三原—阎良地区土壤及农作物Se含量特征

任蕊，尹宗义，王明霞，王会锋，王小平，晁旭，卢婷，张志敏

(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710068)



三原—阎良地区土壤及农作物Se含量特征

任蕊，尹宗义，王明霞，王会锋，王小平，晁旭，卢婷，张志敏

(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710068)

以三原—阎良地区土壤为对象，研究了三原—阎良地区土壤中Se元素、pH值和有机质的含量及其分布，以及土壤中Se的主要赋存形态，发现当地拥有大面积的富Se土地资源；土壤基本属碱性、强碱性，有利于植物对土壤Se的吸收利用；土壤中丰富的有机质有利于土壤Se的富集；Se主要以有机结合态形式存在，可提供大量可溶性有机和无机Se为植物利用。通过对调查区主要农作物的研究，发现区内油菜、小麦、大蒜、白萝卜、玉米、芹菜的富Se食品达标率高达55%以上；农作物对土壤Se的富集能力为：油菜>小麦>大蒜>玉米>白萝卜>白菜>花白>芹菜>花椰菜；区内大部分农作物达到食品卫生标准。因此，调查区具有发展“天然、绿色、安全”的富Se农作物得天独厚的优势。

三原—阎良地区；富Se农作物；Se；土壤

硒(Se)作为人体必需的14种微量元素之一(M P Rayman,2000)，其在地壳中的丰度仅为0.05×10-6，世界上有40多个国家和地区缺Se，中国有72%的县是低Se或缺Se县(吴建功等，2001)，研究表明，缺Se将直接导致40多种疾病的发生，例如，癌症、心血管病、肝病等。科学补Se可以预防高血压、心脏病、高血糖、克山病、大骨节病等多种疾病。土壤是人类赖以生存的食物链营养来源的基础，它是生态环境中物质与能量交换最主要的场所(陈代中等，1985)。土壤Se来源于岩石，而又通过生长在土壤上的作物而影响到人体，因此，土壤中Se含量及农作物Se含量水平对人体健康有重要意义。

陕西省地质调查中心自2005年开展的陕西省1∶25万多目标地球化学调查至今，已在关中地区发现富Se土壤约6 051 km2，针对关中-天水经济区新农村建设的发展需求，2012—2013年我中心开展“关中-天水经济区(关中盆地)富Se区地球化学调查与评价”项目，选定三原-阎良富Se区进行土壤地球化学调查评价。笔者通过对三原—阎良地区土壤和农作物样品的系统采集及准确分析其全Se含量、形态Se含量，全面了解调查区土壤和农作物的富Se程度，对合理开发利用当地丰富的自然资源，变资源为经济优势，发展当地经济提供理论依据(张永康等，2009)。

1 自然地理与地质背景

三原—阎良地区地处关中平原腹地，位于泾渭冲积平原区，是陕西省重要的粮食、蔬菜基地，主要种植小麦、玉米，兼种苹果、蔬菜。地理坐标为东经：108°44′50″～109°30′00″，北纬：34°30′00″～34°42′20″。面积约1 255 km2。属暖温带大陆性季风气候，四季分明，气候温和。土壤类型以塿土(褐土的亚类)为主，黄绵土、新积土次之，其中塿土熟化程度高，疏松易耕，适耕时间长，保水、保肥能力好，土壤矿物质丰富，肥力较高，是适宜农业发展的优质土类。出露地层以全新统冲积层为主，包括现代河床冲积层及其下部冲积层，厚度10～83 m，主要成分为浅黄褐色砂质黏土、黏质砂土，夹粉砂土、亚黏土和砂砾层等；其次在调查区东北部和中南部分别出露少量未分更新统风成黄土、上更新统风积层(马兰黄土)。

2 样品采集与分析

2.1 样品采集

1∶5万土壤地球化学测量：采用网格化采样方法在调查区进行土壤样品的采集，采样密度为4件/km2，采样深度为0～0.2 m，样品重量1 kg。共采集表层土壤样品5 022件。

植物样及根系土样品采集：植物样要具有代表性，采样时避开株体过大过小、遭受病虫害或机械损伤以及田边路旁的植株。在调查区采集大宗农作物小麦、玉米、油菜籽的籽实；采集经济作物芹菜、花白、白菜、花椰菜、白萝卜和大蒜，样品重量大于500 g。与农作物样品采集相配套，同时采集相同点位的农作物根系土，样品重量1 kg。共采集植物样品236件，对应根系土样品236件(图1)。

2.2 样品加工与分析

土壤样经自然风干，用木棒压碎团块，过20目尼龙筛后，提取500 g分析样，分析指标为Se、Corg、pH，分析方法为原子荧光光谱法(AFS)、氧化还原容量法(VOL)、pH计电极法(ISE)。土壤Se形态分析指标为水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、强有机结合态、残渣态，分析方法为等离子体发射光谱法(ICP-AES)。

将植物样洗净，晾干，去掉非食用部分后剁碎或组织捣碎机捣碎，称取适量试样，加硝酸浸泡过夜，再加双氧水，盖好内盖，旋紧外套，放入微波消解仪器内消解3～4 h后，取出冷却，转移溶液，稀释至一定体积进行分析。分析元素为Se、As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn共8项，分析方法为原子荧光光谱法(AFS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)。

2.3 质量评述

样品分析由国土资源部西安矿产资源监督检测中心承担。测试过程中加入国家一级标准物质进行分析质量控制，所有样品的报出率为100%，准确度和精密度监控样合格率达98%以上。

图1 调查区交通位置图Fig.1 Traffic location of the survey area

3 结果与分析

3.1 土壤中Se的含量及分布

三原—阎良地区1∶5万土壤调查Se含量统计结果显示(表1)，调查区表层土壤Se含量为0.023×10-6～3.060×10-6，背景值为0.267×10-6，土壤Se含量分别是关中地区土壤Se背景值0.164×10-6(任蕊等，2013)的1.63倍、陕西省土壤Se背景值0.115×10-6(陈怀满，2006)的2.32倍；褐土中Se含量范围同全区，背景值为0.265×10-6，分别是关中地区的1.62倍、陕西省的2.30倍；黄绵土中Se含量为0.056×10-6～1.260×10-6，背景值为0.257×10-6，分别是关中地区的1.57倍、陕西省的2.23倍；新积土中Se含量为0.068×10-6～0.580×10-6，背景值为0.293×10-6，分别是关中地区的1.79倍、陕西省土壤Se背景值的2.55倍。综上所述，调查区各种土壤类型中褐土和新积土Se含量较高，其中褐土Se含量分布范围最大，最大值高达3.060×10-6。

李家熙等将土壤Se含量分为低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、图2可知，调查区Se的分布以中Se区为主，面积高达1 110.18 km2，占总面积88.47%；富Se区土壤77.23 km2，占总面积的6.15%，主要分布在三原县西南部雪河乡—高渠乡、泾河北岸、新市镇及相桥镇—田市镇一带。可见，该地区大部分属于Se含量适中区，拥有大面积的富Se土壤资源。

表1 调查区1∶5万土壤调查Se含量特征值统计表

表2 调查区土壤Se元素含量统计表

图2 调查区Se元素丰缺分布及农作物采样点位图Fig.2 Distribution of Se abundance and deficiency and plants sampling sites in survey area

3.2 土壤pH值、有机质的含量及分布

土壤中Se的有效性与土壤pH值、有机质含量等理化指标关系密切。调查区土壤pH值统计结果见表3。区内表层土壤pH值为7.23～9.28，基本属碱性、强碱性土壤。研究表明碱性土壤中Se主要以硒酸盐形态存在，有效性很高(董广辉等，2002)。在中性和酸性土壤中Se与Fe形成了溶解性极低的氧化物和水合氧化物，有效性大大降低。因此，区内土壤酸碱度有利于植物对土壤Se的吸收利用。

依据农业部土壤养分元素及有益微量元素丰缺标准，对调查区土壤有机质含量进行分类统计(表4)，区内表层土壤有机质含量为0.09%～3.71%，以二级和三级土壤为主；一级土壤集中分布在测区中部西阳镇、新市镇等地；四级土壤分布较少，仅占全区的0.31%。总体来看，全区土壤中有机质含量丰富。土壤有机质是土壤的重要组成物质，也是土壤固相中较为活跃的部分，土壤有机质可通过降解作用释放出Se，使Se进入土壤的循环系统。在土壤表层既含有较多的有机质，又含有较多的Se(MAHENDRA Singh et al.，1981)。综合区内土壤有机质与土壤全量Se呈弱相关关系(r=0.298)，可认为丰富的有机质对土壤Se的富集有一定作用。

表3 调查区土壤pH值统计结果表

表4 调查区土壤有机质统计结果表

3.3 表层土壤中Se的形态分析

农作物对赋存在土壤中Se吸收的程度取决于Se形态的有效性，各种形态Se含量与土壤的全量Se在量上存在内在的联系(方金梅，2008)。表5的统计结果说明三原县表层土壤中全量Se为0.098 6×10-6～0.630×10-6，6种形态Se平均含量占全量比例的大小为：有机结合态(38.42%)>残渣态(31.94%)>离子交换态(5.21%)>水溶态(4.86%)>碳酸盐结合态(3.82%)>铁锰氧化结合态(1.39%)。可见Se在土壤中主要以有机结合态的形式存在，残渣态次之，离子交换态、水溶态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态含量较低。前2种形态Se与表层土壤全量Se均呈显著线性正相关关系，其中有机结合态Se可提供大量可溶性有机和无机Se为植物利用；残渣态Se是非常稳定的形态，其有效性较差，很难被植物吸收，但这部分Se是土壤Se的重要储存库源(李辉勇，2001)。后4种形态Se虽与全量Se相关程度高，但对全量Se的影响较小，对植物的生物有效性作用不大。

表5 调查区表层土壤中硒赋存形态分析统计结果表

注：样品数34个；有机结合态包括强有机结合态、腐殖酸结合态。

3.4 农作物Se含量特征

本次调查依据HB001/T-2013中国富Se食品Se含量分类标准(试行)(中国食品行业标准)、DB6124.01-2010富Se食品Se含量分类标准(安康市地方标准)见表6，分别探讨不同农作物在调查区的富Se达标程度，为当地开发富Se农产品提供依据。

表6 富硒食品Se含量分类表(10-6)

从表7可以看出：大宗农作物中的大多数样本均达到富Se食品标准，其达标率由大到小依次为油菜—小麦—玉米，且油菜、小麦的达标率显著高于玉米；经济作物的达标率由大到小依次为：大蒜—白萝卜—白菜—花白—芹菜—花椰菜，其中大蒜、白萝卜、芹菜中的大多数样本均达到富Se食品标准，白菜、花白的达标率基本相当。可见调查区内存在大量富Se农作物，特别是油菜、小麦、大蒜，其达标率分别为91.67%、82.22%、71.43%。因此，三原—阎良地区可作为开发富Se农产品的理想场所，对形成新的农业产业增长点，变资源优势为经济优势，促进地方经济，提高人民生活水平起着重要的作用。

表7 调查区农作物Se含量统计表

3.5 农作物对土壤Se的富集能力

Se的生物土壤化学过程使土壤Se与动植物的Se营养相联接，并通过食物链与人类联系(王云等，1995)。土壤中的Se一般是植物体中Se的主要来源，通常用富集系数反映植物从土壤中吸收元素的能力(金兴钰，2010)。富集系数用农作物中元素质量分数除以对应根系土中元素质量分数进行计算。

调查区大宗农作物及经济作物Se富集特征值见表8。从表中可以看出，大宗农作物油菜、小麦Se平均富集系数基本相当，玉米Se平均富集系数则显著低于油菜和小麦；经济作物Se平均富集系数大小顺序为：大蒜>白萝卜>白菜>花白>芹菜>花椰菜，且大蒜的Se平均富集系数显著高于其他5种蔬菜。可见不同作物对土壤中Se的吸收能力有显著差异，大宗农作物中，以油菜、小麦对土壤Se的富集能力最强；经济作物中，以大蒜对土壤Se的富集能力最强。

3.6 农作物的安全性分析

将调查区粮食作物中重金属含量统计结果(表9)与国家食品卫生限量标准比较，发现小麦中有极少数样品的Pb、Zn元素含量高出安全阈值，其食品卫生达标率分别是91%、96%，其他5种元素含量均低于安全阈值，达标率为100%；玉米样品中重金属含量均未超标，其达标率为100%。

表8 调查区农作物Se富集系数特征值表

表9 粮食作物重金属含量统计表

将调查区蔬菜作物中重金属含量统计结果(表10)与国家食品卫生限量标准比较，发现大蒜、白萝卜中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb和Zn元素含量均低于安全阈值，达标率为100%；花椰菜、花白、白菜中有极少数样品的Pb元素含量超标，其达标率分别为97%、96%、96%；芹菜中有少数样品的Cu元素含量高出安全阈值，其达标率为82%，同时Pb元素在多数芹菜样品中含量超标，达标率仅为39%；油菜出现大部分样品Pb元素含量超标和全部样品Zn元素含量超标现象。

表10 蔬菜作物重金属含量统计表

综上所述，调查区内存在大量符合食品卫生标准的农作物，其中玉米、大蒜、白萝卜样品100%达到食品卫生标准，小麦、花椰菜、花白、白菜的达标率均在90%以上。但同时也存在个别农作物Pb、Zn、Cu重金属元素含量超标的现象，尤其是油菜的Pb、Zn元素含量超标问题值得重视。

4 结论

(1)三原—阎良地区中Se土壤面积高达1 110.18 km2，占总面积88.47%；富Se土壤77.23 km2，占总面积的6.15%。当地土壤基本属碱性、强碱性，有利于植物对土壤Se的吸收利用；且丰富的有机质利于土壤Se的富集。区内表层土壤中Se主要以有机结合态形式存在，其次为残渣态，前者可提供大量可溶性有机和无机Se为植物利用；后者很难被植物吸收，但却能提供丰富的Se源。说明调查区不仅拥有大面积植物较易吸收利用的富Se土壤资源，还具有促进植物吸收利用Se资源的理化性质。

(2)通过对调查区主要农作物的调查，发现区内油菜、小麦、大蒜、白萝卜、玉米、芹菜的富Se食品达标率高达55%以上；农作物对土壤Se的富集能力为：油菜>小麦>大蒜>玉米>白萝卜>白菜>花白>芹菜>花椰菜；区内大部分农作物达到食品卫生标准，但是油菜的Pb、Zn元素含量超标问题较为严重。建议在调查区大规模种植小麦、大蒜、玉米、白萝卜，利用植物本身对土壤Se富集的能力，结合调查区优质的富Se土壤资源，生产出“天然、绿色、安全”的富Se农作物。

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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

中国地质调查局西安地质调查中心二级项目“西北五省耕地区1∶25万土地质量地球化学调查” ;陕西地质调查院“陕西省人民政府公益性地质调查”项目(121201011000150023)

任蕊(1984-)，女，工程师，陕西省地质调查中心，主要从事多目标区域地球化学调查工作。E-mail:sophie_ren518@163.com

S153.6

A

1009-6248(2016)04-0193-08