安徽宣州區土壤硒含量分布特征及生物效應研究

［關鍵詞］土壤硒含量；分布特征；生物效應；宣州區

硒（Se）是人體必需的微量元素之一，具有抗癌防癌，抗氧化，提高免疫功能，促進機體基礎代謝，拮抗砷、鎘、汞的毒性等作用，享有“抗癌之王”之稱。中國土壤硒含量分布十分不均衡，缺硒省份22個，約占全國總面積的72%，其中有30%為嚴重缺硒地區[1]。食物是人體攝入硒的主要來源，而土壤又是糧食作物中硒的主要來源，因此，充分利用富硒土壤，開發富硒農產具有重要意義。本文基于宣城市宣州區土地質量地球化學調查，對宣州區土壤硒含量分布特征及影響因素進行分析研究，以期為地方富硒土壤資源開發利用提供參考依據。

1. 研究區概況

宣州區隸屬于安徽省宣城市，地處皖、蘇兩省交界處，境內地貌類型多樣，有低山、丘陵崗地、平原、圩區、湖泊和河流等。宣州區屬溫和濕潤的亞熱帶季風氣候區，雨量充沛，光照充足，季風氣候明顯，水資源豐富，主要水系為水陽江水系、青弋江水系，其中水陽江為區內第一大河流，自南而北穿境而過。區內土壤分為9個土類，16個亞類，40個土屬，73個土種。以水稻土、紅壤土、黃棕壤、紫色土、潮土為主體的5大土類，占土壤總面積的93.3%，其中水稻土占45.54%，紅壤土占37.69%（圖1）。

2. 樣品采集與測試

2.1 樣品采集

該樣品布設以二調圖斑圖為底圖，采用網格+圖斑的布點方法，以代表性和平面分布均勻性為原則進行布置，再通過遙感影像圖對點位進行調整；在設計點位附近選擇較大田塊，以GPS定位點為中心確定主樣點，向四周輻射20～50 m的不同田塊確定子樣點，等份采集并組合成一個混合樣，采樣深度為0～20 cm；采樣時避開溝渠、林帶、田埂、路邊、舊房基、糞堆及微地形高低不平無代表性地段，為保證每個子樣點樣品深度、樣品重量一致，采集0～20 cm的連續土柱，再用竹片去除與采樣器接觸的土壤，同時將土壤掰碎，挑出草根、礫石、磚塊、肥料團塊等雜物。充分混合后，四分法留取1.0～1.5 kg裝入樣布樣袋[2-4]。全區采集表層土壤樣品7730件（含重復樣167件），平均采樣密度3.14點/km²。水稻籽實樣品采集采用樣方法，在采樣點地塊內確定子、主樣方位置，樣方規格為0.7×0.7m，采集各樣方內所水稻籽實混合成一件樣品；茶葉、木瓜采用棋盤法、對角線法、蛇形法等，在采樣地塊內以1000～2000 m² 為采樣單元，在采樣單元內選取10～20個植株，多點采樣，然后等量混勻組成一個混合樣品。樣品重不少于1000 g。同點配套采集根系土，按農作物子樣位置多點采集、合并、混勻成1件樣品，各子樣點土壤采樣重量大致相同，水稻配套采集根系土壤深度為0～20 cm，木瓜、茶葉配套采集根系土壤深度為0～50 cm。全區共采集水稻籽實及根系土201組、茶葉及根系土15組、木瓜及根系土3組。

剖面施工主要采用挖掘的方式，土壤剖面樣品采集時按土壤剖面的層位特征來確定。自耕層向下，采樣深度一般為1.8 m左右，最深至2.1 m，采樣間隔按照自然分層厚度，采若干樣品。當自然分層不明顯，從耕作層以下，以40 cm采樣長度等間隔采集樣品，共施工土壤垂向剖面37條，采集土壤垂向剖面樣品212件。

2.2 樣品測試

樣品分析測試工作由安徽省地質實驗研究所承擔，土壤測試項目pH、有機質、硒、有效硒等指標依據《區域地球化學樣品分析方法》（DZ/T0279-2016）[1]以及生態地球化學評價樣品分析技術要求[2]制定了符合本次調查的分析測試方案（表1）。

3. 結果和分析

3.1 地球化學參數統計

根據土壤地球化學調查結果，剔除離群值后各項目平均值與中位數相當，表明其區域分布完全符合理論正態和區域分布近乎正態。統計分析土壤pH、有機質、Se等指標地球化學參數見表2。

宣州區全區土壤Se含量0.062-0.432 mg/kg，平均含量0.432 mg/kg；從空間分布情況來看，研究區土壤pH空間分布均勻（變異系數＜25%）；有機質分布較均勻（25%＜變異系數＜50%）區域分布總體上呈含量起伏變化不大；Se空間分布極為不均，屬于強變異型元素，變異系數高達492.5%，剔除離群值后，Se的變異系數明顯降低，變幅大，反映出研究區內土壤Se極易受到外來因素影響[5]。

3.2 土壤Se 地球化學特征

土壤硒元素含量范圍0.062～177.388ug/g，平均值為0.432 ug/g，變異系數高達492.5.8%，反映其空間分布極其不均勻（圖2）。低值區主要分布于水陽鎮、洪林鎮東部的沖積物母質區、宣城市區南部、黃渡鄉寒亭鎮北部的白堊-侏羅紀碎屑巖母質區等；低背景、背景區在全區均有分布；高值區主要分布在貍橋鎮的石炭-三疊紀碳酸鹽巖及花崗巖母質區、孫埠鎮-水東鎮一帶的沖積物母質區、向陽鎮東南部的白堊-侏羅紀碎屑巖母質區、新田鎮中部、溪口鎮中部的石炭-三疊紀碳酸鹽巖母質區、溪口鎮的志留-泥盆紀碎屑巖母質區。

3.2.1 不同分區單元土壤Se含量特征

（1）成土母質

統計分析全區不同母質單元表層土壤Se平均含量存在差異，特征表現為志留-泥盆紀碎屑巖＞石炭-三疊紀碳酸鹽巖＝巖漿巖＞沖積物＞白堊-侏羅紀碎屑巖＞冰川堆積物＞湖積物（表3）；總體來看研究區碎屑巖、碳酸鹽巖以及巖漿巖母質區為研究區土壤Se的高背景區。

（2）土壤類型

研究區不同土類表層土壤Se含量特征表現為黑色石灰土＞石質土＞紅壤土＞紫色土＞水稻土＞黃棕壤＞潮土（表4）。

（3）土地利用

研究區不同土地利用方式表層土壤Se含量存在明顯差異，其中草地＞林地＞耕地；耕地中水澆地表層土壤Se含量最高，園地中茶園土壤Se含量最高，林地中有林地（喬木林地）土壤Se含量最高（表5）

3.2.2 土壤Se與pH、有機質的相關性分析

應用spass軟件對全區7563件表層土壤樣品pH、Se和有機質進行相關性分析，結果表明：表層土壤Se與有機質呈微弱的正相關；pH≤7.5時，土壤Se與pH呈微弱的負相關關系，pH＞7.5時，土壤Se含量與pH呈正相關關系，相關系數0.183；總體來看，研究區土壤Se含量與有機質、pH相關性不甚明顯（表6）。

宣城市土地質量調查中在不同母質分區開展了土壤垂向剖面調查，結果如圖3所示，表明：白堊-侏羅紀碎屑巖母質區共施工6條土壤垂向剖面，整體看各土壤剖面波動小，表層土壤Se含量受母質控制明顯，尤其是XZQPM16、XZQPM17兩條剖面，自下而上整體含量無明顯波動，表、深層土壤含量基本相當。冰川堆積物母質區兩條剖面波動較大，60cm以下土壤基本保持本地含量，60cm以上的土壤自深層-表層呈現富集趨勢，這可能與外界人類活動等相關；沖積物母質區13條剖面垂向特征顯示，部分剖面剖面在50 cm以下土壤Se含量波動較大，與沉積物質差異和水動力等影響相關，整體來看多數剖面在50 cm以下的土壤Se含量受控于母質較為明顯，含量在背景狀態下高低起伏，50 cm以上的土壤Se含量明顯呈富集趨勢，與人類耕作、植物吸收等有關；湖積物、巖漿巖母質區剖面土壤Se含量波動較大，可能與水動力影響相關，但是單整體看表層與深層土壤Se含量基本相當，表層土壤Se含量主要受母質影響；石炭-三疊紀碳酸鹽巖以及志留-泥盆紀碎屑巖母質區剖面土壤Se含量分布特征較為相似，50 cm以下的土壤Se含量主要表現為背景含量或呈現輕微的富集，50 cm以上的土壤呈富集趨勢，這與植物生長、人類活動等有關[5-8]。

總體來看，研究區土壤Se含量垂向分布主要受成土母質影響，尤其是50 cm以下的土壤Se含量表現得最為顯著，50 cm以上的土壤呈現不同程度的富集，這與植物生長、人類活動等有關[8]。

對植物有意義的是能被其直接吸收的硒，即有效硒[6]，從圖4 中可知，白堊-侏羅紀碎屑巖、冰川堆積物、沖積物、巖漿巖、石炭-三疊紀碳酸鹽巖等母質區土壤有效硒含量垂向分布表現為：70 cm以下土壤有效硒含量自下而上總體平緩，70 cm以上至表層呈富集趨勢，尤其是沖積物母質區5條垂向剖面土壤有效硒含量垂向分布極為相似；志留-泥盆紀碎屑巖母質區土壤剖面自下而上土壤有效硒呈富集趨勢；表層土壤有效硒富集，有助于農作物對土壤Se的吸收與轉化，對于開發富硒農產品具有重要意義。

3.3 土壤Se 的生物效應

（1）農作物中Se含量特征

按照（GBT 22499-2008 富硒稻谷）將水稻籽實樣品進行分類統計，達到富硒稻谷標準（GBT 22499-2008 富硒稻谷）160 件，水稻籽實樣品富硒率達79.60%，1件樣品硒含量達0.306 mg/kg；40件水稻籽實樣品Se 含量0.025～0.039 mg/kg，水稻籽實樣品Se含量特征見表7。

本次采集的15件茶葉樣品Se含量0.28～0.136mg/kg，平均值0.075 mg/kg；3 件木瓜樣品Se 含量均為0.003 mg/kg。

（2）不同農作物對土壤硒的響應程度

本次通過統計分析農作物Se相對根系土壤Se的富集程度，探討水稻籽實、茶葉、木瓜對土壤Se的響應程度。

結果表明：水稻籽實、茶葉、木瓜中水稻籽實中硒富集系數區間3.33%～37.50%，平均值16.46%；茶葉中硒富集系數區間4.63%～24.18%，平均值9.97%；木瓜（3件）樣品數量較少，本次統計僅作為參考，富集系數區間0.48%～1.11%，平均值0.79%。生物富集系數顯示出不同作物對土壤硒元素的響應程度為水稻＞茶葉＞木瓜。

（3）農作物Se與根系土壤Se的相關性

農作物硒來源一般主要分為植物自身從根系土壤中吸收以及外部人為干預（如噴施硒肥），本次主要對農作物硒與根系土壤元素間相關關系進行研究。

通過水稻籽實、茶葉Se 含量與根系土壤Se 含量相關性分析（圖5），籽實Se 含量與根系土壤Se 含量之間具有很好的正相關關系，相關系數為0.65，隨著土壤Se含量的提高，水稻籽實硒呈現明顯的增加態勢；茶葉Se含量與根系土壤Se含量有弱正相關，相關系數0.40。

4. 富硒土壤分布

按照土壤Se≥0.4 mg/kg，本次圈定了富硒土壤資源面積846.22 km²，全區占比43.06%，主要分布在水陽江沿岸及貍橋、沈村、洪林、水東、周王、新田、溪口等鄉鎮；按照不同的土地利用類型進行統計分類（圖6）可知，富硒土壤資源主要分布在林地及耕地內，其中林地類富硒土壤資源面積553.76 km²，全區占比65.44%；耕地類富硒土壤資源面積279.20 km²，全區占比33%，且耕地類富硒土壤資源主要分布在水田中，面積180.35 km²，占耕地類富硒土壤資源面積的64.59%。

5. 結論

（1）土壤Se 含量范圍0.062～177.388 ug/g，平均值為0.432 ug/g，變異系數高達492.5.8%，空間分布極其不均勻，屬于強變異型元素，變異系數高達492.5%，剔除離群值后，Se的變異系數明顯降低，變幅大，反映出研究區內土壤Se極易收到外來因素影響。

（2）不同分區單元土壤Se含量具有明顯差異；土壤垂向剖面調查顯示：50 cm以下土壤Se含量受母質控制明顯，總體波動不大，50 cm以上的土壤，自下而上表現為明顯的富集特征，土壤有效硒垂向分布與土壤全Se含量具有相似性。

（3）宣州區土壤Se的生物效應顯著，水稻、茶葉、木瓜對土壤Se的響應程度表現為水稻＞茶葉＞木瓜，籽實Se 含量與根系土壤Se 含量之間具有很好的正相關關系，相關系數為0.65，水稻富硒率較高。

（4）宣州區富硒土壤資源豐富，面積846.22 km²，全區占比43.06%，耕地類富硒土壤資源面積279.20 km²，全區占比33%，具有較高的開發利用潛力。