乌鲁木齐市某蔬菜基地富硒土壤地球化学特征及生物效应研究

郝应龙 李崇博 安永刚

摘 要：对乌鲁木齐市某蔬菜基地富硒土壤地球化学特征及生物效应分析可知，以硒含量大于等于0.4 mg/kg标准圈定富硒土壤面积约52.89 km2，硒含量均值为0.78 mg/kg;富硒土壤中重金属元素含量较低，养分元素含量适量—丰富，农作物富硒效应较好，安全性较高。通过对土壤中硒元素赋存状态分析，发现区内土壤中存在大量土壤缓效硒，潜在供硒能力较强，且对植物吸收有利的有效硒占比达4.02%;土壤中硒的有效性不仅取决于总硒的含量，还与土壤pH、有机质等有一定关系;农作物中硒的含量水平可能受土壤中有效硒、总硒、有机质、pH等多个因素综合影响。

关键词：蔬菜基地;富硒土壤;地球化学特征;生物效应

硒元素是人体和动物必需的微量元素之一，是一种良好的抗氧化剂，其含量不足或过量均会引起地方病。因此，通过食物链转化方式，日常生活中摄入适量浓度的硒可提高机体免疫力，而硒主要来源于食物并最终来源于土壤[1]。土壤-农作物系统中硒元素含量特征、迁移富集规律等是近年来硒生态地球化学方向研究的热点[2-3]。研究结果表明，农作物中硒含量水平受土壤中硒含量、硒的不同形态、土壤性质及植物对硒的吸收转化等影响。2008年乌鲁木齐市-昌吉地区开展的1：25万多目标区域地球化学调查评价项目在该地区发现富硒土地，通过进一步工作，分析研究该蔬菜基地富硒土壤特征、硒元素赋存状态及生物效应，为该地区未来发展富硒特色农业，提升土地利用价值提供依据。

1  蔬菜基地概况

该蔬菜基地位于乌鲁木齐市城郊，面积约60 km2，地貌上属乌鲁木齐河冲积扇山前缓倾斜砾质平原，地势平坦开阔，南高北低，高度510～530 m，地形坡降6‰左右，属典型干旱半干旱大陆性气候。土地利用现状以水浇地、水田为主[4]，占基地总面积的83.80%;土壤类型以潮土、水稻土、灰漠土为主[5]，约占基地总面积的96.63%。

2  富硒土壤特征

2.1  表层土壤硒分布特征及含量水平

该蔬菜基地550件表层土壤样品中硒含量最小值为0.26 mg/kg，最大值为9.2 mg/kg，平均0.78 mg/kg，是乌昌地区表层土壤硒背景值0.23 mg/kg的3.40倍，是全国土壤（A层）背景值0.29 mg/kg的2.70倍（表1），对比全国其他地方该蔬菜基地属中等偏上富硒水平。参照谭见安和《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）制定的硒分级标准[7]，将土壤中硒含量等级划分为：硒缺乏（≤0.125 mg/kg）、潜在硒不足（0.125～0.175 mg/kg）、足硒（0.175～0.40 mg/kg）、富硒（0.40～3.0 mg/kg）、硒过剩（大于3.0 mg/kg）。基于此，对该蔬菜基地表层土壤硒丰缺性进行划分（图1），区内大部分土壤硒含量属富硒状态，富硒土壤面积约52.89 km2，约占调查总面积的88.16%;小部分土壤硒含量属足硒状态，面积约6.84 km2，约占调查总面积的11.39%;零星存在硒过剩区域。

2.2  富硒土壤地球化学特征

对土壤理化性质分析结果表明，pH值为7.06～9.06，平均7.89，弱碱性土壤占该蔬菜基地总面积的95.53%，中性土壤占该蔬菜基地总面积的3.17%，区内不存在酸性和强酸性土壤。该蔬菜基地富硒土壤区N，P，CaO，MaO，S，有机质（Corg），Cu，Zn，Se，Cd等元素均值均高于烏昌地区背景值和中国土壤（A层）背景值，K2O、As元素均值低于乌昌地区背景值但略高于中国土壤（A层）背景值，Hg元素均值高于乌昌地区背景值但与中国土壤（A层）背景值基本一致，Pb，Cr，Ni元素均值低于乌昌地区背景值和中国土壤（A层）背景值（表1）。相对全国标准，区内土壤重金属元素Hg，Pb，Cr，Ni，Cu，Zn，As，Cd主要为一级清洁，仅As元素小部分区域为二级轻微污染;N、P、K2O、有机质、CaO、MgO、S等元素含量以适量至丰富状态赋存。最后参照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）标准，对区内土壤综合质量进行评价，发现该蔬菜基地土壤综合质量总体处于优良水平（图2）。

2.3  富硒土壤成因分析

国内外许多专家围绕平原区富硒土壤成因进行了研究[1-3，8-10]，大多认为富硒土壤的形成与成土母质、表生环境中硒的迁移循环过程等关系密切;在硒的来源方面一直认为除成土母质外，还有灌溉水、大气沉降、施硒肥与人工加硒等。区内采集的5件灌溉水样品分析结果表明，灌溉水中硒含量很低且未达到检出限，对施肥情况的调查发现区内不存在施硒肥与人工加硒。排除灌溉水、施硒肥与人工加硒等原因后，初步认为该蔬菜基地土壤中硒富集的成因处于典型河湖沉积相的表生地球化学环境，硒的来源主要是由硒高背景地层经流水搬运形成的成土母质，且有机质等对硒元素的吸附对其在表层土壤中的富集起关键作用[1]。

3  土壤中硒元素赋存状态

3.1  土壤硒形态分析

硒的形态和价态是除了土壤总硒外对土壤硒有效性和迁移转化影响最重要的因素，土壤中硒根据其有效性、溶解性从大到小可分为可溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、强有机结合态和残渣态[11]。一般认为可溶态和离子交换态易于被植物吸收利用，也被称为有效硒。强有机结合态硒是土壤中吸附在有机质上的有机硒化合物和与有机分子配位结合或进入有机质中的无机硒的总和，其生物有效性虽较低，但在土壤通气良好、碱性氧化环境下能部分转化为有效硒，前人将其视为土壤缓效硒[12]，具有潜在的供硒能力。该蔬菜基地表层土壤硒元素主要以强有机结合态和残渣态的形式存在，其中强有机结合态硒占比约为45.19%，说明区内土壤中存在大量土壤缓效硒，潜在供硒能力较强;土壤中有效硒占总硒量的4.02%，与陕西紫阳双安地区富硒土壤（5%）和青海平安地区富硒土壤（3%）相近[11]，说明土壤有效硒在本区内活性较强，对植物吸收有利。

3.2  土壤硒有效性分析

大量研究表明，硒的有效性除受形态影响外，还与土壤质地、pH、有机质等因素有关[11-14]。通过根系土中有效硒与总硒、有机质、pH、N、有效P、速效K及农作物中硒的相关性分析研究可知，有效硒与总硒、有机质、N呈显著正相关关系，与pH、速效K呈显著负相关，与有效P、农作物硒相关性不显著;农作物硒与总硒、有机质、pH、N、有效磷P、速效K相关性也不显著（表2）。

有效硒与总硒成显著正相关说明土壤中有效硒的含量会随土壤中总硒含量的增加而增加;有效硒与有机质呈显著正相关说明土壤中有机质含量越高越有利于硒在土壤中聚集，进而提高硒的生物有效性;N元素与调查区内农作物施氮肥等人类活动关系密切相关，有效硒与N呈显著正相关说明调查区内施氮肥对土壤中硒化物的形成和迁移过程产生一定影响，施氮肥能够提高土壤中有效硒含量。有效硒与pH呈显著负相关说明在调查区目前土壤整体呈碱性（pH值为7.06～9.06）的前提下，pH越小可能越有利于硒在土壤中聚集，有效硒含量越高。有效硒与速效K呈显著负相关说明钾肥的大量使用可能不利于硒在根系土中聚集。农作物硒与有效硒、总硒、有机质、pH、N、有效磷P、速效K等相关性不显著说明农作物硒含量水平可能受土壤中有效硒、总硒、有机质、pH、N、有效磷P、速效K等多个因素综合影响，并不是单一因素能控制的。

4  生物效应研究

4.1  农作物富硒情况

据《富硒食品与其相关产品硒含量标准》（DB61/T556-2012）和《宁夏富硒农产品标准（水稻、玉米、小麦与枸杞干果）》（DB64/T1221-2016）对区内农作物富硒情况进行评价，55件农作物样品中37件富硒，富硒率67.27%，且所有农作物中硒含量均不存在过量现象，评价标准及结果见表3。从表3可以看出，富硒率较高的农作物主要有红薯、韭菜、大葱、板栗瓜、豇豆、南瓜、玉米等。

4.2  农作物硒富集系数

4.3  农作物安全性分析

参照绿色食品行业标准和《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB2762—2012）、《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》（GB2763—2016），以Pb，Cd，Hg，As，Cr，有机氯农药（六六六、滴滴涕）等为指标，按一票否决制的评价规则进行农作物安全性评价，评价标准及评价结果见表4。从表4中可看出，55件农作物样品均安全无污染，说明该蔬菜基地内的农作物安全性较高，农产品质量优秀。

5  结论及建议

（1） 该蔬菜基地表层土壤以硒含量大于等于0.4 mg/kg标准圈定富硒土壤面积约52.89 km2，硒含量均值为0.78 mg/kg，属中等偏上富硒水平;农作物富硒效应较好，农作物富硒率为67.27%，且农作物硒富集系数与农作物种类、种属有一定关系;农作物安全性较高。

（2） 该蔬菜基地富硒土壤中重金属元素Hg，Pb，Cr，Ni，Cu，Zn，As，Cd含量相对于全国标准均较低，主要为一级清洁土壤，仅As元素小部分区域为二级轻微污染土壤; N、P、K2O、有机质、CaO、MgO、S等元素含量相对于全国标准以适量至丰富状态赋存;土壤综合质量较好。建议在本次研究成果基础上，将该区域建设开发为综合性富硒蔬菜、富硒农产品种植区。

（3） 该蔬菜基地土壤中存在大量土壤緩效硒，潜在供硒能力较强，且对植物吸收有利的有效硒占比达4.02%;土壤中硒的有效性不仅取决于总硒的含量，还与土壤pH、有机质等有一定关系;农作物中硒的含量水平可能受土壤中有效硒、总硒、有机质、pH等多个因素综合影响。

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Abstract：Through the analysis of the geochemical characteristics and bioeffects of selenium-rich soil in a vegetable base in Urumqi， the area of selenium-rich soil is about 52.89km2 with a selenium content of 0.4mg/kg or more， and the average selenium content is 0.78mg/kg. The content of heavy metal elements in the selenium-enriched soil is lower， and the content of nutrient elements is moderate-rich. The selenium-enriching effect of crops is better and the safety is higher. Through the analysis of the occurrence of selenium in the soil， it is found that there is a large amount of soil slow-acting selenium in the soil， and the potential for selenium is strong， and the effective Se ratio for plant absorption is 4.02%; the effectiveness of Se in soil It not only depends on the total Se content， but also has a certain relationship with soil PH and organic matter. The content of Se in crops may be affected by many factors such as effective Se， total Se， organic matter and PH in the soil.

Key words：Vegetable base;Selenium-rich soil;Geochemical characteristics;Bioeffects