富硒土壤生物有效性及其影响因素研究

王 敏 徐生发

（安徽省地质矿产勘查局332地质队，安徽 黄山 245000）

元素硒（Se）是人体必需的微量元素之一[1]，研究表明，日常生活中摄入适量浓度的硒可提高机体免疫力，人体摄入的硒主要来源于食物并最终来源于土壤[2]。环境地质学中硒属于分散元素，其在大陆地壳中含量较低，且分布不均匀[3]。土壤有效态硒含量不仅受土壤中硒总量的影响，还与土壤理化性质、土壤组分含量及环境因素有关，而土壤有效态硒含量又与富硒土壤的生物有效性密切相关[4]。

本文以土地质量地球化学调查与富硒资源评价项目分析测试数据为基础，分析研究区内土壤有效态硒的含量及其影响因素，以及不同农作物的富硒情况，为皖南地区富硒产业的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于皖南东南部，发育有不同类型的地形地貌，北部属中—低山区，中部县城区域属河谷平原区，南部属高—低丘陵区，属温湿季风气候区，气候温暖，降水充足。土地利用类型以林地为主（79.3%），其次为耕地（9.5%）及园地（5.0%），大宗农作物主要为水稻、油菜，特色作物有茶叶、竹笋等。

研究区地层岩性较复杂：中部区域出露的地层主要为新元古界—青白口系溪口群的牛屋岩组、邓家组和铺岭组等，岩石变形变质较弱，原生组构保存完好，层序清晰，是调查区基底岩石地层；北部区域为寒武系炭硅质板岩、奥陶系泥质灰岩和志留系砂岩等；南部地区小面积出露白垩系徽州组砂岩。区内岩浆活动以侏罗纪中酸性侵入岩为主，分布在县城周边区域。

1.2 试验方法

1.2.1 表层土壤样品采集根据研究区自然地理、生态环境和农业产业结构等状况，于2016年12月至2019年12月，采集研究区内表层土壤样品3754件，平均采样密度为4.52件/km2。

1.2.2 农作物样品及根系土采集根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）中的技术要求，在丰收期采集研究区内水稻、油菜和茶叶等主要农作物及根系土样品，农作物均采集可食用部分。研究区内共采集水稻30 件、油菜30 件、竹笋4 件和茶叶17件，水稻根系土30件、油菜根系土25件以及茶叶根系土17件。

1.3 测定项目及方法

样品分析测试均由自然资源部合肥矿产资源监督检测中心完成，检测方法、检出限值等见表1。土壤硒、pH值、有机质、农作物硒和有效态硒等分析项目重复性检验合格率均为100%；土壤硒、有机质外部标准控制样合格率分别为99.5%、97.3%；抽取11 件有效态硒样品委托浙江省地质矿产研究所进行有效态硒外检分析，合格率为100%；抽取7 件农作物样品委托自然资源部南京矿产资源监督检测中心进行农作物硒含量外检分析，合格率为100%。

表1 样品分析参数

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016和Geochem Studio 3.0软件进行数据整理，利用SPSS 17.0软件进行相关性分析，采用Geochem Studio 3.0 及Mapgis 6.7 软件作图。

2 结果与分析

2.1 土壤中硒及有效态硒含量

2.1.1 土壤硒含量特征分析研究区内3754 件表层土壤样品中硒含量的参数特征得出：研究区表层土壤硒平均含量为0.52 mg/kg，含量范围在0.06～18.84 mg/kg，变异系数为1.63[5]；从地质背景分析，寒武系炭硅质板岩和奥陶系泥质灰岩等属于硒元素高背景地层，且风化后土壤中的炭质成分对元素有吸附作用，因此，寒武纪、奥陶纪等地层岩石风化形成的土壤硒元素相对富集；侏罗纪花岗闪长岩、白垩系砂岩属于硒元素低背景地层，加之花岗闪长岩、砂岩风化形成的土壤土质疏松，有机质含量较低，土壤中元素易发生淋溶，造成硒元素含量进一步降低。

2.1.2 土壤有效态硒含量根据研究区内不同的成土母质及土壤类型，抽取169件表层土壤样品，分析其有效态硒含量。统计结果表明，研究区土壤有效态硒平均含量为0.018 mg/kg，含量范围在0.006～0.071 mg/kg，有效态硒占土壤总硒的比例为1.69%～11.49%；对比我国16种典型农田土壤硒含量，有效态硒占土壤硒总量的比例为0.4%～14.6%[6]，可见研究区内土壤中有效态硒的活性较强，有利于植物吸收。

2.2 土壤有效态硒含量的影响因素

土壤是个复杂的多相态的共存体，在土壤类型、地貌类型和土地利用类型等因素的影响下，土壤的酸碱反应、有机质含量及元素全量变化幅度较大，从而对土壤元素有效量产生较大影响[7]。

2.2.1 土壤硒总量植物能否达到富硒产品标准与土壤中有效态硒含量息息相关，而土壤有效态硒含量与土壤硒总量密切相关，有效态硒/土壤硒总量比值可间接反映硒元素的生物有效性。王锐等[8]研究表明，当硒总量＜5 mg/kg时，水溶态硒占比与硒总量呈反比例关系；当硒总量＞5 mg/kg时，水溶态硒占比趋于稳定。研究区169件表层土壤样品的有效态硒与硒总量的相关性见图1。由图1可知，土壤有效态硒与土壤硒总量呈较好的正相关，r=0.58（P＜0.01，n=169，y=0.034x+0.005）；有效态硒/土壤硒总量比值与土壤硒总量呈中度负相关，相关系数r=0.34（P＜0.01，n=169，y=6.56e-0.852x），当土壤硒总量在0.2～0.4 mg/kg时，土壤有效态硒占比相对较高。

图1 土壤有效态硒含量与土壤硒总量的相关性

2.2.2 pH 值土壤pH 是反映土壤酸碱度的指标，它可以影响土壤中硒的形态和价态，进而影响硒元素的生物有效性[9]。有效态硒含量与pH 值的相关性见图2。由图2 可得，土壤有效态硒与pH 值呈弱负相关，相关系数r=0.30（P＜0.01，n=169，y=-0.003x+0.036），即有效态硒含量随pH 值升高而降低；有效态硒/土壤硒总量比值与pH值呈负相关，相关系数r=0.32（P＜0.01，n=169，y=10.70e-0.14x），有效态硒占比随着pH 值升高而降低。这可能是因为研究区属多雨地区，碱性土壤条件下无机硒易被氧化为迁移能力较强的硒酸盐，被农作物吸收利用及发生淋滤流失而造成土壤有效硒含量低[10]。

图2 土壤有效态硒含量与土壤pH的相关性

2.2.3 有机质土壤有机质对土壤中硒的吸附和固定起着重要作用。研究表明，表层土壤中超过80%的硒是与有机质相结合的[3]，通常有机质含量越高的土壤对硒的吸附能力越强，有效态硒的含量也相对较高[11]。

对有效态硒与有机质含量进行相关性分析发现，研究区土壤有效态硒与有机质含量呈较好的正相关（图3），相关系数r=0.58（P＜0.01，n=169，y=0.004x+0.005），引起这一现象的原因可能是土壤有机质具有一定的活化作用，将非有效态硒活化为有效态硒；也可能是因为在土壤微生物生理代谢活动过程中影响硒形态的转化，分解出一部分有效态硒[12]。

图3 土壤有效态硒含量与土壤有机质含量的相关性

2.3 富硒土壤生态效应

2.3.1 农作物中硒含量本研究共采集了水稻30件、油菜30件、茶叶17件及竹笋4件。不同农作物硒含量特征及富硒率见表2。由表2可知，14件水稻籽实（精米）达到《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008）中的富硒标准（Se≥0.04 mg/kg），富硒率为46.7%，硒含量平均值为0.045 mg/kg，含量范围在0.016～0.122 mg/kg；有11件油菜籽达到福建省地方标准《富硒农产品硒含量分类要求》（DB35/T 1730—2017）中的富硒标准（Se含量0.08～0.30 mg/kg），富硒率为36.7%，硒含量平均值为0.113 mg/kg，含量范围在0.017～0.472 mg/kg；有3 件竹笋达到江西省地方标准《富硒食品含量分类表》（DB36/T 566—2009）中富硒标准要求（Se 含量0.04～1.00 mg/kg），富硒率为75%，硒含量平均值为0.079 mg/kg，含量范围在0.030～0.136 mg/kg；有1 件茶叶达到《富硒茶》（NY/T 600—2002）中富硒标准要求（0.25～4.00 mg/kg）。上述富硒农作物的发现，说明研究区有发展富硒产业的潜力。

表2 农作物硒含量及富硒率

将根系土的硒含量划分为3个区间，分别为＜0.3、0.3～0.4 和＞0.4 mg/kg，统计不同区间内水稻、油菜的富硒率，详见表3。对比发现，当土壤硒含量＜0.3 mg/kg 时，水稻、油菜的富硒率及可食用部分的硒含量均较低；当土壤硒含量在0.3～0.4 mg/kg时，水稻、油菜的富硒率及可食用部分的硒含量均大幅度升高。由此说明，硒含量＞0.3 mg/kg 的土壤可作为开发富硒水稻和油菜的潜力区。

表3 不同硒含量区间农作物的富硒率

2.3.2 农作物硒富集能力不同种类农作物的富硒能力不同，可采用农作物硒富集系数（农作物硒含量/根系土硒含量）作为衡量农作物可食部分从根系土中吸收硒元素的能力[13]。水稻、油菜和茶叶作物中硒元素富集系数见表4。对比作物硒富集系数可以看出，各农作物对硒元素的富集能力表现为油菜＞茶叶＞水稻。油菜和茶叶硒富集系数的变异系数较大，表明不同品种的油菜、茶叶对硒元素的吸收能力存在差异。

表4 农作物硒元素富集系数参数特征

3 结论与讨论

（1）研究区土壤有效态硒含量范围在0.006～0.071 mg/kg，平均值为0.018 mg/kg；有效态硒占土壤总硒的比例为1.69%～11.49%，说明研究区域内土壤有效态硒的活性较强，有利于植物吸收。

（2）土壤有效态硒与土壤硒总量、有机质含量的相关系数均为r=0.58，均呈现正相关性；与pH 值的相关系数r=0.30，呈现弱负相关性，可能是因为皖南山区多雨季，碱性土壤条件下无机硒易被氧化为迁移能力较强的硒酸盐，被农作物吸收利用及发生淋滤作用造成土壤中有效硒含量降低。

（3）研究区内富硒农作物有水稻（富硒率46.7%）、油菜（富硒率36.7%）、茶叶（富硒率5.9%）和竹笋（富硒率75.0%）；同一地区不同农作物的硒富集能力表现为油菜＞茶叶＞水稻。

（4）皖南地区开发富硒农作物时，应选择土壤中硒含量＞0.3 mg/kg的地区，同时通过调节土壤pH、有机质含量来增加土壤中有效态硒含量，促进农作物吸收。