任蕊，尹宗義，王明霞，王會鋒，王小平，晁旭，盧婷，張志敏

(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068)

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三原—閻良地區(qū)土壤及農(nóng)作物Se含量特征

任蕊，尹宗義，王明霞，王會鋒，王小平，晁旭，盧婷，張志敏

(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068)

以三原—閻良地區(qū)土壤為對象，研究了三原—閻良地區(qū)土壤中Se元素、pH值和有機(jī)質(zhì)的含量及其分布，以及土壤中Se的主要賦存形態(tài)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)負(fù)碛写竺娣e的富Se土地資源；土壤基本屬堿性、強(qiáng)堿性，有利于植物對土壤Se的吸收利用；土壤中豐富的有機(jī)質(zhì)有利于土壤Se的富集；Se主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)形式存在，可提供大量可溶性有機(jī)和無機(jī)Se為植物利用。通過對調(diào)查區(qū)主要農(nóng)作物的研究，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)油菜、小麥、大蒜、白蘿卜、玉米、芹菜的富Se食品達(dá)標(biāo)率高達(dá)55%以上；農(nóng)作物對土壤Se的富集能力為：油菜>小麥>大蒜>玉米>白蘿卜>白菜>花白>芹菜>花椰菜；區(qū)內(nèi)大部分農(nóng)作物達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此，調(diào)查區(qū)具有發(fā)展“天然、綠色、安全”的富Se農(nóng)作物得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

三原—閻良地區(qū)；富Se農(nóng)作物；Se；土壤

硒(Se)作為人體必需的14種微量元素之一(M P Rayman,2000)，其在地殼中的豐度僅為0.05×10-6，世界上有40多個(gè)國家和地區(qū)缺Se，中國有72%的縣是低Se或缺Se縣(吳建功等，2001)，研究表明，缺Se將直接導(dǎo)致40多種疾病的發(fā)生，例如，癌癥、心血管病、肝病等?？茖W(xué)補(bǔ)Se可以預(yù)防高血壓、心臟病、高血糖、克山病、大骨節(jié)病等多種疾病。土壤是人類賴以生存的食物鏈營養(yǎng)來源的基礎(chǔ)，它是生態(tài)環(huán)境中物質(zhì)與能量交換最主要的場所(陳代中等，1985)。土壤Se來源于巖石，而又通過生長在土壤上的作物而影響到人體，因此，土壤中Se含量及農(nóng)作物Se含量水平對人體健康有重要意義。

陜西省地質(zhì)調(diào)查中心自2005年開展的陜西省1∶25萬多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查至今，已在關(guān)中地區(qū)發(fā)現(xiàn)富Se土壤約6 051 km2，針對關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展需求，2012—2013年我中心開展“關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)(關(guān)中盆地)富Se區(qū)地球化學(xué)調(diào)查與評價(jià)”項(xiàng)目，選定三原-閻良富Se區(qū)進(jìn)行土壤地球化學(xué)調(diào)查評價(jià)。筆者通過對三原—閻良地區(qū)土壤和農(nóng)作物樣品的系統(tǒng)采集及準(zhǔn)確分析其全Se含量、形態(tài)Se含量，全面了解調(diào)查區(qū)土壤和農(nóng)作物的富Se程度，對合理開發(fā)利用當(dāng)?shù)刎S富的自然資源，變資源為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)提供理論依據(jù)(張永康等，2009)。

1 自然地理與地質(zhì)背景

三原—閻良地區(qū)地處關(guān)中平原腹地，位于涇渭沖積平原區(qū)，是陜西省重要的糧食、蔬菜基地，主要種植小麥、玉米，兼種蘋果、蔬菜。地理坐標(biāo)為東經(jīng)：108°44′50″～109°30′00″，北緯：34°30′00″～34°42′20″。面積約1 255 km2。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和。土壤類型以塿土(褐土的亞類)為主，黃綿土、新積土次之，其中塿土熟化程度高，疏松易耕，適耕時(shí)間長，保水、保肥能力好，土壤礦物質(zhì)豐富，肥力較高，是適宜農(nóng)業(yè)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)土類。出露地層以全新統(tǒng)沖積層為主，包括現(xiàn)代河床沖積層及其下部沖積層，厚度10～83 m，主要成分為淺黃褐色砂質(zhì)黏土、黏質(zhì)砂土，夾粉砂土、亞黏土和砂礫層等；其次在調(diào)查區(qū)東北部和中南部分別出露少量未分更新統(tǒng)風(fēng)成黃土、上更新統(tǒng)風(fēng)積層(馬蘭黃土)。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集

1∶5萬土壤地球化學(xué)測量：采用網(wǎng)格化采樣方法在調(diào)查區(qū)進(jìn)行土壤樣品的采集，采樣密度為4件/km2，采樣深度為0～0.2 m，樣品重量1 kg。共采集表層土壤樣品5 022件。

植物樣及根系土樣品采集：植物樣要具有代表性，采樣時(shí)避開株體過大過小、遭受病蟲害或機(jī)械損傷以及田邊路旁的植株。在調(diào)查區(qū)采集大宗農(nóng)作物小麥、玉米、油菜籽的籽實(shí)；采集經(jīng)濟(jì)作物芹菜、花白、白菜、花椰菜、白蘿卜和大蒜，樣品重量大于500 g。與農(nóng)作物樣品采集相配套，同時(shí)采集相同點(diǎn)位的農(nóng)作物根系土，樣品重量1 kg。共采集植物樣品236件，對應(yīng)根系土樣品236件(圖1)。

2.2 樣品加工與分析

土壤樣經(jīng)自然風(fēng)干，用木棒壓碎團(tuán)塊，過20目尼龍篩后，提取500 g分析樣，分析指標(biāo)為Se、Corg、pH，分析方法為原子熒光光譜法(AFS)、氧化還原容量法(VOL)、pH計(jì)電極法(ISE)。土壤Se形態(tài)分析指標(biāo)為水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)，分析方法為等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)。

將植物樣洗凈，晾干，去掉非食用部分后剁碎或組織搗碎機(jī)搗碎，稱取適量試樣，加硝酸浸泡過夜，再加雙氧水，蓋好內(nèi)蓋，旋緊外套，放入微波消解儀器內(nèi)消解3～4 h后，取出冷卻，轉(zhuǎn)移溶液，稀釋至一定體積進(jìn)行分析。分析元素為Se、As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn共8項(xiàng)，分析方法為原子熒光光譜法(AFS)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)。

2.3 質(zhì)量評述

樣品分析由國土資源部西安礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔(dān)。測試過程中加入國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行分析質(zhì)量控制，所有樣品的報(bào)出率為100%，準(zhǔn)確度和精密度監(jiān)控樣合格率達(dá)98%以上。

圖1 調(diào)查區(qū)交通位置圖Fig.1 Traffic location of the survey area

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤中Se的含量及分布

三原—閻良地區(qū)1∶5萬土壤調(diào)查Se含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(表1)，調(diào)查區(qū)表層土壤Se含量為0.023×10-6～3.060×10-6，背景值為0.267×10-6，土壤Se含量分別是關(guān)中地區(qū)土壤Se背景值0.164×10-6(任蕊等，2013)的1.63倍、陜西省土壤Se背景值0.115×10-6(陳懷滿，2006)的2.32倍；褐土中Se含量范圍同全區(qū)，背景值為0.265×10-6，分別是關(guān)中地區(qū)的1.62倍、陜西省的2.30倍；黃綿土中Se含量為0.056×10-6～1.260×10-6，背景值為0.257×10-6，分別是關(guān)中地區(qū)的1.57倍、陜西省的2.23倍；新積土中Se含量為0.068×10-6～0.580×10-6，背景值為0.293×10-6，分別是關(guān)中地區(qū)的1.79倍、陜西省土壤Se背景值的2.55倍。綜上所述，調(diào)查區(qū)各種土壤類型中褐土和新積土Se含量較高，其中褐土Se含量分布范圍最大，最大值高達(dá)3.060×10-6。

李家熙等將土壤Se含量分為低Se土壤(0.1×10-6～0.2×10-6)、中Se土壤(0.2×10-6～0.4×10-6)和富Se土壤(>0.4×10-6)(李家熙等，2000)，由表2、圖2可知，調(diào)查區(qū)Se的分布以中Se區(qū)為主，面積高達(dá)1 110.18 km2，占總面積88.47%；富Se區(qū)土壤77.23 km2，占總面積的6.15%，主要分布在三原縣西南部雪河鄉(xiāng)—高渠鄉(xiāng)、涇河北岸、新市鎮(zhèn)及相橋鎮(zhèn)—田市鎮(zhèn)一帶。可見，該地區(qū)大部分屬于Se含量適中區(qū)，擁有大面積的富Se土壤資源。

表1 調(diào)查區(qū)1∶5萬土壤調(diào)查Se含量特征值統(tǒng)計(jì)表

表2 調(diào)查區(qū)土壤Se元素含量統(tǒng)計(jì)表

圖2 調(diào)查區(qū)Se元素豐缺分布及農(nóng)作物采樣點(diǎn)位圖Fig.2 Distribution of Se abundance and deficiency and plants sampling sites in survey area

3.2 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)的含量及分布

土壤中Se的有效性與土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量等理化指標(biāo)關(guān)系密切。調(diào)查區(qū)土壤pH值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。區(qū)內(nèi)表層土壤pH值為7.23～9.28，基本屬堿性、強(qiáng)堿性土壤。研究表明堿性土壤中Se主要以硒酸鹽形態(tài)存在，有效性很高(董廣輝等，2002)。在中性和酸性土壤中Se與Fe形成了溶解性極低的氧化物和水合氧化物，有效性大大降低。因此，區(qū)內(nèi)土壤酸堿度有利于植物對土壤Se的吸收利用。

依據(jù)農(nóng)業(yè)部土壤養(yǎng)分元素及有益微量元素豐缺標(biāo)準(zhǔn)，對調(diào)查區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)(表4)，區(qū)內(nèi)表層土壤有機(jī)質(zhì)含量為0.09%～3.71%，以二級和三級土壤為主；一級土壤集中分布在測區(qū)中部西陽鎮(zhèn)、新市鎮(zhèn)等地；四級土壤分布較少，僅占全區(qū)的0.31%。總體來看，全區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量豐富。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成物質(zhì)，也是土壤固相中較為活躍的部分，土壤有機(jī)質(zhì)可通過降解作用釋放出Se，使Se進(jìn)入土壤的循環(huán)系統(tǒng)。在土壤表層既含有較多的有機(jī)質(zhì)，又含有較多的Se(MAHENDRA Singh et al.，1981)。綜合區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)與土壤全量Se呈弱相關(guān)關(guān)系(r=0.298)，可認(rèn)為豐富的有機(jī)質(zhì)對土壤Se的富集有一定作用。

表3 調(diào)查區(qū)土壤pH值統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

表4 調(diào)查區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

3.3 表層土壤中Se的形態(tài)分析

農(nóng)作物對賦存在土壤中Se吸收的程度取決于Se形態(tài)的有效性，各種形態(tài)Se含量與土壤的全量Se在量上存在內(nèi)在的聯(lián)系(方金梅，2008)。表5的統(tǒng)計(jì)結(jié)果說明三原縣表層土壤中全量Se為0.098 6×10-6～0.630×10-6，6種形態(tài)Se平均含量占全量比例的大小為：有機(jī)結(jié)合態(tài)(38.42%)>殘?jiān)鼞B(tài)(31.94%)>離子交換態(tài)(5.21%)>水溶態(tài)(4.86%)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)(3.82%)>鐵錳氧化結(jié)合態(tài)(1.39%)。可見Se在土壤中主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)的形式存在，殘?jiān)鼞B(tài)次之，離子交換態(tài)、水溶態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化結(jié)合態(tài)含量較低。前2種形態(tài)Se與表層土壤全量Se均呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系，其中有機(jī)結(jié)合態(tài)Se可提供大量可溶性有機(jī)和無機(jī)Se為植物利用；殘?jiān)鼞B(tài)Se是非常穩(wěn)定的形態(tài)，其有效性較差，很難被植物吸收，但這部分Se是土壤Se的重要儲存庫源(李輝勇，2001)。后4種形態(tài)Se雖與全量Se相關(guān)程度高，但對全量Se的影響較小，對植物的生物有效性作用不大。

表5 調(diào)查區(qū)表層土壤中硒賦存形態(tài)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

注：樣品數(shù)34個(gè)；有機(jī)結(jié)合態(tài)包括強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)。

3.4 農(nóng)作物Se含量特征

本次調(diào)查依據(jù)HB001/T-2013中國富Se食品Se含量分類標(biāo)準(zhǔn)(試行)(中國食品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、DB6124.01-2010富Se食品Se含量分類標(biāo)準(zhǔn)(安康市地方標(biāo)準(zhǔn))見表6，分別探討不同農(nóng)作物在調(diào)查區(qū)的富Se達(dá)標(biāo)程度，為當(dāng)?shù)亻_發(fā)富Se農(nóng)產(chǎn)品提供依據(jù)。

表6 富硒食品Se含量分類表(10-6)

從表7可以看出：大宗農(nóng)作物中的大多數(shù)樣本均達(dá)到富Se食品標(biāo)準(zhǔn)，其達(dá)標(biāo)率由大到小依次為油菜—小麥—玉米，且油菜、小麥的達(dá)標(biāo)率顯著高于玉米；經(jīng)濟(jì)作物的達(dá)標(biāo)率由大到小依次為：大蒜—白蘿卜—白菜—花白—芹菜—花椰菜，其中大蒜、白蘿卜、芹菜中的大多數(shù)樣本均達(dá)到富Se食品標(biāo)準(zhǔn)，白菜、花白的達(dá)標(biāo)率基本相當(dāng)?？梢娬{(diào)查區(qū)內(nèi)存在大量富Se農(nóng)作物，特別是油菜、小麥、大蒜，其達(dá)標(biāo)率分別為91.67%、82.22%、71.43%。因此，三原—閻良地區(qū)可作為開發(fā)富Se農(nóng)產(chǎn)品的理想場所，對形成新的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)增長點(diǎn)，變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)，提高人民生活水平起著重要的作用。

表7 調(diào)查區(qū)農(nóng)作物Se含量統(tǒng)計(jì)表

3.5 農(nóng)作物對土壤Se的富集能力

Se的生物土壤化學(xué)過程使土壤Se與動(dòng)植物的Se營養(yǎng)相聯(lián)接，并通過食物鏈與人類聯(lián)系(王云等，1995)。土壤中的Se一般是植物體中Se的主要來源，通常用富集系數(shù)反映植物從土壤中吸收元素的能力(金興鈺，2010)。富集系數(shù)用農(nóng)作物中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)除以對應(yīng)根系土中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行計(jì)算。

調(diào)查區(qū)大宗農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)作物Se富集特征值見表8。從表中可以看出，大宗農(nóng)作物油菜、小麥Se平均富集系數(shù)基本相當(dāng)，玉米Se平均富集系數(shù)則顯著低于油菜和小麥；經(jīng)濟(jì)作物Se平均富集系數(shù)大小順序?yàn)椋捍笏?白蘿卜>白菜>花白>芹菜>花椰菜，且大蒜的Se平均富集系數(shù)顯著高于其他5種蔬菜。可見不同作物對土壤中Se的吸收能力有顯著差異，大宗農(nóng)作物中，以油菜、小麥對土壤Se的富集能力最強(qiáng)；經(jīng)濟(jì)作物中，以大蒜對土壤Se的富集能力最強(qiáng)。

3.6 農(nóng)作物的安全性分析

將調(diào)查區(qū)糧食作物中重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表9)與國家食品衛(wèi)生限量標(biāo)準(zhǔn)比較，發(fā)現(xiàn)小麥中有極少數(shù)樣品的Pb、Zn元素含量高出安全閾值，其食品衛(wèi)生達(dá)標(biāo)率分別是91%、96%，其他5種元素含量均低于安全閾值，達(dá)標(biāo)率為100%；玉米樣品中重金屬含量均未超標(biāo)，其達(dá)標(biāo)率為100%。

表8 調(diào)查區(qū)農(nóng)作物Se富集系數(shù)特征值表

表9 糧食作物重金屬含量統(tǒng)計(jì)表

將調(diào)查區(qū)蔬菜作物中重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表10)與國家食品衛(wèi)生限量標(biāo)準(zhǔn)比較，發(fā)現(xiàn)大蒜、白蘿卜中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb和Zn元素含量均低于安全閾值，達(dá)標(biāo)率為100%；花椰菜、花白、白菜中有極少數(shù)樣品的Pb元素含量超標(biāo)，其達(dá)標(biāo)率分別為97%、96%、96%；芹菜中有少數(shù)樣品的Cu元素含量高出安全閾值，其達(dá)標(biāo)率為82%，同時(shí)Pb元素在多數(shù)芹菜樣品中含量超標(biāo)，達(dá)標(biāo)率僅為39%；油菜出現(xiàn)大部分樣品Pb元素含量超標(biāo)和全部樣品Zn元素含量超標(biāo)現(xiàn)象。

表10 蔬菜作物重金屬含量統(tǒng)計(jì)表

綜上所述，調(diào)查區(qū)內(nèi)存在大量符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)作物，其中玉米、大蒜、白蘿卜樣品100%達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，小麥、花椰菜、花白、白菜的達(dá)標(biāo)率均在90%以上。但同時(shí)也存在個(gè)別農(nóng)作物Pb、Zn、Cu重金屬元素含量超標(biāo)的現(xiàn)象，尤其是油菜的Pb、Zn元素含量超標(biāo)問題值得重視。

4 結(jié)論

(1)三原—閻良地區(qū)中Se土壤面積高達(dá)1 110.18 km2，占總面積88.47%；富Se土壤77.23 km2，占總面積的6.15%。當(dāng)?shù)赝寥阑緦賶A性、強(qiáng)堿性，有利于植物對土壤Se的吸收利用；且豐富的有機(jī)質(zhì)利于土壤Se的富集。區(qū)內(nèi)表層土壤中Se主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)形式存在，其次為殘?jiān)鼞B(tài)，前者可提供大量可溶性有機(jī)和無機(jī)Se為植物利用；后者很難被植物吸收，但卻能提供豐富的Se源。說明調(diào)查區(qū)不僅擁有大面積植物較易吸收利用的富Se土壤資源，還具有促進(jìn)植物吸收利用Se資源的理化性質(zhì)。

(2)通過對調(diào)查區(qū)主要農(nóng)作物的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)油菜、小麥、大蒜、白蘿卜、玉米、芹菜的富Se食品達(dá)標(biāo)率高達(dá)55%以上；農(nóng)作物對土壤Se的富集能力為：油菜>小麥>大蒜>玉米>白蘿卜>白菜>花白>芹菜>花椰菜；區(qū)內(nèi)大部分農(nóng)作物達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，但是油菜的Pb、Zn元素含量超標(biāo)問題較為嚴(yán)重。建議在調(diào)查區(qū)大規(guī)模種植小麥、大蒜、玉米、白蘿卜，利用植物本身對土壤Se富集的能力，結(jié)合調(diào)查區(qū)優(yōu)質(zhì)的富Se土壤資源，生產(chǎn)出“天然、綠色、安全”的富Se農(nóng)作物。

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Survey and Research of Selenium Content in Soil and Crops in Sanyuan-Yanliang

REN Rui，YIN Zongyi，WANG Mingxia，WANG Huifeng，WANG Xiaoping，CHAO Xu，LU Ting，ZHANG Zhimin

(Shaanxi Center of Geological Survey, Xi’an 710068,Shaanxi, China)

Taking soil in Shanyuan-Yanliang as a research object, studing on selenium, pH value and organic matter content and distribution of local soil, and the main forms of selenium. The results show: There are plenty of selenium-rich soil; The soil is in favor of plant absorbing selenium in soil which is alkaline or strongly alkaline; Abundant organic matter is in favor of selenium enrichment in soil, Selenium exists mainly as organic combination state which can provide abundant soluble organic and inorganic selenium for plant absorbing. Through surveying the main crops in investigation area. The results show: Se-enriched food standard-reaching rate of rape, wheat, garlic, white radish and corn are more than 55%. The average of selenium enrichment coefficient of nine crops are follows: rape>wheat>garlic>corn>white radish>Chinese cabbage>cabbage>celery>cauliflower. Most crops are up to food hygienic standard. Therefore, the survey area has unique advantages to developing “natural, green and safety” se-enriched crops.

Shanyuan-Yanliang; Se-enriched crop; selenium; soil

2016-08-01；

2016-08-12

中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心二級項(xiàng)目“西北五省耕地區(qū)1∶25萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查” ;陜西地質(zhì)調(diào)查院“陜西省人民政府公益性地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目(121201011000150023)

任蕊(1984-)，女，工程師，陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，主要從事多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作。E-mail:sophie_ren518@163.com

S153.6

A

1009-6248(2016)04-0193-08