馬杰 劉志民 劉翔 陳文娜 宋宏利 尚明 侯毅凱 李蘭海

摘要：硒是環(huán)境中重要的生命元素之一，研究植物和土壤中的硒含量對區(qū)域土地質(zhì)量和農(nóng)作物經(jīng)濟價值均有重要意義。以不同類型草地為研究對象，通過采集、分析、測定不同海拔高度野外樣品，研究土壤、植物樣品的硒含量特征及不同海拔高度下的空間差異。結果表明，不同類型草地土壤中硒含量為0.20～0.43 mg/kg，平均值為 0.32 mg/kg，其中山地草甸>山地草甸草原>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地。草地地上部硒含量為0.06～0.14 mg/kg之間，平均值為0.08 mg/kg。

關鍵詞：草地類型;海拔高度;土壤硒含量;植被硒含量

中圖分類號：S154.4 ??文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）17-0257-04

土壤是草地的重要組成部分，是一個時空連續(xù)的變異體，具有高度的空間異質(zhì)性，為植物生長提供了基礎的養(yǎng)分和水分[1-2]。近年來，草地大量元素和微量元素空間異質(zhì)研究逐漸受到關注。其中，大量元素研究較多，微量元素相對較少。土壤中多數(shù)微量元素隨著區(qū)域和土壤類型的不同均表現(xiàn)出不同的差異[3]。在不同尺度上，土壤存在空間異質(zhì)性，這是土壤重要的屬性之一，在一定程度上影響草地群落的組成。同時，土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎，草地土壤養(yǎng)分含量對于草地的生長有著重要的影響，其含量及分布狀況在一定程度上制約著草地生態(tài)系統(tǒng)的演替過程和草地多樣性及對環(huán)境變化的響應。

硒是人和動物所必需的微量營養(yǎng)元素。植物性食材作為人體的主要硒源，其硒含量高低對人體硒營養(yǎng)健康起到關鍵作用[4-5]。硒也是維持生命正常功能所必需的化學微量元素，牲畜缺硒會引起白肌病，如果硒過量會引起中毒[6]。硒與畜牧業(yè)及人類健康關系緊密。目前，植物富硒研究大多集中在水稻、小麥、玉米、油菜、果蔬等作物[7-10]，對于草地的研究相對較少。

伊犁哈薩克自治州鞏乃斯河流域是重要的草原牧區(qū)，草地對牧民生活起重要的作用。在過去的生產(chǎn)實踐中，該流域草地由于過度放牧、人為不當開墾、氣候變化等因素的影響，造成土壤養(yǎng)分大量流失。研究該地區(qū)草地植物和土壤中硒含量的空間異質(zhì)性及格局分布，對于伊犁哈薩克自治州鞏乃斯河流域草地環(huán)境的生態(tài)監(jiān)測工作具有重要的意義，也對改善和提高當?shù)匦竽廉a(chǎn)品品質(zhì)起著重要的作用，能為草地保護和畜牧業(yè)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)位于新疆伊犁哈薩克自治州新源縣境內(nèi)的鞏乃斯河流域（43°01′～43°40′ N，82°28′～84°57′ E），海拔在850～3500 m之間，屬大陸性半干旱氣候區(qū)。該地區(qū)屬西風環(huán)流氣候，降雨四季分配不均，無霜期較短。因受西來濕潤氣流的影響，冬暖夏涼，山地氣候特點明顯。全年平均氣溫6.1～9.3 ℃，歷史年降水量270～880 mm之間。位于新疆伊犁河谷上游區(qū)域，發(fā)源于天山山脈的那拉提山、阿吾拉勒山以及依連哈比爾尕山交界處。河流自東向西流，在鞏乃斯種羊場西部與特克斯河匯合后，又與喀什河在雅馬渡匯合后注入伊犁河[11-12]。沿鞏乃斯河流域選取了典型具有代表性的草地類型進行考察，并采集了不同類型草地的土壤和植物樣品。采樣點植被類型分別為荒漠草地（DG）、半荒漠草地（SG）、山地草甸（MM）、高寒草甸（AM）、山地草甸草原（MS）（圖1、表1）。

1.2 研究方法

本研究采用野外樣地調(diào)查和室內(nèi)測定分析相結合的方法。于2014年植物生物量最大時期的7月份，在10 m×10 m的面積內(nèi)，設置5個1 m×1 m 樣方，利用收獲法采集地上植物樣品，將整個樣方的植物體裝入大的塑料袋內(nèi)，帶回實驗室后，根據(jù)實際體積量分別裝入檔案袋或信封內(nèi)，80 ℃下烘干（48 h），稱質(zhì)量（精確到0.01 g）。植物地上樣品粉碎后測定不同指標養(yǎng)分含量和地上植物量。植物地下樣品采集：利用挖坑法采集，待地上部分生物量采集完畢后，進行根系部分的采集，主要采集0～20 cm地下根部分。

土壤硒元素含量的測定：采用原子吸收光譜法進行測定，根據(jù)NY 1104—2006《土壤中全硒的測定》測定土壤中的全硒含量[13];采用FOSS全自動定氮儀測定土壤中的全氮含量;采用紫外分光光度計測定土壤中的全磷含量;用火焰光度計法測定土壤中的全鉀含量[14]。

土壤容重的測定：采用環(huán)刀法測定。樣方內(nèi)用100 cm3（內(nèi)徑5.047 cm，高5.000 cm）已知質(zhì)量的環(huán)刀分別取0～20、20～40、40～60 cm不同土壤層次測定環(huán)刀和土壤質(zhì)量，每個樣品重復3次;在同層采樣處，用鋁盒采樣，帶回實驗室烘干稱質(zhì)量，測定土壤含水量。

土壤容重計算公式如下：

土壤容重=環(huán)刀內(nèi)濕土質(zhì)量×100（100+土壤含水質(zhì)量）×環(huán)刀體積。

2 結果與分析

2.1 不同草地群落土壤養(yǎng)分基本特征及理化性質(zhì)

不同草地群落類型的表層土壤養(yǎng)分含量不同。由表2可知，山地草甸的總磷、有機碳含量最高，荒漠草地和半荒漠草地的總氮、總磷、有機碳含量最低，5個樣點總氮、總磷、有機碳含量平均值分別為2.76、1.37、45.2 g/kg。

由表3可知，高寒草甸土壤含水量最高，荒漠草地、山地草甸草原和半荒漠草地的土壤含水量較低，平均值為9.77%;高寒草甸的容重最小，荒漠草地、山地草甸草原和半荒漠草地容重較高，平均值為0.96 g/cm3。

2.2 不同草地群落不同部位硒含量的變化規(guī)律

從圖2可知，土壤硒含量為山地草甸>山地草甸草原>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地。平均值為0.32 mg/kg，其中山地草甸土壤硒含量最大，荒漠草地最小，分別為0.43、0.20 mg/kg。植物地上部硒含量從大到小依次為半荒漠草地>山地草甸草原>荒漠草地>高寒草甸>山地草甸。平均值為0.08 mg/kg，其中半荒漠地土壤硒的含量最大，為0.14 mg/kg，屬于中硒植物（表4）;山地草甸土壤硒含量最小，約為0.06 mg/kg，屬于低硒和中硒之間的植物。不同草地類型根、硒含量從大到小依次為半荒漠草地>高寒草甸>山地草甸>山地草甸草原>荒漠草地。半荒漠草地的根系中硒含量最大，為0.250 mg/kg，屬于中硒植物?；哪莸馗抵形孔钚?，為0.055 mg/kg，屬于中硒植物和低硒植物之間。

2.3 隨海拔變化的土壤養(yǎng)分元素含量空間分布特征

從圖3可以看出，不同海拔高度下，研究區(qū)不同類型草地植物群落土壤硒含量為0.20～0.47 mg/kg，平均值為0.36 mg/kg，土壤硒含量隨海拔高度呈先增加后減少的趨勢，可能是因為受環(huán)境因素的影響。植物地上部硒含量為0.03～0.14 mg/kg，平均值為0.07 mg/kg。根硒含量為0.06～0.25 mg/kg，平均值為0.14 mg/kg。植物地上部硒含量和根硒含量隨海拔高度變化呈先減少后增加的趨勢，這種變化趨勢與土壤硒含量的變化趨勢相反。

2.4 草地植物硒含量與土壤養(yǎng)分元素的相關性分析

由表5可以看出，土壤硒含量與土壤有機質(zhì)、總氮含量極顯著正相關（P<0.01），相關系數(shù)分別為0.902 8、0.928 4。土壤硒含量與土壤總鉀含量、全磷含量、植物地上部硒含量及植物根部硒含量相關性不顯著;植物地上部硒含量與土壤硒含量、有機質(zhì)、總碳含量、總磷含量相關性不顯著。植物根部硒含量與其他養(yǎng)分元素相關性不大，為以后區(qū)域草地硒含量研究提供了基礎數(shù)據(jù)。

3 結論與討論

不同草地類型的土壤和植物硒含量有差異。自然界的土壤硒含量在0.1～2.0 mg/kg之間，一般硒含量為0.5 mg/kg或0.3 mg/kg，平均值為 0.25 mg/kg，缺硒地區(qū)的土壤硒含量小于或等于 0.1 mg/kg[17]。本研究不同類型草地植物群落中山地草甸土壤中硒含量最大，為0.43 mg/kg;荒漠草地的硒含量最小為0.2 mg/kg，本研究區(qū)的土壤硒含量在正常范圍。土壤硒的有效性受到土壤pH值、土壤氧化還原狀況和土壤質(zhì)地及土壤有機質(zhì)含量的影響[18]。未來在草地管理中，應該科學合理地保護草地。

半荒漠草地中植物地上部分硒含量最大，為0.14 mg/kg;山地草甸的硒含量最小值為 0.06 mg/kg。半荒漠草地中根硒含量最大，為 0.25 mg/kg;荒漠草地的硒含量最小，為 0.055 mg/kg?？梢钥闯?，該地區(qū)土壤硒含量充足，植物屬于中度硒水平，土壤屬于中度及以上，研究區(qū)土壤和植物不缺硒，目前人工施用硒肥可以不考慮。在實際生產(chǎn)中，應該繼續(xù)保護草地。

隨海拔高度的升高，土壤中硒含量先增加后減少。這一研究結果與楊玉雪等的研究結果[17]一致。山地草甸土壤的硒含量最高，山地草甸>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地的土壤硒含量，從海拔空間梯度看，1 200～2 500 m土壤的硒含量最高;植物地上部和根中硒含量呈先減少后增加的趨勢，這與土壤硒含量的變化趨勢相反。不同草地類型地上部硒含量依次為半荒漠草地>山地草甸草原>荒漠草地>高寒草甸>山地草甸。不同類型草地，其根硒含量依次為半荒漠草地>高寒草甸>山地草甸>山地草甸草原>荒漠草地。土壤和植物中硒養(yǎng)分元素的統(tǒng)計分析，可以有效評價該地區(qū)植被的生長條件。

硒元素與土壤不同養(yǎng)分元素的相關性分析結果表明，土壤硒含量與土壤有機質(zhì)、總氮含量極顯著正相關（P<0.01），這與楊蘭芳的研究結果[18]一致?？梢钥闯?，植物根部硒含量與其他養(yǎng)分元素相關性不大，為以后區(qū)域草地硒研究提供了基礎數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]郝麗娜，吳海華，劉 廷，等. 2008年以來伊犁河谷土壤養(yǎng)分含量變化動態(tài)——以鞏留縣為例[J]. 基層農(nóng)技推廣，2016 （6）：11-13.

[2]Ma J，Li L，Liu X，et al. Study of nutrients to better understand restoration of grassland ecosystems in Xinjiang， China[C]//World Environmental and Water Resources Congress 2018：Watershed Management，Irrigation and Drainage，and Water Resources Planning and Management. Reston，VA：American Society of Civil Engineers，2018：498-508.

[3]辛國省，龍瑞軍，尚占環(huán)，等. 青藏高原東北緣放牧草地土壤礦物元素含量及分布特征[J]. 草業(yè)學報，2012，21（2）：8-17.

[4]Finley J W. Bioavailability of selenium from foods[J]. Nutrition Reviews，2006，64（3）：146-151.

[5]Rayman M. Selenium intake and status in health & disease[J]. Free Radical Biology and Medicine，2017，112：5.

[6]Fordyce F. Selenium geochemistry and health[J]. AMBIO，2007，36（1）：94-97.

[7]唐玉霞，王慧敏，呂英華，等. 硒肥浸種對小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量和籽粒含硒量的影響[J]. 麥類作物學報，2010，30（4）：731-734.

[8]蔣 卉，韓愛芝，蔡雨晴，等. 新疆引進紅棗中微量元素和重金屬含量的測定與聚類分析[J]. 食品科學，2016，37（6）：199-203.

[9]趙 晗，蔡 超. 恩施地區(qū)玉米硒的生物可給性及其健康風險評估[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2018，46（4）：228-230.

[10]陳 冰，劉婉貞. 富硒肥料制備及其在水稻上的應用和影響效果研究[J]. 大氮肥，2019，42 （3）：148-150.

[11]胡汝驥. 中國天山自然地理[M]. 北京：中國環(huán)境科學出版社，2004：35-430.

[12]劉志興，徐俊榮，李梅英，等. 新疆鞏乃斯河水化學分析[J]. 干旱區(qū)地理，2010，33（1）：23-28.

[13]劉光崧，蔣能慧，張連第. 土壤理化分析與剖面描述[M]. 北京：中國標準出版社，1996：56-258.

[14]鮑士旦. 土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000：233-300.

[15]田應兵. 若爾蓋高原濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復與土壤碳、硒變化的研究[D]. 重慶：西南農(nóng)業(yè)大學，2003：45-47.

[16]田應兵，陳 芬，熊明彪，等. 若爾蓋高原濕地土壤硒的數(shù)量，形態(tài)與分布[J]. 水土保持學報，2004，18（3）：66-70.

[17]楊玉雪，楊蘭芳. 土壤硒對植物生長影響研究進展[J]. 耕作與栽培，2014 （2）：50-52.

[18]楊蘭芳. 土壤中的硒[J]. 湖北民族學院學報（自然科學版），2000，18（1）：43-46.