福建连江土壤硒元素地球化学特征及农作物含量分析①

林乃武

(福建省地质测绘院，福州，350011)

硒是人体必需微量元素之一，硒的缺乏与过剩都会影响人体健康[1]。食物硒含量直接决定了人体硒的营养水平，而土壤中的硒又是植物吸收利用的直接来源[2]，硒在不同地区影响因素有所不同，存在一定的差异性[3]，因此，研究土壤硒含量分布特征、影响因素及农作物含量特征具有重大意义，为研究区发展富硒特色农业，提升土地利用，提供科学依据。

1 研究区概况

连江县地处福建东南沿海、闽江口北岸，地形西北、东北部中低山、地势高，东南部平原。研究区出露地层主要是侏罗系-白垩系火山碎屑岩及第四系黏土、砂、淤泥，出露燕山中晚期中酸性侵入岩，成土母质主要是火山碎屑岩风化物和中酸性侵入岩风化物。耕地土壤类型主要有渗育水稻土、潴育水稻土、红壤、潜育水稻土、滨海盐土、盐渍水稻土等(1)连江县农业局，福建省连江县耕地地力调查，2013。。土地利用现状分类主要有水田、旱地、茶园、果园等。农业主要种植水稻。

2 样品采集和分析测试

2.1 评价单元划分与样品采集

研究区为连江县耕地和园地，在土地利用现状图耕地和园地图斑基础上叠加地形(地貌)、地质背景、土壤类型综合分析划分评价单元，评价单元面积为6～25 hm2。研究区平均采样密度为9.92个/km2、耕地取样深度为0～20 cm，园地取样深度为0～60 cm。

样品采集使用不锈钢铁铲，然后用竹片去除与铁铲接触的部分，采用多点组合形式采集耕层土壤，在采样点位50 m范围内采集3～5个子样，等量混合组成1件样品。农作物样采样单元为0.1～0.2 hm2，于农作物收获盛期采集，视采样点地块不同情况采用棋盘法、梅花点法、对角线法、蛇形法等进行多点取样，等量混匀组成混合样重量为1 500 g (鲜样)。

水稻糯米样取10～20 个以上的植株组成，茶叶样抽取15～20棵植株，每株采集上、中、下多个部位的叶片混合1件样品；水蜜桃样取5～10棵，把每棵果树纵向四分，从其中一份的上、中、下、内外各侧进行均匀采摘，混合成为1件样品。在采集农作物的同时，采集根系配套土壤样。此次研究共采集表层土壤样1 983件、农作物及配套土壤样105套。

2.2 样品测试

样品测试由福建省地质测试研究中心完成，土壤样品分析指标为酸碱度、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、氮、磷、钾、硫、氧化钙、氧化镁、锌、铜、硼、钼、锰、硒、砷、镉、铬、汞、铅、镍、氧化铁、氯、锶共26项，农作物样品分析铅、镉、汞、砷(稻米分析无机砷)、铬、硒、锌、钼共8项。样品分析方法及检出限(表1，2)。

表1 土壤样品分析方法及检出限

注：*表示单位为%、酸碱度为无量纲单位，其余指标的表示单位均为10-6；AFS.原子荧光法；ES.发射光谱法；ICP-MS.等离子体质谱法；XRF.X荧光光谱法；vol-1.凯氏瓶vol；ICP.等离子体发射光谱法；VOL-2.化学容量法VOL；ISE.离子选择性电极法；#1.氟化铵-盐酸提取(碳酸氢钠溶液浸提)-钼锑抗比色法；#2.乙酸铵提取-等离子体发射光谱法；#3.碱解-扩散法(下同)。

表2 农作物样品配套分析方法及检出限

土壤样品所有分析项目的报出率大于99.11%、准确度为100%、精密度大于97.54%、外检合格率大于92.31%；农作物样品所有分析项目的报出率、准确度、精密度为100%，各项技术指标均符合相关规范要求，分析数据准确可靠。

2.3 数据的统计分析

数据统计分析使用SPSS 21.0软件，原始数据剔尽离群样品(均值±3倍标准离差)后，统计其算术均值(均值下同)、中值、标准离差、变异系数等地球化学参数；相关分析采用双变量分析，选perrson相关系数及双侧检验。

3 结果与讨论

3.1 表层土壤硒空间分布特征

研究区硒含量为0.041～1.520 mg/kg，平均值0.280 mg/kg，变异系数为38.77%，Se的平均值高于全国土壤平均值,低于全省土壤平均值(表3)。

表3 表层土壤硒元素的地球化学特征值

根据“土地质量地球化学评价规范”[4]，将土壤中硒含量等级划分为缺乏(<0.125 mg/kg 缺硒土壤) 、边缘( 0.125～0.175 mg/kg 少硒土壤) 、适量(0.175～0.400 mg/kg 足硒土壤) 、高(0.400～3.000 mg/kg 富硒土壤) 、过剩(>3.000 mg/kg 过量硒土壤)，依据评价单元赋值对表层土壤硒进行等级划分。研究区耕地以足硒土壤为主，占耕地面积的70.20%，其次富硒土壤，面积为25 km2，占耕地面积16.43%；园地以富硒土壤为主，面积13.05 km2，占园地面积的64.83%，其次为足硒土壤，占园地面积30.95%。耕地和园地中，缺硒和少硒土壤面积均较小，呈现零星分布，且没有发现过量硒土壤存在。富硒土壤总面积38.05 km2，总体呈北东向展布，主要分布在东湖镇、长龙镇、透堡镇、官坂镇、马鼻镇，江南乡、琯头镇、东岱镇等零星分布(图1)。

图1 研究区土壤硒含量分布图Fig.1 Distribution map of soil selenium content in the study area

3.2 土壤硒含量影响因素分析

3.2.1 不同母质成因的土壤硒含量分布特征

成土母质中硒元素含量的高低是决定土壤中硒元素含量高低的重要因素，基岩风化剥蚀产生的碎屑物和溶解物是当地母质土壤主要的物质来源。根据研究区主要母质发育的土壤硒元素含量统计结果得出(表4)。燕山晚期晶洞碱长花岗岩发育的土壤硒含量最高，平均为0.455 mg/kg；其次是南园组第二段流纹岩、流纹质凝灰熔岩发育的土壤硒含量平均为0.403 mg/kg，达到富硒土壤标准，燕山中期岩体发育的土壤硒含量最低，平均小于0.291 mg/kg。研究区绝大部分富硒土壤发育在南园组第二段灰色流纹岩、流纹质凝灰熔岩上，与南园组第二段地层广泛分布有关，其次是发育在燕山晚期晶洞碱长花岗岩上，成土母质的硒含量较高是富硒土壤形成的重要条件。

表4 不同成土母质土壤硒含量统计

3.2.2 不同土壤类型中耕地硒含量特征

根据土壤类型不同，质地、结构及其形成环境等也都存在一定的区别，因而，其中的元素含量分布有所差别。根据不同土壤类型耕地土壤硒含量统计(表5)，研究区耕地不同土壤类型中硒含量差别较明显，滨海盐土硒含量最高，平均为0.317 mg/kg，其次为红壤平均为0.314 mg/kg，潴育水稻土硒含量平均为0.298 mg/kg，潜育水稻土最低，平均为0.237 mg/kg。

表5 不同土壤类型耕地土壤硒含量统计

3.2.3 不同土地利用现状分类对土壤硒含量的影响

由于自然地理条件存在差异，不同的土地利用不同，同时采取不同的耕作及管理措施，对土壤硒含量有一定的影响。统计不同的土地利用现状分类中硒的含量(表6)，发现硒的含量差别较大，以茶园硒含量最高，平均为0.692 mg/kg，超过富硒土壤标准，茶园土壤类型主要以偏酸性红壤为主，在酸性和湿润的土壤中，硒元素主要以亚硒酸盐( Se4+) 的形式存在，同时易被红壤中大量的铁铝氧化物和黏土矿物所吸附[5]，最终导致茶园土壤中硒的富集；其次为果园，平均为0.342 mg/kg；第三是旱地平均为0.307 mg/kg，水田最低，平均为0.263 mg/kg，由于稻田土壤淹水的管理会使硒含量由于下渗等原因流失[6]，造成水田土壤硒含量较低。

表6 不同土地利用现状分类土壤硒含量统计

3.2.4 土壤酸碱度、养分指标对硒含量的影响

根据表层土壤硒含量与酸碱度、养分指标相关分析结果(表7)，可以看出土壤硒与有机质、速效钾、碱解氮、硫、氧化镁、锰、钼、硼、铜、锌(p<0.01)呈显著正相关，与酸碱度、氧化钙(p<0.01)呈显著负相关，与有效磷、氧化镁、氯相关很微弱。

表7 研究区土壤硒含量与酸碱度、养分指标的相关性

土壤中硒的存在形式主要有硒化物、有机硒化物、元素硒、亚硒酸盐和硒酸盐，酸碱度是影响硒存在形式的主要因素，决定了土壤中亚硒酸盐和硒酸盐之间的转化。亚硒酸盐广泛存在于酸性和中性条件下，因其与吸附质之间有较好的亲和力常被黏粒矿物等物质固定于土壤中，而在通气良好的碱性土壤中，硒酸盐是主要的存在形式，硒酸盐与吸附质的亲和力较弱，更容易迁移淋溶; 此外，随着pH值的增加，土壤硒的甲基化也开始加强，甲基化使土壤中的硒转移和挥发的可能性增加，所以随着土壤碱性增大硒含量越少[7]。土壤有机质在腐质化过程中可产生腐植酸和细颗粒胶体，易与硒产生结合,研究区硒与有机质显著正相关，可能是由于硒能够以与腐殖质结合的形式存在，或者在有机质增加的情况下促进了土壤微生物的活性，加强了土壤中硒元素的吸附和固定作用，从而使硒快速固定富集在表层土壤中。铁氧化物、锰对硒具有强的吸附能力，且强于黏土矿物[8]，使土壤中硒固定下来。王琪等[9]对新疆伊犁土壤研究表明土壤全量硒与有机质、速效钾、碱解氮呈显著正相关(p<0.01)，与速效磷不存在显著的相关关系，研究区成果与其一致。研究区的土壤硒与其他养分指标速效钾、碱解氮、硫、钼、硼、铜、锌(p<0.01)显著正相关的原因、机制有待于进一步深入研究。

3.3 农作物硒含量分析

3.3.1 主要农作物富硒情况及硒富集系数

研究区共采集水稻60件、特色农作物丹阳镇(酿酒)糯米15件。长龙镇高山茶叶15件、东湖镇水蜜桃15件。根据富硒稻谷[10]标准，稻谷0.040～0.300 mg/kg为富硒；根据富硒茶[11]标准，茶叶0.250～4.000 mg/kg为富硒，按福建省地方行业标准富硒农产品硒含量分类要求[12]，水蜜桃0.010～0.250 mg/kg为富硒。

研究区60件水稻样品34件富硒，富硒率56.67%，其中富硒土壤区水稻富硒率70.6%、足硒土壤区富硒率52.5%、缺硒少硒土壤区富硒率33.3%，水稻硒的富集系数为4.31%～44.99%，平均为15.15%，富集系数大且变化范围较大，水稻硒的富集系数与地理环境、土壤质地、土壤养分指标等因素有关。15件糯米样品9件富硒，富硒率60.0%，少硒土壤区无富硒糯米，足硒土壤区富硒率64.3%，糯米硒富集系数10.04%～26.09%，平均16.92%，研究区糯米富硒性很明显。富硒土壤区15件茶叶样品无富硒茶，茶叶富硒性不明显，富集系数均小于3.6%。15件水蜜桃样品4件为少硒土壤区， 11件为足硒土壤区，均无富硒水蜜桃，研究区水蜜桃富硒性不明显，富集系数均小于2.8%。不同农作物对土壤硒元素的富集能力有所差异，研究区糯米硒富集能力最强，其次是水稻，第三为茶叶，水蜜桃的富硒能力最弱(表8)。

表8 主要农作物富硒情况及硒富集系数统计

3.3.2 农作物安全性分析

参照国家标准“食品安全国家标准 食品中污染物限量”[13],以砷、 镉、铬、汞、 铅等为指标，按一票否决制的评价规则进行农作物安全性评价[14]，根据评价标准及评价结果可看出，105件农作物样品均安全无污染，表明研究区农作物安全性很高，质量优秀(表9)。

表9

续表9

4 结论

(1) 研究区土壤以足硒、富硒为主，主要农作物富硒性很好,安全性很高，表明研究区具有很好的发展富硒特色农业的优势。

(2) 研究区土壤硒含量受控于成土母质，燕山晚期碱长花岗岩、南园组第二段地层发育土壤硒含量明显高于其他母质发育土壤。土地利用现状分类对土壤硒的迁移富集有一定的影响，茶园生态系统土壤较容易富集硒元素，水田生态系统土壤硒含量较低。土壤硒含量与有机质、速效钾、碱解氮、硫、氧化铁、锰、钼、硼、铜、锌(p<0.01)呈显著正相关，与酸碱度、氧化钙(p<0.01)呈显著负相关。