贛南地區設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.贛南師范大學生命科學學院/贛州市設施蔬菜重點實驗室，贛州 341000； 2.江西省宜春市氣象局，宜春 336000；3.江西省定南縣農業農村局，贛州 341900）

0 引 言

硒（Se）是人類營養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揮作用，被認為人類健康生活所必須的膳食礦物質。中國土壤硒質量分數分布極不均勻，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量分數0.29 mg/kg的3.4倍，且其質量分數變幅差異較大（0.03～16.96 mg/kg）。而硒在農業生態系統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險或失調。據估計中國硒缺乏病如大節骨病、克山病等的年發病率每10萬有9.3人，也有因硒中毒而導致蹣跚病及神經紊亂等慢性中毒癥的相關報道。硒在土壤-植物系統中的生物地球化學行為被認為是生物體內硒循環的基礎，植物可食用部位硒含量與土壤全硒含量密切相關。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，監測耕層土壤硒含量對保障農產品硒水平及其安全攝取具有重要作用。

溫室蔬菜生產系統是中國最集約化的農業生態系統之一，超過3.86×10hm的農田已安裝設施塑料大棚，進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《贛州市蔬菜產業發展規劃（2017-2025年）》規劃要求，設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，溫室大棚數量增加較為迅速，而2022年后將主攻設施蔬菜質量與品牌提升。加快贛南設施蔬菜發展有助于其發展成富民支柱產業，也是保障菜籃子安全、打造健康“菜籃子”的重要體現。

贛州市富硒土壤資源較為豐富，米振華對贛州地區以1∶25萬比例開展土地質量地球化學調查表明，贛南地區土壤硒平均含量為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，有關贛州市設施蔬菜土壤硒含量分布特征的研究尚未見報道。本文以贛南區域內設施菜地耕層土壤硒為研究對象，探究設施菜地土壤硒含量、分布特征及其影響因素，明確其表層土壤硒生物地球化學特征，以期為贛南設施菜地土壤硒資源合理開發利用、發展設施富硒蔬菜產業提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

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，全市現有設施鋼架大棚蔬菜基地1.90×10hm。該區域屬亞熱帶季風氣候區域，年均氣溫19.8 ℃，積溫6 398.5 ℃，年均降雨量1 605 mm，年均日照時數1 621.9 h，無霜期288 d，贛南區域氣候溫和、積溫充足、無霜期長等，具有蔬菜高質量發展的氣候條件。

1.2 樣品采集與處理

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

圖1 研究區域與設施菜地土壤采樣點位置 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準

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

依照《土壤農化分析》進行土壤理化性質測定，其中土壤電導率采用電導率儀（雷磁DDSJ-308F型）測定，pH值采用土水比為1∶2.5下pH計（梅特勒-托利多FE28型）測定，堿解氮測定采用堿解擴散法，全氮采用全自動凱氏定氮儀（FOSS-8400型）測定，土壤有機質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礦產行業標準《土地質量地球化學評價規范，DZ/T 0295-2016》中土壤硒等級劃分方法，將土壤全硒質量分數≤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 樣品質量監控

采用插入參比樣品及平行結果對土壤全硒含量進行質量監控，參考《土地質量地球化學評價規范，DZ/T 0295-2016》的要求，保證檢驗分析方法的準確度及精確度，只有在參比樣品和平行結果均測定正常條件下，土壤樣品的全硒含量數據有效。

1.5 數據處理

試驗數據采用Microsoft excel 2010和SPSS 21.0軟件進行分析和處理，常規制圖采用origin9.0軟件，其中采用SPSS軟件開展單樣本Kolmogorov-Smirnov 檢驗進行正態分布檢驗。利用ArcGIS反距離權重插值（Inverse Distance Weighted，IDW）方法繪制土壤硒元素含量空間分布圖。

2 結果與分析

2.1 設施土壤全硒含量的統計特征分析

對研究區域235件設施土壤樣本中硒含量進行描述性統計分析，贛南設施大棚海拔均在100～400 m，土壤全硒質量分數平均為0.31 mg/kg（0.03～1.25 mg/kg），變異系數（CV）為47.74%；K-S-Z值為0.88，對應的概率值Sig.為0.42，大于顯著水平（0.05），則不應拒絕原假設，設施土壤全硒含量服從正態分布（圖2a，表1）。

表1 贛南設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

研究區域分別有7.2%和7.7%的樣點數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%的樣點數土壤全硒含量達到足硒和富硒標準，尚無土壤樣品達到硒中毒程度（圖2b）。

圖2 設施菜地土壤全硒質量分數正態分布及分布頻率 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主要分布在贛南西南角區域（全南縣南部區域）以及其他零星區域（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域），贛南絕大部分區域設施土壤均處于足硒水平，富硒區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域）、東北部（寧都縣北部、興國縣東部）以及北部局部區域（章貢區南部、贛縣北部及于都縣中部等少部分區域），而目前尚無硒中毒區域（圖3）。

圖3 研究區域設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 土壤理化性質與全硒相關性分析

相關分析表明，贛南地區土壤pH值與土壤全硒質量分數呈正相關（相關系數=0.220）。此外，土壤全N、有機質與土壤全硒相關系數分別為0.178及0.135，相關性均未達顯著水平；而土壤電導率、堿解氮、速效鉀、有效磷與全硒相關性也均未達顯著水平。

隨土壤pH值增加，設施土壤全硒含量逐漸增加，二者呈一元一次方程關系，即pH值每增加一個單位，土壤全硒質量分數平均增加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土壤全硒平均質量分數分別為0.33（0.07～1.25）、0.28（0.03～0.72）及0.25 mg/kg（0.04～0.46 mg/kg），正態分布檢驗下概率值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量分數均服從正態分布（表1）。相關分析表明（圖5），設施土壤全硒含量與海拔擬合一元一次方程，即隨著海拔增加設施土壤全硒含量呈降低趨勢。即海拔每增加1 m，設施菜地土壤全硒質量分數降低5.35×10mg/kg。

圖5 土壤全硒質量分數隨海拔變化 Fig.5 Variation of soil total selenium contents with altitude

2.5 不同經緯度下土壤全硒含量變化

隨經度增加，土壤全硒含量變化規律不明顯，贛南地區東西部差異不大，經度與土壤全硒質量分數無顯著相關（圖6a）。而土壤全硒含量隨緯度增加而增加，贛南地區設施土壤硒含量總體呈現南低北高的趨勢，由南向北，土壤全硒含量逐漸增加，緯度每增加1°，土壤全硒質量分數增加0.090 mg/kg（圖6b）。

圖6 土壤全硒質量分數隨經度及緯度變化 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，本研究表明，贛南地區設施菜地土壤全硒質量分數為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田土壤背景值0.16 mg/kg，但較低于江西豐城市農田土壤全硒質量分數0.49 mg/kg，而與全國土壤硒質量分數水平0.29 mg/kg較為接近。硒變異系數（CV）大小與人類活動強弱有關，高燈州等將CV＜10%、10%≤CV＜100%及CV＞100%分別表示為弱變異性、中等變異性及強變異性。本研究設施土壤全硒CV 47.74%，為中等變異性且CV值較大，推測該區域土壤硒來源較豐富，成土母質及人類生存活動均與硒的地球化學行為有關。

探究土壤硒含量與環境因子的相關性，有利于揭示贛南設施土壤硒的主控影響因素。pH為不同價態和形態硒之間轉化的重要影響因素，酸性至堿性時硒主要以不易遷移和淋溶的亞硒酸鹽形態向易轉移和生物有效性大的硒酸鹽轉化，即有土壤pH與全硒含量呈負相關性的研究報道。本研究卻表明，pH每增加一個單位，全硒增加0.049 mg/kg。這可能由于研究區為酸性紅壤，均主要以亞硒酸鹽形態存在，其遷移能力及有效性差異不大，可能與土壤有機質等其他指標間接影響有關，這與吳興盛等、范薇等研究結果較為一致。但也有土壤全硒與pH無顯著相關的研究報道，如魏然等認為酸性紅壤區pH值變化范圍較小，有機質含量貧瘠，土壤全硒僅隨pH在一定幅度內波動。高海拔地區土壤存在硒富集現象被報道，主要由于海拔增加氣溫降低，有機質分解速率降低，與有機質結合的有機復合態硒轉化成水溶態硒速率也降低，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。可能由于本研究采樣點海拔均在100～400 m范圍內氣溫差異較小，對土壤有機質分解及硒的吸附固定差異不大；而贛南地區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，而贛南地區鋼架大棚近幾年才大面積陸續建成，建成前高海拔地區長期受到降雨影響，土壤硒易發生淋溶及遷移，從而高海拔區土壤硒含量較低。經緯度主要通過成土母質、氣象條件等因素共同影響土壤全硒含量。高明慧等研究認為，隨緯度增加，山東省淄川區土壤耕層硒含量變化規律不明顯，而隨經度增加土壤硒含量降低。而本研究卻認為，隨經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。這可能與研究區年均氣溫與緯度呈負相關、與經度相關性不大有一定關聯；隨緯度間增加氣溫降低，繼而有機質分解速率慢、土壤硒發生富集現象。

贛南設施土壤硒資源豐富，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-作物系統硒生物有效性是提升富硒技術的重要措施。首先，土壤酸化改良，研究發現該贛南設施土壤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，土壤有機質提升，研究發現贛南設施土壤有機質含量為26.8（10.0～42.2）g/kg，而有機質可吸附固定土壤硒、進而提高全硒，同時基于微生物作用有機質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肥施用等有機質提升技術對紅壤-作物系統硒生物有效性的影響及其機制。另外，研究區7.2%和7.7%樣點數土壤硒分別處于硒不足及潛在硒不足水平（圖2，圖3），該區域僅通過內源調控無法實現農產品富硒，需采用外源調控（硒肥應用等）為主兼顧內源調控的富硒生產技術。綜上，通過內源調控（酸化改良、有機質提升等）及外源調控（硒肥施用）技術研究，建立贛南設施蔬菜富硒生產技術體系，促進富硒蔬菜產業高質量可持續發展。

4 結 論

1）贛南地區設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%的樣點數土壤全硒含量分別達到足硒和富硒標準，而7.2%和7.7%的樣點數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西南角部分區域。

2）贛南地區土壤pH值每增加一個單位，土壤全硒質量分數平均增加0.049 mg/kg，紅壤區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更利于土壤硒的富集，可作為富硒蔬菜開發的重要區域。