南丹縣土壤-農作物中富硒特征及其影響因素分析

摘 要 以廣西南丹縣農用地為主要對象，以生態地球化學理論為指導，在1∶5萬土壤地球化學調查基礎上開展土壤硒含量特征、成因來源、遷移途徑、影響因素等分析研究，為富硒土地資源開發提供科學依據。對南丹縣3 271件表層土壤樣、60件水稻樣及40件玉米樣的硒含量進行測定分析，結果表明：研究區表層土壤硒含量為0.179～6.528 mg·kg-1，平均含量為0.918 mg·kg-1，其中硒含量高于0.4 mg·kg-1的富硒土壤面積占研究區面積的87.42%；水稻硒含量為0.027～0.540 mg·kg-1，平均含量為0.145 mg·kg-1，富硒率達93.33%；玉米硒含量為0.026～0.390 mg·kg-1，平均含量為0.091 mg·kg-1，富硒率達100%；土壤硒含量受成土母質、土壤pH、有機質含量、土地利用類型等因素影響。

關鍵詞 土壤；農作物；硒含量；影響因素；廣西南丹縣

中圖分類號：S153.6 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.13.013

硒是人類和動物機體生長發育所必需的健康微量元素，具有抗癌、延緩衰老、增強人體免疫力、拮抗有害重金屬等諸多作用[1-3]。人類和動物獲取硒的主要途徑是食物，而食物中硒的來源主要是土壤，因此土壤是硒生態循環中至關重要的環節。目前對土壤硒含量及其影響因素的研究已成為當今社會關注的熱點問題[4-11]，因此，筆者選取廣西南丹縣研究區3 271件表層土壤樣品作為研究對象，根據前人對其他地區土壤硒含量特征及其影響因素的研究成果，系統分析本區表層土壤中硒含量的分布特征及其影響因素，為該地區今后富硒產業發展、土地利用規劃提供科學依據。

1" 研究區域與方法

1.1" 研究區概況

南丹縣位于廣西西北部，地處云貴高原向桂西北丘陵過渡的斜坡地帶，地勢為北高南低，東北西南傾斜。研究區出露的地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系，其中以泥盆系和石炭系分布面積最廣，總面積超過研究區面積的85%以上。南丹縣自然資源豐富，礦產資源得天獨厚，其錫保有儲量超過“錫都”云南個舊，鉛、鋅的保有儲量，名列全國前茅。境內以山地為主，主要農作物有水稻、玉米、麥類、豆類、蕎麥、小米、薯類等。土壤類型以水稻土、紅壤、棕色石灰土為主，局部有少量黃紅壤土、黃壤土。土地利用現狀以水田、旱地、其他草地、林地為主，少量園地、裸地及城鎮建設用地等[12]。

1.2" 研究方法

1.2.1" 樣品采集

表層土壤樣品采集主要在研究區內水田、旱地、園地等耕作農用地布設樣點，采樣密度8～14點·km-2。自地表垂直向下0～20 cm連續采集樣品，采集3～5個子樣組合成一件樣品。農作物樣品采集于農作物收獲盛期，采用梅花點法、對角線法、蛇形法等進行多點取樣，然后等量混勻組成一個混合樣品。所有樣品經過自然晾干，初步加工后裝入紙袋密封，并在規定時間內送達實驗室[13]。

1.2.2" 樣品加工和測試分析

表層土壤樣品的加工和分析測試由河南省巖石礦物測試中心承擔。土壤樣品經干燥后加工過200目篩待測，分析測試Se、pH、有機碳含量（Corg.）等指標。土壤樣品使用原子熒光光譜法（AFS）測定Se含量，容量法測定Corg.含量，酸度計測定pH值。農作物樣品由廣西地質礦產測試研究中心負責測試分析，實驗室將干基樣品微波分解后，趕酸冷卻，搖勻待測，使用原子熒光光譜法（AFS）測定Se含量。硒形態樣品的測試分析采用順序提取法，使用原子熒光光譜儀（AFS）測定各形態Se含量。實驗室測試質量監控采用內外結合的方法控制，各項監控質量指標參數均達到《區域生態地球化學評價規范》[14]的要求，數據質量可靠。

2" 結果與分析

2.1" 土壤硒含量分布特征

研究區富硒土壤主要集中在六寨西南部、芒場、羅富、吾隘一帶。根據本次土壤調查數據，編制硒地球化學圖（見圖1），統計表明，Se含量高于0.4 mg·kg-1的富硒土地面積為552.00 km2，占總評價區面積的87.42%；富硒土地主要分布在測區中部及南部，其中大片高值區主要分布在南部區的羅富、吾隘鎮附近，高值區沿研究區自北向南分布。

研究區共采集土壤樣品3 271件，Se含量大于0.4 mg·kg-1的樣品2 636件，占總樣品數的80.58%。由表1可知，Se平均含量為0.918 mg·kg-1，最大值為6.528 mg·kg-1，最小值為0.179 mg·kg-1，變異系數0.904，呈強分異特征。按平均值加減3倍標準離差剔除異常值后，最大值為1.62 mg·kg-1，最小值0.179 mg·kg-1，背景值為0.658 mg·kg-1，是全國土壤A層背景值（0.29 mg·kg-1）[15]的2.27倍，但略低于廣西土壤A層背景值（0.7 mg·kg-1）[14]（《中國土壤元素背景值》[15]數據。總體而言，研究區土壤硒相對富集。

參照此標準及根據《土地質量地球化學評價規范》[14]，將土壤硒等級分為缺乏（≤0.125 mg·kg-1）、邊緣（＞0.125～0.175 mg·kg-1）、適量（＞0.175～0.40 mg·kg-1）、高（＞0.40～3.0 mg·kg-1）和過剩（＞3.0 mg·kg-1）共5個等級（見表2）。研究發現，土壤硒含量高于0.4 mg·kg-1以上的富硒土地面積為552.00 km2，占總評價區面積的87.42%。富硒土地主要分布在研究區西部、中部及東北部。

2.2" 土壤硒含量影響因素

土壤硒含量受成土母質、土壤pH、有機質含量、土地利用類型等因素影響，但每種因素的影響程度因地而異。在前人對其他地區的土壤硒含量影響因素研究的基礎上，分析本研究區各種影響因素，認為該區成土母質、土壤pH、有機質對表層土壤硒含量影響較大[16]。

2.2.1" 成土母質

土壤母質是巖石風化的產物，而土壤是母質通過成土過程而形成的，土壤的許多性質也就繼承了母質的性質，因此成土母質對土壤中Se含量有著重要的影響。成土母巖是成土的基巖，是巖石在風化過程中逐漸形成成土母質、土壤等一系列表生風化產物的基本來源[17]。

對研究區不同地層的成土母質、成土母巖及其相對的表層土壤進行分析，結果顯示大部分地層的不同巖性母巖中Se含量明顯低于表層土壤和成土母質，反映了母巖風化成壤過程中發生了較為強烈的Se元素富集現象。但是，合山組（P?h）含炭質泥巖剛好相反，Se含量高低為成土母巖＞成土母質＞表層土壤，說明Se元素在合山組（P?h）含炭質泥巖遷移過程中出現虧損。

研究表明，不同地層在巖石-成土母質-土壤系統中，物質具有繼承性，土壤中Se主要來源于成土母質。

2.2.2" 土壤pH

土壤pH是影響土壤硒含量的重要因素。土壤中硒形態主要有元素態硒（Se）、硒化物（Se2+）、亞硒酸鹽（Se4+）、有機態硒和揮發態硒等5種形態。土壤pH值直接影響硒的存在價態和土壤對硒的吸附固定作用，堿性土壤中硒以遷移性高的六價硒為主，酸性土壤則以四價硒為主。鐵錳鋁等氧化物和腐殖質對四價硒的吸附作用大于六價硒，且吸附能力隨pH值升高而降低[18]。

研究區土壤pH平均值為5.722，屬酸性土壤。通過對不同pH土壤中硒含量進行統計分析（見表2），結果表明，pH值＜5.0的條件下土壤硒含量明顯高于其他條件下的土壤硒含量，表明土壤越呈酸性，越有利于土壤硒元素的積累。

2.2.3" 有機碳含量

土壤中有機碳含量也是影響土壤硒含量的一個重要因素，其具有固定硒的作用[18]。從不同時代的成土母質、有機碳與土壤硒含量的散點圖（見圖2～圖6）可以看出，有機碳含量與土壤硒含量水平具有一定的正相關性。此外，由圖7可知，根系土Se含量與有機碳含量無明顯相關性，隨著土壤有機質含量的增高，根系土Se元素含量并無明顯變化，說明研究區有機碳含量高的土壤對硒元素無明顯吸附作用。

2.3" 硒形態特征

選取不同地質背景和地球化學背景的剖面樣品和根系土樣品作硒形態測試，其中剖面樣品33件、根系土樣品33件，測試項目為水溶態硒、硒酸態和亞硒酸態硒、腐殖酸結合態硒等3種形態。

2.3.1" 硒形態總體特征

硒形態特征值見表3，從平均值看，各形態硒含量高低依次為腐殖酸結合態、硒酸態和亞硒酸態、水溶態，前者分別比后者高一個數量級。水溶態和腐殖酸結合態硒的變異系數均大于0.5，說明它們受外界干擾較為明顯，具有較強的空間分異特征。

2.3.2" 硒形態對水稻硒含量的影響

利用33件根系土及對應的水稻硒含量數據進行分析，結果見圖8，水稻硒含量與水溶態硒、硒酸態和亞硒酸態硒、腐殖酸結合態硒、硒全量均呈正相關關系，與硒酸態和亞硒酸態硒呈負相關關系，相關系數分別為0.238、0.566、0.619、0.604。可見，土壤中各形態硒和硒全量升高，有利于水稻中硒的富集，尤其是硒酸態和亞硒酸態硒、腐殖酸結合態硒及硒全量含量升高對水稻硒含量的影響明顯（相關系數大于0.5）。

2.4" 農作物硒元素地球化學特征

研究區內主要農作物中Se元素平均含量統計結果列于表4。可以看出，水稻60件樣品中，硒含量一般為0.027～0.540 mg·kg-1，平均含量為1.145 mg·kg-1；根據《富硒農產品硒含量分類要求》[19]，糧食類富硒含量標準為0.15～0.50 mg·kg-1，發現本研究有23件水稻樣品中Se元素含量大于0.15 mg·kg-1，占樣品總數的38.33%，其中1件樣品含量值高達0.54 mg·kg-1，高于糧食類富硒含量標準。根據《富硒稻谷》[20]標準中硒含量在0.04～0.30 mg·kg-1之間屬于富硒稻谷，統計本研究樣品中硒含量達到富硒標準（≥0.04 mg·kg-1）的有56件，占樣品總數的93.33%，從富硒水稻樣點分布情況看，富硒樣品主要分布在硒地球化學高背景區。從行政區看，主要分布在芒場鎮西北部、月里鎮東北部、羅富鎮及吾隘鎮一帶，其分布與富硒土壤區基本吻合，土壤酸堿性環境均為弱酸性，地層主要位于泥盆、石炭、二疊系地層中。

玉米40件樣品中，硒含量在0.026～0.390 mg·kg-1，平均含量為0.091 mg·kg-1，根據《天然富硒食品硒含量分類標準》[21]，成品糧食類玉米富硒含量標準為0.02～0.28 mg·kg-1，所調查的樣品均達到富硒標準。

2.5" 農作物富硒生態效應及受控因素

2.5.1" 農作物硒含量特征

研究區共采集水稻籽實樣品60件，水稻根系土60件，玉米40件，玉米根系土40件。結果發現，水稻硒含量變化區間為0.027～0.540 mg·kg-1，變異系數為0.766；玉米硒含量變化區間為0.026～0.390 mg·kg-1，變異系數為0.978，說明玉米的分異性高于水稻。

2.5.2" 土壤硒與農作物中硒含量的關系

用硒的生物富集系數（植物器官硒含量/根系土硒含量）來評價硒元素的生態效應。該系數是衡量土壤中元素被農作物吸收程度的指標，將各樣品的生物富集系數求平均值，得到各農作物中硒的生物富集系數[22]。

據統計，研究區水稻、玉米根系土中平均硒含量分別為0.918、1.118 mg·kg-1，玉米根系土硒含量略高于水稻根系土，但是水稻、玉米籽實中平均硒含量為0.145、0.091 mg·kg-1，水稻富集系數（0.158）高于玉米富集系數（0.081），表明了水稻籽實對硒的富集能力強于玉米。

2.5.3" 各形態硒與農作物的關系

根據Se三種形態在水稻中的含量特征值，各形態Se含量依次為腐殖酸結合態Se＞硒酸態和亞硒酸態Se＞水溶態Se，腐殖酸結合態Se含量最高，說明研究區表層土壤植物的腐蝕物是硒的重要來源之一，這與研究區地質環境及植物發育特征基本吻合。最容易被植物吸收的水溶態Se含量最低，這與表層土壤水溶態硒含量低有關，可能受當地土壤環境影響。

3" 結論與建議

1）雖然研究區富硒土地分布面積大，但是便于開發利用的耕地面積較少。

2）硒的賦存形態受外界干擾較為明顯，具有較強的空間分異特征。

3）調查表明，研究區內水稻籽實對硒的富集能力稍強于玉米，建議圈定富硒水稻區開發，開發富硒水稻產業鏈，推動當地經濟發展。

4）不同地層在巖石-成土母質-土壤系統中，物質具有繼承性，研究區硒主要來源于成土母質及表層土壤植物的腐蝕物。

參考文獻：

[1]" 齊玉薇，史長義.硒的生態環境與人體健康[J].微量元素與健康，2005，22（2）：63-66.

[2]" 崔劍波.生態環境中的生命元素Se與健康的研究[J].生態學進展，1989，6（4）：243-251.

[3]" RAYMAN M P. The importance of selenium to human health[J]. The Lancet， 2000， 356： 233-241.

[4]" 陳懷滿，鄭春榮，周東美，等.土壤中化學物質的行為與環境質量[M].北京：科學出版社，2002.

[5]" 酈逸根，董巖翔，鄭潔，等.浙江富硒土壤資源調查與評價[J].第四紀研究，2005，25（3）：322-330.

[6]" 李括，彭敏，趙傳東，等.全國土地質量地球化學調查二十年[J].地學前緣，2019，26（6）：128-158.

[7]" 黃子龍，林清梅，范汝海.廣西全州縣富硒土壤地球化學特征[J].物探與化探，2018，42（2）：381-385.

[8]" 楊忠芳，余濤，侯青葉，等.海南島農田土壤Se的地球化學特征[J].現代地質，2012，26（5）：837-849.

[9]" 余濤，楊忠芳，王銳，等.恩施典型富硒區土壤硒與其他元素組合特征及來源分析[J].土壤，2018，50（6）：1119-1125.

[10] 郭莉，楊忠芳，阮起和，等.北京市平原區土壤中硒的含量和分布[J].現代地質，2012，26（5）：859-864.

[11] 廖啟林，崔曉丹，黃順生，等.江蘇富硒土壤元素地球化學特征及主要來源[J].中國地質，2020，47（6）：1813-1825.

[12] 覃相，陳旭明，曾少尉，等.廣西南丹縣土地質量地球化學評價報告[R].柳州：廣西壯族自治區地球物理勘察院，2020.

[13] 中華人民共和國國土資源部.土地質量地球化學評價規范（DZ/T0295—2016）[S].北京：地質出版社，2016.

[14] 中華人民共和國國土資源部.區域生態地球化學評價規范（DZ/T0289—2015）[S]. 北京：中國標準出版社，2015.

[15] 中國環境監測總站.中國土壤元素背景值[Ｍ].北京：中國環境科學出版社，1990.

[16] 王銳，余濤，曾慶良，等.我國主要農耕區土壤硒含量分布特征、來源及影響因素[J].生物技術進展，2017，7（5）：359-366.

[17] 孫朝，侯青葉，楊忠芳，等.典型土壤環境中硒的遷移轉化影響因素研究——以四川省成都經濟區為例[J].中國地質，2010，37（6）：1760-1768.

[18] 楊瓊，侯青葉，顧秋蓓，等.廣西武鳴縣典型土壤剖面Se的地球化學特征及其影響因素研究[J].現代地質，2016，30（2）：455-462.

[19] 廣西質量技術監督局.富硒農產品硒含量分類標準（DB45/T1061—2014）[S].南寧：廣西標準出版社，2014.

[20] 中國國家質量監督檢查檢疫總局.富硒稻谷（GB/T22499—2008）[S].北京：中國標準出版社，2008.

[21] 中國富硒食品硒含量分類標準（試行）HB001T-2013. 中國食品工業協會花卉食品專業委員會，2013.

[22] BOIM A G F， MELO L C A， MORENO F N， et al. Bioconcentration factors and the risk concentrations of potentially toxic elements in garden soils[J]. Journal of Environmental Management， 2016， 170： 21-27.

（責任編輯：易" 婧）

收稿日期：2024-02-27

作者簡介：覃相（1983—），本科，工程師，主要從事地球化學勘查。E-mail： 516953861@qq.com。