白銀市平川區土壤與農產品硒含量特征及成因分析

白斌 李城德

摘要：為探明白銀市平川區土壤硒分布規律和影響土壤中硒含量的因素，為保護和開發富硒土壤資源提供理論依據。我們在白銀市平川區共采集土壤樣本59個、農作物可食部分樣品36個，通過檢測分析土樣全硒含量、土壤化學性狀（鉛、汞、鎘、pH、有機質、有效硅、有效硼、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳）與農作物可食部分全硒含量，研究了白銀市平川區土壤與農作物全硒含量特征及其影響因素。結果表明：平川區土壤全硒平均含量為0.29 mg/kg，高出甘肅省土壤全硒平均含量45.0%，且富硒土壤母質均為沖洪積物。土壤全硒含量與土壤有機質（R2=0.32*）、有效硅（R2=0.35**）呈顯著或極顯著正相關。平川區各農產品全硒含量大小依次為胡麻、枸杞、藜麥、菊芋、玉米、馬鈴薯。平川區土壤硒含量有區域差異，西北部高于東南部，且灌區高于旱作區。土壤母質、有機質含量、有效硅含量是決定土壤富硒的主要因子，富集系數是各農產品全硒平均含量產生較大差異的主要原因。

關鍵詞：土壤；農產品；硒含量；特征；成因分析；平川區

中圖分類號：S153.6? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2023）08-0763-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.08.016

Analysis on the Characteristics and Genesis of Selenium Contents in Soil and Agricultural Products in Pingchuan District， Baiyin

BAI Bin 1， LI Chengde 2

（1. Pingchuan District Agricultural Technology Extension Centre， Baiyin Gansu 730913， China; 2. Gansu General Station of Agro-technology Extension， Lanzhou Gansu 730020， China）

Abstract： To understand the distribution pattern of soil selenium content in Pingchuan District， Baiyin， and to explore the influencing factors of selenium content in soil， a total of 59 soil samples and 36 edible crop samples in Pingchuan District， Baiyin were collected. Through testing and analyzing the total selenium content and soil chemical properties （lead， mercury， cadmium， pH， organic matter， available silicon， available boron， available copper， available zinc， available iron， and available manganese）， and the total selenium content of edible parts in crops， the characteristics and influencing factors of total selenium contents in soil and crops in Pingchuan District， Baiyin were studied. The results indicated that the average soil total selenium in Pingchuan was 0.29 mg/kg which was 45.0% higher than the average soil total selenium content in Gansu Province. Moreover， the parent material of selenium rich soil was alluvial and proluvial deposits. Soil total selenium content had significant positive relationship with soil organic matter（R2 = 0.32*） and available silicon content（R2 = 0.35**）. The total selenium contents of various agricultural products in Pingchuan District was in the order of sesame> goji berries > quinoa > Jerusalem artichoke > corn > potato. There were regional differences in soil selenium content in Pingchuan District with higher levels in the northwest than that in the southeast， and higher levels in irrigated areas than that in arid areas. The soil parent material， organic matter content， and available silicon content were the main factors determining soil selenium enrichment， and the enrichment coefficient was the main reason for significant differences in the average total selenium content of various agricultural products.

Key words： Soil; Agricultural product; Selenium content; Characteristic; Genetic analysis; Pingchuan; District

收稿日期：2023 - 01 - 11；修訂日期：2023 - 04 - 25

基金項目：甘肅省化肥減量增效項目（甘農財發〔2022〕40號）。

作者簡介：白? ?斌（1974 —），男，甘肅白銀人，高級農藝師，碩士，研究方向為土壤與作物栽培。Email： pcbaibin@163.com。

通信作者：李城德（1965 —），男，甘肅榆中人，研究員，主要從事農業技術研究和推廣工作。Email： 1736502286@qq.com。

硒作為人體必需的微量元素之一，具有抗氧化、抗衰老、預防心血管疾病的功效［1 - 2 ］，隨著人們生活質量的提高，保護與利用富硒土壤資源生產富硒農產品已成為當前農業研究熱點。

前人已對土壤硒含量的影響因素做了大量研究，普遍認為土壤硒水平與土壤pH、有機質含量、成土母質、土地利用方式密切相關［3 - 7 ］。夏飛強等［8 ］用富集系數（農作物硒含量/根系土硒含量）分析評價研究了農作物從土壤環境中吸收微量元素的能力差異，并依據地標（DB）對富硒農產品做了一定評價。各地區土壤類型、地形部位、成土過程有較大差異，而且各土壤類型的成土母質也不同。李春亮等［9 ］對甘肅土壤富硒標準進行了一定探討，但沒有涉及甘肅土壤硒含量的影響因素。我們擬研究與探明平川區土壤硒分布規律，并對土壤中硒含量影響因素進行分析，以期為保護與開發富硒土壤資源提供理論依據。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區概況

白銀市平川區位于甘肅省中部，祁連山東端，地處東經104° 18′～105° 26′、北緯36° 10′～37°00′。年均氣溫為8.2 ℃，年均降水量不足200 mm，蒸發量為1 700 mm，全年日照時數2 691 h，無霜期平均為140～220 d。自遠古代前寒武系至新生代第四地層均有出露，以第四系覆蓋面積最大。已探明的地層主要有寒武系、奧淘系、志流系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系。黃家洼山及屈吳山前有寒武系的加里東中期花岡閃長巖，奧淘系灰巖、大理石，侏羅系爍巖出露。平川區共有耕地3.925萬hm2，常年播種面積2.121萬hm2。主要種植的作物有小麥、玉米、馬鈴薯、西甜瓜、菊芋、枸杞、藜麥及其他谷類作物。土壤類型共分為8個土類，分別為灰褐土、栗鈣土、灌淤土、灰鈣土、潮土、紅土、風沙土、石質土。王家山鎮、水泉鎮、共和鎮土壤母質為風成黃土、次生黃土和沖洪積物；寶積鎮土壤母質為風成黃土、沖洪積物、第四紀紅土；黃嶠鎮、種田鄉、復興鄉土壤母質為沖洪積物與黃土。

1.2? ?樣品采集與檢測方法

1.2.1? ? 土樣采集? ? 每666.7 hm2采集1個土壤樣品，共取59個土樣，記載土壤樣品采集農田基本信息：土層厚度、土壤母質、土壤類型、前茬作物、施肥種類、施肥數量、地下水深度、土壤結構等。土壤樣品采集用S型取樣法，共15個樣點，采樣深度均為20 cm，各樣點土樣混合均勻后用四分法取土樣，每個土樣樣品為1 kg。采集的土壤樣品裝入聚乙烯食品塑料袋帶回實驗室，剔除土壤中植物殘茬并及時破碎，于室內風干，用木棒碾碎過篩，裝入塑料樣品盒保存備用。

1.2.2? ? 農產品樣品采集? ? 根據平川區農產品分布特點，于農作物成熟期采集36個可食農產品樣品，用聚乙烯塑料食品袋包裝，每個農產品樣品至少1 kg。將農產品樣品在實驗室條件下用自來水、去離子水沖洗干凈后放置在烘箱中105 ℃殺青30 min，再在80 ℃下烘至恒重，研磨過篩后裝入乙烯塑料袋備用。

1.2.3? ? 土壤化學性狀測定? ? 土壤全硒含量測定采用混酸消解原子熒光光度法，土壤pH采用酸度計測定，有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定，重金屬鎘、鉛、汞含量按照GB/T 17141—1997測定；有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳含量均采用EDTA浸提原子吸收法測定，有效硅含量采用檸檬酸提取-鉬藍比色法測定。

1.2.4? ? 農產品樣品硒含量測定? ? 采用氫化物發生-原子熒光光譜法（HG-AFS，海光AFS-9780）測定總硒含量。

依據李家熙等［10 ］的土壤富硒分類標準與GB/T5009.93 — 2017，對平川區土壤與農產品進行富硒特征分析。

1.3? ?數據分析方法

數據統計與Pearsson相關分析應用SPSS 20統計分析軟件和EXCEL數據處理軟件完成。

2? ?結果與分析

2.1? ?富硒土壤特征

2.1.1? ? 平川區土壤全硒含量特征? ? 由表1看出，平川區土壤全硒含量變化區間為0.18～0.69 mg/kg，平均值為0.29 mg/kg，達到中硒土壤水平，較甘肅省土壤平均全硒含量（0.20 mg/kg）增加0.09 mg/kg［10 ］，增高幅度為45.0%。達到富硒標準（土壤全硒含量≥0.40 mg/kg）的土壤樣品數有15個，占總樣品數的25.42%；達到富硒下限（設定為0.29 mg/kg）的土壤樣品數有為25個，占樣品總數的42.37%。

2.1.2? ? 平川區富硒土壤的區域分布特征? ? 從表1可以看出，寶積鎮、王家山鎮、水泉鎮、共和鎮、黃嶠鎮、種田鄉、復興鄉等各鄉鎮土壤全硒平均含量分別為0.46、0.30、0.30、0.28、0.28、0.29、0.22 mg/kg。其中寶積鎮土壤全硒平均含量最高，達到0.46 mg/kg，其最大值為0.69 mg/kg，最小值為0.35 mg/kg，均達到富硒土壤標準。各鄉鎮土壤全硒平均含量從大到小依次為寶積鎮、水泉鎮、王家山鎮、種田鄉、共和鎮、黃嶠鎮、復興鄉，且表現為平川區西北部各鄉鎮（王家山鎮、水泉鎮、寶積鎮）土壤硒含量平均值高于東南部（共和鎮、黃嶠鎮、種田鄉、復興鄉）。

王家山鎮、水泉鎮、寶積鎮與黃嶠鎮等各鄉鎮的土壤全硒含量最大值均達到富硒標準。綜合分析采樣點土壤母質、地形部位與地質情況，平川區富硒土壤（≥0.40 mg/kg）主要分布在山間河谷與山前洪積扇區域，該區域土壤母質為沖洪積物，沖洪積物由礫巖、巖屑與山坡表面土壤經洪水沖積形成，而在土壤母質為黃土區域的土壤全硒含量普遍較低。

2.2? ?平川區富硒土壤成因分析

2.2.1? ? 土壤全硒含量與土地利用方式的關系? ? 總體來看，灌區與旱作區比較，灌區土壤全硒含量較高，算數平均值為0.30 mg/kg；而旱作區土壤全硒含量算數平均值為0.23 mg/kg，相差0.07 mg/kg。土壤全硒含量灌區比旱作區高30.43%。

2.2.2? ? 土壤全硒含量與理化性狀的關系? ? 經相關分析，土壤全硒含量與土壤有機質有極顯著的正相關關系（R2 = 0.32**）。以土壤有機質為自變量，土壤全硒含量為因變量進行回歸分析，得出的線性方程Y= 0.211 + 0.005 X（R2 = 0.32，P ＜ 0.05）能較好擬合它們之間關系。土壤有效硅與全硒含量有極顯著的相關關系（R2 = 0.35**），進一步說明硅與硒并存，且高度相關。以土壤有效硅為自變量，土壤全硒含量為因變量進行線性回歸分析，得出的線性方程Y= 0.180 + 0.001 X（R2 = 0.35，P ＜ 0.01）能較好擬合它們之間關系。土壤全硒含量與有效磷、有效硼、土壤pH、有效鐵、有效鉬、有效錳、水溶性鹽總量、有效銅、重金屬（鎘、鉛、汞）含量正相關，相關系數依次為R2 = 0.24、0.24、0.22、0.22、0.13、0.12、0.08、0.02、0.08、0.13、0.06，但均不顯著；與有效鋅含量呈負相關（R2 = -0.08），但不顯著。

2.3? ?平川區主要農產品全硒含量及分布特征

從表2可以看出，平川區玉米硒含量在0.005 1～ 0.072 5 mg/kg，各鄉鎮玉米全硒含量變幅較大，變異系數為89.83%，在各抽樣農產品樣品中變異最大。共和鎮常崖村、老莊村玉米硒含量分別為0.042 7、0.072 5 mg/kg，明顯高于其他各鄉鎮，且共和鎮老莊村、常崖村的玉米均達到富硒標準。枸杞硒含量王家山鎮于大川、井兒川村分別達到0.037 6、0.049 9 mg/kg，高于黃嶠鎮玉灣村（0.015 0 mg/kg），3個枸杞樣品均達到富硒標準。王家山鎮萬廟村、寶積鎮尖山村、共和鎮毛卜拉村的菊芋干基硒含量分別為0.023 5、0.032 2、0.034 6 mg/kg。黃嶠鎮神木頭村、種田鄉五星村、復興鄉上漢村與川口村的藜麥硒含量分別達到0.039 8、0.030 8、0.037 9、0.028 6 mg/kg，均達到富硒標準，全硒含量變異幅度在各農產品中最低，變異系數僅為15.80 %。平川區胡麻硒含量平均值為0.038 0 mg/kg，除復興鄉山李村，其他區域的胡麻樣品均達到富硒標準，且在采集的各農產品樣品中胡麻的硒含量最高。

各農產品全硒平均含量從大到小依次為胡麻、 枸杞、藜麥、菊芋、玉米、馬鈴薯。經相關分析，土壤硒含量與農產品全硒含量正相關，但不顯著。盡管土壤全硒含量未達到富硒標準，但是玉米、藜麥、枸杞、胡麻農產品全硒含量均值達到富硒標準，說明這些農產品有較強的硒富集能力，能夠充分吸收根系周圍的硒元素。富集系數（農產品全硒含量/土壤全硒含量）是能夠反映農作物對土壤硒吸收利用程度的重要指標，各農產品的硒富集系數從大到小依次為胡麻、藜麥、枸杞、菊芋、玉米、馬鈴薯。

3? ?討論與結論

李家熙等［10 ］劃分富硒土壤的標準值為0.40 mg/kg。平川區達到富硒標準的土壤樣品數為15個。李春亮等［9? ］依據富硒小麥將甘肅省土壤富硒標準下限設定為0.29 mg/kg，按此標準，平川區達到富硒下限的土壤樣品數為25個，占樣品總數的42.37%。說明平川區富硒土壤資源有一定開發潛力。

大量研究認為，作為土壤母質的巖石富硒是土壤富硒的主要原因［6， 8， 11 ］。李家熙等［10 ］研究表明，高硒土壤中的硒主要來源于富硒巖石和煤層；張建東等［6 ］的研究結果表明，以寒武系巖層發育的富含黃鐵礦、碳質或夾石煤板巖與硅質巖硒含量可高達7.4 mg/kg。綜合分析取樣地點地形部位與地質情況，平川區高硒土壤主要分布在地形部位為山前洪積扇與河谷階地區域，土壤母質為沖洪積物。寶積鎮富硒區域地質結構為中生界白堊系下統礫巖、砂巖、夾薄層粘土，平川區東南部富硒區域地質結構為上古生界石炭系中統石炭砂礫巖、砂巖、碳質頁巖、砂灰巖以及鐵礦結核。推斷平川區土壤富硒可能來源于山前沖積扇地形部位沖洪積物中夾雜的各類巖石。平川區東南部（共和、黃嶠、種田、復興一帶）土層深厚，土壤母質主要為黃土，土壤硒含量普遍較低；而西北部（寶積、水泉、王家山一帶）土壤母質主要為沖洪積物，土壤硒含量較高。

土壤有機質含量是土壤肥力的重要標志，普遍認為土壤有機質與土壤硒量存在相關關系［12 - 16 ］。本研究中，土壤有機質與土壤全硒含量呈顯著正相關，這與夏飛強等［8 ］、黃春雷等［17 ］、劉道榮等［18 ］在中國南方酸性土壤上的研究結果相一致。有機質中的腐殖酸類能夠分解礦化含硒巖石，提高土壤有機質含量能夠有效增加土壤全硒含量。且土壤有機質在一定范圍內對土壤外來酸堿有緩沖作用，有機質提升可能加速土壤中硒元素的礦化釋放，從而有效提高土壤全硒含量。平川區的土壤有機質含量為7.12～38.30 g/kg，平均為15.12 g/kg，有機質含量偏低。要提高土壤全硒含量，避免硒元素流失，就要通過增施有機肥、秸稈粉碎還田、綠肥種植、秸稈反應堆等農藝措施增加土壤有機質含量，進而提高土壤全硒含量。

平川區灌區全硒含量比旱作區高，這與李家熙等［10 ］研究結果一致。可能是由于旱田土的通氣條件和氧化還原電位（Eh）都比漬水田高，旱作田中的有機硒容易礦化分解成 Se+4和 Se+6，Se+4大部分被粘土礦物吸附固定，而 Se+6則進入土壤溶液被植物吸收利用所致［9 ］。而且，灌區土壤有機質含量普遍較高，而旱作區較低，且土壤全硒含量與土壤有機質（R2=0.32*）呈顯著正相關，這也可能導致灌區土壤全硒高于旱作區的原因。

土壤中的硅主要由母質風化釋放而來［19 ］。賀立源等［20 ］研究表明，一般土體越黏重其供硅能力也越強，而砂性越強有效硅含量則越低。陳德嶺等［21 ］認為，巖石中硒含量與含硅量之間存在一定的關聯，硅含量的增加有利于硒的富集。而雒昆利［22 ］研究表明，巖石中硒的移動與SiO2有顯著的負相關關系，鬧熱村硒中毒與富含硒的低SiO2和燃燒損失的黃鐵礦碳質板巖和火山凝灰巖硒暴露有關，巖石中SiO2含量降低成有效硅進入土壤有助于巖石中硒元素移動。Goldberg S等［23 ］的研究表明，土壤中鐵鋁氧化物越多，對硒的吸附固定作用越強，土壤中硒含量越高，而不同土壤母質的硅鋁鐵率有差異，這可能是導致土壤硒含量產生變異的主要原因。本研究中，土壤全硒含量與有效硅（R2 = 0.35**）呈極顯著正相關，這可能是由于富硒硅質巖經過長期風化淋溶作用，使巖石中硅元素變為可被植物吸收的有效硅，硒元素與硅元素同時進入土壤中，因此土壤中全硒含量隨土壤有效硅含量增加而逐漸提高。

夏飛強等［8 ］研究認為，盡管土壤富硒，但其上栽培的農作物產品器官硒含量不隨土壤硒含量上升而提高，農產品硒含量還與農產品的吸收富集能力與土壤環境有關。平川區各農產品全硒含量從大到小依次為胡麻、枸杞、藜麥、菊芋、玉米、馬鈴薯。王家山鎮萬廟村種植菊芋基地為新開墾地，有機質含量偏低，這可能會導致菊芋硒含量偏低。對農產品全硒含量與農產品的富集系數進行相關分析，農產品硒富集系數與土壤全硒含量呈極顯著正相關（R2 = 0.91**），說明農產品富集系數是農產品全硒含量產生差異的主要原因。

平川區富硒土壤占25.42%，具有一定開發潛力。平川區土壤全硒平均含量為0.29 mg/kg，較甘肅省土壤平均全硒含量高45.0%，且富硒土壤母質均為沖洪積物。同時可看出平川土壤硒含量有區域差異，西北部高于東南部，灌區高于旱作區。土壤母質、有機質含量、有效硅含量是決定土壤富硒的主要因子。富集系數是各農產品全硒平均含量產生較大差異的主要原因。

參考文獻：

［1］ 馬秀杰，張躍安.? 硒對人體健康影響研究進展［J］.? 中國公共衛生，2009，25（8）：1021-1023.

［2］ 胡艷華，王加恩，顏鐵增，等.? 浙北平原區土壤硒地球化學研究［J］.? 2010，31：103-106.

［3］ WADGAONKAR S L， NANCHARAIAH Y V， ESPOSITO G， et al.? Environmental impact and bioremediation of seleniferous soils and sediments［J］.? Critical Reviews in biotechnology， 2018， 38（6）： 941-956.

［4］ JIA M M， ZHANG Y X， Huang B， et al.? Source apportionment of selenium and influence factors on its bioavailability in intensively managed greenhouse soil： a case study in the east bank of the Dianchi Lake， China［J］.? Ecotoxicology and Environmental Safety， 2019， 170： 238-245.

［5］ 吳興盛.? 福建省武平縣富硒土壤特征及成因分析［J］.? 物探與化探，2021，45（3）：778-784.

［6］ 張建東，王? ?麗，赫栗濤，等.? 嵐皋縣巖石、土壤和農產品中硒分布規律研究［J］.? 土壤通報，2022，53（1）：195-203.

［7］ WANG J， LI H， YANG L， et al.? Distribution and translocation of selenium from soil to highland barley in the Tibetan Plateau Kashin-Beck disease area［J］.? Environ Geochem Health， 2017， 39（1）： 221-229.

［8］ 夏飛強，張? ?祥，楊? ?艷，等.? 安徽省寧國市土壤和農產品硒地球化學特征及影響因素［J］.? 土壤，2021，

53（3）：585-593.

［9］ 李春亮，李? ?洚，楊? ?菁，等.? 甘肅省富硒土壤標準研究與探討［J］.? 西北地質，2021，54（1）：242-246.

［10］ 李家熙，張光弟，葛曉云，等.? 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.

［11］ 向極釬，朱云芬，殷紅清.? 恩施州硒資源開發利用研究現狀與思考［J］.? 湖北農業科學，2016，55（17）：4367-4370.

［12］ ROCA-PEREZ L， GIL C， CERVERA M L， et al.? Selenium and heavy metals content in some Mediterranean soils［J］.? Journal of Geochemical Exploration， 2010， 107（2）： 110-116.

［13］SHAND C A， BALSAM M， HILLIER S J， et al.? Aquaregia extractable selenium concentrations of some Scottish topsoils measured by ICP-MS and the relationship with mineral and organic soil components［J］.? Journal of the Science of Food and Agriculture， 2010， 90（6）：972-980.

［14］ TOLU J， THIRY Y， BUENO M， et al.? Distribution and speciation of ambient selenium in contrasted soils，from mineral to organic rich［J］.? Science of the Total Environment， 2014， 479： 93-101.

［15］ 徐? ?強，遲鳳琴，匡恩俊，等.? 方正縣土壤硒的分布特征及其與土壤性質的關系［J］.? 土壤通報，2015，

46（3）：597-602.

［16］ LI Z， LIANG D， PENG Q， et al.? Interaction between selenium and soil organic matter and its impact on soil selenium bioavailability： a review［J］.? Geoderma， 2017，

295：69-79.

［17］ 黃春雷，宋明義，魏迎春.? 浙中典型富硒土壤區土壤硒含量的影響因素探討［J］.? 環境科學，2013，34（11）：4405-4410.

［18］ 劉道榮，徐? ?虹，周? ?漪，等.? 浙西常山地區富硒土壤特征及成因分析［J］.? 物探與化探，2019，43（3）：658-666.

［19］ 盧志紅，周慧梅，顏? ?曉，等.? 江西省旱地土壤有效硅含量的分布特征及其影響因素［J］.? 中國土壤與肥料，2020，4：101-106.

［20］ 賀立源，王忠良.? 土壤機械組成和pH與有效硅的關系研究［J］.? 土壤，1998，30（5）：243-246.

［21］ 陳德嶺，雒昆利.? 陜南早古生代地層的硒含量及其環境效應［J］.? 陜西環境，1996，3（2）：29-31.

［22］ 雒昆利.? 陜南硒中毒區地層時代的厘定［J］.? 地質論評，2003（4）：383-388.

［23］ GOLDBERG S， LESCH S M， SUAREZ D L.? Predicting selenite adsorption by soils using soil chemical parameters in the constant capacitancemodel［J］.? Geochimica et Cosmochimica Acta， 2007， 71（23）： 5750-5762.