內(nèi)蒙古土默特左旗土壤與農(nóng)作物中硒含量的影響因素

［關(guān)鍵詞］硒；土壤；農(nóng)作物；土默特左旗；內(nèi)蒙古

硒（Se）是人體必需的微量元素之一，具有很強(qiáng)的生物活性，是很好的抗氧化劑。已有研究表明，攝入適量硒有預(yù)防心血管疾病、抗癌、延緩衰老、祛斑養(yǎng)顏、防輻射、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成、增強(qiáng)人體免疫力和生殖功能、調(diào)節(jié)各類(lèi)維生素的吸收與利用等重要作用[1-4]。

人體中的硒幾乎全部來(lái)自食物和水，而食物中的硒主要來(lái)自土壤，土壤硒是人類(lèi)攝取硒的主要來(lái)源。在生態(tài)系統(tǒng)硒循環(huán)的過(guò)程中[5]（圖1），土壤是基礎(chǔ)媒介，因此，分析研究土壤中硒的含量、形態(tài)與農(nóng)作物硒含量的關(guān)系，以及土壤硒的來(lái)源和其影響因素，可以為劃定富硒土壤和開(kāi)發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)[6-7]，有助于增加農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

內(nèi)蒙古河套平原是糧食主產(chǎn)區(qū)，東部的土默特平原土地肥沃，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)良，具有悠久的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史。以往調(diào)查成果[8]，土默特左旗調(diào)查區(qū)內(nèi)一、二等優(yōu)良土壤占比達(dá)88.85%，其中優(yōu)質(zhì)土壤占42.77%，無(wú)重金屬污染。根據(jù)本文調(diào)查研究，研究區(qū)富硒土壤占比15.96%，富硒土壤的研究開(kāi)發(fā)利用尚有巨大潛力。目前已在劃定的富硒區(qū)（100畝）進(jìn)行了富硒農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)示范，特色富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化仍需推進(jìn)，因此，本研究旨在內(nèi)蒙古呼包平原富硒耕地開(kāi)發(fā)調(diào)查評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)該區(qū)耕地土壤和農(nóng)作物中硒地球化學(xué)特征進(jìn)行分析研究，對(duì)土默特左旗耕地土壤和農(nóng)作物中硒含量影響因素進(jìn)行討論，為當(dāng)?shù)睾侠碛行ч_(kāi)發(fā)利用富硒土地資源和種植富硒農(nóng)產(chǎn)品提供地球化學(xué)依據(jù)。

1. 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古中部土默特平原，南臨黃河，北靠陰山山脈，面積40 km²。主要物質(zhì)來(lái)源為白堊紀(jì)固陽(yáng)組、李三溝組及太古宙-元古宙變質(zhì)巖系，以及經(jīng)流水搬運(yùn)的黃河上游細(xì)砂、淤泥等。區(qū)內(nèi)成土母質(zhì)單一，為全新統(tǒng)沖湖積層砂、軟泥（Qh^all）。

根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)第二次土壤普查結(jié)果，研究區(qū)土壤類(lèi)型主要有草甸土和潮土[9]（圖2）。根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源廳2018年全區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，研究區(qū)主要土地利用方式有水澆地、鹽堿地、牧草地、村莊、旱地等（表1），占研究區(qū)總面積的98.13%。本文在研究區(qū)水澆地、旱地、部分撂荒鹽堿地上進(jìn)行了土壤地球化學(xué)調(diào)查及農(nóng)作物調(diào)查。

2. 樣品采集和分析

2.1 樣品采集

本次研究共采集348件（含基本樣332件）表層土壤樣品，18件玉米籽實(shí)、19件向日葵籽實(shí)和17件打籽西葫蘆籽實(shí)及配套根系土樣品（圖2）。表層土壤采集深度為0-20cm，采樣時(shí)保證0～20 cm上下均勻采集，以保證樣品代表性[10-11]；選擇玉米長(zhǎng)勢(shì)均勻的地塊，選取4～5處玉米植株采集玉米籽實(shí)樣品；選擇面積較大的向日葵、打籽西葫蘆種植區(qū)，采集3～5點(diǎn)樣品采集組合為一件樣品；配套根系土采集方法與表層土壤采集方法相同。

土壤有效態(tài)及理化性質(zhì)、形態(tài)、礦物相樣品采集方法與土壤地球化學(xué)測(cè)量方法相同，本研究采集礦物相樣品16件，其他樣品均為14件（圖2）。

2.2 樣品分析測(cè)試與質(zhì)量控制

表層土壤樣品測(cè)試由原國(guó)土資源部呼和浩特礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成，測(cè)試指標(biāo)有Se、有機(jī)質(zhì)、pH值；農(nóng)產(chǎn)品及根系土樣品測(cè)試由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試指標(biāo)有Se、pH值（根系土）；Se有效態(tài)及形態(tài)測(cè)試由原國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成，Se 有效態(tài)測(cè)試了浸提Se；形態(tài)測(cè)試水溶態(tài)Se、離子交換態(tài)Se、碳酸鹽結(jié)合態(tài)Se、腐殖酸結(jié)合態(tài)Se、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Se、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)Se和殘?jiān)鼞B(tài)Se；土壤礦物組成分析由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院XRD研究室完成，16件表層土壤測(cè)了礦物組成。

土壤Se、農(nóng)產(chǎn)品及根系土Se、形態(tài)Se、浸提Se樣品均采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS）測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用容量法（VOL）測(cè)定；pH值采用離子選擇性電極法（ISE）測(cè)定；土壤礦物組分采用X-射線衍射法（XRD）測(cè)定。

樣品分析嚴(yán)格按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250000）》（DZ/T 0258-2014）[10]、《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）[11]、《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)范》（DZ/T 0130-2006）[12]中地球化學(xué)樣品分析測(cè)試質(zhì)量要求及質(zhì)量控制的規(guī)定執(zhí)行。

各類(lèi)測(cè)試指標(biāo)的檢出限見(jiàn)表2。樣品的測(cè)試結(jié)果均大于檢出限。

3. 地球化學(xué)特征

3.1 土壤硒地球化學(xué)特征

對(duì)本次采集的表層土壤樣品中硒含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表3）。硒含量介于0.07～0.58 mg/kg，平均值和中值均為0.32mg/kg，表明研究區(qū)土壤中硒分布具有正態(tài)特征；土壤中硒變異系數(shù)為0.24，表明研究區(qū)土壤中硒分布均勻。

研究區(qū)土壤中硒平均值是河套平原背景值[13]的兩倍，表明研究區(qū)土壤中硒相對(duì)于河套平原更為富集；研究區(qū)土壤中硒平均值略高于中國(guó)土壤（A層）背景值[14-15]，但與湖北恩施（1.49 mg/kg）[16]和陜西紫陽(yáng)（4.1 mg/kg）[17]土壤中硒含量相比，較低。

3.1.1 土壤中硒空間分布特征

研究區(qū)土壤中硒受成土母質(zhì)、土壤類(lèi)型、土地利用方式及土壤理化性質(zhì)影響，在局部地區(qū)出現(xiàn)相對(duì)富集的情況，這與研究區(qū)土壤中硒分級(jí)圖中硒的分布形態(tài)一致（圖4）。

參考文獻(xiàn)[11]關(guān)于土壤中硒養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)規(guī)定，以及文獻(xiàn)[18-22]提出的0.4 mg/kg界限值作為劃分富硒土壤的標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)富硒土壤樣品53個(gè)，占全部采樣點(diǎn)位的15.96%；足硒土壤樣品268個(gè)，占比80.72%；其余3.31%的土壤樣品處于硒不足和潛在硒不足水平（表4）。

硒缺乏和邊緣區(qū)主要分布在巴獨(dú)戶村、巧什營(yíng)北部、七炭板村和百只戶村周邊，其余區(qū)域土壤硒基本都呈適量和高特征，明顯富集。硒高區(qū)在研究區(qū)北部巧什營(yíng)—大圪賁村西南一帶呈近東西向分布，南部以北東向分布于小雨施格氣村—惱木汗村一帶

3.1.2 土壤中硒空間變異性

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行土壤硒的描述統(tǒng)計(jì)-探索分析。由正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果（表5）可知，硒的顯著性=0.097gt;0.05，數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

由上述探索分析可知，研究區(qū)數(shù)據(jù)可進(jìn)行變異函數(shù)的計(jì)算。依據(jù)3σ準(zhǔn)則，剔除加減三倍的特異值后，利用軟件GS+7.0的統(tǒng)計(jì)分析功能，在不考慮方向性因素（即各向同性）的條件下，對(duì)研究區(qū)表層土壤中的硒進(jìn)行半方差函數(shù)擬合分析[24]，得到相關(guān)參數(shù)（表6），以描述硒的空間變異特征。

塊金值（一種由非采樣間距造成的變異，一般是指土壤性質(zhì)的測(cè)定誤差）與基臺(tái)值（在不同采樣間距中存在的半方差極大值）之比[Co/（Co+C）]可表示空間變異程度，可以揭示區(qū)域化變量的空間相關(guān)程度。一般來(lái)說(shuō)，比值小于25%表明空間相關(guān)性較強(qiáng)，比值介于25%～75%表明具有中等的空間相關(guān)性，比值大于75%則表明空間相關(guān)性很弱[24]。從表8可以看出，塊金值與基臺(tái)值之比[Co/（Co+C）]為49.91%，表明研究區(qū)土壤硒具有中等的空間相關(guān)性，不但受人為因素影響，還受土壤地質(zhì)背景和土壤類(lèi)型等因素影響。

3.2 農(nóng)作物中硒的分布特征

3.2.1 農(nóng)作物中硒地球化學(xué)特征

對(duì)本次研究工作采集的農(nóng)作物樣品中硒含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表7）。玉米籽粒中硒變異系數(shù)為0.2407，表明玉米籽粒中硒分布相對(duì)均勻；打籽西葫蘆籽粒中硒變異系數(shù)為0.4896，表明打籽西葫蘆籽粒中硒分布相對(duì)較均勻；向日葵籽粒中硒變異系數(shù)為0.5593，表明向日葵籽粒中硒分布相對(duì)較不均勻；3種農(nóng)作物中硒平均值均大于中位值，表明農(nóng)作物中硒高含量數(shù)據(jù)較多；打籽西葫蘆籽粒中硒含量和富集系數(shù)最高，玉米籽粒最低。

3.2.2 農(nóng)作物中硒含量對(duì)比

內(nèi)蒙古沒(méi)有關(guān)于富硒農(nóng)作物、富硒產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參考地球化學(xué)環(huán)境相似的相鄰省份標(biāo)準(zhǔn)—寧夏富硒農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)[25]對(duì)研究區(qū)3種農(nóng)作物籽粒進(jìn)行富硒評(píng)價(jià)（表8）。通過(guò)對(duì)比，研究區(qū)采集的54件農(nóng)作物籽粒中有46件達(dá)到富硒水平，總富硒率為85.19%，向日葵籽粒和打籽西葫蘆籽粒的富硒率均為100.00%，玉米籽粒的富硒率較低，為55.56%。因此，3種農(nóng)作物均可作為研究區(qū)富硒農(nóng)作物品種，進(jìn)行種植開(kāi)發(fā)。

通過(guò)SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)研究區(qū)3種農(nóng)作物籽粒54件樣品硒含量做箱線圖（圖5），打籽西葫蘆籽粒硒含量有3個(gè)異常值，其中2個(gè)為極端異常值，向日葵籽粒硒含量有1個(gè)異常值，玉米籽粒硒含量有2個(gè)異常值，3種農(nóng)作物籽粒硒含量的異常值均集中在較大值一側(cè)，分布呈現(xiàn)右偏態(tài)；3種農(nóng)作物籽粒硒含量的中位值靠近下四分位，說(shuō)明3種農(nóng)作物中硒高含量數(shù)據(jù)均較多；從箱體整體看，打籽西葫蘆籽粒硒含量最高，玉米籽粒硒含量最低。

4 . 討論

4.1 土壤硒含量的影響因素

土壤中的硒主要來(lái)自成土母質(zhì)，土壤硒含量主要受母質(zhì)中硒含量控制[26]。除成土母質(zhì)外，地球外動(dòng)力地質(zhì)作用和人類(lèi)活動(dòng)引起的土壤理化性質(zhì)的變化也會(huì)對(duì)土壤中硒的含量和存在形態(tài)造成明顯的影響[27-28]。土壤中酸堿度、有機(jī)質(zhì)含量及礦物組分等因素都會(huì)制約土壤中硒的含量、分布和賦存形態(tài)[29-30]。

4.1.1 土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤硒含量的影響

本次選擇土壤酸堿度和有機(jī)質(zhì)含量，研究理化性質(zhì)對(duì)土壤硒含量的影響。通過(guò)SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件相關(guān)系數(shù)分析，結(jié)果顯示（表9），土壤硒與有機(jī)質(zhì)在置信度（雙測(cè)）為0.01水平上，Spearman相關(guān)系數(shù)為0.5726**，相關(guān)性為正相關(guān)，達(dá)到顯著水平，說(shuō)明土壤硒含量隨有機(jī)質(zhì)含量的升高而升高；土壤硒與pH值在置信度（雙測(cè)）為0.01水平上，Spearman相關(guān)系數(shù)為-0.1447**，相關(guān)性為負(fù)相關(guān)，達(dá)到顯著水平，說(shuō)明土壤硒含量隨pH值的升高而降低。

4.1.2 土壤礦物組分對(duì)土壤硒含量的影響

根據(jù)研究區(qū)地層分布情況和區(qū)域地形地貌特征，區(qū)內(nèi)成土母質(zhì)來(lái)源比較單一，主要來(lái)自北部大青山全新統(tǒng)沖洪積物。

從表10可知，土壤礦物組分有8種，對(duì)土壤中硒含量有影響的只有黏土礦物伊利石和綠泥石。研究區(qū)黏土礦物含量介于15.94%～55.08%，平均含量31.19%，含量相對(duì)較高，在表生環(huán)境中對(duì)硒有很強(qiáng)的吸附作用，是引起研究區(qū)土壤硒高含量分布的重要因素。

4.1.3 土壤形態(tài)對(duì)土壤硒含量的影響

通過(guò)SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件相關(guān)系數(shù)分析（表11），結(jié)果顯示，土壤硒與腐殖酸結(jié)合態(tài)硒、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)硒和殘?jiān)鼞B(tài)硒在置信度（雙測(cè)）為0.01水平上，Spearman 相關(guān)系數(shù)分別為0.8405**、0.8490**、0.9493**和0.7877**，相關(guān)性均為正相關(guān)，達(dá)到顯著水平，說(shuō)明土壤硒含量隨上述形態(tài)硒含量的升高而升高。

4.2 農(nóng)作物中硒含量的影響因素

從圖1可知，人和動(dòng)物的微量元素硒主要來(lái)源于食物鏈，從食物鏈中獲取硒營(yíng)養(yǎng)是比較安全、可靠，而且可行的途徑，硒從土壤向食物鏈遷移的狀況直接影響人與動(dòng)物的攝硒水平，對(duì)健康十分重要[5]。土壤硒生物富集能力即土壤硒進(jìn)入食物鏈（農(nóng)作物）能力，可用富集系數(shù)（即農(nóng)作物內(nèi)硒的平衡濃度與土壤中硒濃度的比值×100%）表示。已有研究表明，植物對(duì)硒的吸收能力差異較大[31]。農(nóng)作物中的硒含量高低除了與土壤中硒含量有關(guān)，還受農(nóng)作物品種、地層、土壤類(lèi)型等因素的影響[32]。

研究區(qū)地層主要來(lái)自北部大青山全新統(tǒng)沖洪積物，成土母質(zhì)比較單一；土壤類(lèi)型主要為草甸土，有少量的潮土零星分布。研究區(qū)內(nèi)農(nóng)作物中硒含量受地層、土壤類(lèi)型的影響不大。

4.2.1 土壤硒含量對(duì)農(nóng)作物中硒含量的影響

對(duì)研究區(qū)不同種類(lèi)農(nóng)作物的生物富集系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析（表12）顯示，向日葵籽粒和打籽西葫蘆籽粒硒在富硒土內(nèi)的富集系數(shù)比非富硒土高，而玉米籽粒在富硒土內(nèi)的富集系數(shù)比非富硒土略低，可能與樣本較少有關(guān)，說(shuō)明農(nóng)作物中硒含量受土壤中硒含量的影響，富硒土壤更有利于生長(zhǎng)富硒農(nóng)作物。

4.2.2 農(nóng)作物品種對(duì)農(nóng)作物中硒含量的影響

根據(jù)表12統(tǒng)計(jì)結(jié)果，不同種類(lèi)農(nóng)作物的生物富集系數(shù)差別很大，打籽西葫蘆籽粒的生物富集系數(shù)是玉米的3倍多，說(shuō)明農(nóng)作物中硒含量高低受農(nóng)作物品種的影響。

此外，其他營(yíng)養(yǎng)成分、金屬離子、氣候條件、土壤水分、電解質(zhì)含量都會(huì)影響植物對(duì)土壤硒的吸收利用，即影響農(nóng)作物中硒含量。

5 . 結(jié)論

（1）土默特左旗富硒區(qū)土壤硒的平均含量略高于中國(guó)土壤（A層）背景值，達(dá)到富硒土壤（≥0.4mg/kg）的樣品比例為15.96%；采集農(nóng)作物樣品54件，達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)的46件，富硒率達(dá)85.19%。

（2）研究區(qū)土壤硒含量明顯受土壤理化性質(zhì)、礦物組分和形態(tài)的影響。

（3）研究區(qū)農(nóng)作物中硒含量與土壤中硒含量有關(guān)，還受農(nóng)作物品種的影響。