富硒土壤生物有效性及其影響因素研究

王 敏 徐生發

（安徽省地質礦產勘查局332地質隊，安徽 黃山 245000）

元素硒（Se）是人體必需的微量元素之一[1]，研究表明，日常生活中攝入適量濃度的硒可提高機體免疫力，人體攝入的硒主要來源于食物并最終來源于土壤[2]。環境地質學中硒屬于分散元素，其在大陸地殼中含量較低，且分布不均勻[3]。土壤有效態硒含量不僅受土壤中硒總量的影響，還與土壤理化性質、土壤組分含量及環境因素有關，而土壤有效態硒含量又與富硒土壤的生物有效性密切相關[4]。

本文以土地質量地球化學調查與富硒資源評價項目分析測試數據為基礎，分析研究區內土壤有效態硒的含量及其影響因素，以及不同農作物的富硒情況，為皖南地區富硒產業的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于皖南東南部，發育有不同類型的地形地貌，北部屬中—低山區，中部縣城區域屬河谷平原區，南部屬高—低丘陵區，屬溫濕季風氣候區，氣候溫暖，降水充足。土地利用類型以林地為主（79.3%），其次為耕地（9.5%）及園地（5.0%），大宗農作物主要為水稻、油菜，特色作物有茶葉、竹筍等。

研究區地層巖性較復雜：中部區域出露的地層主要為新元古界—青白口系溪口群的牛屋巖組、鄧家組和鋪嶺組等，巖石變形變質較弱，原生組構保存完好，層序清晰，是調查區基底巖石地層；北部區域為寒武系炭硅質板巖、奧陶系泥質灰巖和志留系砂巖等；南部地區小面積出露白堊系徽州組砂巖。區內巖漿活動以侏羅紀中酸性侵入巖為主，分布在縣城周邊區域。

1.2 試驗方法

1.2.1 表層土壤樣品采集根據研究區自然地理、生態環境和農業產業結構等狀況，于2016年12月至2019年12月，采集研究區內表層土壤樣品3754件，平均采樣密度為4.52件/km2。

1.2.2 農作物樣品及根系土采集根據《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295—2016）中的技術要求，在豐收期采集研究區內水稻、油菜和茶葉等主要農作物及根系土樣品，農作物均采集可食用部分。研究區內共采集水稻30 件、油菜30 件、竹筍4 件和茶葉17件，水稻根系土30件、油菜根系土25件以及茶葉根系土17件。

1.3 測定項目及方法

樣品分析測試均由自然資源部合肥礦產資源監督檢測中心完成，檢測方法、檢出限值等見表1。土壤硒、pH值、有機質、農作物硒和有效態硒等分析項目重復性檢驗合格率均為100%；土壤硒、有機質外部標準控制樣合格率分別為99.5%、97.3%；抽取11 件有效態硒樣品委托浙江省地質礦產研究所進行有效態硒外檢分析，合格率為100%；抽取7 件農作物樣品委托自然資源部南京礦產資源監督檢測中心進行農作物硒含量外檢分析，合格率為100%。

表1 樣品分析參數

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016和Geochem Studio 3.0軟件進行數據整理，利用SPSS 17.0軟件進行相關性分析，采用Geochem Studio 3.0 及Mapgis 6.7 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤中硒及有效態硒含量

2.1.1 土壤硒含量特征分析研究區內3754 件表層土壤樣品中硒含量的參數特征得出：研究區表層土壤硒平均含量為0.52 mg/kg，含量范圍在0.06～18.84 mg/kg，變異系數為1.63[5]；從地質背景分析，寒武系炭硅質板巖和奧陶系泥質灰巖等屬于硒元素高背景地層，且風化后土壤中的炭質成分對元素有吸附作用，因此，寒武紀、奧陶紀等地層巖石風化形成的土壤硒元素相對富集；侏羅紀花崗閃長巖、白堊系砂巖屬于硒元素低背景地層，加之花崗閃長巖、砂巖風化形成的土壤土質疏松，有機質含量較低，土壤中元素易發生淋溶，造成硒元素含量進一步降低。

2.1.2 土壤有效態硒含量根據研究區內不同的成土母質及土壤類型，抽取169件表層土壤樣品，分析其有效態硒含量。統計結果表明，研究區土壤有效態硒平均含量為0.018 mg/kg，含量范圍在0.006～0.071 mg/kg，有效態硒占土壤總硒的比例為1.69%～11.49%；對比我國16種典型農田土壤硒含量，有效態硒占土壤硒總量的比例為0.4%～14.6%[6]，可見研究區內土壤中有效態硒的活性較強，有利于植物吸收。

2.2 土壤有效態硒含量的影響因素

土壤是個復雜的多相態的共存體，在土壤類型、地貌類型和土地利用類型等因素的影響下，土壤的酸堿反應、有機質含量及元素全量變化幅度較大，從而對土壤元素有效量產生較大影響[7]。

2.2.1 土壤硒總量植物能否達到富硒產品標準與土壤中有效態硒含量息息相關，而土壤有效態硒含量與土壤硒總量密切相關，有效態硒/土壤硒總量比值可間接反映硒元素的生物有效性。王銳等[8]研究表明，當硒總量＜5 mg/kg時，水溶態硒占比與硒總量呈反比例關系；當硒總量＞5 mg/kg時，水溶態硒占比趨于穩定。研究區169件表層土壤樣品的有效態硒與硒總量的相關性見圖1。由圖1可知，土壤有效態硒與土壤硒總量呈較好的正相關，r=0.58（P＜0.01，n=169，y=0.034x+0.005）；有效態硒/土壤硒總量比值與土壤硒總量呈中度負相關，相關系數r=0.34（P＜0.01，n=169，y=6.56e-0.852x），當土壤硒總量在0.2～0.4 mg/kg時，土壤有效態硒占比相對較高。

圖1 土壤有效態硒含量與土壤硒總量的相關性

2.2.2 pH 值土壤pH 是反映土壤酸堿度的指標，它可以影響土壤中硒的形態和價態，進而影響硒元素的生物有效性[9]。有效態硒含量與pH 值的相關性見圖2。由圖2 可得，土壤有效態硒與pH 值呈弱負相關，相關系數r=0.30（P＜0.01，n=169，y=-0.003x+0.036），即有效態硒含量隨pH 值升高而降低；有效態硒/土壤硒總量比值與pH值呈負相關，相關系數r=0.32（P＜0.01，n=169，y=10.70e-0.14x），有效態硒占比隨著pH 值升高而降低。這可能是因為研究區屬多雨地區，堿性土壤條件下無機硒易被氧化為遷移能力較強的硒酸鹽，被農作物吸收利用及發生淋濾流失而造成土壤有效硒含量低[10]。

圖2 土壤有效態硒含量與土壤pH的相關性

2.2.3 有機質土壤有機質對土壤中硒的吸附和固定起著重要作用。研究表明，表層土壤中超過80%的硒是與有機質相結合的[3]，通常有機質含量越高的土壤對硒的吸附能力越強，有效態硒的含量也相對較高[11]。

對有效態硒與有機質含量進行相關性分析發現，研究區土壤有效態硒與有機質含量呈較好的正相關（圖3），相關系數r=0.58（P＜0.01，n=169，y=0.004x+0.005），引起這一現象的原因可能是土壤有機質具有一定的活化作用，將非有效態硒活化為有效態硒；也可能是因為在土壤微生物生理代謝活動過程中影響硒形態的轉化，分解出一部分有效態硒[12]。

圖3 土壤有效態硒含量與土壤有機質含量的相關性

2.3 富硒土壤生態效應

2.3.1 農作物中硒含量本研究共采集了水稻30件、油菜30件、茶葉17件及竹筍4件。不同農作物硒含量特征及富硒率見表2。由表2可知，14件水稻籽實（精米）達到《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008）中的富硒標準（Se≥0.04 mg/kg），富硒率為46.7%，硒含量平均值為0.045 mg/kg，含量范圍在0.016～0.122 mg/kg；有11件油菜籽達到福建省地方標準《富硒農產品硒含量分類要求》（DB35/T 1730—2017）中的富硒標準（Se含量0.08～0.30 mg/kg），富硒率為36.7%，硒含量平均值為0.113 mg/kg，含量范圍在0.017～0.472 mg/kg；有3 件竹筍達到江西省地方標準《富硒食品含量分類表》（DB36/T 566—2009）中富硒標準要求（Se 含量0.04～1.00 mg/kg），富硒率為75%，硒含量平均值為0.079 mg/kg，含量范圍在0.030～0.136 mg/kg；有1 件茶葉達到《富硒茶》（NY/T 600—2002）中富硒標準要求（0.25～4.00 mg/kg）。上述富硒農作物的發現，說明研究區有發展富硒產業的潛力。

表2 農作物硒含量及富硒率

將根系土的硒含量劃分為3個區間，分別為＜0.3、0.3～0.4 和＞0.4 mg/kg，統計不同區間內水稻、油菜的富硒率，詳見表3。對比發現，當土壤硒含量＜0.3 mg/kg 時，水稻、油菜的富硒率及可食用部分的硒含量均較低；當土壤硒含量在0.3～0.4 mg/kg時，水稻、油菜的富硒率及可食用部分的硒含量均大幅度升高。由此說明，硒含量＞0.3 mg/kg 的土壤可作為開發富硒水稻和油菜的潛力區。

表3 不同硒含量區間農作物的富硒率

2.3.2 農作物硒富集能力不同種類農作物的富硒能力不同，可采用農作物硒富集系數（農作物硒含量/根系土硒含量）作為衡量農作物可食部分從根系土中吸收硒元素的能力[13]。水稻、油菜和茶葉作物中硒元素富集系數見表4。對比作物硒富集系數可以看出，各農作物對硒元素的富集能力表現為油菜＞茶葉＞水稻。油菜和茶葉硒富集系數的變異系數較大，表明不同品種的油菜、茶葉對硒元素的吸收能力存在差異。

表4 農作物硒元素富集系數參數特征

3 結論與討論

（1）研究區土壤有效態硒含量范圍在0.006～0.071 mg/kg，平均值為0.018 mg/kg；有效態硒占土壤總硒的比例為1.69%～11.49%，說明研究區域內土壤有效態硒的活性較強，有利于植物吸收。

（2）土壤有效態硒與土壤硒總量、有機質含量的相關系數均為r=0.58，均呈現正相關性；與pH 值的相關系數r=0.30，呈現弱負相關性，可能是因為皖南山區多雨季，堿性土壤條件下無機硒易被氧化為遷移能力較強的硒酸鹽，被農作物吸收利用及發生淋濾作用造成土壤中有效硒含量降低。

（3）研究區內富硒農作物有水稻（富硒率46.7%）、油菜（富硒率36.7%）、茶葉（富硒率5.9%）和竹筍（富硒率75.0%）；同一地區不同農作物的硒富集能力表現為油菜＞茶葉＞水稻。

（4）皖南地區開發富硒農作物時，應選擇土壤中硒含量＞0.3 mg/kg的地區，同時通過調節土壤pH、有機質含量來增加土壤中有效態硒含量，促進農作物吸收。