贵州省开阳县耕地土壤与农作物硒地球化学特征及其影响因素

2020-03-03郭永福何承真王金元任文林周国正周忠清

贵州地质 2020年4期

郭永福，何承真，王金元，任文林，周国正，周忠清

(贵州省煤田地质局159队，贵州贵阳 550081)

硒是人体必需微量元素之一，硒的缺乏与过剩都会影响人体健康(李军等，2011)。食物硒含量直接决定了人体硒的营养水平，而土壤中的硒又是植物吸收利用的直接来源(陈显著等，2016)，不同地区影响硒水平的因素有所不同(周墨等，2018)。湖北恩施是目前已发现的全世界硒含量最高地区(王鸿发等，1996；朱建明等，2004)，随着调查的扩大及深入，在全国范围内陆续发现了陕西紫阳县、湖南桃源及贵州开阳等富硒地区。开阳县富硒的报道最早见于2001年汪境仁为开阳县所做1∶25万土地调查，通过调查发现开阳县耕地土壤硒含量平均值为0.61 mg/kg(汪境仁等，2001)，远高于贵州省耕地硒含量平均值(王甘露等，2003)。此后，李娟(李娟等，2004)和任海利(任海利等，2012)研究了开阳县富硒地层和土壤的地球化学特征，其结果表明开阳县灯影组、牛蹄塘组等地层富集硒元素，土壤中硒的背景值高，其含量远高于全国土壤背景值。本次研究通过划分开阳县耕地土壤中硒地球化学等级，对开阳县耕地土壤及农作物中硒的含量进行统计分析，探索影响开阳县硒元素富集的因素，可以为合理开发利用当地丰富的硒资源、变资源优势为经济优势和发展地方经济提供有力地理论支持。

1 研究区概况

2 样品采集和分析测试

2.1 样品采集

2.2 样品测试

表层土壤样品和农作物样品测试在国土资源部成都综合岩矿测试中心完成。耕地表层土壤及根系土样Se元素采用原子荧光光谱法(AFS)测试，样品检出限0.01 mg/kg，Se元素总报出率均为100%。基本分析完成后，对部分特高和特低试样进行异常点重复性检验，异常点重复性检验合格率≥85%。农作物样品Se元素分析采用GB 5009.93-2010规定的原子荧光光谱法(AFS)测试，样品检出限0.005 mg/kg。

3 耕地土壤和农作物硒地球化学特征

开阳县耕地表层土壤Se元素全部测试数据原始参数统计最大植、最小值、平均值、中位值、标准离差、变异系数，采用拉伊达法(平均值±3倍标准差)反复剔除离群样品，剔除离群样品后分别统计剩余样品数、样品离群率、背景值三个参数。农作物样品全部测试数据统计最大植、最小值和平均值。

3.1 表层土壤硒地球化学特征

表1 开阳县耕地表层土壤和Se地球化学参数表(剔除离群样品后统计值)Table 1 Se geochemical parameters of cultivated land surface soil and crops in Kaiyang county (statistical value after removing outlier samples)

目前全国先后有湖北恩施、广西永福、陕西紫阳、湖南新田、青海平安和四川万源等地报道了富硒耕地资源调查成果，而本次表层土壤多目标区域地球化学调查，贵州省耕地调查办工室通过“贵州省富硒土壤评价分级标准讨论意见”给出贵州省耕地土壤特色元素Se分级标准(表2)。

表2 耕地表层土壤硒地球化学等级划分(来源贵州省富硒土壤评价分级标准讨论意见)Table 2 Classification of selenium geochemical grades in the topsoil

开阳县耕地土壤硒(Se)地球化学等级总体上以二级、三级、含硒土壤为主(图1)，占耕地面积比例达88.37%。二级土壤面积52.18万亩，占耕地面积49.94%，分布面积大；三级土壤面积24.11万亩，占耕地面积23.07%；含硒土壤面积16.16万亩，占耕地面积15.46%，开阳县各乡镇皆有分布；过剩土壤面积0.12万亩，占耕地面积0.11%，主要分布在禾丰北部的田冲村；特级土壤面积2.54万亩，占耕地面积2.43%，主要分布在禾丰、南江、冯三和楠木渡一带，其它乡镇有零星分布；一级土壤面积9.22万亩，占耕地面积8.83%，主要分布在龙岗、高寨、毛云、双流、楠木渡、冯三等乡镇，其它乡镇有零星分布；低硒土壤面积0.17万亩，占耕地面积0.16%，主要分布在花梨、南龙、南江和米坪。富硒耕地包括二等、三等、四等和五等耕地，面积88.05万亩，占耕地面积比例为84.27%。

图1 开阳县耕地土壤硒地球化学等级图Fig.1 Geochemical grade of selenium in cultivated soil in Kaiyang county1—过剩(Se≥3 mg/kg)；2—特级(1.2

3.2 农产品富硒特征

开阳县农产品富硒评价重点评价农产品的富硒特性。评价依据是农产品富硒行业标准(供销合作行业富硒茶标准(GH/T1090-2014))、地方标准(重庆市富硒农产品标准(DB50/T 705-2016)，江西省富硒食品硒含量分类标准(DB36/T 566-2017)，陕西省富硒双低菜籽油标准(DB61/T 508.6-2011))和国家标准(富硒稻谷国家标准(GB/T 22499-2008))规定的富硒农产品硒含量标准，见表3。

表3 开阳县农产品硒含量及农产品富硒标准要求Table 3 Se content in the agricultural products of Kaiyang county and standard requirements of Se-rich angricultural products

根据这些标准，开阳县21件茶叶样品有19件达到重庆市富硒茶地方标准，3件达到富硒茶供销合作行业标准(表3)。油菜籽全部达到重庆市和陕西省富硒油菜籽地方标准。枇杷、李子样品中，2件枇杷、3件李子样品达到重庆市富硒水果地方标准和江西省富硒水果地方标准，全部枇杷样品Se≥0.007mg/kg，非常接近富硒水果地方标准。开阳县40件水稻样品有16件达到重庆市富硒水稻地方标准和富硒稻谷国家标准，2件达到江西省富硒稻谷地方标准。开阳县33件玉米有15件达到重庆市富硒玉米地方标准。

4 硒含量影响因素分析

4.1 表层土壤硒含量影响因素分析

开阳县成土母岩种类繁多，地球化学环境复杂多变。前人对贵州省富硒地层研究发现，寒武系牛蹄塘组和二叠系的龙潭组为富集Se元素的地层(陈武等，2015)。将开阳县地层界限叠加到开阳县耕地土壤硒含量的等值线图上(图2)发现，硒含量与地层吻合度较高。震旦系、寒武系、石炭系、二叠系地层岩石发育的土壤明显富硒，而新元古界下江群、南华系、奥陶系、三叠系地层发育的土壤硒含量明显要低于其他地层。大量的研究表明，土壤中硒元素的含量与成土母质硒含量有关(赵成义，2004)。根据开阳县主要成土母岩发育的土壤硒元素含量统计发现(表4)，样品成土母岩为碳酸盐岩占采样总数的74.22%，样品硒平均含量为0.6 mg/kg，成土母岩为碎屑岩的样品占表土总样品数的25.71%，样品硒平均含量为0.55 mg/kg，成土母岩为变质岩的样品硒含量平均为0.34 mg/kg。由此可见开阳县表土富硒含量与成土母岩的类型相关。

表4 开阳县各地层背景耕地土壤硒含量统计Table 4 Statistics of Soil Selenium Content in Background Cultivated Land of Different Layers in Kaiyang county

图2 叠加地层界线的硒含量等值线图Fig.2 Contour map of selenium content superimposed on stratigraphic boundaries1—地层代号；2—乡镇界线；3—村寨界线

根据野外采样记录及样品测试分析数据统计各土壤类型样品硒含量范围及其硒含量平均值发现(表5)，开阳县耕地的黄壤、水稻土、石灰土和潮土硒含量均值与开阳县耕地土壤硒含量的均值非常接近，而粗骨土硒含量均值略低(0.47 mg/kg)。开阳县耕地不同土壤类型硒含量分析结果表明，土壤类型差异对耕地土壤硒地球化学特征影响较小。

表5 开阳县不同土壤类型和耕地利用方式土壤Se元素地球化学特征Table 5 Geochemical characteristics of Se element in different soil types and different cultivated land utilization modes in Kaiyang county

不同的耕地利用方式所采用的耕作和管理措施存在差异，这些差异对土壤硒含量可能有一定的影响。经统计开阳县野外调查记录卡中不同地类的土壤硒含量发现，开阳县旱地、水田、果园、茶园的硒平均含量均达到富硒标准，其中以茶园的硒含量最高，平均为0.75 mg/kg(表5)。

4.2 农产品硒含量影响因素分析

根系土硒(Se)养分丰缺等级以一级、二级、三级和含硒为主，其余3类占比不足10%。通过表1和表6发现，开阳县农作物根系土硒含量的均值与开阳县耕地表层土壤硒含量均值接近。前人对开阳硒资源的研究表明，开阳县农作物硒含量与表土硒含量大致呈正相关，即表土硒含量高植物样品中硒含量也相应较高(仝双梅等，2013；李娟等，2004)。本次采集的样品中，21件茶叶达到富硒标准，其周围根系土均为富硒土壤。26件油菜籽样品全部达到富硒标准，富硒油菜籽根系土和周边小范围内耕地土壤均富硒的有19件。33件玉米样品中，15件玉米样品富硒，富硒玉米根系土和周边小范围内耕地土壤均富硒的有14件，根系土不富硒但周边小范围内耕地土壤富硒的有1件。40件水稻样品，16件达到富硒标准，富硒水稻根系土和周边小范围内耕地土壤均富硒的有14件。20件李子样品，3件达到富硒标准，其中2件样品根系土也富硒。20件枇杷样品，均未达到富硒标准，枇杷的根系土和周边耕地土壤富硒和不富硒土壤均有分布。由此可见，农产品富硒情况与根系土富硒情况及作物种类有关。