贵州发展富硒农产品的潜力分析及展望

2019-06-10张庆华李丙霞

天津农业科学 2019年6期

张庆华李丙霞

摘要：土壤中硒元素的研究工作在我国已开展30多年，并取得了丰硕的成果，硒作为有益的微量元素越来越受到重视。通过阅读大量的文献资料，本文总结了影响土壤硒元素聚集的因素，主要有土壤中有机质含量、土壤类型和质地、土壤pH值和Eh、地形地貌等，不同的地理环境下影响土壤硒聚集因素的权重不同;并对贵州地区农作物富硒现状进行了概述，形成了以开阳县为代表的富硒大米、菜籽油等数十个农产品和凤冈富硒茶;同时结合贵州地质背景和土壤养分等因素对发展富硒农产品的潜力进行综合分析，贵州分布广泛的富硒岩层及土壤的理化性质有利于硒元素的吸附和固定，富硒土壤分布较广，为发展天然富硒等特色农产品和农业种植结构的调整提供基本条件。

关键词：富硒农产品;潜力分析;富集因素;地质背景;土壤

中图分类号：F304.3; P618.76 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.06.012

Abstract：The research on selenium（Se） in soil has been carried out for more than 30 years and gained fruitful results in China. By analyzing the past researches on selenium（Se） in soil， the Se enrichment factors in soil were reviewed， including organic matter content， soil types and qualities， soil pH and Eh， and landform， the weight of factors affecting soil Se-rich was varied in different geographical environment; the present situation of Se enrichment in crops in Guizhou was summarized， formed dozens of Se-enriched agricultural products such as Se-enriched rice and canola oil in Kaiyang county and Se-enriched tea in Fenggang county; at the same time， the potential of Se-enriched agricultural products was analyzed with combination of the geological background and soil nutrients， Se-enriched strata distributed widely in Guizhou and physicochemical properties of the soil facilitate Se adsorption and fixation， resulting in a wide distribution of Se-enriched soil， which providesd reference for the development natural Se-enriched characteristic agricultural products and adjustment of agricultural planting structure in Guizhou.

Key words： Se-enriched agricultural products; potential analysis; enrichment factors; geological background; soil

硒是人體和动物生长必需的生命元素之一，具有双重生物学功能，环境中硒过剩或缺乏，都会对生物健康造成不良的生态效应，粮食中正常含硒量在0.1～1.0 mg·kg-1之间[1]。目前，全球包括中国在内共有29个国家存在硒缺乏问题，硒由岩石-土壤-植物到生物体内的传输是一条紧密相关的生态链，而土壤富硒是农作物在自然界中天然富硒的基础和先决条件。

贵州作为典型的山地农业省，拥有得天独厚的自然条件，是我国生物多样性最丰富的地区之一，发展特色农业潜力很大，但其发展不充分的问题仍比较突出，主要是耕地少、散、薄、弱的问题，尤其是农产品附加值低。富硒土壤是一种重要的农业自然资源，受到社会广泛的重视。从全国多目标地球化学调查数据来看，贵州属于土壤中硒含量高的地区[2]，其中开阳县被誉为中国十大富硒之乡。目前贵州正在实施1∶5万耕地质量地球化学调查评价工作，为贵州农业产业规划和农产品种植调整提供了理论支持。

本文通过大量的文献资料总结土壤硒元素聚集的影响因素，并结合贵州地质背景和土壤养分等因素进行综合分析，旨在探讨贵州发展富硒农产品的潜力，为富硒农业开发提供依据。

1 岩层和土壤硒元素特征

硒是一种分散元素，在地壳中分布相当零散，含量很不均匀，地壳中硒平均质量分数为0.05～0.09 mg·kg-1[3]。岩石中的硒是土壤硒的最重要来源，各类岩石因其形成时代、物质来源、岩性的不同，含硒量差异颇大，研究表明：板岩>黏土岩>基性、超基性岩>碱性岩>玄武岩>花岗岩>紫色砂岩>石灰岩，即变质岩、岩浆岩到沉积岩硒丰度依次下降;在岩浆系列中，则由酸性岩至超基性岩含量递增，说明岩浆活动是硒最主要的物质来源，断裂构造带来的地幔物质以及变质作用都极大地丰富硒的区域背景值，而成岩作用对硒的聚散影响不大[4]。不同地区岩石中硒含量存在一定的差异性，江苏宜溧地区石煤>含煤页岩、泥岩、粉砂岩>风化煤岩>黑色粉砂岩>黑色泥岩>灰岩>酸性岩>石英砂岩>安山岩[5]，安徽石台地区为含煤岩系>硅质岩类>碳酸岩类>砂岩类>泥岩类>含砾泥岩类[6]，贵州不同基岩土壤硒含量呈现煤矿层（0.11～5.1 mg·kg-1）>碳酸盐岩（0.06～0.83 mg·kg-1）>砂页岩（0.03～0.19 mg·kg-1）的特征[7]。由此可见，黑色岩系及煤层是土壤硒的重要来源。研究者对岩石形成的时代统计表明岩层形成的年代越老，土壤中硒含量越高，时代越新硒含量越低[8]，内生岩浆变质作用加剧了硒的富集[9]，如湖北恩施[10]、陕西紫阳[11]。研究认为富硒地层形成时期岩浆活动比较频繁，特别是构造运动过程中火山喷发物和与火成岩活动有关的金属硫化物提供了地层中硒的最初来源，同时受岩浆热液、陆源碎屑和有机质的共同作用使得硒进一步富集，在岩石风化成土过程中，部分硒被释放进入土壤，成为土壤硒的最主要来源[12]。因此地质背景是控制表土硒含量分布的最主要因素，基岩的含硒量与大地构造背景、地层形成年代、岩性及形成环境密切相关。

贵州黑色岩系分布面积较广，其中寒武系牛蹄塘组分布于赫章-威宁之东，松挑-玉屏-丹寨以西地区，沿铜仁、镇远、余庆、瓮安、开阳、遵义、金沙、织金呈带状分布，且矿层露头分布广泛，呈片状分布，各地地表均有不同程度的矿化。贵州含煤面积占全省总面积的44%，含煤地层有下石炭统祥摆组（含薄煤）、中二叠统梁山组（含薄煤或煤线）、上二叠统（含可采煤层）、上三叠统（含煤线或薄煤）、新近系翁哨组（见褐煤）和第四系（含泥炭），其中上二叠统分布广、聚煤地质条件和含煤性最好，为主要含煤地层，含煤面积占全省总面积的42.6%，出露的区域主要分布在务川-贵阳-罗甸一线以西的六盘水、毕节、黔西南州北部和遵义等地区，其次是下石炭统祥摆组、中二叠统梁山组，其他含煤地层分布范围小[13]。由表1可知寒武系牛蹄塘组和二叠系龙潭组硒含量极高，远大于地壳硒的含量，是贵州主要的富硒地层。

全球大多数土壤全硒平均质量分数为0.2 mg·kg-1，中国土壤硒元素背景值为0.29 mg·kg-1[21]，贵州土壤硒元素背景值为0.298 4 mg·kg-1[22]，标准规定硒含量大于0.4小于等于3.0 mg·kg-1为富硒土壤。由表2可以看出，贵州硒含量平均值略低于0.4 mg·kg-1，各地区的硒含量存在差异性，但均值多大于0.4 mg·kg-1，说明土壤富硒状况良好。

2 土壤硒元素富集的影响因素

土壤中硒除了受成土母岩的直接影响外，还与表生环境中硒的迁移循环过程有关，导致不同环境土壤中的硒含量差异也很大，因此分析土壤硒富集的影响因素对发展富硒农作物具有重要意义。

2.1 土壤有机质

表层土壤中硒元素的富集与有机质的关系密切，大多呈正相关关系，如西藏[35]、香港[36]、海南[37]等土壤中硒的含量与有机质含量呈（极）显著正相关。浙江嘉善县内无基岩出露，更无高硒岩层分布，土壤富硒不是直接由高硒岩层所引起，而土壤硒与有机碳呈良好的相关关系，表明有机质对硒具有较强的吸附能力，对土壤富硒起了关键作用[38]。贵州土壤有机质平均含量为40.6 g·kg-1[39];贵州耕地土壤有机质含量集中在26～42 g·kg-1，平均含量为35.38 g·kg-1[40];贵州稻田土壤的有机质含量为11.10～164.60 g·kg-1，平均含量35.28 g·kg-1[41];清镇茶园黄壤有机质含量57.36 g·kg-1，平坝水稻土有机质含量77.49 g·kg-1，关岭县旱地石灰土有机质含量44.20 g·kg-1[42];优质高产茶园有机质含量应达20～40 g·kg-1[43]。土壤有机质含量丰缺判定依据全国第二次土壤普查肥力评价标准，等级划分和对应含量数值依次为一级>40 g·kg-1、二级30～40 g·kg-1、三级20～30 g·kg-1、四级10～20 g·kg-1、五级6～10 g·kg-1、六级<6 g·kg-1[44]。由此可见，贵州土壤有机质达二级以上水平，有利于土壤吸附和硒元素固定，适合种植富硒茶。

有机质对土壤硒的生态效应具有双重性，当它作为有机-无机复合体黏粒并且吸附阴离子时，会有利于硒的循环;当它只是作为阴离子的环境宿体时，则可能成为屏障从而影响硒的传输。试验表明有机质对硒的影响主要表现为固定[45]，土壤有机质对硒的吸附解析更大程度上与有机质的组分含量相关，因此可通过调节土壤中有机质含量达到调节土壤中硒含量的目的[46]。

2.2 土壤类型及质地

不同土壤类型代表着土壤发育或熟化程度的差异性，土壤熟化程度越高，土壤全硒量也较高，其原因可能是土壤在不断耕作和熟化过程中土壤有机质不断地增加，从而将硒吸附和固定在表层土壤中。不同土壤类型中硒含量大小为：贵州红壤>黄壤>水稻土>石灰土>紫色土>黄棕壤土;安徽石台地区黄棕壤土>黄壤>红壤>水稻土>石灰土;开阳县水稻土中黄胶泥田土>黄泥田土>红泥田土>眼泥田土[25]。贵州黄壤面积最大，其次为石灰土和水稻土，分别占土壤总面积的46.4 %、17.5 %和9.7 %，熟化土壤占比较大，有利于硒的富集。

在土壤质地方面，土壤颗粒的存在对硒有一定的吸附作用，土壤大致分为砂土、壤土和黏土三类，其中黏土对硒有明显的富集作用，粉粒和砂粒与硒形态的相关性较小[47]。西藏[35]、香港[36]、南宁市[48]、汕头市[49]土壤中硒的含量与粉粒、黏粒含量呈（极）显著正相关;青海高原[50]砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土中土壤硒含量随土壤质地黏度的增大而增加;黑龙江方正县[51]土壤中全硒量与粉粒和黏粒呈正相关而与砂粒呈负相关。由此可见，土壤中黏粒含量越高，土壤的保肥性越好，能有效地减少硒的迁移，所以黏性土壤中的含硒量往往高于砂性土壤。贵州壤土面积最大，占耕地面积的46.4%;黏土面积占23.4%;砂土面积占14.7%;砾质土占7.3%;砾石土占8.2%。已有研究报道，黔中表土层黄壤黏粒含量范围为33.23%～42.86%，平均值为33.88%，石灰土黏粒含量范围为18%～23.94%，水稻土黏粒含量范围为17.11%～23.33%[53];清镇茶园黄壤黏粒含量77.6%，平坝水稻土黏粒含量39.0%，关岭县旱地石灰土黏粒含量56.6%。贵州土壤黏土和壤土分布面积广，有利于对硒的吸附和固定，但不同地區含量差异较大，导致土壤保肥能力的不同。

2.3 土壤pH和Eh

土壤的pH和Eh（土壤氧化还原电位）综合作用是影响土壤硒价态变化的主导因素。一般来说，酸度越强，土壤对硒的吸附固定能力越强[53-54];碱性越强，土壤中硒可溶性越强，活性越大，越容易遭受淋失，因此土壤硒含量与pH值呈现负相关关系[55]。陈永波等[56]综合考虑作物产量、含硒量和硒摄入总量，认为土壤适合的pH值应在6.7～7.9之间。也有学者认为pH值在4～6时土壤对硒具有最大吸附作用，pH值过高过低都会降低其对硒的吸附[57]。硒在碱性土壤中主要是以植物容易吸收的水溶性化合物形式存在，而在酸性土壤中则与铁元素等结合形成植物难以吸收的复合物，有效性大幅下降[58]。贵州耕地土壤以微酸性（pH值5.5～6.5）所占面积比例最大，为35.7%;其次为中性（pH值6.5～7.5）土壤，占31.1%;酸性和微碱性土壤分别占16.6 %和13.1%;强酸性和碱性土很少，分别占1.8%和1.7%。在贵州水稻种植区，pH值<5.5的微酸性土壤主要集中在贵州东南部的天柱、锦屏、榕江、从江、黎平一带，pH值为5.5～6.5的偏酸性土壤主要集中在贵州西南部及北部，pH值为6.5～7.5的中性土壤及pH值>7.5的碱性土壤零星分布在全省各地，平坝水稻土pH值为7.60，关岭县旱地石灰土pH值为6.58[41]。茶树是适于酸性土壤的深根植物，对土壤的酸碱度很敏感，一般在pH值为4.5～6.0的酸性和微酸性土中，生长良好，pH值以4.5～5.5最为适宜，当pH值低于4或高于6.5时，茶树生长逐渐停滞[59]。

Eh主要是通过影响硒价态转化来影响其有效性。一般来说，土壤中硒的无机态主要是亚硒酸盐（Se4+）和硒酸盐（Se6+），氧化环境下，不能直接利用的Se和硒化物（Se2-）可转化为亚硒酸盐、硒酸盐，硒的有效性提高;还原性环境下，Se6+可转化为Se4+或Se2-、Se，硒的有效性降低，有利于土壤中硒的积累[60]。研究者分析认为土壤Eh值介于200～700 mV，土壤能对茶树正常供应硒元素[61]。黎平县三大茶场（黄花基地、高屯、大坪）土壤Eh值变化在347～384 mV，土壤Eh值越高，土壤中有效硒含量越高，从而茶叶中的硒含量越高[62]。

2.4 地形地貌

通常在正地形硒被淋溶，在负地形硒被富集[63]。恩施渔塘坝是迄今世界上唯一发生过人群硒中毒爆发性流行的地区，除了基岩中含硒量高之外，微地形地貌是土壤富硒的另一主要因素，渔塘坝是近于封闭、北东-西南向延伸的条状小盆地，导致土壤中硒超常富集[64]。

贵州土壤含硒由东南向北西随地势增高而降低的趋势，其原因可能是由于淋溶作用较强，加之硒元素在地质环境中易迁移的特性，导致海拔高的地区硒元素匮乏。地形条件为硒元素的迁移提供了渠道，部分种类土壤本身硒含量较低，然而由于地形条件影响，周边富硒岩层中硒元素受搬运沉积最终累积在了地势较低的土壤中，使土壤硒含量得到了较大提升，贵州33.31 hm2以上的坝区均在地势平坦的低洼处，是发展富硒农产品的重要基地。

3 农作物富硒现状

目前贵州富硒产业地以开阳县为代表，被命名“中国富硒农产品之乡”，开阳县内绝大部分土壤中富含硒元素，富硒产品主要有大米、茶叶、菜籽油、肉食制品等数十个品种，以凤冈富硒茶为代表，获国家地理标志保护产品有“开阳富硒枇杷”和“开阳富硒茶”。

由表3可知，贵州地区茶叶有50%达到行业富硒茶叶的标准（0.25～4.00 mg·kg-1），曾唏等[65]对贵州省内部分茶样中硒含量分析表明，在0.1mg·kg-1以下的占3 %，0.1～0.2mg·kg-1占30%，即近33%的茶样含硒量低于0.2 mg·kg-1，60%的茶样含硒量在0.2～0.4 mg·kg-1，仅有7%的茶样含硒量在0.4 mg·kg -1以上，故37%的茶样中含硒量为中量。毕坤等[66]对贵州省内35个茶场的硒地质地球化学背景含硒量为0.040 0～0.427 1 mg·kg-1，平均含量为0.167 mg·kg-1。贵州省茶科所[43]对铜仁、黔东南州40家茶场中硒分析结果为含硒量为0.403～4.107 mg·kg-1，平均值1.082 mg·kg-1。贵州省大米中硒含量达到国家富硒的标准（0.04～0.30 mg·kg-1）[67]，其它农作物含硒量呈不同程度的差异。

4 结论与展望

土壤作为一个多相复杂的有机整体，影响土壤硒形态及其富集的因素是多方面的，因此在某一特定的地质环境、土壤性质、耕作条件等多因素共同作用下，寻求土壤在耕作过程中硒元素的聚集和利用达到一种平衡状态，为农业特色化发展提供基础保障。贵州富硒地层和土壤分布广，硒含量较为丰富，发展富硒等特色农作物的潜力巨大。

（1）贵州广泛出露含硒丰富的含煤地层和黑色岩系为土壤富硒提供了良好的先决条件[80-81];低纬度、高海拔、寡日照等条件使得贵州具有发展茶叶、中药材等得天独厚的优势。

（2）贵州乌蒙山区发现三叠系碳酸盐岩发育的土壤中也存在富硒、锌现象;在安西幅13个土壤样品中硒含量为0.30～1.31 mg·kg-1，平均值0.56 mg·kg-1，其中含量高于0.4 mg·kg-1的采样点8个，平均值达0.72 mg·kg-1，表明三叠系下统碳酸盐岩地层分布区残坡积和坡洪积层中土壤硒含量较高[82]，这为贵州大面积的岩溶山区发展富硒等特色农业提供了新的思路。

（3）贵州土壤以弱酸性为主，成熟性土壤面积占绝大部分，土壤中有机质含量达二级以上标准，土壤的理化性质均有利于对硒元素的吸附和固定。魏明辉等[83]发现，燃煤等也是影响土壤硒含量的重要因素，燃煤对于环境中硒（主要以SeO2形式）的影响范围可以达到几十公里。

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