西藏拉萨至曲水拉萨河沿岸农用地土壤硒锗空间分布与评价①

袁 宏，赵 利，王茂丽，徐开锋，尊珠桑姆，王海勇

(1 四川省核工业地质调查院，成都 610061；2 西藏自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队，拉萨 851400)

硒(Se)是人和动物必需、对植物有益的微量元素[1]。硒在抵抗细胞衰老、增强机体免疫力、预防癌症上有重要作用[2]。严重缺硒是克山病、大骨节病两种地方性疾病的主要原因。中国是缺硒大国，而青藏高原一带尤为严重[3]。锗(Ge)是一种具有多种生物活性的微量元素，对人体具有广泛的防病治病等功效，被科学家称为“21 世纪的救命锗”“生命的奇效元素”[4-5]。世界土壤锗元素平均值为1.0 mg/kg，中国土壤锗元素平均值为1.7 mg/kg[6]。从植物获取硒和锗是对人体最安全有效的来源，富硒富锗土壤可广泛应用于富硒富锗农产品的生产。

西藏拉萨地处青藏高原南部，属于高原温带半干旱季风气候，为一江两河农业区，是西藏商品粮主要生产基地[7]。本文研究探讨西藏拉萨至曲水拉萨河沿岸农用地土壤硒和锗含量、空间分布特征及影响因素，以为科学指导利用当地富硒富锗土壤资源，为当地土地开发利用、农业结构调整、发展特色优质富硒富锗农牧业提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区为拉萨市至曲水县拉萨河沿岸冲积平原，主要为农业种植的平谷洼地，属于一江两河农业区，具体范围如图1 所示。研究区地处雅鲁藏布江支流拉萨河流域，喜马拉雅山北侧，区内以下沉气流为主，全年晴朗天气较多，冬季严寒天气较少，夏季很少有极高气温，主要为高原半干旱季风气候。总体气候较为温暖、干燥，年平均气温为7.4℃，平均相对湿度为30% ～ 50%，全年降水量200 ～ 500 mm，干燥度为1.5 ～ 10，干湿指数3 ～ 7，≥10℃积温为2 177℃，无霜期133 d，全年日照时数在3 000 h 以上。拉萨地区地形地貌的基本特点是山峦重叠、山高坡陡、沟谷纵横、沟深谷狭，并且山上植物较少[8]。

图1 研究区范围及采样点

根据《西藏自治区土地利用总体规划(2006—2020 年)》，研究区农用地主要属于基本农田和一般农田，土地利用现状主要为水浇地。该区属于典型的农牧区，农业以种植业为主，粮食作物主要有小麦、青稞，经济作物主要有蔬菜、瓜类、油菜等；农用地土壤类型主要为潮土。潮土是河流沉积物受地下水运动和耕作活动影响而形成的土壤，土壤腐殖积累过程较弱，具有腐殖质层、氧化还原层及母质层等剖面层次，沉积层理明显[7]。它是拉萨河地区的主要农业耕作土壤。

1.2 样品采集

根据HJ/T 166—2004《土壤环境监测技术规范》[9]和DD2008—06《土地质量地球化学评估技术要求(试行)》[10]的相关要求，结合研究区河谷冲积平原的地形特点，按照拉萨河流向、农用地分布与集中情况将研究区划分为若干农用地块，采用分块随机布点法对土壤采样点进行布设，分块内采样点间距约500 m，共设置土壤采样点位124 个，如图1 所示。

每个点位采集表层土壤样品1 个，采样深度0 ～20 cm。同时，在有成片大面积较统一的作物种植的土壤采样点采集剖面样品，共采集剖面样品8 组(含小麦/青稞种植土壤剖面样品4 组、大棚蔬菜种植土壤剖面样品4 组)，采样深度0 ～ 120 cm。每个土壤剖面采集4 个样品，采样深度分别为：0 ～ 30、30 ～ 60、60 ～ 90 和90 ～ 120 cm。

每个采样点用GPS 记录坐标、高程，现场填写采样记录表、拍照和样品装袋编号。表层土壤采样时，需将土壤表面覆盖的植被、落叶等杂物清除，并采用木铲去除与金属采样器接触部分的土壤，最后用木铲自上而下刮取土壤。为增强取样的代表性，以取样点为中心按5 点混合四分法取样，每个土壤样品采集量约2 kg。土壤剖面采样自下而上进行，先采剖面的底层样品，再采中层样品，最后采上层样品。

1.3 样品检测

土样由西南冶金地质测试所进行分析检测，检测内容包括：pH、阳离子交换量、全硒、有效硒、全锗、有效锗、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、全氮、全磷、全钾，具体方法参照GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》[11]、HJT 166—2004《土壤环境监测技术规范》[9]等标准规范。其中，pH 采用电位法测定；全硒、全锗含量采用原子荧光法测定；有效锗含量采用10.0 g样品加20 ml 稀盐酸(1︰5)浸提，ICP-MS 测定；有效硒含量采用水浸提的水溶态硒和0.1 mol/L 磷酸二氢钾浸提的交换态硒之和表示；阳离子交换量采用铵盐快速法测定；碱解氮、全氮含量采用凯氏蒸馏法测定；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法测定；速效钾、全钾含量采用原子吸收分光光度法测定；有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；全磷含量采用HClO4-H2SO4消化分光光度法测定。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Miscrosoft Excel 2013 进行描述性统计，采用IBM SPSS 24.0 进行Pearson 相关性分析，采用SigmaPlot 12.0 进行数据制图，采用Surfer 14.0进行Kriging 插值分析。

2 结果与分析

2.1 土壤硒含量分析与评价

研究区土壤硒含量如表1 所示，可见，全硒含量介于0.026 ～ 0.198 mg/kg，平均值为0.083 mg/kg，全硒平均含量较背景值有所减少，并远小于我国土壤硒的平均含量0.29 mg/kg[12]。曲航等[13]研究指出西藏土壤硒含量平均值为(0.150 ± 0.084)mg/kg，由此，研究区土壤硒含量也仅为西藏土壤硒平均含量的一半左右。从变异系数看，研究区土壤硒含量的变异系数为0.32，表现为中等变异性，说明研究区土壤硒含量一定程度上受到人为活动影响。

表1 土壤硒、锗含量描述性统计

目前土壤硒含量未有一个全国性的丰缺标准，参考广西壮族自治区地方标准DB45/T 1442—2016《土壤中全硒含量的分级要求》[15]旱地土壤硒含量＞3 mg/kg 为过硒，0.49 ～ 3 mg/kg 为富硒，0.16 ～0.49 mg/kg 为足硒，＜0.16 mg/kg 为缺硒。研究区124个土壤样品中仅有4 个样品全硒含量处于足硒含量范围，其余120 个样品均为缺硒含量范围，如图2所示。研究区土壤样品有效硒含量介于0.001 1 ～0.009 2 mg/kg，平均值为0.003 7 mg/kg，土壤样品有效硒平均含量占全硒含量约 4.5%，变异系数为0.453，也表现为中等变异性。

图2 研究区土壤全硒含量散点图

2.2 土壤硒含量空间分布特征

研究区表层土壤全硒、有效硒含量平面等值图如图3 所示。研究区绝大部分土壤全硒含量＜0.16 mg/kg，表现为缺硒(图3A 中白色区域)，仅研究区中部往下一小面积区域的土壤有足硒特征(图3A 中浅灰色区域)，其面积仅占总面积的约1.0%。这与前人[12-13]对西藏高原缺硒的论述吻合。研究区土壤有效硒含量普遍较低，大部分地区均＜0.005 5 mg/kg，整体上南部稍多，南部主要为基本农田，结合土壤有效硒含量的中等变异性，说明该区域土壤有效硒含量受农业种植影响较大。

从硒的剖面分布看，研究区0 ～ 30 cm 深度土壤全硒含量介于0.047 ～ 0.102 mg/kg，平均值0.079 mg/kg；30 ～ 60 cm 土层介于0.055 ～ 0.116 mg/kg，平均值0.089 mg/kg；60 ～ 90 cm 土层介于0.07 ～ 0.13 mg/kg，平均值0.10 mg/kg；90 ～ 120 cm 土层介于0.052 ～0.117 mg/kg，平均值0.085 mg/kg，即研究区0 ～ 120 cm深度土壤全硒含量均低于背景值。土壤有效硒含量0 ～ 30 cm 土层介于0.003 1 ～ 0.007 1 mg/kg，平均值0.005 2 mg/kg；30 ～ 60 cm 土层介于0.002 8 ～ 0.009 4 mg/kg，平均值0.005 7 mg/kg；60 ～ 90 cm 土层介于0.002 2 ～0.007 7 mg/kg，平均值0.004 4 mg/kg；90 ～ 120 cm 土层介于0.001 2 ～ 0.005 5 mg/kg，平均值0.003 8 mg/kg，即研究区0 ～ 120 cm 深度土壤有效硒含量均较低。

2.3 土壤锗含量分析与评价

从表1 看，研究区土壤全锗含量介于0.91 ～ 1.62 mg/kg，平均值为1.27 mg/kg，均低于背景值，略高于世界土壤锗元素平均值(1.0 mg/kg[6])，低于我国土壤锗元素平均值(1.7 mg/kg[6])。从变异系数看，研究区土壤样品全锗含量变异系数为0.102，近弱变异性，说明受人为活动影响较小。

当前对富锗土壤尚无一个权威性的规范或标准，2017 年曾妍妍等[6]暂定新疆土壤富锗标准为1.3 mg/kg。研究区124 个土壤样品中，全锗含量≥1.3 mg/kg 的样品有54 个，比例达43.5%，如图4 所示。研究区80% 的土壤样品全锗含量集中在1.09 ～ 1.42 mg/kg，土壤富锗情况较好。研究区土壤有效锗含量介于0.006 ～ 0.034 mg/kg，平均值为0.013 mg/kg，80% 的土壤样品有效锗含量集中在0.008 ～ 0.017 mg/kg，有效锗含量占锗总量约1%，变异系数为0.323，表现为中等变异性。

2.4 土壤锗空间分布特征

研究区土壤锗空间分布情况如图5 所示。研究区大部分土壤全锗含量≥1.3 mg/kg，表现为富锗(图5A中深灰色区域)，面积约占研究区总面积的55.6%。说明研究区具有富锗土壤开发的潜力，可以考虑富锗农牧产品的开发与推广。研究区土壤有效锗含量普遍较低，大部分地区均＜0.018 mg/kg；高值主要集中在研究区中部拉萨河西侧，该区主要为大棚蔬菜种植，结合研究区土壤有效锗含量的中等变异性，说明该区域土壤有效锗含量受大棚种植影响较大。

从锗的剖面分布看，研究区土壤样品全锗含量0 ～ 30 cm 土层介于0.99 ～ 1.44 mg/kg，平均值1.27 mg/kg；30 ～ 60 cm 土层介于1.23 ～ 1.39 mg/kg，平均值1.30 mg/kg；60 ～ 90 cm 土层介于1.04 ～ 1.37 mg/kg，平均值1.25 mg/kg；90 ～ 120 cm 土层介于1.20 ～1.40 mg/kg，平均值1.30 mg/kg。可见，研究区不同深度土壤均具有富锗特征，也进一步说明研究区土壤富锗情况较好。研究区有效锗含量0 ～ 30 cm 土层介于0.009 ～ 0.025 mg/kg，平均值0.013 mg/kg；30 ～ 60 cm土层介于0.011 ～ 0.021 mg/kg，平均值0.016 mg/kg；60 ～ 90 cm 土层介于0.010 ～ 0.023 mg/kg，平均值0.017 mg/kg；90 ～ 120 cm 土层介于0.010 ～ 0.023 mg/kg，平均值0.015 mg/kg，即研究区0 ～ 120 cm 深度土壤有效锗含量变化较小。

图3 研究区土壤全硒(A)、有效硒含量(B)平面等值线图

图4 研究区土壤全锗含量散点图

2.5 相关性分析

硒在岩石-土壤-植物-动物(人)间循环，有效硒主要发生在土壤-植物这一环节。作为息息相关的硒循环体系中的某一特定组分，硒的有效性必然受岩矿类型、土壤母质、土壤理化性质甚至植物种类的影响[16]。母质是土壤形成的基础，前人研究表明由于母质的差异致使土壤特性存在着很大变异[17-19]。由于研究区地属拉萨河谷冲积平原，土壤主要为潮土，母质较为一致，本文仅从土壤理化性质和土壤肥力角度研究分析研究区土壤硒、锗的相关性。前人已明确提出土壤理化性质是影响硒的有效性的主要因素之一[12]。但在土壤锗相关性研究方面尚少见报道。

表2 为研究区土壤硒、锗含量与土壤基本性质的Pearson 相关分析结果。从表2 可见，研究区土壤全硒含量与有效锗、全磷、碱解氮、有机质、全氮含量及阳离子交换量(CEC)存在极显著的正相关关系(P＜0.01)，与全钾含量存在极显著的负相关关系(P＜0.01)，与全锗含量存在显著的正相关关系(P＜0.05)，与有效硒、有效磷、速效钾含量和pH 不存在显著的相关关系。研究区土壤有效硒含量与全硒、全锗、有效锗、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、全氮含量及阳离子交换量和pH 均不存在显著的相关关系。

图5 研究区土壤全锗(A)、有效锗含量(B)平面等值线图

表2 表层土壤硒、锗含量和土壤基本性质的Pearson 相关性

王琪等[12]研究表明，土壤pH 是影响土壤中硒含量的一个重要因素，中性和酸性土壤中硒的有效性明显低于碱性土壤，而在碱性土壤中硒主要以溶解性高的硒酸盐形式存在[20]。有机质也是影响土壤硒全量及其有效性的重要因素。有机质对硒的生态效应的影响具有两重性，一方面有机质矿化过程会释放出硒而增强其有效性，另一方面有机质对土壤溶液中硒有较强的固定能力，从而影响硒的传输[21-22]。

在土壤硒含量方面，从表2 可知研究区土壤全硒、有效硒含量均与pH 表现为负相关性。研究区土壤pH 介于4.00 ～ 9.00，平均值为7.77，中数为8.03，土壤大部分为碱性。资料显示，土壤偏碱性有利于提高植物对土壤中硒的吸收和利用[23]。但是，从显著性P(0.308 和0.848)和相关性大小(–0.092 和–0.017)看，研究区土壤全硒、有效硒含量与pH 不存在显著的相关关系，与前人论述相悖。反之，研究区土壤全硒含量与CEC 存在显著的强相关关系，相关性程度最大，与有机质含量存在显著的中等相关关系，相关性程度其次。CEC 的大小，基本上代表了土壤可能保持的养分数量，即保肥性的高低。研究区土壤样品CEC 介于1.96 ～ 13.37 cmo/kg，平均值为7.39 cmol/kg。研究区土壤样品有机质介于3.21 ～ 47.73 g/kg，平均值为16.98 g/kg。参照全国第二次土壤普查对农田土壤养分分级相关标准，研究区土壤CEC 处于较低水平，土壤有机质处于中等水平，说明研究区土壤保肥性偏低。研究区土壤全硒含量与CEC 存在显著的强相关关系说明，研究区土壤硒易随土壤肥力改变而流失。研究区土壤平均全硒含量也仅为西藏土壤硒平均含量的一半左右，也说明区内土壤硒含量受农业种植影响较大。

在土壤锗含量方面，从表2 可知研究区土壤全锗含量与有效锗、钾、碱解氮、有机质、全氮含量及CEC 存在极显著的正相关关系(P＜0.01)，与pH 存在极显著的负相关关系(P＜0.01)；与全硒、有效磷含量存在显著的正相关关系(P＜0.05)；与有效硒、速效钾含量不存在显著的相关关系。研究区土壤有效锗含量与全硒、全锗、全磷、碱解氮、速效钾、有机质、全氮含量及CEC 存在极显著的正相关关系(P＜0.01)，与pH 存在极显著的负相关关系(P＜0.01)，与有效硒、全钾、有效磷含量不存在显著的相关关系。锗在土壤中主要以残渣态、酸可提态和有机结合态形式存在，土壤有机质能富集锗[24]。研究区土壤全锗、有效锗含量均与pH 表现为极显著的负相关关系，与锗在土壤中酸可提态的主要存在形式吻合。研究区土壤全锗、有效锗含量与有机质含量均为极显著的中等程度正相关关系，与研究区土壤中等水平的有机质含量吻合；研究区土壤全锗、有效锗含量与CEC 均为极显著的正相关关系，也说明研究区土壤锗易随土壤肥力改变而流失。

3 结论

1)西藏拉萨至曲水拉萨河沿岸农用地绝大部分土壤全硒含量＜0.16 mg/kg，仅有一小面积土壤有足硒特征，其面积仅占总面积的约1.0%，土壤平均全硒含量也仅为西藏土壤硒平均含量的一半左右；土壤有效硒含量普遍较低，约占硒总量的4.5%。研究区大部分土壤全锗含量≥1.3 mg/kg，表现为富锗，面积约占研究区总面积的55.6%；土壤有效锗约占锗总量的1%。研究区具有富锗土壤开发的潜力，可以考虑富锗农牧产品的开发与推广。

2)在土壤剖面上，研究区绝大部分区域0 ～ 120 cm 深度土壤均表现为缺硒，而大部分地区0 ～ 120 cm深度土壤均具有富锗特征。

3)相关分析表明，研究区土壤全硒含量与阳离子交换量存在显著的强相关关系，土壤全硒、有效硒含量与pH 均不存在显著的相关关系。土壤全锗、有效锗含量与碱解氮、有机质、全氮含量及阳离子交换量存在极显著的正相关关系，土壤全锗、有效锗含量均与pH 表现为极显著的负相关关系，土壤锗与有效锗含量之间存在极显著的正相关关系。