孟李奇，何峻嶺，劉小龍，喻 龍，艾書濤，王鵬年

（中國地質(zhì)調(diào)查局烏魯木齊自然資源綜合調(diào)查中心，烏魯木齊 830000）

硒是人和動物體所需的重要微量元素，研究表明，硒與抗癌、防止心血管疾病有關(guān)，同時也有較多疾病與缺硒密切相關(guān)［1］，與硒有關(guān)的疾病的發(fā)生主要取決于生命體中的硒含量。缺硒會導致大骨節(jié)病和克山病等［2］，而硒過量則會導致硒中毒，影響到人的頭發(fā)、皮膚等，甚至危及生命。人體所需的硒只有在適量的情況才會發(fā)揮有益作用。

世界土壤的硒含量為0.03～2.00 mg/kg，一般含量為0.40 mg/kg［3］，而中國是一個缺硒國家，土壤中的硒含量介于0.006～9.130 mg/kg，平均值為0.29 mg/kg［4］，約2/3 的國土面積存在缺硒問題［5］?？松讲∨c硒存在密切關(guān)系被證實，引起了人們對土壤及作物中硒的調(diào)查研究的重視。土壤中的硒是農(nóng)作物中硒的主要來源，通過食物鏈進入動物以及人體，區(qū)域土壤中硒的含量直接影響區(qū)域內(nèi)食物中硒的含量，對人體健康產(chǎn)生影響，而土壤中硒含量受多種要素影響。查明土壤、農(nóng)作物中硒的含量分布特征及影響因素至關(guān)重要。

本研究依托南疆鐵門關(guān)地區(qū)土地生態(tài)修復(fù)支撐調(diào)查項目，以干旱綠洲農(nóng)耕區(qū)堿性、強堿性土壤作為研究對象，系統(tǒng)采集表層土壤、農(nóng)作物根系土壤及農(nóng)作物樣品，查明土壤、農(nóng)作物中硒含量的特征。通過對比不同農(nóng)作物種類對硒的富集作用，分析土壤硒及有效硒的影響因素，為富硒土地的開發(fā)利用、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

研究區(qū)位于天山南麓，塔里木盆地北緣東端，隸屬于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第二師鐵門關(guān)市。區(qū)內(nèi)降雨稀少、氣候干旱，年降水量在200 mm 以下。該區(qū)是巴音郭楞蒙古自治州香梨和長絨棉的重要生產(chǎn)基地，隨著國家發(fā)展戰(zhàn)略的實施，該區(qū)的農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展顯得尤為重要。

研究區(qū)位于山前沖積平原，區(qū)內(nèi)土地利用類型主要為耕地及園地。調(diào)查區(qū)土壤pH 介于7.44～9.85，中位數(shù)為8.16，主要為堿性-強堿性土壤。土壤類型以結(jié)殼鹽土與鹽化潮土為主，含少量棕漠土；種植作物種類豐富，以棉花、香梨、紅棗為主，向日葵、玉米等作物次之。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集 樣品采集嚴格按照中國地質(zhì)調(diào)查局《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范》（DD2005—01）的要求，為提高所采樣品的代表性，表層土壤樣品采集過程中選擇1 個主坑、4 個子坑進行混合取樣，且子坑與主坑、子坑與子坑的間距均大于25 m，將子坑與主坑的樣品混合均勻，采用四分法取部分土壤作為分析測試樣品。

依據(jù)調(diào)查區(qū)現(xiàn)有農(nóng)作物種類，按照種植面積比例采集，共采集8 種作物，均采集于農(nóng)作物收獲期。視樣地情況采取棋盤法、梅花點法、對角線法、蛇形法，選取5～10 棵果樹采集不同部位的果實，其余樣品每個樣點選取具有代表性的10～20 株植株，等量混合組成一個樣品。同時采集對應(yīng)點位的農(nóng)作物根系土壤，樣品重量1 kg。

1.2.2 樣品分析 樣品分析工作由新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局測試中心完成，分析方法采用《生態(tài)地球化學評價樣品分析技術(shù)要求》（DD2005—03）和《生態(tài)地球化學評價動植物樣品分析方法》（DZ/T 0253—2014）中硒的分析方法。硒元素采用原子熒光光譜法（AFS），采用連續(xù)提取法以水、氯化鎂、醋酸鈉、焦磷酸鈉、鹽酸羥胺、過氧化氫、氫氟酸為提取劑提取硒的水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)；pH 采用pH-離子電極法（ISE）測定；陽離子交換量采用容量法（VOL）測定；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法（VOL）測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用SPSS Statistics 26 軟件進行土壤全硒含量、有效硒含量與影響因子間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤全硒含量特征

以0～20 cm 表層土壤為研究對象，通過分析，表層土壤中硒的含量介于0～1.850 mg/kg，平均值為0.346 mg/kg，高于全國土壤的平均值0.290 mg/kg。根據(jù)《天然富硒土地劃定與標識DZ/T 0380—2021》中堿性土壤富硒劃分標準（Se≥0.3 mg/kg），研究區(qū)土壤67.63%屬于硒適量土壤，23.40%屬于硒過高土壤與過剩土壤，其余8.97%為硒缺乏或少硒土壤。

2.2 土壤各形態(tài)硒含量特征

已有研究將土壤中的硒按其形態(tài)的不同，劃分為水溶態(tài)硒、離子交換態(tài)硒、碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒、弱有機結(jié)合態(tài)硒、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒、強有機結(jié)合態(tài)硒和殘渣態(tài)硒共7 種形態(tài)［6］。本研究以土壤根系土為研究對象，分析土壤中各形態(tài)硒含量特征。研究區(qū)內(nèi)各形態(tài)硒平均含量分別為0.007、0.013、0.008、0.069、0.014、0.160、0.090 mg/kg，分別占土壤硒的1.94%、3.52%、1.99%、21.24%、3.74%、42.14%、25.43%。從分析測試結(jié)果可以看出，各形態(tài)硒在土壤中含量依次為強有機結(jié)合態(tài)硒＞殘渣態(tài)硒＞弱有機結(jié)合態(tài)硒＞鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒＞離子交換態(tài)硒＞碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒＞水溶態(tài)硒。土壤中硒的形態(tài)以有機結(jié)合態(tài)（63.42%）和殘渣態(tài)為主，占土壤全硒的88.85%。

2.3 土壤有效硒含量特征

研究表明，土壤中全硒的含量并不能指示土壤的供硒水平，而是把易于植物吸收利用的可溶態(tài)和可交換態(tài)硒作為衡量土壤供硒能力的指標，并稱為土壤有效硒［4，7］。鐵門關(guān)地區(qū)土壤中有效硒的含量介于0.002～0.081 mg/kg，平均值為0.020 mg/kg，占土壤全硒的比例（5.58%）較低，也是導致農(nóng)作物中硒含量較低的主要影響因素。

2.4 農(nóng)作物硒含量特征

不同農(nóng)作物根系對硒的吸收利用能力有所不同，表現(xiàn)在農(nóng)作物植株及果實中硒含量的差異。調(diào)查區(qū)農(nóng)作物中硒含量介于0.005～0.320 mg/kg，平均值為0.055 mg/kg。玉米、紅棗、核桃、向日葵等樣品均檢測出硒，且向日葵樣品中硒含量最高，達0.320 mg/kg，平均值為0.180 mg/kg；玉米樣品中硒含量最高，達0.210 mg/kg，平均值為0.067 mg/kg。番茄、辣椒、香梨樣品中檢測出硒的樣品所占比例較少，甘薯中未檢測出硒。不同農(nóng)作物中的硒含量見表1。

不同農(nóng)作物對硒的吸收富集程度均有所不同，通過生物富集系數(shù)（F生物富集系數(shù)=植物中硒元素濃度（10-6）/ 根系土中硒元素濃度（10-6）×100%）可以反映出植物從土壤中吸收硒的能力［8］。通過表1 對比發(fā)現(xiàn)，玉米、核桃以及向日葵均達到富硒含量水平，各類農(nóng)作物的富集系數(shù)大小順序為向日葵＞玉米＞核桃＞紅棗＞番茄＞辣椒＞香梨=甘薯，向日葵、玉米的生物富集系數(shù)相對較高，分別為45.9%、16.1%，其中，向日葵中硒含量水平差異較小，呈強富集，且遠大于其他作物。

表1 不同農(nóng)作物樣品的硒含量及生物富集系數(shù)

2.5 土壤各形態(tài)硒與全硒含量間的相關(guān)關(guān)系

土壤中的硒主要來源于成土母質(zhì)，而各形態(tài)硒、有效硒含量與土壤全硒含量存在密切關(guān)聯(lián)，并與土壤全硒具有較高的相關(guān)性［9］。通過分析土壤全硒、各形態(tài)硒、有效硒間的相關(guān)關(guān)系（表2）可以看出，土壤中各形態(tài)硒均與全硒呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其余各形態(tài)硒均與全硒呈顯著正相關(guān)關(guān)系，進一步說明土壤中各形態(tài)硒的含量與土壤全硒含量密切相關(guān)，土壤全硒在一定程度上決定了各形態(tài)硒含量。

表2 土壤全硒、各形態(tài)硒、有效硒間的相關(guān)分析

土壤全硒與強有機結(jié)合態(tài)硒、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒具有較高的正相關(guān)性，與殘渣態(tài)硒呈相對較低的正相關(guān)性。主要是由于土壤中有機質(zhì)對硒具有吸附固定作用［8］，同時植物的腐化作用及微生物作用使得硒的價態(tài)發(fā)生變化或形成絡(luò)合物而富集［10］，因而土壤全硒含量隨有機質(zhì)含量增加而增加；殘渣態(tài)硒的含量受其存在形態(tài)限制，因其穩(wěn)定的化合物和晶格致使殘渣態(tài)硒很難溶于水，但隨著巖石風化、土壤熟化被逐步釋放［11，12］，使得殘渣態(tài)硒與土壤全硒呈正相關(guān)關(guān)系。由于鐵錳氧化物具有比黏土更強的吸附力［13］，使得土壤全硒隨鐵錳氧化物含量的增加而增加，在一定條件下對硒具有富集作用。

2.6 土壤有效硒與全硒含量間的相關(guān)分析

根據(jù)表2 可以看出，有效硒與全硒呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.601。土壤全硒與有效硒的關(guān)系（圖1）也顯示，土壤有效硒隨全硒含量增加而增加。表明在相同條件下，土壤中全硒的含量越高，有效硒的含量越高，則提供可被農(nóng)作物吸收的有效硒含量越高［14］。

2.7 土壤理化性質(zhì)對硒含量的影響

2.7.1 土壤有機質(zhì) 土壤全硒與有機質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.322，是由于有機質(zhì)可以吸附土壤中的硒，促進全硒含量的增加，然而有機質(zhì)與有效硒含量間的關(guān)系不同。已有研究表明，有機結(jié)合態(tài)硒分為胡敏酸固定的硒與富里酸固定的硒，僅前者易于植物吸收利用［15］，因此，土壤有效硒與有機質(zhì)間的正或負相關(guān)關(guān)系主要取決于二者所固定硒的比例［16］。從表3 中可以看出，研究區(qū)有效硒與有機質(zhì)呈負相關(guān)關(guān)系，有機質(zhì)含量的增加會抑制硒的活性。作為有效硒主要形態(tài)的離子交換態(tài)、水溶態(tài)硒也與有機質(zhì)呈負相關(guān)關(guān)系，認為有機質(zhì)具有促進土壤全硒富集和降低有效硒含量的雙重作用。

2.7.2 土壤pH 根據(jù)表3 可以看出，土壤全硒含量隨著pH 的增大而降低。主要是由于酸性條件下土壤中H+增加，使得土壤中以陰離子形式存在的硒酸根更容易被吸附聚集［17］，而堿性土壤中主要存在的六價硒具有較強的遷移性［18］，使得堿性土壤中硒更容易遷移流失。周越等［19］、謝薇等［20］也認為土壤堿性越強，土壤全硒的甲基化越高，硒在土壤中的遷移能力就越強。

表3 各形態(tài)硒與土壤理化性質(zhì)、組分的相關(guān)分析

本研究發(fā)現(xiàn)僅從土壤有效硒與pH 的整體相關(guān)系數(shù)看，二者并無顯相關(guān)性。為進一步分析土壤有效硒與pH 間的關(guān)系，將pH 以8.1 劃分為兩部分，可以明顯看出，當pH≤8.1 時，有效硒含量隨pH 增加而增加；當pH＞8.1 時，有效硒含量隨pH 增大而減少（圖2）。唐玉霞等［21］、黃彬等［22］研究認為土壤pH越高，土壤有效硒的含量越高，與本研究結(jié)果不完全一致。本研究中，pH 在一定范圍內(nèi)，土壤有效硒含量隨pH 增加而增加，而不是pH 越高，有效硒含量越高。

圖2 土壤有效硒含量與pH 的關(guān)系

2.7.3 土壤陽離子交換量 土壤陽離子交換量是反映其保持礦質(zhì)養(yǎng)分的能力［23］，對比分析可以看出，土壤全硒隨著土壤陽離子交換量增加而增加，與韓笑等［24］研究的土壤全硒與土壤陽離子交換量的關(guān)系一致。強有機結(jié)合態(tài)硒、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒與陽離子交換量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而有效硒、水溶態(tài)硒及離子交換態(tài)與陽離子交換量均呈弱負相關(guān)關(guān)系（表3）。

3 小結(jié)

1）鐵門關(guān)地區(qū)表層土壤中硒的含量范圍介于0～1.850 mg/kg，平均值為0.346 mg/kg。調(diào)查區(qū)的土壤67.63%屬于硒適量土壤，23.40%屬于硒過高與過剩土壤，其余8.97%為硒缺乏或少硒土壤。土壤中有效硒含量為0.002～0.081 mg/kg，平均值為0.020 mg/kg，占土壤全硒的5.58%。

2）研究區(qū)土壤中各形態(tài)硒含量依次為強有機結(jié)合態(tài)硒＞殘渣態(tài)硒＞弱有機結(jié)合態(tài)硒＞鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒＞離子交換態(tài)硒＞碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒＞水溶態(tài)硒。

3）研究區(qū)土壤全硒的含量與有機質(zhì)、陽離子交換量呈正相關(guān)關(guān)系。有效硒含量與有機質(zhì)呈負相關(guān)關(guān)系，并且當pH≤8.1 時，有效硒含量隨pH 增加而增加；當pH＞8.1 時，隨pH 增大而減少。

4）各類農(nóng)作物硒生物富集系數(shù)依次為向日葵＞玉米＞核桃＞紅棗＞番茄＞辣椒＞香梨=甘薯，其中向日葵（45.9%）、玉米（16.1%）的硒生物富集系數(shù)明顯大于其他作物，可將玉米、向日葵作為富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)的優(yōu)勢作物。