贵州省德江县耕地硒含量特征和富硒农作物研究

张德实，杨炳南，洪万华，沈小庆，韩姚飞

(1.贵州省地矿局103地质大队，贵州 铜仁 554300； 2.中国地质大学 地球科学学院，湖北 武汉 430074)

硒是人体生理必需的微量元素之一，能替换半胱氨酸中的硫原子形成硒代半胱氨酸，直接合成蛋白质(王磊等，2015)，与抗氧化、激素调节、矿质元素代谢等功能密切相关(袁丽君等，2016)，目前发现克山病、癌症等多类疾病与硒缺乏有关(王权等，2013)。由于饮食是动物和人体获取硒的主要途径，而土壤是食物硒来源的库(胡艳华等，2010)。湖北恩施市是全球唯一探明独立硒矿床所在地，富硒地层为二叠系孤峰组—大隆组和寒武系牛蹄塘组和奥陶—志留系龙马溪组(余涛等，2018)。贵州分布有大量二叠系、寒武系黑色岩系地层，拥有面积不小的富硒潜力耕地区，因调查工作不够，目前仅发现遵义凤岗县，贵阳开阳县等区县局部存在富硒耕地，调查农作物富硒情况亦仅针对茶叶等少部分品种展开(仝双梅等，2013)。2017—2019年实施的贵州省德江县耕地质量地球化学调查评价项目，通过采样检测耕地土壤、农作物根系土及果实等样品，获得了大量的检测数据，查明了硒元素在耕地土壤、农作物等介质中的地球化学特征。

1 地质概况

1.1 构造及地层

德江县大地构造位置属扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤岗北北东向变形区。以北北东、北东向雁列式构造为境内基本构造格架。褶皱构造以复式背、向斜为主，具有窄向斜宽背斜组成的典型隔槽式构造组合特征。县内出露地层有寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系及第四系，除第四系外基本呈北东向、北北东向展布。地层岩性以白云岩、灰岩、页岩、砂岩为主。

1.2 土壤

全县土壤有黄壤、石灰土、紫色土、潮土、水稻土5个类别。黄壤发育于各种母质之上，面积有1 602.6 km2，占比为78.7%；石灰土成土母岩以方解石、白云石为主，面积有225.2 km2，占比为11.1%；紫色土是由富含碳酸钙的紫红色砂岩和页岩上的初育土，面积有17.6 km2，占比为0.9%；潮土是河流沉积物受地下水运动和耕作活动影响而形成的土壤，面积约1.8 km2，占比为0.1%，主要分布于乌江及支流沿岸区域；水稻土是长期淹水种稻条件下受到人为活动和自然成土因素的作用下形成的土壤，面积有188.6 km2，占比为9.3%。

图1 德江县地质简图

2 样品采集及检测

样品布设采用1∶5万地形图叠加土地利用现状图为工作底图，参考卫星遥感图。密度为4-16个点/km2，平均密度9点/km2。耕地土壤采样深度约为20 cm，采用“X”、“S”形等采集5个子样等量混合组成1件样品，共采样6664件。农作物采集时间为收获盛期，采用梅花点、对角线法等进行多点取样可食用部分，等量混匀组成一个样品，采集品种有水稻、玉米、茶叶、大豆、天麻等，合计95件。采集农作物样的同时，采集对应根系土壤样，采样93件。

硒元素的分析使用的是原子荧光光谱法(AFS)，检出限为0.01 mg/kg。按每500件样品插入12个土壤国家一级标准物质，一级标准物质合格率为100%。本项目中表层土壤样品共插入583件，142组精密度控制样品，精密度控制标样合格率为100%。硒元素检测报出率亦为100%。重复性检验按样品总数随机抽取5%编成密码样再测试得到A2，测试结果和原测结果A1按()计算双差，按原始分析数据含量3倍检出限以内RD≤30%为合格，样品含量3倍检出限以上RD≤25%计算合格率，得到重复样合格率为99.47%。

3 地球化学特征

耕地土壤硒元素地球化学参数统计显示硒元素含量平均值为0.45 mg/kg，标准离差0.23，变异系数0.51。剔除三倍方差后(>平均值+3标准离差)平均值为0.42 mg/kg，标准离差0.14，变异系数0.34，表明高异常值少，整体数据质量较好。剔除三倍方差后硒平均值仍然高于硒丰富等级下限值0.4 mg/kg，且是中国A层土壤硒均值的2.1倍。

表1 德江县耕地硒元素地球化学参数表

图2 德江县耕地土壤硒元素地球化学图

按累积频率0.62%、2.28%、6.68%、15.9%、30.85%、50%、69.15%、84.1%、93.3%、97.7%、99.3%确定12级色阶绘制硒元素地球化学图。全县土壤硒元素高值区主要有南东枫香溪镇、北部泉口镇-高山镇-沙溪乡、西部龙泉乡-煎茶镇-平原镇三个北东向分布带，与母岩地层展布方向基本一致。相对低值区则主要分布于中东部钱家乡、荆角乡、稳坪镇、桶井乡、长堡镇、潮砥镇以及煎茶镇南部至复兴镇东南部区域。

4 硒含量特征

4.1 耕地硒含量总体特征

全县耕地硒含量较丰富，且总体表现为清洁富硒。硒养分等级评价结果显示全县耕地无过剩等级(单点高值经软件插值拟合后变小)；特级面积0.45万亩，占比0.42%；一级面积4.22万亩，占比3.91%；二级面积22.52万亩，占比20.91%；三级面积32.37万亩，占比30.05%，此上四个等级为富硒，合计59.56万亩，占比55.29%；未达到富硒标准耕地中含硒等面积47.34万亩，占比43.95%；低硒等面积0.82万亩，占比0.76%。全县清洁富硒(富硒且环境元素未超限)耕地58.84 万亩，占比54.61%。

4.2 农作物硒含量特征

农作物采样遵循项目总体设计及PPS抽样调查法(Probability Proportionate to Size Sampling)(谢邦昌，1998)，按种植规模大小成比例采样：水稻种植规模最大，各乡镇样品采集选取集中连片区采集1-2件，共采36件；玉米种植规模次之，各乡镇样品采集选取集中连片区采集1件，共采20件；茶叶种植规模再次之，兼考量县经济发展规划，采样26件；大豆样品为异常查证阶段针对耕地富硒区采样，在枫香溪镇采样7件，天麻为县特殊经济作物，在各种植区采集1件，共采3件。最终检出水稻、玉米、大豆可食部分及其根系土均存在富硒。

表2 德江县耕地硒元素养分等级统计表

表3 德江县富硒农作物统计表

为了评价农作物中硒含量与对应根系土中硒含量的关系，引入富集系数，它在一定程度上反映着沉积物—植物系统中元素迁移的难易程度(徐聪等，2018)，其公式为：

富集系数=农作物硒含量/根系土硒含量×100%

根据该公式对全县所有农作物硒元素富集系数统计求算术平均值发现，农作物品种对硒元素的富集强弱能力不同：大豆>水稻>玉米>茶叶>天麻，检出富硒的3个农作物品种富集系数均大于未检出富硒的农作物品种，这与不同农作物品种硒含量特征吻合。

图3 德江县耕地土壤富硒等级图

图4 农作物硒元素富集系数图

4.3 不同成土母岩区硒含量特征

耕地不同成土母岩区中灰岩母岩区硒含量均值相对较高，为0.45 mg/kg，白云岩区次之，为0.43 mg/kg，页岩区再次之，为0.40 mg/kg，砂岩区相对较低，为0.33 mg/kg。总体趋势为灰岩>白云岩>页岩>砂岩。

4.4 不同土壤类型硒含量特征

4.5 不同耕地类型硒含量特征

4.6 不同酸碱度(pH值)耕地硒含量特征

表4 不同成土母岩耕地硒含量特征值表

表5 不同土壤类型硒含量特征值表

表6 不同耕地类型硒含量特征值表

表7 不同酸碱度耕地硒含量特征值表

5 结论与讨论

(1)全县耕地富硒面积丰富，合计59.56万亩，占耕地面积55.29%。农作物中水稻、玉米、大豆均有富硒，大豆对土壤硒富集强弱力最大，水稻次之，玉米、茶叶相近，天麻最小。不同成土母岩区耕地硒含量灰岩区最高，均值为0.45 mg/kg，白云岩区次之，为0.43 mg/kg，砂岩区相对较低，为0.33 mg/kg。不同土壤类型耕地硒含量黄壤最高，为0.44 mg/kg，紫色土最低，为0.35 mg/kg，石灰土、水稻土、潮土相近。不同耕地类型硒含量茶园最高，为0.47 mg/kg，裸地、旱地其次，为0.42 mg/kg，水田、果园、水浇地相近。不同pH值耕地强酸性硒含量略高，为0.47 mg/kg，其它酸碱度耕地硒含量均值相近，约为0.42 mg/kg。

(2)德江县耕地不同土壤类型硒含量特征与广西南宁市耕地土壤硒含量特征有相同或相似之处(李杰等，2012)；不同成土母岩土壤硒含量与全国已探明主要农耕区土壤硒高含量区受煤系、黑色地层控制特征一致(王锐等，2017)；农作物大豆、玉米等含硒特征及对硒元素的富集能力与张家界市农作物富硒特征相似(胡婷等，2014)。

(3)绿色天然富硒农产品是人民日益增长的美好生活需要之一，发展富硒农业是现在和未来的热点。通过耕地质量调查查清了德江县拥有丰富的清洁富硒耕地，为促进全县富硒土壤开发利用，发展高附加值、高品质农产品及特色农业产业提供了科学依据。