焉耆县北大渠乡土壤硒含量特征及影响因素研究.docx

焉耆县北大渠乡土壤硒含量特征及影响因素研究 赵吉海 王庆军 王刚 马宏超 范磊善摘 要：通过对焉耆县北大渠乡表层土壤和特色农作物全硒含量测定，分析了研究区表层土壤全硒含量特征及农作物硒含量影响因素结果表明：表层土壤硒元素含量0.07～1.5 mg/kg，平均0.43 mg/kg，富硒土壤面积105.7 km2，占比88.07%;土壤硒主要以强有机态形式存在，被农作物有效吸收的离子交换态和水溶态硒含量仅占总量的5.94%不同土壤类型硒平均含量由高到低依次为盐化潮土>潮土>草甸盐土相关分析结果表明：土壤TOC和pH值是影响研究区表层土壤硒含量的主要因素，在潮土中二者与土壤硒含量相关性最显著研究区特色农作物中硒含量不仅受土壤全硒含量影响，且与土壤pH值和土壤TOC密切相关按相关评价标准，研究区有26件小麦、11件玉米、1件番茄和2件葡萄达到安全富硒食品要求，富硒率分别为78.8%、68.8%、66.7%和33.4%关键词：北大渠乡;富硒土壤;形态特征;相关分析;富硒农作物硒是人体必需的微量营养元素之一，具防癌、抗癌、增强免疫力、保护肝脏等重要作用，被科学家称为“抗癌之王”[1]食物是人体硒元素的主要来源，植物中的硒大多从土壤中吸收，然后富集到植物可食部位[2]。

因此，研究土壤硒对农作物安全和人体健康具重要意义2016—2018年由新疆地质调查院承担完成的新疆焉耆盆地1∶25万土地质量地球化学调查成果显示，焉耆县北大渠乡分布有大量富硒土壤在此基础上，进一步开展焉耆县北大渠乡中大比例尺（1∶5万）富硒土地专项调查评价工作，研究该区域中表层土壤和特色农作物中硒含量特征及影响因素，为当地合理开发富硒农产品及相关富硒资源提供一定帮助1 研究区概况研究区位于天山南麓焉耆盆地中心地带，地势总体呈西高东低，平均海拔1 200 m左右，属典型大陆荒漠性气候，兼具盆地气候特征，夏季聚热、冬季寒冷全年降水量64.7 mm，夏季较集中，全年蒸发量2 000.5～2 449.7 mm，相对湿度55%左右研究区总面积120 km2，土壤类型以盐化潮土和潮土为主，面积分别占38.8%和40.5%土地利用类型主要以耕地和草地等农用地为主，二者占研究区总面积的73.2%研究区内出露地层为第四系，主要有下更新统西域组、中更新统乌苏群和上更新统新疆群，均为冲洪积产物以新疆群分布面积最大，全新统主要为冲积、洪积、沼泽沉积、化学沉积、湖积、风积等不同成因类型2 工作方法2.1 样品采集本次土壤样品点位采用网格化方式进行布设，兼顾均匀性与合理性，同时参考了地块图斑、地形地貌和土壤类型等因素（图1）。

共采集表层土壤样960件（含重复样），样品点位密度为4～16点/km2，采样深度0～20 cm，样品布设土地主要以耕地（水浇地）为主为避免出现空白区，方便后期进行整体评价，对其它土地利用类型（建筑用地、未利用地等）按4点/km2密度布设采样点进行控制样品采集以GPS定点为中心点位，在30～50 m范围内向四周辐射3个分样点等量组合成一个混合样，采样重量约1～1.5 kg采样时避开沟渠、田埂、路边、旧房基、粪堆、垃圾坑、农药瓶残留点等污染点和新近搬运的外来土采集样品在室内阴凉处晾干，剔除样品中的植物残体、石块等杂质，过20目尼龙筛，称取300 g送国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心分析，留取重量不少于300 g的样品为库样，装入干净塑料瓶中保存本次研究采集4种特色农作物（小麦、玉米、番茄和辣椒）样品共计90件，同时采集每件农作物配套的根系土壤样品共计90件样品采集、后期加工和保存等环节严格按《区域生态地球化学评价规范》（DZ/T0289-2015）执行2.2 样品分析测试本次所有样品（土壤和农作物）均由国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心（新疆维吾尔自治区矿产实验研究所）承担完成土壤和农作物样品中的测试指标严格按《多目标区域地球化学调查规范（1∶250000）》（DZ/T0258-2014）和《生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）》（DD2005-03）等相关标准进行分析。

表层土壤分析指标为全硒含量、有机碳（Corg）和pH值等分析方法分别为原子荧光光谱法（AFS）、重络酸钾容量法和电位法（ISE），检出限为0.0110-6、0.063%和0.03;农作物中全硒和根系土中硒的7种形态采用等离子体质谱法（ICP-MS），检出限分别为0.00510-6和0.00110-6～0.00810-6采用内部质量和外部质量监控相结合的方法控制样品分析质量，其中内部质量监控从检出限高低、精密度、准确度等质量参数进行监控，合格率在95%以上采取送外检样和插入标准监控样方法对外部质量进行控制，合格率为100%样品分析质量达到相关技术标准要求2.3 数据处理通过Spss20.0软件对实验数据进行参数统计和相关性分析，利用Microsoft Excel 2016软件对数据进行相关元素含量散点图制作，采用MapGis6.7和ArcGis10.2软件绘制研究区土壤类型图和硒元素地球化学等级评价图等3 结果与讨论3.1 土壤硒总体分布特征本次研究表明，北大渠乡表层土壤全硒含量为0.07～1.5 mg/kg，平均0.43 mg/kg，标准差为0.143 mg/kg，变化系数33.1%总体来看，研究区内土壤硒含量分布相对均匀，表层土壤全硒含量均值明显高于我国土壤全硒背景值（0.29 mg/kg）[3]，且高于陕西紫阳富硒区土壤硒含量（0.323 mg/kg），但与南部沿海（福建寿宁土壤硒含量0.44 mg/kg）和华中地区（湖北恩施土壤硒含量1.88 mg/kg）的富硒区相比硒含量水平相对较低[4-6]。

据谭见安对土壤硒元素含量丰缺性划分标准[7]，结合最新《天然富硒土地划定和标识》（DD2019-10），对研究区表层土壤硒含量进行相关统计（表1）发现区内12.1%的土壤为足硒土壤，85.6%的土壤达到富硒土壤水平，1.49%的土壤為硒潜在不足，缺硒土壤仅占0.81%，无硒中毒地区总体来看，研究区表层土壤整体富硒水平较高据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295-2016），以土地利用现状图为底图，对样品数据进行空间差值处理，并绘制了研究区表层土壤硒含量等级划分图（图2）从图中可看出，研究区土壤全硒含量整体处于高-适中水平，其中适中土壤面积占比为10.67%，主要分布在北渠村西北部、六十户村的东北角及段家庄西北角;富硒土壤面积105.7 km2，占比88.07%，主要集中分布在十号渠村—北大渠村—六十户村之间综合区内土壤环境综合等级，研究区富硒土壤中清洁富硒土壤和轻微污染富硒土壤面积分别为49.01 km2和55.97 km2，二者在富硒土壤中占比达99.32%，说明研究区具开发无公害富硒食品产地潜力3.2 土壤中硒形态特征土壤中全硒量表征的是土壤中硒含量的总体水平，并不是土壤中所有硒都能被农作物吸收利用，只有生物有效性较强的硒才易被农作物吸收[8-10]。

统计研究区90件根系土壤样品中不同形态硒的均值含量可看出（表2），整体呈强有机结合态>残渣态>腐殖酸态>离子态>碳酸盐态>铁锰态>水溶态，其中强有机结合态硒含量均值为0.141 mg/kg，占总量的4.9%，残渣态和腐殖酸态硒含量分别为0.106 mg/kg和0.063 mg/kg，二者共同占比达41.83%，水溶态硒和离子交换态硒含量仅占总量的5.94%由此可见，研究区土壤中硒的存在形式主要以强有机结合态硒和残渣态硒存在，可被农作物直接吸收利用的离子交换态和水溶态硒含量占比较低离子交换态和水溶态硒的变异系数处于中等变异，说明此两种形态的硒受一定环境影响，其含量在空间上存在一定波动性3.3 不同土壤类型中全硒含量分析研究区共有3种土壤类型，分别为盐化潮土、潮土和草甸盐土统计3种土壤类型中全硒含量特征看出（表3），不同土壤类型中全硒含量存在一定差异，整体表现为：盐化潮土>潮土>草甸盐土其中盐化潮土全硒含量最高，平均0.442 mg/kg，潮土次之，硒含量均值0.438 mg/kg，草甸盐土最低，为0.395 mg/kg与研究区表层土壤硒含量均值相比，盐化潮土和潮土中硒含量均高于平均值，仅草甸盐土低于表层土壤平均值。

研究区土壤类型主要以潮土为主，由河流冲积物经长期地下潜水作用和后期人为耕作活动影响形成，该类土壤特点主要是土层深厚且均匀，质地适中，具一定厚度的耕作熟化层耕层肥力较强，具较高的有机质和养分含量，有利于土壤中硒酸盐物质堆积，该类型土壤中全硒含量相对较高草甸盐土主要因各类草甸土常年受地下水上下活动影响，以积盐过程和草甸过程相伴形成，土壤碱性较大土壤表层有一定有机质的积累，但淋失作用较强，硒的迁移淋失作用强于吸附作用，导致草甸盐土中全硒含量相对较低总体来看，土壤类型不同，所含全硒量各不相同，可能与土壤的熟化程度相关土壤在不断耕作和熟化过程中，有机质含量的增加促进了表层土壤对硒的吸附和固定作用3.4 土壤理化性质与土壤全硒含量相关性分析土壤中pH值、有机碳（TOC）等理化指标不仅对土壤全硒含量存在一定影响，还是控制土壤有效硒最重要因素[11]研究区土壤pH值变化范围为7.82～9.34，均值8.48，整体上土壤呈碱性对研究区内土壤类型与土壤理化指标作相关性分析可看出（图3），3种土壤类型中pH值与土壤全硒含量均呈负相关关系即随土壤中pH值增大，土壤中全硒含量呈减少趋势，其中潮土中硒含量降低程度比盐化潮土和草甸盐土稍明显。

这是因为中酸性土壤中硒主要以亚硒酸盐形式存在，迁移淋溶作用相对较弱，易被土壤中金属氧化物和有机质吸附或络合通气良好的碱性土壤中，硒主要以硒酸盐形式存在，溶解性好，易溶于水中，生物活性较强，极易被植物所吸收同时随土壤溶液迁移淋失，土壤中全硒含量降低[12-14]硒是典型的亲生物元素，土壤中有机质含量较高时，相对易集中富集，表现为吸附和固定作用[15]前人研究表明，在成土母质相同条件下，土壤中全硒含量与有机质含量呈正相关对研究区内不同土壤类型中土壤全硒含量与土壤TOC进行相关性分析（图4），结果表明，随着不同土壤类型中TOC含量增加，土壤中的全硒含量也随之增加，二者呈正相关关系其中潮土中硒含量与TOC相关性最强，相关系数为0.45（n=354，P<0.01）从相关性图中可看出，土壤中TOC含量为0～1.6时，其对土壤全硒含量影响较显著，大于1.6时，对土壤全硒含量影响相对较弱因此，适量增加土壤中TOC含量，可有效提高土壤中全硒含量土壤中全硒含量与TOC含量呈正相关关系，这是因为研究区内土壤中硒主要以有机结合态形式存在，土壤中有机质含量的增加有效促进了土壤微生物的活性，加强了硒的吸附和固定作用，使硒快速固定在土壤中[16]。

对比3种土壤类型中发现，仅潮土中TOC与土壤全硒含量相关性最强，可能是因为此类土壤是相对成熟的耕作土壤在后期熟化过程及人为影响作用下，大量有机质被带入土壤中，使土壤表层的硒与有机质结合固定下来，最终土壤中硒含量升高3.5 农作物硒含量特征及与土壤全硒的相关性分析对研究区90件农作物中硒含量统计显示，农作物种类不同，所含硒的量也各有差异其中33件小麦中硒含量为0.02～0.43 mg/kg，平均0.168 mg/kg;16件玉米硒含量0.04～0.23 mg/kg，平均0.094 mg/kg;15件番茄硒含量0.01～0.04 mg/kg，平均0.014 mg/kg;20件辣椒硒含量0.01～0.03 mg/kg，平均0.019 mg/kg;6件葡萄硒含量0.01～0.02 mg/kg，平均0.013 mg/kg总体而言，不同农作物硒平均含量水平表现为：小麦>玉米>辣椒>番茄>葡萄。