒土壤同時(shí)富集礦質(zhì)元素的特征一致。

表5 耕地土壤硒含量與pH、SOM、Mn、Cu、Zn和CEC的相關(guān)性

注：*、**分別表示相關(guān)性達(dá)<0.05 和<0.01 顯著水平(雙尾)。

CEC是指帶負(fù)電荷的土壤膠體借靜電引力吸附土壤溶液中各種陽(yáng)離子的數(shù)量，是土壤緩沖性能的主要來(lái)源[28]。對(duì)硒與CEC的相關(guān)性分析中，宜章縣耕地土壤中硒含量與CEC呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.153(<0.01)，說(shuō)明伴隨著CEC的增加，也會(huì)增加土壤中硒的含量。這可能是由于研究區(qū)內(nèi)耕地主要以壤質(zhì)土為主，土壤中黏粒較高，吸附陽(yáng)離子較多，與此同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)硒元素的吸收和固定。

2.4.2 土壤pH對(duì)土壤硒含量的影響 土壤pH是影響土壤硒含量的一個(gè)重要因素[29]。根據(jù)表5相關(guān)性分析可知pH與土壤硒呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)，相關(guān)系數(shù)為–0.094。研究區(qū)內(nèi)土壤pH最高為8.7，最低3.9，平均值為6.3，進(jìn)一步研究pH與土壤硒含量的關(guān)系，對(duì)pH從小到大進(jìn)行排序，按照0.6和0.8個(gè)單位進(jìn)行分組劃分，統(tǒng)計(jì)組內(nèi)硒含量的平均值(圖4)。結(jié)果表明，在pH<5.5的情況下，土壤硒含量隨pH的升高而大幅減少；pH>5.5后，土壤硒含量隨pH升高而降低的幅度有所緩和。

圖4 土壤硒與pH的關(guān)系

2.4.3 土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤硒含量的影響 土壤有機(jī)質(zhì)是自然環(huán)境中的一種還原性物質(zhì)，有機(jī)質(zhì)在腐質(zhì)化的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生腐殖酸和顆粒物體，容易吸收硒元素[30]。根據(jù)表6對(duì)有機(jī)質(zhì)與土壤硒相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)二者呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。原因在于土壤有機(jī)質(zhì)可以使土壤硒與腐殖質(zhì)結(jié)合為有機(jī)復(fù)合體的難溶化合物，提高了對(duì)土壤硒的吸附與固定[31]。為了進(jìn)一步探究宜章縣土壤有機(jī)質(zhì)與土壤硒的關(guān)系，以有機(jī)質(zhì)含量從小到大的順序，按照8 g/kg和10 g/kg為間隔進(jìn)行有機(jī)質(zhì)分組，保證每個(gè)區(qū)間有超過(guò)30個(gè)樣本量統(tǒng)計(jì)土壤硒含量的平均值。結(jié)果(圖5)表明：SOM<20 g/kg的情況下，土壤硒含量隨著有機(jī)質(zhì)的升高而降低；而在SOM>20 g/kg的情況下，土壤硒含量隨著有機(jī)質(zhì)的增加而顯著增加，一般情況下，有機(jī)質(zhì)含量越高，硒含量越高[32]。

3 討論

3.1 耕地土壤硒的空間分布特征

宜章縣內(nèi)耕地土壤硒含量為0.13 ～ 2.80 mg/kg，平均值0.64 mg/kg，是全國(guó)土壤平均硒含量(0.29 mg/kg)的2.2倍，變異系數(shù)為44.57%，屬中等程度變異。按照本文劃分標(biāo)準(zhǔn)富硒水平下，富硒土壤樣品數(shù)2 058，占比84.45%，其中高富硒4.02%，中富硒17.36%，低富硒63.07%。宜章縣富硒耕地資源豐富，可以因地制宜發(fā)展相關(guān)產(chǎn)品，提高富硒農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)保障人體健康。

圖5 土壤硒與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系

本研究中，Moran’s I指數(shù)為0.237，塊金效應(yīng)值為0.505，介于0.25 ～ 0.75，說(shuō)明研究區(qū)土壤硒空間自相關(guān)性程度為中等，表明土壤硒含量受空間結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素共同影響。本研究結(jié)果與朱青等[33]研究結(jié)果一致，同牟葉果等[34]研究結(jié)果有不同，可能是由于研究區(qū)域差異較大，宜章縣地處湖南南部，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，土壤硒含量影響因素與貴州地區(qū)有不同。

在空間分布上，宜章縣耕地以低富硒水平耕地為主，占比達(dá)83%；中、高富硒水平耕地土壤分布少數(shù)幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(梅田鎮(zhèn)、玉溪鎮(zhèn)、天塘鎮(zhèn))。建議合理布局富硒農(nóng)產(chǎn)品的資源，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈，注意水土保持的同時(shí)提高富硒農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。非富硒水平耕地僅在赤石鄉(xiāng)有集中分布，可以通過(guò)調(diào)節(jié)pH和增加有機(jī)質(zhì)含量來(lái)提高耕地土壤硒含量，預(yù)防缺硒疾病的發(fā)生。

3.2 耕地土壤硒含量的成因分析

土壤是成土母巖在風(fēng)化作用下而形成的產(chǎn)物，由于成土母質(zhì)中各種成分含量的差別，導(dǎo)致不同母質(zhì)發(fā)育的土壤中各元素的含量差異也不同[35]。土壤硒含量對(duì)成土母質(zhì)通常情況下具有非常明顯的繼承性[36]，席冬梅等[37]也在研究中發(fā)現(xiàn)成土母質(zhì)是土壤中硒元素的決定性來(lái)源。本研究中，板頁(yè)巖風(fēng)化物的成土母質(zhì)硒含量最高，且與其他母質(zhì)具有顯著性的差異，但是在本研究中成土母質(zhì)并不能完全解釋土壤中硒的含量差異。除板頁(yè)巖風(fēng)化物之外的其他成土母質(zhì)硒含量差異性并不明顯，這也與孫國(guó)新和張召陽(yáng)[38]在對(duì)比全國(guó)土壤硒含量與母質(zhì)硒含量的分布中有相似的結(jié)論，戴慧敏等[39]在東北平原上研究硒含量也發(fā)現(xiàn)硒對(duì)成土母質(zhì)的繼承性并不是很明顯。

不同土壤類型中，黃壤硒含量最低，這與蔡立梅等[40]和羅海怡等[41]的研究中黃壤硒含量較高的結(jié)果有差異。據(jù)分析，研究區(qū)內(nèi)黃壤含礦質(zhì)離子含量較少，從而導(dǎo)致硒元素的集聚效應(yīng)變小，所以黃壤中硒含量比較低。紫色土硒含量也較低，此結(jié)果與李杰等[24]和蔡大為等[42]研究結(jié)果相符，紫色土容易發(fā)生水土流失，土壤結(jié)構(gòu)較差，有機(jī)質(zhì)含量比較低，導(dǎo)致硒含量也比較低，這也與成土母質(zhì)中紫色砂頁(yè)巖風(fēng)化物發(fā)育的土壤硒含量較低達(dá)成一致。

宜章縣耕地土壤硒含量與pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，尤其在強(qiáng)酸環(huán)境下(pH<5.5)，土壤硒含量隨著pH的增加明顯下降。這與李曉慧等[30]研究結(jié)果一致，土壤硒含量與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)；而鄭新如等[12]在對(duì)pH與硒含量的相關(guān)分析中發(fā)現(xiàn)兩者呈正相關(guān)關(guān)系。在偏堿性土壤環(huán)境中，硒主要以硒酸態(tài)為主，酸性和中性土壤環(huán)境中亞硒酸鹽存在較多。亞硒酸鹽與吸附質(zhì)的親和力較強(qiáng)，而硒酸態(tài)與吸附質(zhì)的親和力較弱，溶解度大[31]，在一般情況下，土壤的pH越高，也就是越偏堿性的環(huán)境中，土壤中的硒越容易溶解，硒的淋溶性也越高，這些都容易導(dǎo)致硒的流失。除此之外，硒的甲基化程度也是影響硒含量的一個(gè)重要因素，土壤中的pH越高，硒的甲基化能力就會(huì)越強(qiáng)，使得土壤中硒的流轉(zhuǎn)速率變快，硒元素流失得也越快，土壤中硒的含量也就會(huì)變得越低[32]。

土壤有機(jī)質(zhì)與土壤硒含量呈顯著正相關(guān)，但是在SOM<20 g/kg的時(shí)候?qū)ν寥牢坑幸种谱饔?。在李永華和王五一[31]的研究中，對(duì)有機(jī)質(zhì)對(duì)硒的影響分析中得出有機(jī)質(zhì)對(duì)硒含量的集聚具有兩面性，當(dāng)它只作為陰離子的環(huán)境物質(zhì)時(shí)，會(huì)降低硒的遷移和傳輸能力，植物也難以進(jìn)行吸收；當(dāng)有機(jī)質(zhì)作為媒介可以吸附陰離子的時(shí)候，同時(shí)也會(huì)吸附硒元素，增強(qiáng)對(duì)硒的吸收和固定作用。因此，在富硒資源開發(fā)中，要合理利用二者的關(guān)系。

4 結(jié)論

1)宜章縣耕地土壤硒含量比較豐富，適合發(fā)展富硒產(chǎn)業(yè)，對(duì)提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平和改善人體健康具有重大作用。

2)在空間分布上，宜章縣耕地土壤硒含量具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，分布狀況聚集，以低富硒耕地為主，中高富硒耕地分布于中部和西部，富硒耕地資源豐富，具有很大的開發(fā)潛力。

3)土壤硒含量與pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與有機(jī)質(zhì)、Cu、Zn、Mn和CEC呈顯著正相關(guān)，板頁(yè)巖風(fēng)化物硒含量明顯高于其他母質(zhì)，紫色土發(fā)育土壤硒含量較低，與紫色砂頁(yè)巖母質(zhì)硒含量較低一致，宜章縣耕地土壤硒含量的空間變異性是在隨機(jī)因素(土壤理化性狀)和結(jié)構(gòu)性因素(成土母質(zhì)、土壤類型)共同作用下的結(jié)果。

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Spatial Distribution Characteristics and Influencing Factors of Selenium Content in Cultivated Land in Yizhang County

DING Tingkang1, ZHOU Weijun1*, YUE Qingqing1, PENG Suhua2, LIU Pei1, CUI Haojie1, TAN Zhenhua3

(1 College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2 Library of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 3 Xiangnan Navel Orange Comprehensive Experimental Station, Agricultural and Rural Bureau of Hunan, Yizhang County, Yizhang, Hunan 424206, China)

Understanding the spatial distribution and influencing factors of selenium (Se) content in cultivated soil in Yizhang County is of great significance for the development of characteristic Se-rich agricultural products and the protection of human health. The distribution characteristics and influencing factors of Se content in cultivated soil in Yizhang County were analyzed by field investigation, laboratory analysis, mathematical statistics and model simulation. The results showed that: 1)The average Se content of topsoil in Yizhang County is 0.64 mg/kg, ranging from 0.13 to 2.80 mg/kg, and the coefficient of variation is 44.57%, which is a moderate degree of variation. 2)There is a middle-high selenium-rich belt from Yuxi Town to Meitian Town, Jiangshui Town, Changcun Township, Yiliu Town, Fence Town and Tiantang Township from northeast to south in the middle. The nugget effect value is 0.505, indicating that the spatial autocorrelation degree of soil Se in Yizhang County is moderate, and soil Se content is affected by spatial structure factors (natural factors) and random factors (human factors). 3)There are significant differences in Se content in soils developed from different soil parent materials. Soil Se content of cultivated land developed from slate shale is the highest, with an average selenium content of 0.76 mg/kg. 4)Different soil types have obvious effects on selenium content, and the average content of Se in fluvo-aquic soil and black calcareous soil is the highest, reaching 0.68 mg/kg, and the average selenium content of purple soil and yellow soil is only 0.54 mg/kg and 0.53 mg/kg, respectively. 5)Correlation analysis showed that soil Se content is significantly negatively correlated with pH and positively correlated with organic matter, Mn, Cu, Zn and CEC. In developing Se-rich agricultural products, the distribution characteristics of soil Se content should be considered, and the corresponding soil management, scientific fertilization and agronomic measures should be combined.

Yizhang County; Soil selenium (Se); Spatial distribution; Influencing factors; Se-rich agricultural products

S153.6

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.03.021

丁庭康, 周衛(wèi)軍, 岳晴晴, 等. 宜章縣耕地土壤硒含量空間分布特征及成因. 土壤, 2023, 55(3): 626–633.

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-26)和湖南省耕地重金屬加密調(diào)查項(xiàng)目(2020ST-01)資助。

(wjzh0108@163.com)

丁庭康(1999—)，男，湖南醴陵人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)資源利用。E-mail: 1907560194@qq.com