仁懷市茅壩鎮高粱基地土壤硒地球化學分布特征及賦存形態

黃栩彬 潘自平 邵茂艷 陳婷

黃栩彬，潘自平，邵茂艷，等. 仁懷市茅壩鎮高粱基地土壤硒地球化學分布特征及賦存形態［J］. 湖北農業科學，2024，63（2）：50-54，66．

摘要：以貴州省仁懷市茅壩鎮有機高粱基地為研究對象，開展了土壤硒的地球化學分布及賦存形態特征研究。結果表明，高粱基地土壤全硒含量范圍為0.24～1.35 mg/kg，平均為0.50 mg/kg，為全國土壤背景值的1.72倍。研究區富硒土壤分布較廣，富硒土壤占總面積的50%；土壤硒的化學形態以有機物-硫化物結合態及元素態硒為主，占比為57.14%，鐵-錳氧化物結合態硒、可交換態及碳酸鹽結合態硒、殘渣態硒含量相近，占比分別為14.21%、14.19%和12.70%，水溶態硒含量最低，占比為1.76%；水溶態硒與可交換態及碳酸鹽結合態硒占比之和較高（15.95%），說明土壤硒的生物有效性較強，容易被植物吸收利用，有利于富硒農作物的種植和生產。土壤全硒、各形態硒含量與有機質含量呈正相關，表明有機質的增加有利于硒在土壤中的積累；土壤pH與水溶態硒含量呈顯著正相關（P<0.01），而與全硒和其他形態硒含量呈負相關，證實堿性條件下硒主要以硒酸鹽形式存在，而使硒的生物有效性得到提高。由此可知，研究區高粱基地富硒水平較高，分布面積較大，且硒的生物有效性較強，為提高茅臺酒釀造原料紅纓子高粱的品質和發展地方富硒特色農產品提供了良好的土地資源條件。

關鍵詞：高粱基地土壤；硒；地球化學分布；賦存形態；富硒土壤評價；仁懷市茅壩鎮

中圖分類號：S153? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）02-0050-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.009 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Geochemical characteristics and occurrence forms of soil selenium in sorghum base of Maoba Town， Renhuai City

HUANG Xu-bin， PAN Zi-ping， SHAO Mao-yan， CHEN Ting

（Department of Resources and Environment， Moutai Institute， Renhuai? 564500， Guizhou， China）

Abstract：The organic sorghum base in Maoba Town of Renhuai City was taken as the research object to study the geochemical distribution and occurrence form characteristics of soil selenium. The results showed that soil selenium content in sorghum base ranged from 0.24 to 1.35 mg/kg， with an average of 0.50 mg/kg， which was 1.72 times of the national soil background value. Se-enriched soil was widely distributed in the study area， accounting for 50% of the total area. The main chemical forms of soil selenium were organic-sulfide bound and elemental selenium， accounting for 57.14%. The contents of Fe-Mn oxide bound selenium， exchangeable-carbonate bound selenium and residue selenium were not much different， accounting for 14.21%， 14.19% and 12.70%， respectively. The water-soluble selenium was the lowest （1.76%）. The sum of water-soluble selenium and exchangeable-carbonate bound selenium was relatively high （15.95%）， which indicated that the bioavailability of soil selenium was strong， and it was easy to be absorbed and utilized by plants， and was beneficial to the cultivation and production of Se-enriched crops. The content of total selenium and various forms of selenium in soil was positively correlated with organic matter， indicating that the increase of organic matter was beneficial to the accumulation of selenium in soil. Soil pH was significantly positively correlated with water-soluble selenium content， but weakly negatively correlated with total selenium and other forms of selenium content. It was confirmed that selenium mainly existed in the form of selenate under alkaline conditions， which improved the bioavailability of selenium. Therefore， the sorghum base in the study area had a high level of selenium enrichment， a large distribution area， and a strong bioavailability of selenium， which provided a good land resource condition for improving the quality of sorghum Hongyingzi，and developing local Se-enriched characteristic agricultural products.

Key words： sorghum base soil； selenium； geochemical distribution； occurrence forms； Se-enriched soil evaluation； Maoba Town， Renhuai City

硒是人體和哺乳動物生長發育的必需微量元素^［1］，具有抗衰老、抗癌^［2］、拮抗重金屬毒性、維持人體心血管健康等功能，被稱為“生命的奇效元素”^［3］。硒對人類健康有雙重影響，缺乏可導致克山病等^［4］，過量會導致慢性中毒，如盲跚癥等^［5］。土壤是農作物硒的儲存庫，農作物中的硒主要來源于土壤。有研究表明，土壤硒的形態是決定植物吸收及人體健康的關鍵因素^［6］，甚至有學者認為土壤硒的形態更為重要^［7］。由此可知，植物中硒的含量不僅與土壤硒總量有關，更與土壤中硒的賦存形態有關，它影響著硒的活化、遷移、轉化、富集等地球化學行為，對生物有效性及人體健康^［8，9］等起著決定性作用。因此，在研究土壤硒含量空間分布的同時，有必要對其賦存形態及硒的生物有效性進行研究和評價。

硒在全球土壤的地球化學分布極為不均^［10］，全球土壤Se含量的變幅為0.01～2.00 mg/kg，均值為0.40 mg/kg^［11］。中國是一個整體上缺硒的國家，約51%國土面積缺硒^［12］，1999年以來，中國1∶25萬多目標區域地球化學調查發現了大量富硒土地資源，至2015年在150.7萬km²調查區內發現綠色富硒耕地349.6萬hm^2［11］。貴州省表層土壤硒含量較高（平均值為0.37 mg/kg），高于全球和全國土壤背景值^［13］，區內分布有大面積的富硒土壤（硒含量大于0.4 mg/kg），為保證人體健康和富硒農作物生產提供了良好的土壤資源。

研究區仁懷市是馳名中外茅臺酒的原產地，茅臺酒高品質一方面得益于茅臺鎮得天獨厚的自然地理和微生物環境，另一方面與其獨特的釀造工藝和對釀酒原料高標準要求密不可分。高粱為茅臺酒釀造原料，要求為仁懷市本地及周邊種植的紅纓子糯高粱，種植環境要求符合綠色食品產地環境和有機產品標準，查明仁懷市有機高粱基地土壤環境質量狀況及硒等健康元素的地球化學分布及賦存形態，對茅臺酒釀造原料安全供給和品質保障具有重要意義。因此，本試驗以仁懷市茅壩鎮高粱基地為研究對象，對土壤硒地球化學分布特征及其賦存形態進行調查研究，評價土壤富硒水平及其生物有效性，以期為茅臺酒原料品質的提升、土地資源高效利用、發展富硒特色農業提供科學依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

茅壩鎮位于貴州省遵義市仁懷市西南部，地理坐標為27°37′27.75″—27°47′0.48″N，106°05′57.35″—106°15′0.19″E，總面積為142 km²，下轄1個社區、12個行政村。該地區屬典型的亞熱帶季風氣候，四季分明，日照充足，無霜期長，冬無嚴寒，夏無酷暑。境內地勢南高北低，最高海拔為1 277.9 m，最低海拔為440.0 m，地貌地形復雜多樣，以山地丘陵為主。土壤類型以石灰土、黃壤土、水稻土及紫色土等為主。出露地層主要為震旦系、寒武系、奧陶系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系，巖性主要有黏土巖、粉砂巖、砂巖、灰巖、白云巖等。研究區是典型的農業種植大鎮，現有耕地面積約1 733 hm²，以種植高粱、水稻和油菜為主，是茅臺酒釀造原料紅纓子高粱的重要種植基地，其中楊柳村至躍進村一帶的有機高粱基地面積達166.7 hm²。

1.2 樣品采集與測定

1.2.1 樣品采集及處理 根據《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166—2004）^［14］，結合研究區高粱基地分布情況、地形地貌、海拔高度等因素，選擇合適的區域或地塊作為采樣單元，采用梅花形布點法，于采樣單元中心點50～70 m范圍內分別采集5個土壤子樣，等量混合均勻成1個樣，裝入帆布樣品袋，采樣深度為0～20 cm，樣品質量≥1 000 g。用手持Trimble GPS定位采樣點，并記錄土壤類型、顏色、濕度及施肥等情況。同時于部分土壤采樣點采集相應高粱子粒樣品。土壤樣品帶回實驗室自然風干，剔除石塊、動植物殘體等雜質后，用木錘或木棒輕輕敲打，過20目尼龍篩，四分法縮分至重約500 g，裝入聚四氟乙烯塑料瓶中保存。另取50 g 20目樣品用瑪瑙研缽磨碎至全部過100目篩（粒徑為0.149 mm），用于土壤硒含量、硒形態及理化性質指標的分析。高粱子粒樣品自然晾干后脫粒，用植物粉碎機磨細至0.149 mm。本次共采集22份土壤樣品，采樣點位置分布如圖1所示。

1.2.2 樣品測定 土壤硒含量采用水浴加熱-王水消解-原子熒光光度法測定，高梁中硒含量采用硝酸-高氯酸混合酸加熱消解-原子熒光光度法^［15］測定；土壤pH采用去離子水浸提-pH計測定；土壤陽離子交換量（CEC）采用三氯化六氨合鈷-分光光度法測定；土壤有機質含量（SOM）采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；土壤黏粒含量采用激光粒度儀法測定。

土壤硒化學形態的浸提和分析參照瞿建國等^［16］的方法，將土壤硒形態分為水溶態（Sol-Se）、可交換態及碳酸鹽結合態（EXC-Se）、鐵-錳氧化物結合態（FMO-Se）、有機物-硫化物結合態及元素態（OM-Se）、殘渣態（Res-Se）5種形態，分別用KCl、KH₂PO₄、HCl、K₂S₂O₈、HNO₃-HClO₄溶液提取，詳細步驟見表1，各提取液中硒含量均采用原子熒光光譜法測定。

1.2.3 數據處理 采用Excel 2021、IBM SPSS 26.0軟件進行數據處理分析和相關性分析，結合Origin Pro 2022軟件編制圖表等；使用ArcGIS 10.8.1軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 表層土壤硒的地球化學分布特征

由表2可知，茅壩鎮高粱基地表層土壤全硒含量的變幅為0.24～1.35 mg/kg，平均值為0.50 mg/kg，土壤全硒含量平均值高于中國土壤背景值、貴州省土壤背景值及仁懷市土壤背景值，略低于遵義市土壤背景值。全硒含量的變異系數為54.0%，硒含量變化中等，分布較為不均。從各村土壤全硒含量均值可見，土壤全硒含量分布特征為雄豐村>后壩村>楊柳村>安良村，雄豐村土壤硒富集程度最高，全硒含量平均為0.92 mg/kg，全區最大值（1.35 mg/kg）位于該村，其平均值分別是中國土壤背景值和仁懷市土壤背景值的3.17倍與4.60倍，安良村表層土壤硒含量最低，所有采樣點位均未達到富硒土壤標準（0.40 mg/kg）。

圖2為研究區土壤全硒含量空間分布。茅壩鎮高粱基地土壤全硒含量在0.24～1.35 mg/kg。富硒土壤主要集中在雄豐村高粱基地附近，且雄豐村土壤硒含量隨著海拔的升高出現明顯的增加，土壤硒含量中等區域主要分布在后壩村、楊柳村2個地區，安良村存在面積較大的土壤硒邊緣區域，但總體情況屬于中等水平。土壤硒含量分布特征與地形地貌、生物類型、土壤類型、氣候類型、沉積環境、周圍居民點等具有內在聯系。

2.2 富硒土壤及農作物富硒評價

根據譚見安^［21］關于土壤硒生態景觀的界限值劃分標準，將土壤分為缺硒、硒不足、足硒、富硒和硒過量5種類型（表3），其中富硒標準為0.400～3.000 mg/kg，依據該標準對研究區土壤進行富硒情況評價。由表3可見，本次所有采樣點土壤硒含量均在足硒（0.175 mg/kg）以上，達到足硒和富硒標準的樣品均為11份，富硒土壤占比為50%，無缺硒、硒不足和硒過量等情況。從行政村土壤硒分布看，雄豐村土壤硒含量全部達到富硒土壤標準，為主要富硒區；楊柳村與后壩村共有5份樣品硒含量達到富硒土壤標準，而安良村土壤硒全部低于富硒土壤標準，土壤硒富集程度較低。

本次采集9份高粱子粒樣品，其中除2份樣品未檢出硒外，其余樣品硒含量在0.01～0.05 mg/kg，均值為0.02 mg/kg。參照重慶市地方標準《富硒農產品》（DB50/T 705—2016），有 3份高粱樣品達到0.02～0.30 mg/kg的富硒高粱標準，富硒高粱占比為33.33%。

2.3 土壤硒賦存形態分布特征

茅壩鎮高粱基地土壤硒形態分析結果見表4。結果表明，研究區土壤硒以有機物-硫化物結合態及元素態硒為主，其含量變幅為122.08～857.54 mg/kg，平均值為285.83 mg/kg，占全硒含量的57.14%；可交換態及碳酸鹽結合態硒與鐵-錳氧化物結合態硒次之，分別占全硒含量的14.19%與14.21%，可交換態及碳酸鹽結合態硒含量變幅為28.17～158.38 mg/kg，平均值為70.98 mg/kg，鐵-錳氧化物結合態硒含量變幅為41.40～145.91 mg/kg，平均值為71.07 mg/kg。上述3種形態硒的總量占高粱基地土壤全硒含量的85.54%。水溶態硒含量變幅在3.60～15.58 mg/kg，平均值為8.79 mg/kg，占全硒含量的1.76%。

圖3為茅壩鎮4個行政村高粱基地土壤中5種形態硒含量的占比情況。各形態硒在各村中的占比情況表現為，水溶態硒在楊柳村土壤中占比最高，可交換態與碳酸鹽結合態硒在后壩村土壤中占比最高，鐵-錳氧化物結合態硒在安良村土壤中占比最高，有機物-硫化物結合態及元素態硒在后壩村與楊柳村土壤中占比最高，殘渣態硒在雄豐村土壤中占比最高。

農作物中硒的主要來源是土壤，農作物對硒的吸收和積累受土壤硒賦存形態的影響，水溶態硒是移動性最強、最易被植物吸收的組分，可交換態及碳酸鹽結合態硒的生物有效性比水溶態硒低，但也能被農作物吸收轉化利用，兩者常被定義為土壤中的生物有效硒^［11］。農作物根部主要從土壤中吸收水溶態硒、可交換態及碳酸鹽結合態硒，并在其體內進行運轉和再分配^［22］。茅壩鎮高粱基地表層土壤中水溶態硒含量為（8.79±3.40）mg/kg，可交換態及碳酸鹽結合態硒含量為（70.98±40.13）mg/kg，分別占土壤全硒含量的1.76%和14.19%，其中水溶態硒含量達中等富硒水平，高粱基地土壤硒比較容易遷移轉化進入農作物，土壤硒的生物有效性較高。

2.4 理化性質對土壤硒含量及賦存形態的影響

2.4.1 土壤理化性質 由表5可見，高粱基地土壤pH在6.75～7.97，平均值為7.42，土壤總體呈中性；有機質含量在9.76～57.80 g/kg，平均值為26.88 g/kg；陽離子交換量在16.93～40.05 cmol/kg，平均為25.43 cmol/kg。土壤有機質含量和陽離子交換量均處于中等水平。

2.4.2 理化性質對土壤硒含量的影響 由表6可知，土壤全硒含量與有機質含量相關系數為 0.773，呈顯著正相關（P<0.01），主要由于土壤有機質在硒的吸收和固定中起著重要作用，硒能與有機質結合形成復合體，在土壤中被吸收固定，所以土壤中有機質在特定范圍內含量越高，對硒的吸附能力越強，進而增加高粱基地土壤硒含量；土壤pH與土壤全硒含量相關系數為-0.476，呈顯著負相關（P<0.05），由于硒在堿性條件下主要以可溶性硒酸鹽（SeO₄^2-）形式存在，易被淋溶流失。土壤全硒含量與黏粒含量呈正相關（相關系數為 0.281），主要是因為土壤黏粒比重越大，對硒吸附能力就越強。而土壤全硒含量基本不受陽離子交換量（CEC）的影響。

2.4.3 理化性質對土壤硒賦存形態的影響 由表6可知，除水溶態硒外，其余4種形態硒含量和全硒含量兩兩間均呈顯著正相關（P<0.01）；水溶態硒與土壤pH呈顯著正相關（P<0.01）；可交換態及碳酸鹽結合態硒含量、有機物-硫化物結合態及元素態硒含量、殘渣態硒含量與土壤有機質含量間均呈顯著正相關（P<0.05或P<0.01）；可交換態及碳酸鹽結合態硒含量與土壤黏粒含量呈顯著負相關（P<0.01）；土壤全硒、5種形態硒的含量與陽離子交換量均無顯著相關性，表明茅壩鎮地區高粱基地土壤硒的賦存形態不受陽離子交換量的影響。

3 小結與建議

本試驗以仁懷市茅壩鎮有機高粱基地為研究對象，對土壤硒的地球化學分布及硒的賦存形態進行研究和評價，主要得到以下結果。

1）茅壩鎮高粱基地表層土壤全硒含量平均值為0.50 mg/kg，高于中國土壤背景值、貴州省土壤背景值及仁懷市土壤背景值，略低于遵義市土壤背景值，區內硒分布較為不均，其中雄豐村富集程度最高，安良村最低。研究區富硒土壤面積分布較廣，富硒土壤占比為50%。

2）土壤硒形態分析結果表明，研究區土壤以有機物-硫化物結合態及元素態硒為主，占比為57.14%，鐵-錳氧化物結合態硒、可交換態及碳酸鹽結合態硒、殘渣態硒含量相近，占比分別為14.21%、14.19%和12.70%，水溶態硒含量最低，占比僅1.76%。水溶態硒與可交換態及碳酸鹽結合態硒占比之和較高（15.95%），表明研究區土壤硒的生物有效性較高，容易被植物吸收利用，有利于富硒農產品種植和開發。

3）研究區土壤全硒、5種形態硒含量均與有機質含量呈正相關；水溶態硒含量與pH呈顯著正相關（P<0.01），其他形態硒含量與pH呈負相關，表明土壤有機質能促進硒在土壤中的富集，而堿性條件有利于硒的溶出而提高生物有效性。土壤全硒和各形態硒與陽離子交換量均無明顯相關性。

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收稿日期：2023-01-31

基金項目：貴州省教育廳創新群體項目（黔教合KY字［2020］023）；貴州省基礎研究計劃項目［黔科合基礎（2019）1294號］；茅臺學院高層次人才科研項目（mygccrc［2022］064）

作者簡介：黃栩彬（1998-），男，貴州習水人，在讀本科生，研究方向為土壤環境，（電話）18311633231（電子信箱）724901073@qq.com；通信作者，潘自平（1969-），男，教授，博士，主要從事土壤環境地球化學研究，（電子信箱）344283078@qq.com。