西藏拉薩至曲水拉薩河沿岸農用地土壤硒鍺空間分布與評價①

袁 宏，趙 利，王茂麗，徐開鋒，尊珠桑姆，王海勇

(1 四川省核工業地質調查院，成都 610061；2 西藏自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊，拉薩 851400)

硒(Se)是人和動物必需、對植物有益的微量元素[1]。硒在抵抗細胞衰老、增強機體免疫力、預防癌癥上有重要作用[2]。嚴重缺硒是克山病、大骨節病兩種地方性疾病的主要原因。中國是缺硒大國，而青藏高原一帶尤為嚴重[3]。鍺(Ge)是一種具有多種生物活性的微量元素，對人體具有廣泛的防病治病等功效，被科學家稱為“21 世紀的救命鍺”“生命的奇效元素”[4-5]。世界土壤鍺元素平均值為1.0 mg/kg，中國土壤鍺元素平均值為1.7 mg/kg[6]。從植物獲取硒和鍺是對人體最安全有效的來源，富硒富鍺土壤可廣泛應用于富硒富鍺農產品的生產。

西藏拉薩地處青藏高原南部，屬于高原溫帶半干旱季風氣候，為一江兩河農業區，是西藏商品糧主要生產基地[7]。本文研究探討西藏拉薩至曲水拉薩河沿岸農用地土壤硒和鍺含量、空間分布特征及影響因素，以為科學指導利用當地富硒富鍺土壤資源，為當地土地開發利用、農業結構調整、發展特色優質富硒富鍺農牧業提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區為拉薩市至曲水縣拉薩河沿岸沖積平原，主要為農業種植的平谷洼地，屬于一江兩河農業區，具體范圍如圖1 所示。研究區地處雅魯藏布江支流拉薩河流域，喜馬拉雅山北側，區內以下沉氣流為主，全年晴朗天氣較多，冬季嚴寒天氣較少，夏季很少有極高氣溫，主要為高原半干旱季風氣候。總體氣候較為溫暖、干燥，年平均氣溫為7.4℃，平均相對濕度為30% ～ 50%，全年降水量200 ～ 500 mm，干燥度為1.5 ～ 10，干濕指數3 ～ 7，≥10℃積溫為2 177℃，無霜期133 d，全年日照時數在3 000 h 以上。拉薩地區地形地貌的基本特點是山巒重疊、山高坡陡、溝谷縱橫、溝深谷狹，并且山上植物較少[8]。

圖1 研究區范圍及采樣點

根據《西藏自治區土地利用總體規劃(2006—2020 年)》，研究區農用地主要屬于基本農田和一般農田，土地利用現狀主要為水澆地。該區屬于典型的農牧區，農業以種植業為主，糧食作物主要有小麥、青稞，經濟作物主要有蔬菜、瓜類、油菜等；農用地土壤類型主要為潮土。潮土是河流沉積物受地下水運動和耕作活動影響而形成的土壤，土壤腐殖積累過程較弱，具有腐殖質層、氧化還原層及母質層等剖面層次，沉積層理明顯[7]。它是拉薩河地區的主要農業耕作土壤。

1.2 樣品采集

根據HJ/T 166—2004《土壤環境監測技術規范》[9]和DD2008—06《土地質量地球化學評估技術要求(試行)》[10]的相關要求，結合研究區河谷沖積平原的地形特點，按照拉薩河流向、農用地分布與集中情況將研究區劃分為若干農用地塊，采用分塊隨機布點法對土壤采樣點進行布設，分塊內采樣點間距約500 m，共設置土壤采樣點位124 個，如圖1 所示。

每個點位采集表層土壤樣品1 個，采樣深度0 ～20 cm。同時，在有成片大面積較統一的作物種植的土壤采樣點采集剖面樣品，共采集剖面樣品8 組(含小麥/青稞種植土壤剖面樣品4 組、大棚蔬菜種植土壤剖面樣品4 組)，采樣深度0 ～ 120 cm。每個土壤剖面采集4 個樣品，采樣深度分別為：0 ～ 30、30 ～ 60、60 ～ 90 和90 ～ 120 cm。

每個采樣點用GPS 記錄坐標、高程，現場填寫采樣記錄表、拍照和樣品裝袋編號。表層土壤采樣時，需將土壤表面覆蓋的植被、落葉等雜物清除，并采用木鏟去除與金屬采樣器接觸部分的土壤，最后用木鏟自上而下刮取土壤。為增強取樣的代表性，以取樣點為中心按5 點混合四分法取樣，每個土壤樣品采集量約2 kg。土壤剖面采樣自下而上進行，先采剖面的底層樣品，再采中層樣品，最后采上層樣品。

1.3 樣品檢測

土樣由西南冶金地質測試所進行分析檢測，檢測內容包括：pH、陽離子交換量、全硒、有效硒、全鍺、有效鍺、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、全氮、全磷、全鉀，具體方法參照GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》[11]、HJT 166—2004《土壤環境監測技術規范》[9]等標準規范。其中，pH 采用電位法測定；全硒、全鍺含量采用原子熒光法測定；有效鍺含量采用10.0 g樣品加20 ml 稀鹽酸(1︰5)浸提，ICP-MS 測定；有效硒含量采用水浸提的水溶態硒和0.1 mol/L 磷酸二氫鉀浸提的交換態硒之和表示；陽離子交換量采用銨鹽快速法測定；堿解氮、全氮含量采用凱氏蒸餾法測定；有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定；速效鉀、全鉀含量采用原子吸收分光光度法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定；全磷含量采用HClO4-H2SO4消化分光光度法測定。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Miscrosoft Excel 2013 進行描述性統計，采用IBM SPSS 24.0 進行Pearson 相關性分析，采用SigmaPlot 12.0 進行數據制圖，采用Surfer 14.0進行Kriging 插值分析。

2 結果與分析

2.1 土壤硒含量分析與評價

研究區土壤硒含量如表1 所示，可見，全硒含量介于0.026 ～ 0.198 mg/kg，平均值為0.083 mg/kg，全硒平均含量較背景值有所減少，并遠小于我國土壤硒的平均含量0.29 mg/kg[12]。曲航等[13]研究指出西藏土壤硒含量平均值為(0.150 ± 0.084)mg/kg，由此，研究區土壤硒含量也僅為西藏土壤硒平均含量的一半左右。從變異系數看，研究區土壤硒含量的變異系數為0.32，表現為中等變異性，說明研究區土壤硒含量一定程度上受到人為活動影響。

表1 土壤硒、鍺含量描述性統計

目前土壤硒含量未有一個全國性的豐缺標準，參考廣西壯族自治區地方標準DB45/T 1442—2016《土壤中全硒含量的分級要求》[15]旱地土壤硒含量＞3 mg/kg 為過硒，0.49 ～ 3 mg/kg 為富硒，0.16 ～0.49 mg/kg 為足硒，＜0.16 mg/kg 為缺硒。研究區124個土壤樣品中僅有4 個樣品全硒含量處于足硒含量范圍，其余120 個樣品均為缺硒含量范圍，如圖2所示。研究區土壤樣品有效硒含量介于0.001 1 ～0.009 2 mg/kg，平均值為0.003 7 mg/kg，土壤樣品有效硒平均含量占全硒含量約 4.5%，變異系數為0.453，也表現為中等變異性。

圖2 研究區土壤全硒含量散點圖

2.2 土壤硒含量空間分布特征

研究區表層土壤全硒、有效硒含量平面等值圖如圖3 所示。研究區絕大部分土壤全硒含量＜0.16 mg/kg，表現為缺硒(圖3A 中白色區域)，僅研究區中部往下一小面積區域的土壤有足硒特征(圖3A 中淺灰色區域)，其面積僅占總面積的約1.0%。這與前人[12-13]對西藏高原缺硒的論述吻合。研究區土壤有效硒含量普遍較低，大部分地區均＜0.005 5 mg/kg，整體上南部稍多，南部主要為基本農田，結合土壤有效硒含量的中等變異性，說明該區域土壤有效硒含量受農業種植影響較大。

從硒的剖面分布看，研究區0 ～ 30 cm 深度土壤全硒含量介于0.047 ～ 0.102 mg/kg，平均值0.079 mg/kg；30 ～ 60 cm 土層介于0.055 ～ 0.116 mg/kg，平均值0.089 mg/kg；60 ～ 90 cm 土層介于0.07 ～ 0.13 mg/kg，平均值0.10 mg/kg；90 ～ 120 cm 土層介于0.052 ～0.117 mg/kg，平均值0.085 mg/kg，即研究區0 ～ 120 cm深度土壤全硒含量均低于背景值。土壤有效硒含量0 ～ 30 cm 土層介于0.003 1 ～ 0.007 1 mg/kg，平均值0.005 2 mg/kg；30 ～ 60 cm 土層介于0.002 8 ～ 0.009 4 mg/kg，平均值0.005 7 mg/kg；60 ～ 90 cm 土層介于0.002 2 ～0.007 7 mg/kg，平均值0.004 4 mg/kg；90 ～ 120 cm 土層介于0.001 2 ～ 0.005 5 mg/kg，平均值0.003 8 mg/kg，即研究區0 ～ 120 cm 深度土壤有效硒含量均較低。

2.3 土壤鍺含量分析與評價

從表1 看，研究區土壤全鍺含量介于0.91 ～ 1.62 mg/kg，平均值為1.27 mg/kg，均低于背景值，略高于世界土壤鍺元素平均值(1.0 mg/kg[6])，低于我國土壤鍺元素平均值(1.7 mg/kg[6])。從變異系數看，研究區土壤樣品全鍺含量變異系數為0.102，近弱變異性，說明受人為活動影響較小。

當前對富鍺土壤尚無一個權威性的規范或標準，2017 年曾妍妍等[6]暫定新疆土壤富鍺標準為1.3 mg/kg。研究區124 個土壤樣品中，全鍺含量≥1.3 mg/kg 的樣品有54 個，比例達43.5%，如圖4 所示。研究區80% 的土壤樣品全鍺含量集中在1.09 ～ 1.42 mg/kg，土壤富鍺情況較好。研究區土壤有效鍺含量介于0.006 ～ 0.034 mg/kg，平均值為0.013 mg/kg，80% 的土壤樣品有效鍺含量集中在0.008 ～ 0.017 mg/kg，有效鍺含量占鍺總量約1%，變異系數為0.323，表現為中等變異性。

2.4 土壤鍺空間分布特征

研究區土壤鍺空間分布情況如圖5 所示。研究區大部分土壤全鍺含量≥1.3 mg/kg，表現為富鍺(圖5A中深灰色區域)，面積約占研究區總面積的55.6%。說明研究區具有富鍺土壤開發的潛力，可以考慮富鍺農牧產品的開發與推廣。研究區土壤有效鍺含量普遍較低，大部分地區均＜0.018 mg/kg；高值主要集中在研究區中部拉薩河西側，該區主要為大棚蔬菜種植，結合研究區土壤有效鍺含量的中等變異性，說明該區域土壤有效鍺含量受大棚種植影響較大。

從鍺的剖面分布看，研究區土壤樣品全鍺含量0 ～ 30 cm 土層介于0.99 ～ 1.44 mg/kg，平均值1.27 mg/kg；30 ～ 60 cm 土層介于1.23 ～ 1.39 mg/kg，平均值1.30 mg/kg；60 ～ 90 cm 土層介于1.04 ～ 1.37 mg/kg，平均值1.25 mg/kg；90 ～ 120 cm 土層介于1.20 ～1.40 mg/kg，平均值1.30 mg/kg。可見，研究區不同深度土壤均具有富鍺特征，也進一步說明研究區土壤富鍺情況較好。研究區有效鍺含量0 ～ 30 cm 土層介于0.009 ～ 0.025 mg/kg，平均值0.013 mg/kg；30 ～ 60 cm土層介于0.011 ～ 0.021 mg/kg，平均值0.016 mg/kg；60 ～ 90 cm 土層介于0.010 ～ 0.023 mg/kg，平均值0.017 mg/kg；90 ～ 120 cm 土層介于0.010 ～ 0.023 mg/kg，平均值0.015 mg/kg，即研究區0 ～ 120 cm 深度土壤有效鍺含量變化較小。

圖3 研究區土壤全硒(A)、有效硒含量(B)平面等值線圖

圖4 研究區土壤全鍺含量散點圖

2.5 相關性分析

硒在巖石-土壤-植物-動物(人)間循環，有效硒主要發生在土壤-植物這一環節。作為息息相關的硒循環體系中的某一特定組分，硒的有效性必然受巖礦類型、土壤母質、土壤理化性質甚至植物種類的影響[16]。母質是土壤形成的基礎，前人研究表明由于母質的差異致使土壤特性存在著很大變異[17-19]。由于研究區地屬拉薩河谷沖積平原，土壤主要為潮土，母質較為一致，本文僅從土壤理化性質和土壤肥力角度研究分析研究區土壤硒、鍺的相關性。前人已明確提出土壤理化性質是影響硒的有效性的主要因素之一[12]。但在土壤鍺相關性研究方面尚少見報道。

表2 為研究區土壤硒、鍺含量與土壤基本性質的Pearson 相關分析結果。從表2 可見，研究區土壤全硒含量與有效鍺、全磷、堿解氮、有機質、全氮含量及陽離子交換量(CEC)存在極顯著的正相關關系(P＜0.01)，與全鉀含量存在極顯著的負相關關系(P＜0.01)，與全鍺含量存在顯著的正相關關系(P＜0.05)，與有效硒、有效磷、速效鉀含量和pH 不存在顯著的相關關系。研究區土壤有效硒含量與全硒、全鍺、有效鍺、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、全氮含量及陽離子交換量和pH 均不存在顯著的相關關系。

圖5 研究區土壤全鍺(A)、有效鍺含量(B)平面等值線圖

表2 表層土壤硒、鍺含量和土壤基本性質的Pearson 相關性

王琪等[12]研究表明，土壤pH 是影響土壤中硒含量的一個重要因素，中性和酸性土壤中硒的有效性明顯低于堿性土壤，而在堿性土壤中硒主要以溶解性高的硒酸鹽形式存在[20]。有機質也是影響土壤硒全量及其有效性的重要因素。有機質對硒的生態效應的影響具有兩重性，一方面有機質礦化過程會釋放出硒而增強其有效性，另一方面有機質對土壤溶液中硒有較強的固定能力，從而影響硒的傳輸[21-22]。

在土壤硒含量方面，從表2 可知研究區土壤全硒、有效硒含量均與pH 表現為負相關性。研究區土壤pH 介于4.00 ～ 9.00，平均值為7.77，中數為8.03，土壤大部分為堿性。資料顯示，土壤偏堿性有利于提高植物對土壤中硒的吸收和利用[23]。但是，從顯著性P(0.308 和0.848)和相關性大小(–0.092 和–0.017)看，研究區土壤全硒、有效硒含量與pH 不存在顯著的相關關系，與前人論述相悖。反之，研究區土壤全硒含量與CEC 存在顯著的強相關關系，相關性程度最大，與有機質含量存在顯著的中等相關關系，相關性程度其次。CEC 的大小，基本上代表了土壤可能保持的養分數量，即保肥性的高低。研究區土壤樣品CEC 介于1.96 ～ 13.37 cmo/kg，平均值為7.39 cmol/kg。研究區土壤樣品有機質介于3.21 ～ 47.73 g/kg，平均值為16.98 g/kg。參照全國第二次土壤普查對農田土壤養分分級相關標準，研究區土壤CEC 處于較低水平，土壤有機質處于中等水平，說明研究區土壤保肥性偏低。研究區土壤全硒含量與CEC 存在顯著的強相關關系說明，研究區土壤硒易隨土壤肥力改變而流失。研究區土壤平均全硒含量也僅為西藏土壤硒平均含量的一半左右，也說明區內土壤硒含量受農業種植影響較大。

在土壤鍺含量方面，從表2 可知研究區土壤全鍺含量與有效鍺、鉀、堿解氮、有機質、全氮含量及CEC 存在極顯著的正相關關系(P＜0.01)，與pH 存在極顯著的負相關關系(P＜0.01)；與全硒、有效磷含量存在顯著的正相關關系(P＜0.05)；與有效硒、速效鉀含量不存在顯著的相關關系。研究區土壤有效鍺含量與全硒、全鍺、全磷、堿解氮、速效鉀、有機質、全氮含量及CEC 存在極顯著的正相關關系(P＜0.01)，與pH 存在極顯著的負相關關系(P＜0.01)，與有效硒、全鉀、有效磷含量不存在顯著的相關關系。鍺在土壤中主要以殘渣態、酸可提態和有機結合態形式存在，土壤有機質能富集鍺[24]。研究區土壤全鍺、有效鍺含量均與pH 表現為極顯著的負相關關系，與鍺在土壤中酸可提態的主要存在形式吻合。研究區土壤全鍺、有效鍺含量與有機質含量均為極顯著的中等程度正相關關系，與研究區土壤中等水平的有機質含量吻合；研究區土壤全鍺、有效鍺含量與CEC 均為極顯著的正相關關系，也說明研究區土壤鍺易隨土壤肥力改變而流失。

3 結論

1)西藏拉薩至曲水拉薩河沿岸農用地絕大部分土壤全硒含量＜0.16 mg/kg，僅有一小面積土壤有足硒特征，其面積僅占總面積的約1.0%，土壤平均全硒含量也僅為西藏土壤硒平均含量的一半左右；土壤有效硒含量普遍較低，約占硒總量的4.5%。研究區大部分土壤全鍺含量≥1.3 mg/kg，表現為富鍺，面積約占研究區總面積的55.6%；土壤有效鍺約占鍺總量的1%。研究區具有富鍺土壤開發的潛力，可以考慮富鍺農牧產品的開發與推廣。

2)在土壤剖面上，研究區絕大部分區域0 ～ 120 cm 深度土壤均表現為缺硒，而大部分地區0 ～ 120 cm深度土壤均具有富鍺特征。

3)相關分析表明，研究區土壤全硒含量與陽離子交換量存在顯著的強相關關系，土壤全硒、有效硒含量與pH 均不存在顯著的相關關系。土壤全鍺、有效鍺含量與堿解氮、有機質、全氮含量及陽離子交換量存在極顯著的正相關關系，土壤全鍺、有效鍺含量均與pH 表現為極顯著的負相關關系，土壤鍺與有效鍺含量之間存在極顯著的正相關關系。