桂平富硒土地改良效果初步对比研究

凌尔仲，陈远荣，密静强，于 浩，王延俊

桂平富硒土地改良效果初步对比研究

凌尔仲，陈远荣，密静强，于 浩，王延俊

（桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541006）

桂平富硒土地中大量含有As、Cd、Pb等有毒有害元素，对于如何降低有毒有害元素含量和提高Se的利用率，成为了生态农业和土地改良中所关注的焦点。此次土地改良是使用石灰加有机肥相混合的方式，通过对桂平地区水稻、花生、火龙果等种植区土地改良前后的土壤和植物样品进行分析，结果显示：①改良后植物组织及果实中的Se含量均有所提高；②植物组织及果实对As、Cd、Pb的吸收量减少。As、Cd更多地被固定在土壤中，它们在土壤中的含量增加，而土壤中的Pb含量变化不大。这表明，桂平富硒土地通过改良能较好地提高硒的利用率，并为大规模富硒产业的培育提供技术保障。

富硒土地；有毒有害元素；土地改良；硒利用率；桂平

硒（Se）是维持生物细胞正常功能所必需的微量元素，具有抗氧化、提高人体免疫力、维持甲状腺发挥正常作用、预防心血管疾病等诸多功能（H. Skrode et al.，2017）。缺硒会引起心肌坏死、萎缩、软骨组织坏死、甲状腺肿大等多种病症（Ying, H et al.，2012）。Se元素是无法被人体自主合成的，人体本身需要硒的总含量约为15mg，为了维持硒的正常水平，就需要从食物中获取（Smits, J.E et al.，2019），而绝大多数食物中的硒又是通过从土壤中迁移而来的。广西桂平土地富硒，2013年至2017年，广西地质调查研究院做了相关研究（柴龙飞等，2019；刘华应等，2020；蒋惠俏等，2020），显示从大瑶山南部至贵港平南一带土壤富含Se元素，土壤中的砷、铅、镉（As、Pb、Cd）等有毒有害元素含量较高或超标。由于农作物中的重金属超标会使植物细胞的分裂和生长会受到抑制，降低某些酶的活性，影响其阻止蛋白质的合成，从而使农作物的生长发育受到抑制（詹翼达等，2019）。因此，在富硒土地资源开发利用的过程中，要保证富硒土壤能够得到充分利用，还要避免土壤中因有毒有害元素含量过高而导致作物果实的限量指标超标，于是需对富硒土壤进行改良，这对于相关农业、种植业乃至养殖业的规模开发与利用均具有重要的现实意义。

表1 土壤Se含量等级划分

资料来源于《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）

1 研究区概况

桂平位于广西的中东部，地处浔郁平原核心地带，黔江、郁江、浔江在城区交汇，北回归线横贯市境中部，市境地势为南北两端高，向中部平原倾斜，总体上山地丘陵较多，平地稍少。年平均气温21.6℃，年平均降雨量1682.6mm，年平均相对湿度79.4%，年平均日照时数1596h（广西气候中心，2007）。桂平市是广西第一人口大县，粮食作物播种面积和总产量位居广西县域第一，还是广西最大的玉桂、荔枝、淮山和米粉等农副产品种植和加工基地，素有广西“鱼米之乡”的美誉（郭映云等，2020）。

试验区位于桂平市的石龙镇、厚禄乡和石咀镇三地，在这三处试验区里分别种植火龙果、水稻和花生。根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）制定的硒养分地球化学等级划分标准（中华人民共和国国土资源部，2016），试验区土壤中平均Se含量为0.74mg/kg，Se含量等级划分为“高”（见表1），属于富硒土地。但有毒有害元素As、Pb、Cd的含量较高或超标。改良前（2018年8月），花生的Pb含量超过了《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762-2017）中规定的限量指标（中华人民共和国卫生部，2017）。水稻和花生的As含量较高，但未超过国家规定限量。火龙果因为当时（2018年8月）还没结果，所以将2018年12月采摘的批次作为改良前的植物样。

2 研究方法及样品的采集、分析

2.1 土地改良方法

2.1.1 施加硒肥

富硒有机液体肥料Se含量约30%，有机质的含量20%，Fe、Zn、Mg等微量元素各占1%左右，其余为水溶液（林德恩，2018）。将肥料稀释1/500后洒在土壤上翻土。按此方法配比的硒肥可以提高土壤的pH值，也利于植物的吸收。

2.1.2 施用农家肥

为了避免土壤中重金属等有毒有害元素的污染，在土地改良中通常使用农家肥。相比化肥，农家肥中的有毒有害元素含量很低，且含有较多的有机物质，这些有机物质容易与重金属元素结合而形成金属硫化物沉淀（谢玉峰等，2020）。另外，农家有机质肥料可以提高土壤肥力，促进作物生长（Anshori等，2021）。

2.1.3 喷洒石灰水

Cd、Pb元素在酸性土壤中的含量高，喷洒石灰水可提高土壤pH值，降低土壤中的Cd、Pb元素含量；使重金属形成沉淀，有效降低重金属生物可利用性（董海霞等，2016；李光辉等，2021）。根据研究（黄柏豪等，2020），生石灰每季施用量1500～3000 kg/hm2范围为佳。

2.1.4 生物修复法

生物修复法是在修复区中种植各种植物、引入蚯蚓、喂养家禽或放牧等方法来进行土地改良（董振洁等，2020；秦广震等，2021；朱晓亚等，2020），如蚯蚓可改善土壤氧化条件。种植牧草，如宽叶雀稗、巴拉草、狗尾草、柱花草、木豆、三叶草的种植等可以提高土壤中的速效磷、速效氮、有机质含量和土地水涵养性，也可以降低As、Hg、Cr元素的含量（张俊鹏等，2007）。适当进行家禽的喂养和放牧可以消减草地群落的冗余程度，使土壤的养分循环加快，有利于土壤微生物的繁殖，促进土壤有机质、铵态氮和有效磷含量的增加（李燕等，2020；毕道杰，2018）。

图1 桂平富硒土地采样位置图

试验区土地改良方法及时间选择如下：

岭南地区土壤矿物成份风化，大量钾、钠等碱金属及部分钙、镁离子流失，使土壤显酸性。而在中国南方地区高氧化与酸-弱酸性的环境条件下，有利于重金属的活化，使得As、Pb、Cd等有毒有害元素更容易迁移到植物躯干和果实中，从而引起植物中的机体组织和果实的有毒有害元素含量超标。对此，本次桂平富硒土地改良所采用的是熟石灰与有机肥相结合的方法。即将生石灰加水堆沤几天变成熟石灰后，再与农家肥（主要为牛粪）按一定比例混合堆沤一星期，后在试验区所种植物的扬花期，将其按一定的量施洒于植物根系周围的土壤中。土壤酸碱度（pH值）对作物生长至关重要，直接影响到土壤养分的有效性和重金属形态与活性（曾琴琴等，2019）。本次改良利用熟石灰pH值为12的强碱性，将土壤中的pH值由原来的酸-弱酸性调节为中性、弱碱性，后与OH-结合形成难溶的氢氧化物固定于土壤中，从而抑制As、Pb、Cd等有毒有害元素在土壤中的迁移性和生物有效性，减少其进入植物躯干和果实的量。同时，对人体健康有益高价态（正6价）硒离子在碱性条件下，易于在果实中富集，因而这种土壤改良方法对硒的利用是有益的。虽然石灰添加可能会导致土壤板结（胡雪芳等，2018）及钙、钾、镁等营养元素平衡失调（矫威，2014），但将与有机肥混合调节后，则可消除弊端，同时提升土壤肥力。

改良时间选在植物生长的扬花期的原因是：这样既可抑制As、Pb、Cd等有毒有害元素在植物扬花至果实形成阶段进入植物果实的含量，又能减少石灰的用量，节约土壤改良的成本，从而提高经济效益。

2.2 采样及分析

试验采样的地点位于广西桂平市的石咀镇、石龙镇和厚禄乡的峡口村三地，如图1所示。采取样品包括土样和植物样。

2018年8月，在试验区采集土地改良前的原始样品：①在石龙镇公路边取了3个土样和1个植物样。所采的土样位于火龙果基地，该处土壤呈红褐色，黏土，不含砂砾，无杂质，采样深度约25cm，每个土样重约600g；所采的植物样为火龙果苗，同样取自该处的火龙果基地。②在石咀镇取了3个土样和2个植物样。所采的土样位于花生种植基地，该处土壤呈灰褐色，黏性一般，含细砂，采样深度10～15cm，每个土样重约600g；所取的植物样为当地村民已采的花生，将其分成花生仁和花生壳进行实验分析。③在峡口村一带取了3个土样和2个植物样。所采的土样位于峡口村水稻种植基地，该处土壤呈灰褐色，黏性较强，不含砂砾，采样深度20～25cm，每个土样重约600g。于一水稻加工基地取得大米和糠作为植物样。

后于2018年12月采集土地改良后的样品：①在石龙镇的火龙果基地取了改良后的2个土样、2颗火龙果和2棵火龙果苗植物样，土壤与8月份的相比，颜色、粒度、黏度变化不大，为红褐色黏土。②在石咀镇取了改良后的花生仁、花生壳植物样各1个，土样2个，土壤呈灰褐色，但较改良之前的颜色更浅，黏性一般，含细砂。③在峡口村取了改良后的原生大米、糠植物样各1个，土样2个，土壤为灰褐色黏土，不含砂砾，与改良前的颜色、粒度、黏度变化均不大。

土地改良前后在试验区采样情况如表2所示。

表2 试验区采样情况

样品采集完成后，分析由桂林矿产地质研究院分析测试中心承担，利用原子荧光光谱法（AFS）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测试了土壤样和植物样的Se、As、Pb、Cd等元素的含量。各元素的分析方法见表3。

表3 样品分析方法

3 分析结果

3.1 土壤样品各元素含量对比分析

（1）全Se含量对比结果：在土地改良后，石咀、峡口、石龙三地土壤全Se含量都较土地改良前有所提高，石咀花生种植区土壤全Se含量由0.33mg/kg提高到1.15mg/kg，增加了248%，Se含量等级由“适量”变至“高”（表1、表4）；峡口水稻种植区土壤全Se含量由原先的0.42mg/kg提高到1.42mg/kg，增加了238%；石龙火龙果种植区的土壤全Se含量略有提高，由之前的1.46mg/kg提高到1.5mg/kg，增加了2.7%。根据三地Se的增加幅度，由大到小分别为：石咀>峡口>石龙。其中石咀、峡口两地土壤Se含量有大幅度的提高，且增加幅度相近。究其原因可能是峡口和石咀种植区在植物扬花后施用了含硒的叶面肥，而石龙的火龙果种植区没有施用。

在As、Pb、Cd三种有毒有害元素中，除了Pb在土壤中的含量变化不大以外，As、Cd在很大程度上被固定在土壤中，它们在土壤中的含量增加。在不同试验区中增加的幅度不同。

（2）As含量对比结果：As是一种变价元素，具有与重金属元素相似的化学性质，它可以以吸附、络合等方式与土壤中的其他组分发生反应。本次的初步改良，As因为络合作用，形成了难溶于水且难被植物吸收的臭葱石形式而被固定在土壤中。通过对比发现，石咀、峡口、石龙三地土壤As含量较改良前都有不同幅度的增长。石咀As含量由233 mg/kg升高到530 mg/kg，增加了127%；峡口As含量由251.67 mg/kg升高到499mg/kg，增加了98%；石龙As含量由409.67 mg/kg升高到563.5mg/kg，增加了38%。土壤中As含量的增加，反应了As在土壤中的活性被抑制，迁移困难，植物对As的吸收量减少。

表4 采样区改良前后土壤中各元素含量（mg/kg）

（3）Cd含量对比结果：土壤中Cd的含量较改良前也有所增长，但幅度小于As。石咀Cd含量由0.86 mg/kg升高到1.01mg/kg，增加了17%；峡口Cd含量由1.09mg/kg升高到1.33mg/kg，增加了22%；石龙Cd含量由1.0mg/kg升高到1.4mg/kg，增加了40%。与As相似，这反映了Cd在土壤中的活性受到抑制，其迁移到植物中的量减少。

（4）Pb含量对比结果：与As和Cd元素在土壤中的增加不同，Pb元素在土壤中的含量整体上变化不大，尽管略有减少，但幅度并不大。峡口Pb含量由284.33mg/kg降低到262mg/kg，减少了8%；石龙Pb含量由435mg/kg降低到406mg/kg，减少了7%；石咀的Pb含量升高了，由四个月前的102.33 mg/kg升高到113.5 mg/kg，增加了11%，增加的幅度不大。

对不同地区土地改良前后土壤中各元素含量的对比结果如表4、图2所示。

图2 改良后土壤样中各元素增加幅度

3.2 植物样品各元素含量对比分析

（1）全Se含量对比结果：土地改良后，所有农作物的Se含量都升高。石咀花生壳中全Se含量由原来的0.11 mg/kg升高到0.14mg/kg，增加了27%；花生仁中全Se含量由原来的0.23 mg/kg升高到0.28mg/kg，增加了22%。石龙火龙果苗从0.58 mg/kg升高到0.68mg/kg，增加了17%。峡口大米从0.26 mg/kg升高到0.35mg/kg，增加了35%；糠从0.12mg/kg升高到0.21mg/kg，增加了75%。对比可知，虽然水稻和花生的全Se含量较少，但提升幅度较大。火龙果苗全Se含量最大，但提升幅度稍小。2018年12月采摘的火龙果为第一批次，故没有对照组，其Se含量为0.70mg/kg。由表5可知，这些农作物果实（大米、花生仁、火龙果）具有很高的Se含量，根据《富硒含硒食品与相关产品硒含量标准》（DB61/T556-2018）（陕西省质量技术监督局，2018），它们可被用来加工成富硒食品。从作物的作物果实及果壳、苗等组织（花生、水稻、火龙果苗）来看，Se增加幅度由大到小分别为：水稻>花生>火龙果苗。三种有毒有害元素As、Pb、Cd在各农作物果实及幼苗中都有所减少，减少幅度不一。

表5 植物样品中硒含量与富硒含硒食品硒含量标准的对比

资料来源于实验室测量和《富硒含硒食品与相关产品硒含量标准》（DB61/T556-2018）

三种有毒有害元素As、Pb、Cd在各农作物果实及果苗中都有所减少，减少幅度不一。

（2）As含量对比结果：经过四个月改良后，石咀花生壳的As含量由改良前的0.13 mg/kg降低到改良后的0.11mg/kg，减少了15%；花生仁从0.09mg/kg降低到改良后的0.07mg/kg，减少了22%。峡口大米从0.14mg/kg降低到改良后的0.11mg/kg，减少了21%，其改良前后均未超过As限量（表6）；糠从0.15mg/kg降低到改良后的0.12mg/kg，减少了20%。石龙火龙果苗As的平均含量由之前的0.11mg/kg降低到0.09mg/kg，减少了18%。改良前火龙果的As含量为0.13mg/kg。整体来看，火龙果苗、水稻和花生的As含量都降低，约为20%。相对来说，As的降低幅度由大到小分别为：花生>水稻>火龙果苗。

表6 植物样品中砷含量与食品砷限量指标的对比

注：资料来源于实验室测量和《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762-2017）

表7 植物样品中铅含量与食品铅限量指标的对比

（3）Pb含量对比结果：石咀花生壳的Pb含量由改良前的0.21 mg/kg降低到改良后的0.13mg/kg，减少了38%；花生仁中的Pb含量则由0.31 mg/kg降低到0.12mg/kg，减少了61%。峡口大米中的Pb从0.04mg/kg降低到改良后的0.03mg/kg，减少了25%；糠从0.03mg/kg降低到改良后的0.01mg/kg，减少了67%。石龙火龙果苗中Pb的含量从0.12mg/kg降低到0.10mg/kg，减少了17%。由此可见，对于各植物中Pb含量都有所减少，其中花生仁和米糠的降幅最大。在这些作物果实及果壳、苗等组织中，Pb的降低幅度由大到小分别为：花生>水稻>火龙果苗，在土地改良后，虽然改良前的火龙果Pb含量超标，为0.14 mg/kg，但花生中的Pb含量已低于国家规定的Pb限量值（表7），对花生的改良效果最为明显。

表8 植物样品中镉含量与食品镉限量指标的对比

资料来源于实验室测量和《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB2762-2017）

（4）Cd含量对比结果：石咀花生壳的Cd含量由改良前的0.15 mg/kg降低到改良后的0.12mg/kg，减少了20%；花生仁中的Cd含量由0.12 mg/kg降低到0.09mg/kg，减少了25%。峡口大米的Cd含量从0.15mg/kg降低到改良后的0.09mg/kg，减少了40%；糠从0.23mg/kg降低到改良后的0.10mg/kg，减少了57%。由表8可知，大米和花生仁的Cd含量都未超过国家规定的Cd限量值。石龙火龙果苗中的Cd含量从0.11mg/kg降低到0.09mg/kg，减少了18%。改良前火龙果Cd含量为0.12 mg/kg，超过国家规定的限量值。总体上，Cd的降低幅度由大到小分别为：水稻>花生>火龙果苗，对水稻的改良效果尤为明显。

（5）由表9可知，在石龙火龙果中，虽然As、Pb、Cd含量均比改良前后火龙果苗的高，但根据改良后火龙果苗的As、Pb、Cd含量比改良前火龙果苗的低，推测之后生长出的火龙果中的有毒有害元素会低于这批次的火龙果（2018年12月）。值得作进一步的深入研究。

图3 改良后植物样中各元素增减幅度

采样区土地改良前后植物样中各元素含量的对比结果如表8、图3所示。

表9 改良前后植物样中各元素含量（mg/kg）

4 结论

（1）经过土地改良后，有毒有害元素As、Cd、Pb形成难被植物吸收价态，其活性降低被固定在土壤中。Pb含量的变化不如As、Cd的明显。

（2）在土地改良后的植物组织中，所有农作物的含Se量都有升高，其中花生仁和大米提高幅度尤为明显。有毒有害元素As、Cd、Pb在花生、水稻、火龙果苗中都有所下降，其中花生仁中的Pb含量下降幅度较大；大米中的Cd含量下降幅度较大。

（3）在四个月时间内，虽然只做了第一阶段的土壤改良试验，但桂平富硒土壤改良已经取得了初步成效，为推广试验、深入研究提供了样本和参考。建议今后加大试验范围、增加试验的植物品种，并扩大试验条件（包括试验时间、石灰与有机肥用量）与试验效果对比。

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A Preliminary Study of Improving Effect of Se-rich Soil in Guiping, Guangxi

LING Er-zhong CHEN Yuan-rong MI Jing-qiang YU Hao WANG Yan-jun

(School of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541006)

The Se-rich soil in Guiping, Guangxi is rich in poisonous and harmful elements such as As, Cd and Pb. It has become a focus in ecological agriculture to reduce the content of the poisonous and harmful elements and enhance the utilization ratio of Se. The method of soil improvement is to use lime-organic fertilizer mixture. The soil and plant samples in the rice, peanut, and pitaya growing areas before and after soil improvement in Guiping are analyzed, respectively. The results show that after soil improvement, content of Se in fruits and seedlings increases, while contents of As, Cd and Pb reduces which indicates that utilization ratio of Se increases.

Se-rich soil; poisonous and harmful elements; soil improvement; utilization ratio of Se; Guiping

P595；S153

A

1006-0995（2022）02 -0275-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.019

2021-06-19

中国铝业股份有限公司攻关课题“平果铝土矿沉积型矿化成矿规律与找矿方法试验及预测（gxzz201904）”资助

凌尔仲（1997-），男，广西南丹人，硕士研究生，研究方向：地球化学

陈远荣（1963-），男，广西桂平人，博士，教授，研究方向：地球化学