贵州省赤水市耕地富硒土壤地球化学特征

田文明，牟 军，唐婷婷，唐佐其，王安华，强希润

(1.贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550081；2.中国地质大学，湖北 武汉 430074)

硒(Se)被世界卫生组织(WHO)认定为人体必需营养元素之一，具有抗癌防癌，抗氧化，提高免疫功能，促进机体基础代谢，拮抗砷、镉、汞等的毒性等作用(廖金凤，2002；鲍鹏等，2017；罗程等，2017；谭见安等，1991；陈亮等，2004)。适量的硒对农作物生长和产量也有促进作用，尤其对提高水稻、小麦等作物的单产、降低空秕率有明显作用(贾宏昉等，2006)。我国土壤整体贫硒，缺硒省份有22 个，约占全国总面积的72%，2/3的人口硒摄入不足(郦逸根等，2005；孙国新等，2017)。因此，寻找并利用绿色富硒土地资源，开发绿色富硒农产品，具有积极的经济价值和社会价值。

笔者依托赤水市耕地质量地球化学调查评价项目，对赤水市耕(园)地表层土壤硒的地球化学特征、影响因素及生态效应进行研究，以期为赤水市绿色富硒耕地土壤资源合理有效的开发利用、优质特色农业的发展提供地球化学依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

1.2 样品采集

同时选择在赤水市两河口镇西部、宝源乡中部及大同镇南部土壤富硒区域内测制土壤垂向剖面5条。

1.3 样品测试

样品的分析测试由贵州省地矿局中心实验室所承担，测试分析过程严格按照生态地球化学评价样品分析方法和技术要求进行，采用ICP-OES(电感耦合等离子体原子发射光谱法)测定Cu、Zn、Pb、Ni、Cr等元素含量，采用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱法)测定Cd元素含量，采用AFS(原子荧光光谱法)分析As、Se、Hg元素，采用容量法分析有机质元素，采用pH计电极法测定pH值。农作物中Se及金属元素采用ICP-MS测定。

表层土壤以国家一级土壤标准物质(GBW 系列)进行准确度、精密度监控。以49件(2%)重复样和 114件(5%)重复分析来评定采样和分析误差，随机抽查异常点重复性检验监控分析质量；经检查，报出率、准确度、精密度及重复样测试合格率均为100%。农产品分析选取国家标准物质GSB7进行准确度、精密度监控，对于检测结果超过《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762-2012)中规定限量的部分样品，进行第三者复检；农作物样检测质量监控指标合格率均为100%。确保了数据分析质量和全国范围的可比性。

1.4 数据处理

主要采用Excel2007和SPSS处理统计地球化学参数(平均值、标准差、变异系数等)，由MapGIS软件、土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护(应用)子系统、绘制表层土壤全硒含量等级图、土壤酸碱度等级图等。

2 耕地土壤地球化学特征

2.1 耕地土壤酸碱性及环境质量

赤水市耕(园)地表层土壤pH值在3.74-8.73之间，平均值5.49，总体为酸性环境。其中，强碱性、碱性、中性、 酸性、强酸性土壤分别占全区耕地总面积的 3.43%、16.70%、9.44%、54.08%。16.35%，耕地表层土壤以酸性、强酸性为主，占全市耕地面积70.43%，碱性、强碱性土壤仅占全区的20.13%，耕(园)地酸性土壤占比较大，总体偏酸性(图1)。

图1 赤水市耕地土壤酸碱性(pH值)分布图

赤水市耕(园)地表层土壤环境重金属元素平均值均低于贵州省表生沉积物背景值(何邵麟，1998)；Cd、Hg、Pb、Ni、Zn高于全国A层土壤均值，As、Cr、Cu明显低于全国A层土壤均值(表1)。据农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)，区内环境元素最大值均未超过污染风险管制值。综合评价结果可知，赤水市耕地土壤环境质量等级I类(优先保护类：风险无或可忽略)占全市耕地面积57.52%，II类(安全利用类：风险可控)占42.48%，无III类(严格管控类：风险较大)耕地，耕地土壤环境质量整体优良，清洁无污染。

表1 赤水市耕地表层土壤环境元素参数特征

2.2 耕地土壤硒元素地球化学特征

表2 赤水市耕地表层土壤硒元素地球化学参数特征

图2 赤水市耕地土壤硒含量分级及富硒农产品分布图

表3 赤水市耕地土壤硒含量分级

根据规范(DZ /T0295-2016)土壤硒含量分级标准，赤水市耕(园)地表层土壤硒地球化学等级如图2、表3。全区含硒量>0.4 mg·kg-1富硒耕(园)地土壤为116.82 km2，占全市耕(园)地面积47.82%，较集中分布于赤水市西部宝源乡、两河口镇、大同镇及复兴镇南部，在金华街道、天台镇东部、旺隆镇东北、葫市镇北部及白云乡、长沙镇亦有较大面积富硒耕(园)地分布；硒适量耕(园)地土壤面积占比51.75%，较集中于赤水市中部、南部及东部乡镇；低硒和缺硒等级占比为0.23%、0.20%，零星分布于赤水市西北、中南部及东部地区。

土壤垂向剖面分析结果表明，土壤硒元素含量垂向变化明显，随深度变深依次降低，表层土壤(淋溶层)硒含量最高，母质层硒含量最低，硒元素的表生富集明显(图3、表4)。可能与硒元素的生物地球化学作用相关，生物生长活动对硒元素的吸附致使硒元素在表层富集。

3 土壤硒元素含量影响因素分析

土壤硒含量与表生环境中硒的迁移循环过程有关(宋明义，2011)；土壤中硒的净积累受大气沉降、灌溉水、施肥(化学肥料、农用石灰等)及硒的挥发影响(孙国新等，2017)；大量研究表明成土母质(地质背景)对土壤硒含量起决定作用(宋明义等，2011；黄春雷等，2013；曾庆良等，2018)。本次研究探讨了不同成土母质、土壤类型及土壤有机质含量、pH值等因素对赤水市土壤硒含量的影响。

图3 土壤硒含量垂向变化

表4 垂向剖面不同土层及对应成土母岩硒含量特征

3.1 成土母质

据不同地层区土壤硒含量进行统计，不同地层分布区存在一定差异(图4)，其中白垩系嘉定组(Kjd)地层区表层土壤硒含量最高，平均为0.49 mg·kg-1，最低为蓬莱镇组(J3p)地层分布区，为0.37 mg·kg-1。

在赤水市西部两河口、宝源富硒区采集的表层土壤样与在同一点位对应采集的成土母岩进行对比分析，两者具有明显正相关性(R=0.54，P<0.05，n=16)，成土母岩硒含量多少影响表层土壤硒含量高低。

3.2 土壤类型

根据土壤类型分类统计显示，赤水市不同土类硒含量略有差异(表5)，可能与不同土壤中粘粒含量及理化性质差异有关。土壤硒含量依次为黄壤>黄棕壤>水稻土>紫色土，其中黄壤硒含量最高，平均值为0.49 mg·kg-1，紫色土硒含量最低，平均值为0.39 mg·kg-1。

图4 不同地层区表层土壤Se含量

表5 不同土壤类型硒含量特征

3.3 硒与pH值、有机质相关性分析

对测试结果统计分析显示，土壤Se含量与pH值呈明显负相关关系(R=-0.44，P<0.01)，与有机质含量表现为显著的正相关性(R=0.71，P<0.01)(图5)。

图5 赤水市耕地土壤Se含量与pH、有机质相关关系

土壤酸碱度(pH值)被认为是影响土壤硒含量的重要因素之一，通过控制土壤硒元素的活性和迁移性，进而影响土壤硒含量。这是由于在一定范围内，随着pH值增加，SeO2-3转化为SeO2-4后溶解度增大，易流失；同时土壤Se的甲基化也开始加强，甲基化使土壤中的Se转移和挥发的可能性增加(王莹，2008)，而在酸性环境中硒的甲基化弱，使土壤中硒能够稳定存在，从而使土壤硒相对富集。赤水市耕地土壤整体呈酸性，更利于硒元素在表土中的富集。

土壤有机质增加，能改善土壤结构，促进团粒结构的形成，增加黏结力，加大对硒的吸附与固定作用，同时微生物的还原作用促使大部分亚硒酸盐被地表土固定，硒优先进入低分子量的腐殖质组分中，与金属腐殖质复合体一起呈现出无机复合状态，因此有机质对土壤中硒起吸附和固定作用，从而使硒富集在土壤中(曾庆良等，2018)。

4 硒的生态效应

表6 赤水市富硒农产品标准及富硒率

通过对不同类型农产品硒含量特征和硒富集系数的统计显示(表7)，区内稻谷硒含量及硒富集系数均为最高，其次为金钗石斛，竹笋较低，龙眼最低。综合富硒作物分布特征、农作物安全性、土壤硒含量分布特征及土地开发利用现状，认为在赤水市西部宝源、大同、两河口三镇富硒土壤集中且产清洁富硒稻谷，适宜大面积的开发富硒稻谷产业；富硒竹笋可集中在中西部地区发展；旺隆镇、官渡镇金钗石斛产业园产富硒石斛，可进一步开发以提升相应作物的品牌价值和经济效益。

表7 不同农产品硒含量及硒生物富集系数

5 结论

(1)赤水市耕(园)地土壤总体以酸性为主，土壤重金属含量较低，无超污染风险管制值现象，土壤环境质量优良。

(2)赤水市富硒土壤资源丰富，耕(园)地表层土壤硒平均含量0.41 mg·kg-1，富硒耕(园)地面积占全市耕(园)地面积47.82%。土壤垂向剖面统计分析显示，硒元素表生富集明显。

(2)不同成土母岩、土壤类型、土壤pH值及有机质含量是影响赤水市土壤硒含量的重要因素。土壤硒含量与pH呈负相关关系，土壤酸化有利于Se元素在土壤中富集；与有机质呈明显正相关关系。

(4)赤水市能产出天然富硒稻谷、竹笋、金钗石斛，在不同类型农作物中水稻稻谷硒含量及富集系数最高，次为金钗石斛，竹笋较低。区内可分区域开发不同富硒农产品，有利于提升农产品品牌价值和经济效益。但个别农产品有重金属镉元素超标情况，应引起重视，注意监测。

(5)赤水市森林覆盖率大，耕地稀少，生态环境优越，耕地土壤环境质量优良且大面积天然富硒，富硒农产品丰富，具有良好的开发前景和经济意义；建议地方政府及有关部门重视和利用好本市的富硒土壤资源，做到科学规划、合理利用。