仁怀市茅坝镇高粱基地土壤硒地球化学分布特征及赋存形态

黄栩彬 潘自平 邵茂艳 陈婷

黃栩彬，潘自平，邵茂艳，等. 仁怀市茅坝镇高粱基地土壤硒地球化学分布特征及赋存形态［J］. 湖北农业科学，2024，63（2）：50-54，66．

摘要：以贵州省仁怀市茅坝镇有机高粱基地为研究对象，开展了土壤硒的地球化学分布及赋存形态特征研究。结果表明，高粱基地土壤全硒含量范围为0.24～1.35 mg/kg，平均为0.50 mg/kg，为全国土壤背景值的1.72倍。研究区富硒土壤分布较广，富硒土壤占总面积的50%；土壤硒的化学形态以有机物-硫化物结合态及元素态硒为主，占比为57.14%，铁-锰氧化物结合态硒、可交换态及碳酸盐结合态硒、残渣态硒含量相近，占比分别为14.21%、14.19%和12.70%，水溶态硒含量最低，占比为1.76%；水溶态硒与可交换态及碳酸盐结合态硒占比之和较高（15.95%），说明土壤硒的生物有效性较强，容易被植物吸收利用，有利于富硒农作物的种植和生产。土壤全硒、各形态硒含量与有机质含量呈正相关，表明有机质的增加有利于硒在土壤中的积累；土壤pH与水溶态硒含量呈显著正相关（P<0.01），而与全硒和其他形态硒含量呈负相关，证实碱性条件下硒主要以硒酸盐形式存在，而使硒的生物有效性得到提高。由此可知，研究区高粱基地富硒水平较高，分布面积较大，且硒的生物有效性较强，为提高茅台酒酿造原料红缨子高粱的品质和发展地方富硒特色农产品提供了良好的土地资源条件。

关键词：高粱基地土壤；硒；地球化学分布；赋存形态；富硒土壤评价；仁怀市茅坝镇

中图分类号：S153         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）02-0050-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.009 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Geochemical characteristics and occurrence forms of soil selenium in sorghum base of Maoba Town， Renhuai City

HUANG Xu-bin， PAN Zi-ping， SHAO Mao-yan， CHEN Ting

（Department of Resources and Environment， Moutai Institute， Renhuai  564500， Guizhou， China）

Abstract：The organic sorghum base in Maoba Town of Renhuai City was taken as the research object to study the geochemical distribution and occurrence form characteristics of soil selenium. The results showed that soil selenium content in sorghum base ranged from 0.24 to 1.35 mg/kg， with an average of 0.50 mg/kg， which was 1.72 times of the national soil background value. Se-enriched soil was widely distributed in the study area， accounting for 50% of the total area. The main chemical forms of soil selenium were organic-sulfide bound and elemental selenium， accounting for 57.14%. The contents of Fe-Mn oxide bound selenium， exchangeable-carbonate bound selenium and residue selenium were not much different， accounting for 14.21%， 14.19% and 12.70%， respectively. The water-soluble selenium was the lowest （1.76%）. The sum of water-soluble selenium and exchangeable-carbonate bound selenium was relatively high （15.95%）， which indicated that the bioavailability of soil selenium was strong， and it was easy to be absorbed and utilized by plants， and was beneficial to the cultivation and production of Se-enriched crops. The content of total selenium and various forms of selenium in soil was positively correlated with organic matter， indicating that the increase of organic matter was beneficial to the accumulation of selenium in soil. Soil pH was significantly positively correlated with water-soluble selenium content， but weakly negatively correlated with total selenium and other forms of selenium content. It was confirmed that selenium mainly existed in the form of selenate under alkaline conditions， which improved the bioavailability of selenium. Therefore， the sorghum base in the study area had a high level of selenium enrichment， a large distribution area， and a strong bioavailability of selenium， which provided a good land resource condition for improving the quality of sorghum Hongyingzi，and developing local Se-enriched characteristic agricultural products.

Key words： sorghum base soil； selenium； geochemical distribution； occurrence forms； Se-enriched soil evaluation； Maoba Town， Renhuai City

硒是人體和哺乳动物生长发育的必需微量元素^［1］，具有抗衰老、抗癌^［2］、拮抗重金属毒性、维持人体心血管健康等功能，被称为“生命的奇效元素”^［3］。硒对人类健康有双重影响，缺乏可导致克山病等^［4］，过量会导致慢性中毒，如盲跚症等^［5］。土壤是农作物硒的储存库，农作物中的硒主要来源于土壤。有研究表明，土壤硒的形态是决定植物吸收及人体健康的关键因素^［6］，甚至有学者认为土壤硒的形态更为重要^［7］。由此可知，植物中硒的含量不仅与土壤硒总量有关，更与土壤中硒的赋存形态有关，它影响着硒的活化、迁移、转化、富集等地球化学行为，对生物有效性及人体健康^［8，9］等起着决定性作用。因此，在研究土壤硒含量空间分布的同时，有必要对其赋存形态及硒的生物有效性进行研究和评价。

硒在全球土壤的地球化学分布极为不均^［10］，全球土壤Se含量的变幅为0.01～2.00 mg/kg，均值为0.40 mg/kg^［11］。中国是一个整体上缺硒的国家，约51%国土面积缺硒^［12］，1999年以来，中国1∶25万多目标区域地球化学调查发现了大量富硒土地资源，至2015年在150.7万km²调查区内发现绿色富硒耕地349.6万hm^2［11］。贵州省表层土壤硒含量较高（平均值为0.37 mg/kg），高于全球和全国土壤背景值^［13］，区内分布有大面积的富硒土壤（硒含量大于0.4 mg/kg），为保证人体健康和富硒农作物生产提供了良好的土壤资源。

研究区仁怀市是驰名中外茅台酒的原产地，茅台酒高品质一方面得益于茅台镇得天独厚的自然地理和微生物环境，另一方面与其独特的酿造工艺和对酿酒原料高标准要求密不可分。高粱为茅台酒酿造原料，要求为仁怀市本地及周边种植的红缨子糯高粱，种植环境要求符合绿色食品产地环境和有机产品标准，查明仁怀市有机高粱基地土壤环境质量状况及硒等健康元素的地球化学分布及赋存形态，对茅台酒酿造原料安全供给和品质保障具有重要意义。因此，本试验以仁怀市茅坝镇高粱基地为研究对象，对土壤硒地球化学分布特征及其赋存形态进行调查研究，评价土壤富硒水平及其生物有效性，以期为茅台酒原料品质的提升、土地资源高效利用、发展富硒特色农业提供科学依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

茅坝镇位于贵州省遵义市仁怀市西南部，地理坐标为27°37′27.75″—27°47′0.48″N，106°05′57.35″—106°15′0.19″E，总面积为142 km²，下辖1个社区、12个行政村。该地区属典型的亚热带季风气候，四季分明，日照充足，无霜期长，冬无严寒，夏无酷暑。境内地势南高北低，最高海拔为1 277.9 m，最低海拔为440.0 m，地貌地形复杂多样，以山地丘陵为主。土壤类型以石灰土、黄壤土、水稻土及紫色土等为主。出露地层主要为震旦系、寒武系、奥陶系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系，岩性主要有黏土岩、粉砂岩、砂岩、灰岩、白云岩等。研究区是典型的农业种植大镇，现有耕地面积约1 733 hm²，以种植高粱、水稻和油菜为主，是茅台酒酿造原料红缨子高粱的重要种植基地，其中杨柳村至跃进村一带的有机高粱基地面积达166.7 hm²。

1.2 样品采集与测定

1.2.1 样品采集及处理 根据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166—2004）^［14］，结合研究区高粱基地分布情况、地形地貌、海拔高度等因素，选择合适的区域或地块作为采样单元，采用梅花形布点法，于采样单元中心点50～70 m范围内分别采集5个土壤子样，等量混合均匀成1个样，装入帆布样品袋，采样深度为0～20 cm，样品质量≥1 000 g。用手持Trimble GPS定位采样点，并记录土壤类型、颜色、湿度及施肥等情况。同时于部分土壤采样点采集相应高粱子粒样品。土壤样品带回实验室自然风干，剔除石块、动植物残体等杂质后，用木锤或木棒轻轻敲打，过20目尼龙筛，四分法缩分至重约500 g，装入聚四氟乙烯塑料瓶中保存。另取50 g 20目样品用玛瑙研钵磨碎至全部过100目筛（粒径为0.149 mm），用于土壤硒含量、硒形态及理化性质指标的分析。高粱子粒样品自然晾干后脱粒，用植物粉碎机磨细至0.149 mm。本次共采集22份土壤样品，采样点位置分布如图1所示。

1.2.2 样品测定 土壤硒含量采用水浴加热-王水消解-原子荧光光度法测定，高梁中硒含量采用硝酸-高氯酸混合酸加热消解-原子荧光光度法^［15］测定；土壤pH采用去离子水浸提-pH计测定；土壤阳离子交换量（CEC）采用三氯化六氨合钴-分光光度法测定；土壤有机质含量（SOM）采用重铬酸钾氧化-外加热法测定；土壤黏粒含量采用激光粒度仪法测定。

土壤硒化学形态的浸提和分析参照瞿建国等^［16］的方法，将土壤硒形态分为水溶态（Sol-Se）、可交换态及碳酸盐结合态（EXC-Se）、铁-锰氧化物结合态（FMO-Se）、有机物-硫化物结合态及元素态（OM-Se）、残渣态（Res-Se）5种形态，分别用KCl、KH₂PO₄、HCl、K₂S₂O₈、HNO₃-HClO₄溶液提取，详细步骤见表1，各提取液中硒含量均采用原子荧光光谱法测定。

1.2.3 数据处理 采用Excel 2021、IBM SPSS 26.0软件进行数据处理分析和相关性分析，结合Origin Pro 2022軟件编制图表等；使用ArcGIS 10.8.1软件绘图。

2 结果与分析

2.1 表层土壤硒的地球化学分布特征

由表2可知，茅坝镇高粱基地表层土壤全硒含量的变幅为0.24～1.35 mg/kg，平均值为0.50 mg/kg，土壤全硒含量平均值高于中国土壤背景值、贵州省土壤背景值及仁怀市土壤背景值，略低于遵义市土壤背景值。全硒含量的变异系数为54.0%，硒含量变化中等，分布较为不均。从各村土壤全硒含量均值可见，土壤全硒含量分布特征为雄丰村>后坝村>杨柳村>安良村，雄丰村土壤硒富集程度最高，全硒含量平均为0.92 mg/kg，全区最大值（1.35 mg/kg）位于该村，其平均值分别是中国土壤背景值和仁怀市土壤背景值的3.17倍与4.60倍，安良村表层土壤硒含量最低，所有采样点位均未达到富硒土壤标准（0.40 mg/kg）。

图2为研究区土壤全硒含量空间分布。茅坝镇高粱基地土壤全硒含量在0.24～1.35 mg/kg。富硒土壤主要集中在雄丰村高粱基地附近，且雄丰村土壤硒含量随着海拔的升高出现明显的增加，土壤硒含量中等区域主要分布在后坝村、杨柳村2个地区，安良村存在面积较大的土壤硒边缘区域，但总体情况属于中等水平。土壤硒含量分布特征与地形地貌、生物类型、土壤类型、气候类型、沉积环境、周围居民点等具有内在联系。

2.2 富硒土壤及农作物富硒评价

根据谭见安^［21］关于土壤硒生态景观的界限值划分标准，将土壤分为缺硒、硒不足、足硒、富硒和硒过量5种类型（表3），其中富硒标准为0.400～3.000 mg/kg，依据该标准对研究区土壤进行富硒情况评价。由表3可见，本次所有采样点土壤硒含量均在足硒（0.175 mg/kg）以上，达到足硒和富硒标准的样品均为11份，富硒土壤占比为50%，无缺硒、硒不足和硒过量等情况。从行政村土壤硒分布看，雄丰村土壤硒含量全部达到富硒土壤标准，为主要富硒区；杨柳村与后坝村共有5份样品硒含量达到富硒土壤标准，而安良村土壤硒全部低于富硒土壤标准，土壤硒富集程度较低。

本次采集9份高粱子粒样品，其中除2份样品未检出硒外，其余样品硒含量在0.01～0.05 mg/kg，均值为0.02 mg/kg。参照重庆市地方标准《富硒农产品》（DB50/T 705—2016），有 3份高粱样品达到0.02～0.30 mg/kg的富硒高粱标准，富硒高粱占比为33.33%。

2.3 土壤硒赋存形态分布特征

茅坝镇高粱基地土壤硒形态分析结果见表4。结果表明，研究区土壤硒以有机物-硫化物结合态及元素态硒为主，其含量变幅为122.08～857.54 mg/kg，平均值为285.83 mg/kg，占全硒含量的57.14%；可交换态及碳酸盐结合态硒与铁-锰氧化物结合态硒次之，分别占全硒含量的14.19%与14.21%，可交换态及碳酸盐结合态硒含量变幅为28.17～158.38 mg/kg，平均值为70.98 mg/kg，铁-锰氧化物结合态硒含量变幅为41.40～145.91 mg/kg，平均值为71.07 mg/kg。上述3种形态硒的总量占高粱基地土壤全硒含量的85.54%。水溶态硒含量变幅在3.60～15.58 mg/kg，平均值为8.79 mg/kg，占全硒含量的1.76%。

图3为茅坝镇4个行政村高粱基地土壤中5种形态硒含量的占比情况。各形态硒在各村中的占比情况表现为，水溶态硒在杨柳村土壤中占比最高，可交换态与碳酸盐结合态硒在后坝村土壤中占比最高，铁-锰氧化物结合态硒在安良村土壤中占比最高，有机物-硫化物结合态及元素态硒在后坝村与杨柳村土壤中占比最高，残渣态硒在雄丰村土壤中占比最高。

农作物中硒的主要来源是土壤，农作物对硒的吸收和积累受土壤硒赋存形态的影响，水溶态硒是移动性最强、最易被植物吸收的组分，可交换态及碳酸盐结合态硒的生物有效性比水溶态硒低，但也能被农作物吸收转化利用，两者常被定义为土壤中的生物有效硒^［11］。农作物根部主要从土壤中吸收水溶态硒、可交换态及碳酸盐结合态硒，并在其体内进行运转和再分配^［22］。茅坝镇高粱基地表层土壤中水溶态硒含量为（8.79±3.40）mg/kg，可交换态及碳酸盐结合态硒含量为（70.98±40.13）mg/kg，分别占土壤全硒含量的1.76%和14.19%，其中水溶态硒含量达中等富硒水平，高粱基地土壤硒比较容易迁移转化进入农作物，土壤硒的生物有效性较高。

2.4 理化性质对土壤硒含量及赋存形态的影响

2.4.1 土壤理化性质 由表5可见，高粱基地土壤pH在6.75～7.97，平均值为7.42，土壤总体呈中性；有机质含量在9.76～57.80 g/kg，平均值为26.88 g/kg；阳离子交换量在16.93～40.05 cmol/kg，平均为25.43 cmol/kg。土壤有机质含量和阳离子交换量均处于中等水平。

2.4.2 理化性质对土壤硒含量的影响 由表6可知，土壤全硒含量与有机质含量相关系数为 0.773，呈显著正相关（P<0.01），主要由于土壤有机质在硒的吸收和固定中起着重要作用，硒能与有机质结合形成复合体，在土壤中被吸收固定，所以土壤中有机质在特定范围内含量越高，对硒的吸附能力越强，进而增加高粱基地土壤硒含量；土壤pH与土壤全硒含量相关系数为-0.476，呈显著负相关（P<0.05），由于硒在碱性条件下主要以可溶性硒酸盐（SeO₄^2-）形式存在，易被淋溶流失。土壤全硒含量与黏粒含量呈正相关（相关系数为 0.281），主要是因为土壤黏粒比重越大，对硒吸附能力就越强。而土壤全硒含量基本不受阳离子交换量（CEC）的影响。

2.4.3 理化性质对土壤硒赋存形态的影响 由表6可知，除水溶态硒外，其余4种形态硒含量和全硒含量两两间均呈显著正相关（P<0.01）；水溶态硒与土壤pH呈显著正相关（P<0.01）；可交换态及碳酸盐结合态硒含量、有机物-硫化物结合态及元素态硒含量、残渣态硒含量与土壤有机质含量间均呈显著正相关（P<0.05或P<0.01）；可交换态及碳酸盐结合态硒含量与土壤黏粒含量呈显著负相关（P<0.01）；土壤全硒、5种形态硒的含量与阳离子交换量均无显著相关性，表明茅坝镇地区高粱基地土壤硒的赋存形态不受阳离子交换量的影响。

3 小结与建议

本试验以仁怀市茅坝镇有机高粱基地为研究对象，对土壤硒的地球化学分布及硒的赋存形态进行研究和评价，主要得到以下结果。

1）茅坝镇高粱基地表层土壤全硒含量平均值为0.50 mg/kg，高于中国土壤背景值、贵州省土壤背景值及仁怀市土壤背景值，略低于遵义市土壤背景值，区内硒分布较为不均，其中雄丰村富集程度最高，安良村最低。研究区富硒土壤面积分布较广，富硒土壤占比为50%。

2）土壤硒形态分析结果表明，研究区土壤以有机物-硫化物结合态及元素态硒为主，占比为57.14%，铁-锰氧化物结合态硒、可交换态及碳酸盐结合态硒、残渣态硒含量相近，占比分别为14.21%、14.19%和12.70%，水溶态硒含量最低，占比仅1.76%。水溶态硒与可交换态及碳酸盐结合态硒占比之和较高（15.95%），表明研究區土壤硒的生物有效性较高，容易被植物吸收利用，有利于富硒农产品种植和开发。

3）研究区土壤全硒、5种形态硒含量均与有机质含量呈正相关；水溶态硒含量与pH呈显著正相关（P<0.01），其他形态硒含量与pH呈负相关，表明土壤有机质能促进硒在土壤中的富集，而碱性条件有利于硒的溶出而提高生物有效性。土壤全硒和各形态硒与阳离子交换量均无明显相关性。

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收稿日期：2023-01-31

基金项目：贵州省教育厅创新群体项目（黔教合KY字［2020］023）；贵州省基础研究计划项目［黔科合基础（2019）1294号］；茅台学院高层次人才科研项目（mygccrc［2022］064）

作者简介：黄栩彬（1998-），男，贵州习水人，在读本科生，研究方向为土壤环境，（电话）18311633231（电子信箱）724901073@qq.com；通信作者，潘自平（1969-），男，教授，博士，主要从事土壤环境地球化学研究，（电子信箱）344283078@qq.com。