內蒙古土默特左旗土壤與農(nóng)作物中硒含量的影響因素

［關鍵詞］硒；土壤；農(nóng)作物；土默特左旗；內蒙古

硒（Se）是人體必需的微量元素之一，具有很強的生物活性，是很好的抗氧化劑。已有研究表明，攝入適量硒有預防心血管疾病、抗癌、延緩衰老、祛斑養(yǎng)顏、防輻射、調節(jié)蛋白質合成、增強人體免疫力和生殖功能、調節(jié)各類維生素的吸收與利用等重要作用[1-4]。

人體中的硒幾乎全部來自食物和水，而食物中的硒主要來自土壤，土壤硒是人類攝取硒的主要來源。在生態(tài)系統(tǒng)硒循環(huán)的過程中[5]（圖1），土壤是基礎媒介，因此，分析研究土壤中硒的含量、形態(tài)與農(nóng)作物硒含量的關系，以及土壤硒的來源和其影響因素，可以為劃定富硒土壤和開發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品提供科學依據(jù)[6-7]，有助于增加農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟價值。

內蒙古河套平原是糧食主產(chǎn)區(qū)，東部的土默特平原土地肥沃，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)良，具有悠久的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史。以往調查成果[8]，土默特左旗調查區(qū)內一、二等優(yōu)良土壤占比達88.85%，其中優(yōu)質土壤占42.77%，無重金屬污染。根據(jù)本文調查研究，研究區(qū)富硒土壤占比15.96%，富硒土壤的研究開發(fā)利用尚有巨大潛力。目前已在劃定的富硒區(qū)（100畝）進行了富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)示范，特色富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化仍需推進，因此，本研究旨在內蒙古呼包平原富硒耕地開發(fā)調查評價基礎上，通過對該區(qū)耕地土壤和農(nóng)作物中硒地球化學特征進行分析研究，對土默特左旗耕地土壤和農(nóng)作物中硒含量影響因素進行討論，為當?shù)睾侠碛行ч_發(fā)利用富硒土地資源和種植富硒農(nóng)產(chǎn)品提供地球化學依據(jù)。

1. 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內蒙古中部土默特平原，南臨黃河，北靠陰山山脈，面積40 km²。主要物質來源為白堊紀固陽組、李三溝組及太古宙-元古宙變質巖系，以及經(jīng)流水搬運的黃河上游細砂、淤泥等。區(qū)內成土母質單一，為全新統(tǒng)沖湖積層砂、軟泥（Qh^all）。

根據(jù)內蒙古自治區(qū)第二次土壤普查結果，研究區(qū)土壤類型主要有草甸土和潮土[9]（圖2）。根據(jù)內蒙古自治區(qū)自然資源廳2018年全區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，研究區(qū)主要土地利用方式有水澆地、鹽堿地、牧草地、村莊、旱地等（表1），占研究區(qū)總面積的98.13%。本文在研究區(qū)水澆地、旱地、部分撂荒鹽堿地上進行了土壤地球化學調查及農(nóng)作物調查。

2. 樣品采集和分析

2.1 樣品采集

本次研究共采集348件（含基本樣332件）表層土壤樣品，18件玉米籽實、19件向日葵籽實和17件打籽西葫蘆籽實及配套根系土樣品（圖2）。表層土壤采集深度為0-20cm，采樣時保證0～20 cm上下均勻采集，以保證樣品代表性[10-11]；選擇玉米長勢均勻的地塊，選取4～5處玉米植株采集玉米籽實樣品；選擇面積較大的向日葵、打籽西葫蘆種植區(qū)，采集3～5點樣品采集組合為一件樣品；配套根系土采集方法與表層土壤采集方法相同。

土壤有效態(tài)及理化性質、形態(tài)、礦物相樣品采集方法與土壤地球化學測量方法相同，本研究采集礦物相樣品16件，其他樣品均為14件（圖2）。

2.2 樣品分析測試與質量控制

表層土壤樣品測試由原國土資源部呼和浩特礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成，測試指標有Se、有機質、pH值；農(nóng)產(chǎn)品及根系土樣品測試由中國地質科學院地球物理地球化學研究所實驗室完成，測試指標有Se、pH值（根系土）；Se有效態(tài)及形態(tài)測試由原國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成，Se 有效態(tài)測試了浸提Se；形態(tài)測試水溶態(tài)Se、離子交換態(tài)Se、碳酸鹽結合態(tài)Se、腐殖酸結合態(tài)Se、鐵錳氧化物結合態(tài)Se、強有機結合態(tài)Se和殘渣態(tài)Se；土壤礦物組成分析由中國地質大學（武漢）材料與化學學院XRD研究室完成，16件表層土壤測了礦物組成。

土壤Se、農(nóng)產(chǎn)品及根系土Se、形態(tài)Se、浸提Se樣品均采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS）測定；有機質采用容量法（VOL）測定；pH值采用離子選擇性電極法（ISE）測定；土壤礦物組分采用X-射線衍射法（XRD）測定。

樣品分析嚴格按照《多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范（1∶250000）》（DZ/T 0258-2014）[10]、《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）[11]、《地質礦產(chǎn)實驗室測試質量管理規(guī)范》（DZ/T 0130-2006）[12]中地球化學樣品分析測試質量要求及質量控制的規(guī)定執(zhí)行。

各類測試指標的檢出限見表2。樣品的測試結果均大于檢出限。

3. 地球化學特征

3.1 土壤硒地球化學特征

對本次采集的表層土壤樣品中硒含量進行統(tǒng)計分析（表3）。硒含量介于0.07～0.58 mg/kg，平均值和中值均為0.32mg/kg，表明研究區(qū)土壤中硒分布具有正態(tài)特征；土壤中硒變異系數(shù)為0.24，表明研究區(qū)土壤中硒分布均勻。

研究區(qū)土壤中硒平均值是河套平原背景值[13]的兩倍，表明研究區(qū)土壤中硒相對于河套平原更為富集；研究區(qū)土壤中硒平均值略高于中國土壤（A層）背景值[14-15]，但與湖北恩施（1.49 mg/kg）[16]和陜西紫陽（4.1 mg/kg）[17]土壤中硒含量相比，較低。

3.1.1 土壤中硒空間分布特征

研究區(qū)土壤中硒受成土母質、土壤類型、土地利用方式及土壤理化性質影響，在局部地區(qū)出現(xiàn)相對富集的情況，這與研究區(qū)土壤中硒分級圖中硒的分布形態(tài)一致（圖4）。

參考文獻[11]關于土壤中硒養(yǎng)分等級評價規(guī)定，以及文獻[18-22]提出的0.4 mg/kg界限值作為劃分富硒土壤的標準，研究區(qū)富硒土壤樣品53個，占全部采樣點位的15.96%；足硒土壤樣品268個，占比80.72%；其余3.31%的土壤樣品處于硒不足和潛在硒不足水平（表4）。

硒缺乏和邊緣區(qū)主要分布在巴獨戶村、巧什營北部、七炭板村和百只戶村周邊，其余區(qū)域土壤硒基本都呈適量和高特征，明顯富集。硒高區(qū)在研究區(qū)北部巧什營—大圪賁村西南一帶呈近東西向分布，南部以北東向分布于小雨施格氣村—惱木汗村一帶

3.1.2 土壤中硒空間變異性

采用SPSS 19.0統(tǒng)計學軟件進行土壤硒的描述統(tǒng)計-探索分析。由正態(tài)性檢驗結果（表5）可知，硒的顯著性=0.097gt;0.05，數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

由上述探索分析可知，研究區(qū)數(shù)據(jù)可進行變異函數(shù)的計算。依據(jù)3σ準則，剔除加減三倍的特異值后，利用軟件GS+7.0的統(tǒng)計分析功能，在不考慮方向性因素（即各向同性）的條件下，對研究區(qū)表層土壤中的硒進行半方差函數(shù)擬合分析[24]，得到相關參數(shù)（表6），以描述硒的空間變異特征。

塊金值（一種由非采樣間距造成的變異，一般是指土壤性質的測定誤差）與基臺值（在不同采樣間距中存在的半方差極大值）之比[Co/（Co+C）]可表示空間變異程度，可以揭示區(qū)域化變量的空間相關程度。一般來說，比值小于25%表明空間相關性較強，比值介于25%～75%表明具有中等的空間相關性，比值大于75%則表明空間相關性很弱[24]。從表8可以看出，塊金值與基臺值之比[Co/（Co+C）]為49.91%，表明研究區(qū)土壤硒具有中等的空間相關性，不但受人為因素影響，還受土壤地質背景和土壤類型等因素影響。

3.2 農(nóng)作物中硒的分布特征

3.2.1 農(nóng)作物中硒地球化學特征

對本次研究工作采集的農(nóng)作物樣品中硒含量進行統(tǒng)計分析（表7）。玉米籽粒中硒變異系數(shù)為0.2407，表明玉米籽粒中硒分布相對均勻；打籽西葫蘆籽粒中硒變異系數(shù)為0.4896，表明打籽西葫蘆籽粒中硒分布相對較均勻；向日葵籽粒中硒變異系數(shù)為0.5593，表明向日葵籽粒中硒分布相對較不均勻；3種農(nóng)作物中硒平均值均大于中位值，表明農(nóng)作物中硒高含量數(shù)據(jù)較多；打籽西葫蘆籽粒中硒含量和富集系數(shù)最高，玉米籽粒最低。

3.2.2 農(nóng)作物中硒含量對比

內蒙古沒有關于富硒農(nóng)作物、富硒產(chǎn)品的技術標準，參考地球化學環(huán)境相似的相鄰省份標準—寧夏富硒農(nóng)產(chǎn)品標準[25]對研究區(qū)3種農(nóng)作物籽粒進行富硒評價（表8）。通過對比，研究區(qū)采集的54件農(nóng)作物籽粒中有46件達到富硒水平，總富硒率為85.19%，向日葵籽粒和打籽西葫蘆籽粒的富硒率均為100.00%，玉米籽粒的富硒率較低，為55.56%。因此，3種農(nóng)作物均可作為研究區(qū)富硒農(nóng)作物品種，進行種植開發(fā)。

通過SPSS 19.0統(tǒng)計學軟件對研究區(qū)3種農(nóng)作物籽粒54件樣品硒含量做箱線圖（圖5），打籽西葫蘆籽粒硒含量有3個異常值，其中2個為極端異常值，向日葵籽粒硒含量有1個異常值，玉米籽粒硒含量有2個異常值，3種農(nóng)作物籽粒硒含量的異常值均集中在較大值一側，分布呈現(xiàn)右偏態(tài)；3種農(nóng)作物籽粒硒含量的中位值靠近下四分位，說明3種農(nóng)作物中硒高含量數(shù)據(jù)均較多；從箱體整體看，打籽西葫蘆籽粒硒含量最高，玉米籽粒硒含量最低。

4 . 討論

4.1 土壤硒含量的影響因素

土壤中的硒主要來自成土母質，土壤硒含量主要受母質中硒含量控制[26]。除成土母質外，地球外動力地質作用和人類活動引起的土壤理化性質的變化也會對土壤中硒的含量和存在形態(tài)造成明顯的影響[27-28]。土壤中酸堿度、有機質含量及礦物組分等因素都會制約土壤中硒的含量、分布和賦存形態(tài)[29-30]。

4.1.1 土壤理化性質對土壤硒含量的影響

本次選擇土壤酸堿度和有機質含量，研究理化性質對土壤硒含量的影響。通過SPSS 19.0統(tǒng)計學軟件相關系數(shù)分析，結果顯示（表9），土壤硒與有機質在置信度（雙測）為0.01水平上，Spearman相關系數(shù)為0.5726**，相關性為正相關，達到顯著水平，說明土壤硒含量隨有機質含量的升高而升高；土壤硒與pH值在置信度（雙測）為0.01水平上，Spearman相關系數(shù)為-0.1447**，相關性為負相關，達到顯著水平，說明土壤硒含量隨pH值的升高而降低。

4.1.2 土壤礦物組分對土壤硒含量的影響

根據(jù)研究區(qū)地層分布情況和區(qū)域地形地貌特征，區(qū)內成土母質來源比較單一，主要來自北部大青山全新統(tǒng)沖洪積物。

從表10可知，土壤礦物組分有8種，對土壤中硒含量有影響的只有黏土礦物伊利石和綠泥石。研究區(qū)黏土礦物含量介于15.94%～55.08%，平均含量31.19%，含量相對較高，在表生環(huán)境中對硒有很強的吸附作用，是引起研究區(qū)土壤硒高含量分布的重要因素。

4.1.3 土壤形態(tài)對土壤硒含量的影響

通過SPSS 19.0統(tǒng)計學軟件相關系數(shù)分析（表11），結果顯示，土壤硒與腐殖酸結合態(tài)硒、鐵錳氧化物結合態(tài)硒、強有機結合態(tài)硒和殘渣態(tài)硒在置信度（雙測）為0.01水平上，Spearman 相關系數(shù)分別為0.8405**、0.8490**、0.9493**和0.7877**，相關性均為正相關，達到顯著水平，說明土壤硒含量隨上述形態(tài)硒含量的升高而升高。

4.2 農(nóng)作物中硒含量的影響因素

從圖1可知，人和動物的微量元素硒主要來源于食物鏈，從食物鏈中獲取硒營養(yǎng)是比較安全、可靠，而且可行的途徑，硒從土壤向食物鏈遷移的狀況直接影響人與動物的攝硒水平，對健康十分重要[5]。土壤硒生物富集能力即土壤硒進入食物鏈（農(nóng)作物）能力，可用富集系數(shù)（即農(nóng)作物內硒的平衡濃度與土壤中硒濃度的比值×100%）表示。已有研究表明，植物對硒的吸收能力差異較大[31]。農(nóng)作物中的硒含量高低除了與土壤中硒含量有關，還受農(nóng)作物品種、地層、土壤類型等因素的影響[32]。

研究區(qū)地層主要來自北部大青山全新統(tǒng)沖洪積物，成土母質比較單一；土壤類型主要為草甸土，有少量的潮土零星分布。研究區(qū)內農(nóng)作物中硒含量受地層、土壤類型的影響不大。

4.2.1 土壤硒含量對農(nóng)作物中硒含量的影響

對研究區(qū)不同種類農(nóng)作物的生物富集系數(shù)統(tǒng)計分析（表12）顯示，向日葵籽粒和打籽西葫蘆籽粒硒在富硒土內的富集系數(shù)比非富硒土高，而玉米籽粒在富硒土內的富集系數(shù)比非富硒土略低，可能與樣本較少有關，說明農(nóng)作物中硒含量受土壤中硒含量的影響，富硒土壤更有利于生長富硒農(nóng)作物。

4.2.2 農(nóng)作物品種對農(nóng)作物中硒含量的影響

根據(jù)表12統(tǒng)計結果，不同種類農(nóng)作物的生物富集系數(shù)差別很大，打籽西葫蘆籽粒的生物富集系數(shù)是玉米的3倍多，說明農(nóng)作物中硒含量高低受農(nóng)作物品種的影響。

此外，其他營養(yǎng)成分、金屬離子、氣候條件、土壤水分、電解質含量都會影響植物對土壤硒的吸收利用，即影響農(nóng)作物中硒含量。

5 . 結論

（1）土默特左旗富硒區(qū)土壤硒的平均含量略高于中國土壤（A層）背景值，達到富硒土壤（≥0.4mg/kg）的樣品比例為15.96%；采集農(nóng)作物樣品54件，達到富硒標準的46件，富硒率達85.19%。

（2）研究區(qū)土壤硒含量明顯受土壤理化性質、礦物組分和形態(tài)的影響。

（3）研究區(qū)農(nóng)作物中硒含量與土壤中硒含量有關，還受農(nóng)作物品種的影響。