三原—阎良地区富硒土壤中硒形态特征研究

尹宗义 任蕊 晁旭 尹博 陈恩科

摘 要：土壤硒的丰缺与人类和动物的健康密切相关，依据李家熙的土壤硒含量划分标准，三原-阎良地区存在大量中硒土壤（0.2～0.4mg/kg）和富硒土壤（>0.4mg/kg）。通过研究认为农作物硒含量与富硒土壤关系密切。褐土、新积土中硒形态分析表明容易被植物吸收的强有机结合态、腐殖酸结合态、水溶态占全硒量的50%以上，硒含量变化为：褐土>新积土。统计分析表明土壤pH值增高（pH>7.7）硒含量相应增高，当土壤pH值增高到8.9以后，土壤硒含量有下降趋势。硒强有机结合态、腐殖酸结合态含量受pH值控制，随土壤pH值增高有下降趋势，水溶态则不受影响。

关键词：富硒土壤；硒赋存形态；pH值；微量元素

硒是生态环境中重要的微量元素，环境中硒过量或缺乏均会导致机体生产疾病，最新研究硒能提高动物机体的免疫机能，预防和抑制镉、砷、汞、银等有害元素对机体的伤害。硒是半金属，性质与硫相似。自然界未见独立矿床，主要赋存与硫化物矿床及辉钼矿、铀矿中[1]，通常硒以无机态硒（-2，0，+2，+4，+6价）和有机态硒的形式存在于自然界中。硒在地壳中的丰度为0.13×10-6[2]，全国土壤A层和C层背景值分别为0.290mg/kg，0.246 mg/kg；陕西省土壤A层和C层背景值分别为0.115 mg/kg，0.061mg/kg[3]。李家熙等[4]将土壤硒含量分为低硒土壤（0.1～0.2mg/kg）、中硒土壤（0.2～0.4mg/kg）和富硒土壤（>0.4mg/kg）。依据1：25万陕西省多目标区域地球化学调查（西安地区）成果，陕西省人民政府在三原-阎良地區开展了公益性地质调查项目，1：5万《关中-天水经济区（关中盆地）富硒区地球化学调查与评价》。本文综合项目土壤硒、环境质量、植物富硒能力等调查成果，主要分析阐述了土壤中硒的各形态含量随土壤的pH值、土壤类型的不同而变化，土壤硒七个形态中植物仅吸收硒的有机态和水溶态[5]。因此了解土壤中硒与植物可吸收的硒形态含量及其变化特征是很有必要的，对富硒土壤资源的开发利用意义重大。

1 富硒土壤分布特征

1.1 数据来源及分析质量

采用1：5万土壤样品分析结果，样品采集密度为4个点/km2，同期采集植物样、根系土样、形态分析样等。土壤样品测试Se等29项，植物样品测试Se等11项，形态分析样品分析Se七项。样品分析质量符合DD2005-01《多目标区域地球化学调查规范》（1：250000）及DD2005-03《生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）》的要求。

1.2 富硒土壤分布

在三原-阎良地区1：25万土壤调查发现含硒土壤资源，面积约1255km2，土壤硒的含量为0.104～0.454mg/kg，平均值为0.229mg/kg，高于全国表层（褐土）土壤硒的平均值0.166 mg/kg[3]。1：5万土壤调查及各类农作物调查证实存在中硒土壤（Se：0.2～0.4mg/kg）面积约1110.18km2，富硒土壤（Se>0.4mg/kg）面积约77.23km2。调查结果表明，表层土壤总体硒的含量为0.023～3.060mg/kg，中值0.260mg/kg，平均值为0.280mg/kg；深层剖面土壤硒含量为0.052～2.850mg/kg，中值0.100mg/kg，平均值0.185mg/kg，土壤富硒深度达1.5m左右。土壤硒主要来源于泾渭冲积层，该地区的土壤类型主要有褐土、新积土、黄棉土，其中以褐土、新积土为主且含硒较高。

2 土壤硒的赋存形态以及pH值特征

2.1 土壤硒形态特征

调查区主要分布褐土，次新积土，少量黄棉土，形态分析样品（34件）涉及褐土和新积土两类。

①褐土硒赋存形态分析结果表明，在7种硒形态含量中，残渣态>强有机结合态>腐殖酸结合态>水溶态>离子交换态>碳酸盐结合态>铁锰结合态，前4种硒形态含量总和远大于后3种硒形态含量总和，表明褐土中硒的形态主要以有机结合态、水溶态为主，其中残渣态植物很难吸收，离子交换态受pH值及环境影响较大。被植物容易吸收的强有机结合态、腐殖酸结合态和水溶态占全量的51.02%；被植物不易吸收的离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、残渣态占全量的48.98%。

②新积土中7种硒赋存形态分析结果表明，残渣态>强有机结合态>腐殖酸结合态>碳酸盐结合态>离子交换态>水溶态>铁锰结合态，比较发现：褐土中硒的水溶态含量相对新积土较低。被植物容易吸收的强有机结合态、腐殖酸结合态和水溶态占全量的50%；被植物不易吸收的离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、残渣态占全量的50%，表明新积土中主要以有机结合态为主。

③硒全量平均值变化表现为：新积土略大于褐土。土壤硒的七种形态中被植物容易吸收的强有机结合态、腐殖酸结合态和水溶态含量总和均≥50%，且总和褐土大于新积土，表明褐土中被植物容易吸收的硒优于新积土。残渣态总体较高，约占褐土、新积土全量的37%、38%。

2.2 土壤中的pH值特征

三原-阎良地区地处泾渭冲积平原，属构造沉降区。区域土壤地球化学调查pH值特征，依据陕西省土壤pH分级标准，土壤属中性～弱碱性（弱酸性：5.6～6.5、中性：6.6～7.5、弱碱性：7.6～8.5）。比较褐土、黄棉土、新积土的pH值，酸碱性依次向碱性增加，即为中性～弱碱性、弱碱性变化。

2.3 土壤硒与pH值关系

土壤pH值高显碱性，土壤硒溶解度就大，土壤硒易被植物吸收利用。反之，若土壤为酸性，pH值低，土壤硒不易被植物吸收利用。因此土壤中pH值的大小直接影响着土壤中硒的含量以及硒形态的含量。图中pH值为0.1递增分类统计值（土壤样品5022件），可看出当pH值增高（pH>7.7），土壤中硒含量相应增高，其相关性比较明显。但当土壤pH值增高到8.9以后，土壤硒含量有下降趋势。可能是pH值增高植物正常代谢受阻甚至受破坏，根系无法对矿物质吸收传输。

土壤硒强有机结合态、腐殖酸结合态、水溶态的含量随pH值的变化有所差异，曲线图与相关性散点图显示，强有机结合态、腐殖酸结合态随pH值增高硒含量有下降趋势，相关值分别为│r│=0.187，│r│≤0.104，按照相关标准总体呈弱相关，表明pH值对强有机结合态、腐殖酸结合态有较弱的制约性。水溶态变化不大，│r│≤0.004，表明pH值对水溶态的制约性很小。

3 植物富硒特征分析

调查区主要种植旱地作物。采集小麦、玉米、油菜及各类蔬菜样品。依据成品粮及制品：硒含量0.02～0.30mg/kg，蔬菜：硒含量0.01～0.1 mg/kg的富硒标准，所有样品硒含量均高于富硒标准最低值，属于富硒农作物。比较农作物籽实硒平均值，富硒能力为：油菜籽>小麦>玉米，比较蔬菜的平均值，富硒能力为：大蒜>花白>芹菜>白萝卜>白菜>菜花。

植物富硒程度分析：该地区土壤总体属弱碱性土壤，土壤中硒大部分能溶于碱性溶液，这些碱性提取物可进一步分解成胡敏酸和富里酸二组分，无机硒主要赋存于富里酸组分中，一般认为与富里酸结合的硒容易被植物吸收，而与胡敏酸结合的硒植物难易吸收。土壤硒形态分析中，硒的强有机结合态、腐殖酸结合态、水溶态总和均大于等于全硒的50%以上，其中富含硒酸盐（6+价、SeO42-）和亚硒酸盐（4+价、SeO32-），亚硒酸盐和硒酸盐具有较高的溶解度，易为植物吸收利用[5]，说明植物富硒程度与土壤硒的有机态、水溶态水平成正比。

4 调查区微量元素特征

4.1 土壤中的微量元素特征

调查区地球化学成果显示，土壤中的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量平均值与土壤环境质量标准值（Ⅱ类、二级：pH值6.5～7.5）比较，均未超标。表明土壤质量环境为清洁，所有农作物种植为安全可靠。另外，资料显示土壤显碱性时，土壤中重金属元素易形成水合氢氧化物和难溶碳酸盐或被土壤胶粒吸附固定，活度降低，不易被植物吸收利用。

4.2 植物中的微量元素特征

根系土各元素的含量与《绿色食品产地标准》（NY/T391-2000）中的标准值对比均小于标准值，说明大宗农作物、蔬菜的种植地环境达到绿色食品标准。农作物籽实样品、蔬菜样品中微量元素的含量与国家食品卫生限量标准比较均低于限量标准，表明农作物产品安全卫生。

5 结论

①三原-阎良地区存在中硒土壤（0.2～0.4mg/kg）和富硒土壤（>0.4mg/kg），其中褐土分布区主要为中硒土壤及富硒土壤。调查区农作物籽实及蔬菜均富硒也证实了富硒土壤的存在。

②硒形态分析表明，土壤中硒的强有机结合态、腐殖酸结合态和水溶态的总和占全硒量的百分之五十以上，土壤显碱性，硒有机结合态和水溶态含量高，且容易被植物吸收，因此种植的农作物富硒程度较高。

③调查区土壤pH值均大于7，随土壤pH值逐渐增高，硒全量总体也增高，但土壤pH值增高到8.9以后，土壤硒含量有下降趋势。硒形态分析表明当土壤pH值增大对强有机结合态、腐殖酸结合态有所控制，总体呈较弱的下降趋势，而水溶态受土壤pH值影响不大。

④土壤調查结果表明三原-阎良地区土壤环境质量良好，未发现污染迹象，植物可食部分测试结果符合国家相关限量标准，安全性良好。

三原-阎良地区富硒土壤（硒含量：0.2～0.4mg/kg）面积广泛约178.112万亩（1187.41km2），其中高硒区（Se>0.4mg/kg）面积约11.585万亩（77.23km2），硒来源于冲积层，深度达1.5m，硒资源丰富。富硒区位于泾渭冲积平原区，地势平坦，土地肥沃，泾河水资源充足，交通便利，具有开发利用富硒土壤的充分条件。该地区主要种植小麦、玉米、蔬菜、油菜等，自古号称“天下粮仓”美称。建议当地政府正确引导群众，充分利用优质富硒土地资源，科学合理地种植安全富硒产品，打造关中特色农业，实现绿色发展，为解决本地区的“三农”问题发挥土地的最大功能。

参考文献：

[1]《矿床资源工业要求手册》编委会.矿床资源工业要求手册[M].北京：地质出版社，2010，11.

[2]迟清华，鄢明才编著.应用地球化学元素丰度数据手册[M].北京：地质出版社，2007，12.

[3]中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京：中国环境科学出版社，1990，87-91，134-135，370-373.

[4]李家熙，张光第，葛晓云，等.人体硒缺乏与过剩的地球化学环境特征及其预测[M].北京：地质出版社，2000.

[5]吴耀明，杨玉爱.硒的土壤化学及其生物有效性[J].广东微量元素科学，1995，3（7）：15.

项目名称：

陕西省政府公益性地质调查项目《关中-天水经济区（关中盆地）富硒区地球化学调查与评价》。

作者简介：

尹宗义（1960-），男，高级工程师，从事多目标区域地球化学、地质矿产调查。