重庆市蔬菜地土壤硒含量及其影响因素分析

张 含，龚 敏，石汝杰

（重庆三峡学院生物与食品工程学院，重庆 404120）

0 引言

硒(Se)是在20世纪70年代确认的在人生命过程中必不可少的一种微量元素，缺硒会引起克山病、大骨节病、急性白肌病等疾病，适当补充硒元素不仅能保护肝脏，防治心脏病、糖尿病、胃病，还有改善免疫功能、提高抵抗力、增强机体抗氧化能力以及防止癌细胞的转移等作用[3]。硒对植物的生长发育同样具有重要的意义，适度施硒可增强植物的光合作用从而起到增产的效果，还可增强植物的抗逆性以及抗氧化能力[4]。植物体内硒含量主要与生长环境和自身属种有着一定的关系，梁东丽等[5]指出土壤有效硒更易于被植物所吸收利用，但其有效性除了与土壤总硒含量相关，还受到土壤的理化性质、环境因素和土壤中的有机质、矿物质等因素的影响。陈继平等[6]指出土壤硒的有效性与土壤pH呈显著性相关，在偏碱性的土壤条件下硒的生物有效性较高。中国约72%的地区属于缺硒或严重缺硒的地区[2]，重庆市分布面积最广的土壤为紫色土，其全硒含量处于低—中等水平[1]。笔者对重庆市部分区县蔬菜地耕作层土壤硒元素的含量及其影响因素进行研究，旨在为当地开发富硒蔬菜、促进富硒农业产业发展提供理论依据以及实践参考。

1 材料与方法

1.1 采样区概况及土壤特征

本研究采样点包括重庆市永川区、巴南区、梁平区、奉节县、丰都县、万州区及九龙坡区，采用GPS定位采集28份具有一定代表性的蔬菜地耕作层(0～25 cm)土壤样品，其中，永川区6个、巴南区4个、梁平区3个、奉节县5个、丰都县3个、万州区5个、九龙坡区2个。主要土壤类型为紫色土、黄壤、石灰土、水稻土。

1.2 土样采集及分析方法

土壤样品采集方法依据《农田土壤环境质量监测技术规范》(NY/T 395—2012)中的原则进行采样。土壤pH依据《土壤pH的测定》(NY/T 1121.2—2006)中的电位法进行测定；有机质测定依据《土壤有机质的测定》(NY/T 1121.6—2006)；采用半微量凯氏定氮法测定了土壤全氮含量；全硒的测定依据《土壤中全硒的测定》(NY/T 1104—2006)中的原子荧光光谱法进行；依照《土壤有效硒的测定》(NY/T 3420—2019)测定土壤的有效硒含量。

1.3 数据处理

采用Excel软件进行数据分析，采用IBM SPSS Statistics 23软件进行数据的相关性分析，使用DPS数据处理系统对数据进行灰色关联分析。

2 结果与分析

2.1 蔬菜地土壤全硒和有效硒含量特征

表1可以看出，采样点土壤全硒含量平均值为0.22 mg/kg，略高于全国土壤背景值(0.215 mg/kg)[7]。同时，土壤的全硒和有效硒含量的变异系数均大于50%（表2），分异显著，说明各区县硒含量差异较大，其分布受到不同地区土壤空间结构的影响较大，且具有一定的随机性。依据《土地质量地球化学评价规范》(DZT 0295—2016)对调查区的全硒含量进行等级划分（表3），土壤硒缺乏的含量范围为小于（等于）0.125×10-6mg/kg，处在边缘状态的含量介于0.125×10-6～0.175×10-6mg/kg之间，适量硒的含量在介于0.175×10-6～0.40×10-6mg/kg之间，高硒状态为含量介于0.40×10-6～3×10-6mg/kg之间，在全硒含量大于3×10-6mg/kg时为硒过剩状态。从整体来看，调查区耕地层整体土壤硒含量处在适量水平的样品数为12个，占比42.86%；其次有9个采集样品为缺硒土壤，占比32.14%；存在潜在性硒含量不足的地区的样本数有5个，占比17.86%；富硒地区样本数有2个，占比7.14%。有效硒含量的等级划分参考了《环境硒与健康》中提及的标准[8]，结果如表4所示，调查区耕地层的土壤样本有57.14%达到了高或过剩水平，其中50%的土壤样本的有效硒含量达到了高水平，处于有效硒含量过剩状态的土壤样本占比7.14%；28个土壤样本里有5个土壤样本的有效硒含量为中等水平，占比17.86%；处于边缘水平的土壤样本数有7个，占比25%。研究结果表明，重庆蔬菜地土壤的有效硒含量高且分布广泛，对于富硒土壤以及富硒农产品的开发来说意义重大。

表1 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤全硒含量统计分析结果

表2 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤有效硒含量统计分析结果

表3 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤全硒含量等级划分

表4 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤有效硒含量等级划分

2.2 蔬菜地土壤pH、有机质和全氮含量特点

2.2.1 土壤pH土壤pH通过影响土壤里养分有效性、调节氧化还原电位和黏土矿物吸附量，从而间接影响到作物的生长发育[10]。pH不仅对硒的价态和生物有效性起着重要的控制作用，而且还对土壤硒的形态的变化产生直接影响，其表现在土壤酸碱性不同的状态下，硒元素与土壤组分等吸附和解吸过程受到一定影响[11]。有研究表明，硒在土壤中的主要赋存形态为亚硒酸盐(SeO32-)，主要存在于酸中性土壤以及温带湿润地区的土壤中，而在碱性和通气状况良好的土壤条件下亚硒酸盐易被氧化成硒酸盐(SeO42-)，也是土壤中硒的最高价态，硒酸盐更容易迁移淋溶，也更容易被植物吸收[12]。

从表5可以看出，中性土壤样本数14个，占比50%；碱性土壤样本数为8个，占比28.57%；酸性土壤样本数为6个，占比21.43%。杜德峰等[14]研究表明，土壤pH与表层土壤全硒含量呈显著负相关状态；牛忠磊等[15]采用相关分析法分析，认为土壤硒水平与pH的变化趋势一致，呈显著正相关。由此看来，不同地区之间受多种因素影响下土壤硒和pH之间的关系呈现出一定的差异性。

表5 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤pH等级划分

2.2.2 土壤有机质 土壤有机质可以被微生物分解释放出更多的硒[16]，增强土壤硒的吸附和固定能力[17]。从表6可以看出，研究区蔬菜地土壤有机质含量大多处于较缺乏状态，占比57.14%，其次是缺乏状态，占比17.86%，其中中等和较丰富状态的土壤有机质含量分别占比14.23%、10.71%，无丰富状态土壤。从表7可以看出，调查区土壤有机质含量的变异系数大于50%，呈高度变异状态，这也就表示不同地区土壤的有机质含量存在着一定的差异性。从各区县的最大值和最小值也能看出，即使在同一地区地块不同也存在着较大的差异，说明近年来的人工培肥对土壤肥力产生了较大的影响[18]。

表6 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤有机质含量等级划分

表7 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤有机质含量统计分析结果

2.2.3 土壤全氮 由表8可知，调查区整体土壤全氮含量大部分处于缺乏状态，样品数11个，占比39.28%；其中全氮含量处于较缺乏、中等以及丰富状态的样品数均为5个，分别占比17.86%；仅有2个土壤样品的全氮含量为较丰富状态，占比7.14%。而从表10亦可看出，调查区整体土壤全氮含量的变异系数达到了188%，属于强变异。这种现象出现的原因可能与不同的地区之间地域跨度较大，以及气候、地形、水文、耕作方式、劳动力素质、农业基础设施建设、农业投入等因素有着较大的关系，所以在客观上形成土壤性状较大的空间分异[18-20]。

表8 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤全氮含量等级划分

2.3 土壤硒含量与其他土壤理化性质的相关性分析

由表10可知，本调查区内的土壤全硒和有效硒含量的相关性达到了极显著水平，相关系数为0.84(P＜0.01)，说明动植物能从这些全硒含量高的土壤中摄取到更多的硒[9]。但土壤全硒及有效硒含量与pH、土壤有机质和全氮的相关性并不显著，可能与不同地区的土壤类型、成土母质的制约、水文以及气候等多种因素的影响有关。

表10 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤全硒、有效硒与有机质和全氮之间的相关性

由于各地区土地的地质地球化学背景、耕作条件和利用方式的不同，在气温、降水和人类活动等因素的影响下，土壤中的一系列生物和理化过程呈现一定的差异，使得土壤全硒含量受到一定程度的影响，主要体现在硒元素的流失与富集[11]。从表11可以看出，各区县采集的土壤样品全硒以及有效硒与pH、土壤有机质和全氮都呈极显著或显著相关的关系，也就是说土壤的全硒和有效硒含量随pH、有机质和全氮含量的增加而增加。

表11 调查区各区县内土壤全硒、有效硒与pH、有机质和全氮的相关性

为明确各因素对土壤全硒及有效硒含量的影响效应，使用灰色关联分析法对土壤全硒及有效硒与pH、有机质和全氮进行分析，结果见表12。在各区县内所采集的土壤样本全硒含量与土壤理化性质关联系数的大小排序中，永川区、巴南区与奉节县均是有机质＞全氮＞pH，说明3个区县土壤全硒含量影响最大的因素为有机质，其次为全氮，pH影响最小；在万州区与九龙坡区的土壤中，对全硒含量影响最大的因素为pH，其次为全氮，影响最小的为有机质，关联系数大小排序均为pH＞全氮＞有机质；土壤全硒含量受全氮影响最大的2个区县分别为梁平区和丰都县，其中梁平区的关联系数排序为全氮＞有机质＞pH，丰都县的关联系数排序为全氮＞pH＞有机质。土壤全硒含量并不代表土壤中有效硒的含量，所以与植物的吸收往往没有直接的关系[21]。但全硒是有效硒的库源，对有效硒的含量起着调节与制约的作用，在一定条件下两者也存在着相互转化的关系[22]。所以对影响土壤有效硒含量的因素进行分析有着重要的意义。在各区县采集的土壤样本中，有效硒含量受pH影响最大的4个区分别为永川区、梁平区、万州区以及九龙坡区，其中梁平区与九龙坡区的关联系数排序一致，均为pH＞全硒＞全氮＞有机质；永川区的关联系数排序为pH＞有机质＞全氮＞全硒；万州区的关联系数排序为pH＞全氮＞有机质＞全硒。其次土壤有效硒含量受有机质含量影响的2个区县分别为巴南区和奉节县，巴南区的关联系数排序为有机质＞全氮＞pH＞全硒，奉节县的关联系数排序为有机质＞全氮＞全硒＞pH；影响丰都县土壤有效硒含量的最主要的因素是土壤全硒，其关联系数排序为全硒＞全氮＞pH＞有机质。

表9 重庆市部分耕地区蔬菜地土壤全氮含量统计分析结果

表12 调查区各区县内土壤全硒及有效硒与pH、有机质和全氮的灰色关联度

3 结论与讨论

有众多研究表明，土壤pH越低，土壤中以阴离子形式存在的亚硒酸根越容易发生吸附作用，与铁铝化合物结合形成复杂的络合物，从而导致硒的有效性和迁移性降低，不易被作物吸收[23]，而在pH升高的同时也抑制了硒酸盐的老化，提高了硒的有效性，此时的硒更易被作物吸收利用。本研究中大部分供试土壤样品的pH为中性，并且通过灰色关联分析法发现，万州区及九龙坡区的土壤全硒和有效硒含量以及梁平区的土壤有效硒含量均受pH的影响最大，意味着可以通过适当增施土壤改良剂来提高上述地区的pH及有效硒的含量，以达到作物增产的效果。

在本研究中各区县内的土壤样品的全硒、有效硒含量均与土壤有机质呈显著正相关，说明硒以腐殖质的形式被有机质吸附固定在土壤中[14]。巴南区及奉节县的土壤全硒、有效硒含量均受土壤有机质的影响最大；影响永川区土壤有效硒含量的最主要因素也是有机质，其全硒含量主要受到pH影响。有机质对硒的形态及其有效性的影响首先取决于土壤pH[5]，而有机质通过对土壤全硒含量的影响进而影响到了土壤有效硒的含量[23]。本研究发现，重庆蔬菜地土壤有机质含量处于较缺乏状态，因此应注重有机肥的施用，但要注意用量范围，减少有机质对土壤硒的固定[21]。

由灰色关联分析法分析可知，丰都县的土壤全氮是影响土壤全硒含量的首要因素，而全硒含量又是影响当地土壤有效硒的首要因素。而且本调查区的土壤全氮含量等级为缺乏状态，所以应该针对丰都县制定合理的氮肥施用计划，提升氮肥的利用率以及施肥管理水平，从而提高土壤硒含量[24]。

土壤的理化性质对硒产生的影响因素是十分复杂多样的，现有的对硒的研究往往仅考虑单因素影响，之后的研究应更注重对硒及其有效性的动态过程进行分析，例如定量模型技术及同位素示踪法，将硒-土壤-植物看作一个完整的体系来进行深入研究。