內蒙古河套地區農作物硒元素富集程度影響因素研究

［關鍵詞］農作物；硒元素；富集程度；影響因素

硒是人體必需的重要微量元素，硒元素的缺乏和過剩都會對人體的健康產生不利的影響［1］。它具有抗氧化作用、增強免疫力、防止糖尿病、白內障、預防心腦血管及癌癥等疾病的功效［2］。我國從2002年開始進行富硒農產品的開發，湖北恩施、陜西安康的富硒產業已經走在了國內前列，年產值達上百億元。

內蒙古河套地區土壤肥沃，是內蒙古的主要糧食主產區，也是我國優質小麥、玉米及葵花的生產基地。為了對河套及通遼地區富硒土壤的開發和管護提供決策依據，2018—2021年內蒙古自治區地質調查研究院在該區開展了“內蒙古河套、通遼等糧食主產區富硒區耕地農產品調查及動態監測與研究”，通過對研究區2300件農作物的監測與研究發現，河套地區葵花、小麥及玉米存在不同程度的富硒現象，葵花和小麥富硒率達90%以上，玉米富硒率達60%以上，富集程度存在明顯的差異。

農作物吸收硒的影響因素眾多，不同土壤參數和植物因子影響土壤中硒的生物富集系數，其富集系數的大小除了與農作物品種有關，還與土壤的化學成分（如Fe、Mn、As、F等）、土壤的理化性質（土壤有機質含量、pH值等）以及硒的有效態及形態等因素有關。

1. 土壤化學成分分析研究

為研究土壤化學成分對農作物中硒元素的影響，采集農作物及對應根系土樣品各2300件，葵花樣品1298件、玉米樣品930件、小麥樣品72件，分析測試了Se、As、Pb、Cu、Zn、Cd、Cr、Hg、F、Ni、Ge、MgO、I、B、Mo、Mn 等16種元素，對研究區內不同農作物硒含量與對應根系土中各化學成分進行了相關性研究。從表1統計結果可以看出，農作物中硒基本只與根系土中硒呈明顯的正相關關系，與其他元素相關性不明顯，表明根系土中硒含量高低直接影響農作物中硒的吸收。農作物中硒含量與根系土中硒含量的相關關系大小為：小麥＞玉米＞葵花，表明小麥和玉米對硒的富集更依賴土壤中硒的含量。

2. 土壤酸堿度（pH值）

土壤中硒的濃度和形態在很大程度上依賴土壤中的pH 值。有學者研究表明，在通氣條件較好的堿性土壤中［3］，硒以硒酸鹽形式存在，這種形式下硒與吸附質的親和力較弱，易被溶解，容易被植物吸收利用，生物有效性增強［4］。研究區內土壤pH 均值為8.66，變化范圍為7.45～10.46，屬于堿性土壤，堿性環境下的土壤硒易被農作物吸收。

不同農作物對硒的吸收能力不同，如圖1所示，玉米和小麥籽實硒的生物富集系數與對應土壤pH值呈明顯的正相關，而葵花籽實硒的生物富集系數與對應土壤pH沒有呈現明顯的正相關關系。因此，土壤酸堿度對硒的生物活性影響不是一成不變的。

3. 有機質

3.1農作物硒與土壤有機質相關性研究

從圖2中可以看出，硒的生物富集系數與土壤有機質含量呈明顯的負相關關系?？梢娡寥烙袡C質對農作物吸收硒有明顯的抑制作用，其抑制效果小麥gt;玉米gt;葵花。這是因為有機物與金屬結合形成的復合體可以提供重要的硒吸附基團，從而使土壤水溶態硒含量降低，進而降低硒的生物富集系數。這充分說明了有機質對土壤硒的生物活性有重大影響。土壤有機質可以吸附固定土壤硒，也可以形成溶于水的有機結合態硒。因此，有機質既可以固定硒等微量元素，也可作為元素儲庫源源不斷地提供礦物質。

3.2 有機質物質成分組成及影響因素研究

3.2.1 有機質物質成分組成

有機質主要成分為腐殖質，占比達85%～90%［5］。腐殖質對硒的作用主要是腐殖酸化作用和吸附作用。腐殖質在土壤和沉積物中可分為三個主要部分：腐殖酸又稱胡敏酸（Humicacid，HA）、富啡酸又稱富里酸或黃腐酸（fulvic?acid，FA）及胡敏素（humin，HM）。富啡酸是腐殖酸中易溶于水的部分。

腐殖酸化作用表現為腐殖酸對金屬陽離子的螯合作用或絡合作用。由于腐殖酸的主要成分為胡敏酸和富啡酸，由此研究腐殖酸化作用的重點是討論胡敏酸和富啡酸形成的螯合物和絡合物。腐殖酸結合態硒可分為胡敏酸結合態硒和富啡酸結合態硒，胡敏酸為大分子量有機化合物，結構穩定，不易礦化分解（陳銘，1994；彭安，1988），胡敏酸結合態硒是不活動硒；富啡酸結構比較簡單，被認為是胡敏酸的原始形態，與富啡酸結合的硒容易被礦化分解為Se（Ⅳ），Se（Ⅵ）和低分子有機硒化物（如硒-氨基酸、硒蛋氨酸等），富啡酸結合態硒是易活動硒。

腐殖質對硒的吸附作用主要是腐殖化過程中生成的凝膠體表面對不飽和水溶液中硒的吸附，在酸性條件下，則形成膠體溶液，隨水溶液遷移，被吸附的硒流失。研究區土壤屬于堿性、強堿性環境，土壤中絕大多數硒被有機質吸附。

3.2.2 影響因素研究

為了研究腐殖質各種形態硒對農作物的影響，2021 年對15件農作物根系土進行了有機質物質成分的測定，其中后套地區10件，前套地區5件。

根據表2統計結果可見，后套地區根系土中腐殖質含量明顯低于前套地區，但腐殖質全碳量基本接近。從腐殖質物質成分碳總量變化特征來看，后套地區根系土壤中胡敏酸碳總量及富啡酸碳總量均值分別為0.00171 mg/kg及0.00259 mg/kg，占比分別為19.57%及29.36%，前套地區根系土壤中胡敏酸碳總量及富啡酸碳總量均值分別為0.00648 g/kg 及0.00706 g/kg，占比分別為29.14% 及31.75%，表明這兩種形態的硒后套明顯低于前套，造成后套地區農作物硒的吸收能力大于前套地區，根據實際監測結果來看，后套地區10 件農作物中硒元素平均含量為0.0596 mg/kg，而前套地區5件農作物硒元素平均含量為0.0474 mg/kg，事實證明土壤有機質含量越高，對農作物硒元素的吸收抑制力越強，根據所有農作物實際富硒情況，后套地區農作物富硒率明顯高于前套地區。

4. 土壤形態及有效態

土壤中硒元素以水溶態、離子交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、弱有機結合態、強有機結合態和殘渣態存在［6］。水溶態是以硒離子或絡離子存在于土壤中，可以用水提取出來。離子交換態則是被土壤膠體負電荷吸附，可以被中性鹽在短時間內交換出來。這兩種形態對環境極其敏感，極易發生遷移，從而利于植物的吸收。碳酸鹽結合態是元素與碳酸鹽礦物質結合形成的沉淀，是一種強堿弱酸鹽，極易受到土壤酸堿度的影響，酸性條件下其結合的金屬物質易被釋放出來。有機結合態是土壤中的有機物與金屬元素螯合形成有機態結合物［7］，在氧化條件下易分解。鐵錳氧化物結合態是土壤中的元素鐵錳氧化物的吸引而結合到一起形成沉淀物，在還原條件下易溶解釋放。殘渣態一般存在于硅酸鹽以及原生或次生礦物的晶格中，在土壤中形成了穩定的沉淀物，只有通過化學反應轉換可溶物質才對農作物產生影響。

土壤有效硒是指土壤硒中能被植物吸收的部分，這部分易于被植物吸收的物質與生態效應有更為直接和明顯的聯系，研究土壤有效量硒和土壤全量硒以及硒的各形態關系，對研究土壤中硒的遷移轉換規律有重要意義。

根據表4統計結果可見，小麥與土壤全量硒、根系土硒、有效硒、水溶態硒及離子交換態硒相關性較好，與水溶態硒及離子交換態硒強相關，相關系數分別達到0.98和0.74；玉米與土壤全量硒、根系土硒及離子交換態硒相關性非常明顯，相關系數均在0.5以上，與碳酸鹽結合硒具有一定的相關性；而葵花與土壤中全量硒及有效硒弱相關，與其他形態基本沒有相關性，但基于葵花吸收能力較強，農作物籽實中同樣可以富硒，事實也證明了這一點?？傊←満陀衩鬃阎械奈扛蕾囃寥拉h境中的有效硒，而葵花籽則明顯對硒有更強的富集作用。這對我們合理利用富硒資源有指導意義，我們可以在硒含量稍低的地方優先種植葵花，從而獲得富硒含量更高的農產品。

5. 結論

（1）在硒元素吸收富集能力上，葵花的富集能力最強，小麥次之，玉米最差。

（2）農作物對硒的吸收受土壤中硒的含量、土壤pH 值、土壤有機質及硒的有效態形態控制。農作物的富集系數與土壤中硒的含量、pH值、硒的有效態、硒的水溶態及離子交換態呈明顯正相關，與土壤有機質呈明顯的負相關。