影響富硒土壤產出富硒農產品的因素

吳麗霞　林立弘　方楚凝

摘要 [目的] 根據不同地質背景的環境質量和產出富硒農產品的質量，評價不同研究區富硒農產品的優劣。 [方法] 研究了汕頭市后坪、林招、金浦、興平、東坑5個富硒土壤區Se的分布特征、成因來源以及所產出的富硒農產品，分析了研究區Se的遷移、轉化和富集規律，按地質背景的不同分析了土壤有益元素、有毒有害元素的含量及其對農產品品質和富硒能力的影響。[結果] 農產品的富硒主要受農產品類型、地質背景特征和土壤Se有效性的影響。[結論] 農產品富硒的機制和Se的來源主要受不同地質背景下農產品對重金屬元素吸收系數及營養元素含量高低的影響。

關鍵詞硒； 土壤； 地球化學特征

中圖分類號S153.6文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）12-03546-04

作者簡介吳麗霞（1984- ），女，廣東梅州人，助理工程師，從事農業地質與生態地球化學調查方面的工作。

Se是一種分散元素，在自然環境中分布廣泛。低Se土壤通常指Se含量<0.131 mg/kg的土壤；當土壤Se含量>0.400 mg/kg則稱其為富Se土壤，而≥3.000 mg/kg則屬于Se過剩土壤或Se毒土壤[1-2]。Se是促進人類和動物生長的必需微量元素，當Se含量太高時又會對人畜產生毒理作用。適量的Se能提高動物機體的抗氧化功能；Se的代謝產物（如甲基化產物）具有抗癌功效，可抑制癌癥的發生[3-4]；含Se的抗氧化酶或蛋白可以阻斷活性氧和自由基的致病作用；Se還能抑制Cd、As、Hg、Ag等有害元素對機體的傷害[5]。在食物鏈中，由于Se主要來源于植物并最終來自于土壤，土壤Se含量、形態及作物對Se的吸收、轉化等都直接影響食物鏈中Se的水平[6-7]，因此土壤中的Se一直是研究熱點。

汕頭市富硒土壤分布于低山高丘陵和低丘臺地，山體較平緩，土壤類型為花崗巖赤紅壤，土層深厚，土壤較肥沃，物理性能好，有團粒結構，有機質含量在1.4%以上， pH 4.6～7.7， 以微酸性為主，可進行大面積富硒經濟作物開發。為了研究不同土壤地質地球化學特征及地形地貌特征對農作物富Se能力的影響，選取汕頭市土壤Se含量大于0.4 mg/kg的研究區進行詳細研究。

1材料與方法

1.1研究區概況汕頭市位于廣東省東部，其東北接潮州市饒平縣，北鄰潮州市潮安縣，西鄰揭陽市揭東縣、普寧市，西南接惠來縣，東南瀕臨南海。汕頭市全境處于E 116°14′40″～117°19′35″，N 23°2′33″～23°38′50″，北回歸線從市區北域通過，總面積2 124 km2（含南澳縣）。氣候屬南亞熱帶海洋性氣候，全年氣候溫和，陽光充足，熱量豐富，降水集中在夏、秋季，年平均氣溫21～22 ℃，月平均氣溫13.2～28.2 ℃，氣候條件十分適合農作物生長[8-9]。

5處研究區為后坪、林招、金浦、興平、東坑。后坪土壤Se含量在0.7 mg/kg以上，屬花崗巖赤紅壤。研究區面積約1.05 km2。區內基本為山區，分布晚白堊世（K2γπ）花崗斑巖和晚侏羅世黑（J3γ）云母花崗巖，高程一般在100 m以下。林招土壤Se含量在0.5～0.8 mg/kg之間，屬花崗巖赤紅壤。研究區面積約1.42 km2。區內基本為山區，分布晚白堊世（K2γπ）花崗斑巖和早白堊世（K1γδ）花崗閃長巖，高程在150 m以下。金浦土壤Se含量大部分在0.4～0.5 mg/kg之間，屬潴育型水稻土三角洲沉積土田。研究區面積約2 km2。該區為第四系全新統中組（Q42al）沖積粉質黏土和第四系全新統上組（Q43mc）海陸交互堆積。興平土壤Se含量大部分在0.4～0.6 mg/kg之間，屬潴育型水稻土三角洲沉積土田和小部分花崗巖赤紅壤。該區為晚侏羅世（J3γ）黑云母花崗巖，第四系全新統中組（Q42al）沖積粉質黏土。東坑土壤Se含量在0.5～0.7 mg/kg之間，屬花崗巖赤紅壤。研究區面積約2.46 km2。該區為晚侏羅世（J3γ）黑云母花崗巖。

1.2樣品采取方法

1.2.1土壤樣采取。

1.2.1.1表層土壤樣的采取方法。避開明顯的點狀污染地域，刮去地表的浮土，自地表而下連續采取0～20 cm土壤樣品，并在樣點直徑15 m范圍內采取3件子樣組合為一件1 kg樣品。

1.2.1.2深層土壤樣的采取方法。使用洛陽鏟挖200 cm，按土壤剖面特征分為耕作層（A）—犁底層（P）—滲育層（W）—潛育層（G）—母質層（C）分別采樣，2～3點組成一個1 kg土壤樣。將表層與深層土壤樣在室內過篩，風干，備用。

1.2.2作物樣的采取。植物樣品以可食部分為主。樣品采集點一般位于有效態樣品采集點附近或同點位，平均約12件樣品/hm2。在生態環境好、地形地貌變化大、地質背景多樣的重點區域，樣品密度相對大。所采作物樣品包括水稻樣59件、花生樣30件、黃豆樣7件。

1.3樣品檢測元素As、Hg和Se全量分析采用原子熒光光譜法；元素Cd全量分析采用等離子體質譜法（ICPMS）；元素Cr、Zn、Ni、Cu、Pb分析采用X射線熒光光譜法。樣品由國土資源部合肥礦產資源監督檢測中心檢測。測試過程中加入土壤國家標準樣品GBW07401進行分析質量控制。除全量外，還檢測Se的水溶態、離子交換態、弱有機結合態、強有機結合態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物吸附態、殘渣態及各價態。所有樣品的報出率為100%，準確度和精密度監控樣合格率達97%～100%。

按>20、20～60、60～120、120～160目各粒級，檢測土壤Se的含量。水溶態Se的測定方法為0.25 mol/L KCl提取，室溫（25 ℃） 連續振蕩1 h；交換態及碳酸鹽結合態Se的測定方法為0.7 mol/L KH2PO4提取，室溫（25 ℃）連續振蕩4 h；鐵錳氧化物結合態Se的測定方法為2.5 mol/L HCl提取，90 ℃水浴中間隙振蕩50 min；有機結合態及元素態Se的測定方法為濃度5%K2S2O8和1∶1 HNO3按體積比4∶1提取，95 ℃水浴中間隙振蕩3 h；殘渣態Se的測定方法同總Se。

土壤經風干后，過0.15 mm篩，按水土比10∶1的比例加入浸提液，振蕩后4 000 r/min離心10 min，所得上清液作Se含量測定。其殘渣供下一形態提取。

1.4數據處理所有分析結果用Excel和Statistical 6.0統計分析軟件進行分析。

2結果與分析

2.1母質Se含量特征在不同時代地層巖石遭受風化作用形成的土壤中，以晚白堊世母質的土壤中Se背景含量最高，平均為0.68 mg/kg；其次為晚侏羅世，為0.57 mg/kg。與中國土壤平均值[10-11]相比，晚侏羅世、晚白堊世、早白堊世母質的土壤中硒有較明顯的富集，富集系數分別為1.97、234、1.72。第四系土壤硒富集程度相對較低，以海陸交互相富集程度最低。

與廣東各類母質形成的土壤硒元素平均值0.244 mg/kg相比，晚侏羅世、晚白堊世、早白堊世、第四系中組海陸交互相、第四系中組沖積黏土、第四系上組土壤硒的富集系數分別為2.34、2.79、2.05、1.19、1.31和1.43。由表1可知，汕頭市土壤硒以晚白堊世分布區最高，其次為晚侏羅世分布區。

研究表明，硒多富集于表層土壤中，向深部至母質層迅速降低，除晚白堊世母質土壤為深層富集外，其他土壤均為表層較強-強富集，總體規律為表層土壤硒含量>深層土壤硒含量>巖石硒含量。這與表層富鐵鋁、有機質（85%～90%為腐殖質）含量豐富有關。

安徽農業科學2014年2.2富Se土壤形成模式對富硒研究區源巖區風化剖面、沉積區土壤剖面的研究表明，優質富硒土壤的形成必須經歷3個階段，即源巖遭受風化淋溶、元素釋放，風化物被流水、風力等介質搬運，同時發生物理、化學分選，下游水盆地接受沉積，經成土作用形成富硒土壤等。以林招富硒研究區為例，建立富硒土壤的形成模式。

由于受人類種植活動的影響，在自然風化剝蝕淋溶過程中，源巖區中石英、鉀長石、碳酸鹽、Ca2+、Fe3+、有機質遭受氧化分解，首先釋放出大量的重金屬、硒、Ca2+、CO32-、H+等，導致源區土壤、水等環境介質中重金屬含量增加。尤其重要的是，風化產物受重力作用和流水作用從高處的源區經過一定距離（2～3 km）的物理搬運和化學搬運。在搬運過程中，受流水沖蝕和顆粒撞擊作用、重力的影響，巖屑逐漸變小，易遷移的鹽基離子增多，形成堿性環境，介質中重金屬等與CO32-形成碳酸鹽，在中途發生沉淀，硒、鈣、鎂等向下遠距離遷移，最終在地勢較低的丘間谷地沉積下來（圖1）。

由表2可知，丘間谷地土壤中硒和鹽基離子含量豐富，重金屬As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb等含量大為減少，林招沉積區土壤重金屬含量分別占源區的75.42%、34.72%、39.31%、4521%、43.38 %、50.74%，Cu、Zn、Se含量分別是源區的4950%、52.57%和43.35%。

2.3土壤類型對Se有效性的影響由表3可知 ，Se及大多數元素在<0.075 mm的粒徑上富集程度最高，0.125～0.250 mm的粒徑上含量次之。這是由于<0.075 mm的粒徑為黏粒，土壤相對致密黏稠，保肥、保水能力較強，對元素的吸附能力較強。在0.125～0.250 mm的粒徑適中，富含有機質及鐵錳氧化物，能吸附Se及其他元素。

在不同土壤類型的剖面上，Se均表現為表層富集。其中，表層土壤硒富集程度以水稻土高于紅壤。調查發現，富硒區土壤質地較多為砂性，一般為含礫砂壤土。由于土壤砂性強，漏水、漏肥情況較嚴重，因此土壤溶液中大部分Ca2+、Mg2+等隨水流失，造成土壤pH下降，土壤酸化速度加快，Eh升高，重金屬Cd、Ni溶出，活性增強，亞硒酸鹽易被土壤鐵錳圖1林招地質剖面表2林招富硒研究區元素分布特征

元素晚白堊世源

氧化物、有機質吸附，較少進入水溶液。

黏質土壤保水保肥能力較強，土壤Ca2+、Mg2+含量較高，Si、S含量較低，土壤偏堿性，有機質含量相對較低。該類土壤除Se含量較高外，由于土壤有機質、鐵錳結核含量較低，對Se的吸附能力較弱，加之土壤的堿性環境，Se的有效性也較高，抑制了重金屬的活化。

2.4影響農作物富硒的主要因素根據《富硒稻谷（GB/T224992008）》及安康市地方標準《富硒食品硒含量分類標準（DB6124.012010）》，在所采集的59件水稻樣品中，有25件富硒，富硒率為42.37%；在30件花生樣品中，有27件富硒，富硒率為90%；7件黃豆樣品全部富硒。

不同農作物對土壤元素的富集能力有差異。該研究表明，富集能力大小順序為黃豆>花生≥水稻。水稻、花生、黃豆植物均屬于高富集作物，富集系數分別為12.57%、15.36%和13.25%。所以，作物品質和種類對富硒能力的影響較大。

為討論不同地質背景對農作物富硒的影響，將農作物樣品按品種歸類為水稻與豆科（花生、黃豆）。水稻Se與土壤Se為正相關關系，相關系數為0.30，即隨著土壤中Se含量增加或降低，水稻中Se含量也相應地增加或降低。豆科植物中Se含量與土壤中Se含量無明顯的相關關系。水稻中Se與土壤中Zn、As、Cr、Ni等重金屬元素呈負相關關系，說明重金屬元素對水稻吸收土壤中Se有不利的影響。

在不同地質背景下，農產品Se含量有一定的規律，如侏羅世及白堊世母質的土壤所產農產品Se含量大致相當，第四系中組土壤所產農產品Se含量有一定差異，但遠高于第四系上組土壤所產農產品Se含量。所以，將侏羅世及白堊世母質的土壤作為花崗巖母質土壤，與第四系中組、第四系上組土壤分別討論不同地質背景下土壤元素對作物Se的影響。

由表4、5可知，花崗巖赤紅壤上的水稻中Se含量與Mg呈負相關關系，與Se呈正相關關系，與其他元素相關性不明顯，第四系中組、上組的水稻土中Se含量與N、K、Corg、Mg、S、Fe、Mn、B、As、Cr、Ni、Pb、pH表現出較強的相關關系；花崗巖赤紅壤上的豆科與N、Corg、B、Se、Hg呈正相關關系，第四系中組的豆科中Se含量與P、K、Mg、Fe、Cu、Mo、pH具有一定的相關關系。

由表6可知，農作物與水溶態Se及水溶態+離子交換態Se呈較明顯的負相關關系；水稻Se與弱有機結合態Se呈正相關關系，與殘渣態Se呈極強正相關關系；豆科Se與碳酸鹽態Se、弱有機結合態Se呈強正相關關系，與鐵錳結合態Se、強有機結合態Se呈極強正相關關系。這說明種植于第四系的農產品Se主要來源于有機質，礦物分解出的穩定形態的Se在一定條件下轉化為可被作物吸收利用的Se；種植于侏羅世及白堊世母質土壤的農產品Se主要來源于有機質和被鐵錳結核顆粒吸附的Se。

3結論

水稻和豆類均為富硒農產品。不同地質背景和土壤類型均能產出富硒農產品，但是富硒的機制和Se的來源不同。花崗巖赤紅壤農產品富硒主要與土壤性質對Se的有效性影響有關；農產品的Se主要來源于有機質和被鐵錳結核顆粒吸附的Se；第四系土壤農產品富硒主要與營養元素與Se的協同作用有關，主要來源于有機質及穩定形態的Se向可吸收利用形態的轉化。

從富硒土壤及富硒農產品的質量而言，侏羅系及白堊系母質土壤各項重金屬元素受地質背景的影響為主，較少受到人類活動的影響，其上農產品對重金屬元素的吸收率適中，能促進農產品對Se的吸收利用；第四系土壤受人類活動的影響較大，其上農產品對重金屬元素的吸收系數較高，抑制農產品對Se的吸收利用。

從營養元素而言，侏羅系及白堊系母質土壤營養元素含量相對較低，作物富硒主要是因為土壤的物理性質符合Se向有效形態轉化；第四系土壤營養元素含量相對較高，作物富硒主要是因為多項元素與Se的協同作用，所以第四系土壤產出的農產品品質上可能優于侏羅系及白堊系母質土壤。

參考文獻

[1] 劉興艷，朱靜平，陳研.成都市龍泉驛區土壤含硒量的研究[J].西南大學學報：自然科學版，2008，30（12）：74-78.

[2] 李家熙，張光第，葛曉云.人體硒缺乏與過剩的地球化學環境特征及其預測[M].北京：地質出版社，2000：54-58.

[3] 廖金鳳.土壤環境中的硒對人和動物健康的影響[J].廣東微量元素科學，2002，9（3）：20-23.

[4] 陳以水，熊紅.硒與癌癥[J].廣東微量元素科學，2002，9（10）：44-46.

[5] 趙中秋，鄭海雷，張春光.土壤硒及其與植物硒營養的關系[J].生態學雜志，2003，22（1）：22-25.

[6] 張瑞宇，周文斌.重慶城口主要資源植物含硒量調查及評價[J].西南農業大學學報，2003，25（3）：270-274.

[7] 宋代軍，李建文.奶山羊毛奶及體組織硒含量研究[J].西南農業大學學報，1995，17（6）：557-560.

[8] 任久江.氣候波動對水稻產量的影響[J].西南農業大學學報，1991，13（3）：275-279.

[9] 程方民，鐘連進.不同氣候生態條件下稻米品質性狀的變異及主要影響因子分析[J].中國水稻科學，2001，15（3）：187-191.

[10] 朱曉華，楊秀春，蔡運龍.中國土壤空間分布的分形與分維[J].土壤學報，2005（6）：881-888.