铁门关地区土壤硒含量、形态特征及影响因素

孟李奇，何峻岭，刘小龙，喻 龙，艾书涛，王鹏年

（中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心，乌鲁木齐 830000）

硒是人和动物体所需的重要微量元素，研究表明，硒与抗癌、防止心血管疾病有关，同时也有较多疾病与缺硒密切相关［1］，与硒有关的疾病的发生主要取决于生命体中的硒含量。缺硒会导致大骨节病和克山病等［2］，而硒过量则会导致硒中毒，影响到人的头发、皮肤等，甚至危及生命。人体所需的硒只有在适量的情况才会发挥有益作用。

世界土壤的硒含量为0.03～2.00 mg/kg，一般含量为0.40 mg/kg［3］，而中国是一个缺硒国家，土壤中的硒含量介于0.006～9.130 mg/kg，平均值为0.29 mg/kg［4］，约2/3 的国土面积存在缺硒问题［5］。克山病与硒存在密切关系被证实，引起了人们对土壤及作物中硒的调查研究的重视。土壤中的硒是农作物中硒的主要来源，通过食物链进入动物以及人体，区域土壤中硒的含量直接影响区域内食物中硒的含量，对人体健康产生影响，而土壤中硒含量受多种要素影响。查明土壤、农作物中硒的含量分布特征及影响因素至关重要。

本研究依托南疆铁门关地区土地生态修复支撑调查项目，以干旱绿洲农耕区碱性、强碱性土壤作为研究对象，系统采集表层土壤、农作物根系土壤及农作物样品，查明土壤、农作物中硒含量的特征。通过对比不同农作物种类对硒的富集作用，分析土壤硒及有效硒的影响因素，为富硒土地的开发利用、农业种植结构调整提供基础依据。

1 材料与方法

1.1 材料

研究区位于天山南麓，塔里木盆地北缘东端，隶属于新疆生产建设兵团第二师铁门关市。区内降雨稀少、气候干旱，年降水量在200 mm 以下。该区是巴音郭楞蒙古自治州香梨和长绒棉的重要生产基地，随着国家发展战略的实施，该区的农业高质量发展显得尤为重要。

研究区位于山前冲积平原，区内土地利用类型主要为耕地及园地。调查区土壤pH 介于7.44～9.85，中位数为8.16，主要为碱性-强碱性土壤。土壤类型以结壳盐土与盐化潮土为主，含少量棕漠土；种植作物种类丰富，以棉花、香梨、红枣为主，向日葵、玉米等作物次之。

1.2 方法

1.2.1 样品采集 样品采集严格按照中国地质调查局《多目标区域地球化学调查规范》（DD2005—01）的要求，为提高所采样品的代表性，表层土壤样品采集过程中选择1 个主坑、4 个子坑进行混合取样，且子坑与主坑、子坑与子坑的间距均大于25 m，将子坑与主坑的样品混合均匀，采用四分法取部分土壤作为分析测试样品。

依据调查区现有农作物种类，按照种植面积比例采集，共采集8 种作物，均采集于农作物收获期。视样地情况采取棋盘法、梅花点法、对角线法、蛇形法，选取5～10 棵果树采集不同部位的果实，其余样品每个样点选取具有代表性的10～20 株植株，等量混合组成一个样品。同时采集对应点位的农作物根系土壤，样品重量1 kg。

1.2.2 样品分析 样品分析工作由新疆维吾尔自治区有色地质勘查局测试中心完成，分析方法采用《生态地球化学评价样品分析技术要求》（DD2005—03）和《生态地球化学评价动植物样品分析方法》（DZ/T 0253—2014）中硒的分析方法。硒元素采用原子荧光光谱法（AFS），采用连续提取法以水、氯化镁、醋酸钠、焦磷酸钠、盐酸羟胺、过氧化氢、氢氟酸为提取剂提取硒的水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态、残渣态；pH 采用pH-离子电极法（ISE）测定；阳离子交换量采用容量法（VOL）测定；有机质采用重铬酸钾容量法（VOL）测定。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2019 软件进行数据统计，采用SPSS Statistics 26 软件进行土壤全硒含量、有效硒含量与影响因子间的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤全硒含量特征

以0～20 cm 表层土壤为研究对象，通过分析，表层土壤中硒的含量介于0～1.850 mg/kg，平均值为0.346 mg/kg，高于全国土壤的平均值0.290 mg/kg。根据《天然富硒土地划定与标识DZ/T 0380—2021》中碱性土壤富硒划分标准（Se≥0.3 mg/kg），研究区土壤67.63%属于硒适量土壤，23.40%属于硒过高土壤与过剩土壤，其余8.97%为硒缺乏或少硒土壤。

2.2 土壤各形态硒含量特征

已有研究将土壤中的硒按其形态的不同，划分为水溶态硒、离子交换态硒、碳酸盐结合态硒、弱有机结合态硒、铁锰氧化物结合态硒、强有机结合态硒和残渣态硒共7 种形态［6］。本研究以土壤根系土为研究对象，分析土壤中各形态硒含量特征。研究区内各形态硒平均含量分别为0.007、0.013、0.008、0.069、0.014、0.160、0.090 mg/kg，分别占土壤硒的1.94%、3.52%、1.99%、21.24%、3.74%、42.14%、25.43%。从分析测试结果可以看出，各形态硒在土壤中含量依次为强有机结合态硒＞残渣态硒＞弱有机结合态硒＞铁锰氧化物结合态硒＞离子交换态硒＞碳酸盐结合态硒＞水溶态硒。土壤中硒的形态以有机结合态（63.42%）和残渣态为主，占土壤全硒的88.85%。

2.3 土壤有效硒含量特征

研究表明，土壤中全硒的含量并不能指示土壤的供硒水平，而是把易于植物吸收利用的可溶态和可交换态硒作为衡量土壤供硒能力的指标，并称为土壤有效硒［4，7］。铁门关地区土壤中有效硒的含量介于0.002～0.081 mg/kg，平均值为0.020 mg/kg，占土壤全硒的比例（5.58%）较低，也是导致农作物中硒含量较低的主要影响因素。

2.4 农作物硒含量特征

不同农作物根系对硒的吸收利用能力有所不同，表现在农作物植株及果实中硒含量的差异。调查区农作物中硒含量介于0.005～0.320 mg/kg，平均值为0.055 mg/kg。玉米、红枣、核桃、向日葵等样品均检测出硒，且向日葵样品中硒含量最高，达0.320 mg/kg，平均值为0.180 mg/kg；玉米样品中硒含量最高，达0.210 mg/kg，平均值为0.067 mg/kg。番茄、辣椒、香梨样品中检测出硒的样品所占比例较少，甘薯中未检测出硒。不同农作物中的硒含量见表1。

不同农作物对硒的吸收富集程度均有所不同，通过生物富集系数（F生物富集系数=植物中硒元素浓度（10-6）/ 根系土中硒元素浓度（10-6）×100%）可以反映出植物从土壤中吸收硒的能力［8］。通过表1 对比发现，玉米、核桃以及向日葵均达到富硒含量水平，各类农作物的富集系数大小顺序为向日葵＞玉米＞核桃＞红枣＞番茄＞辣椒＞香梨=甘薯，向日葵、玉米的生物富集系数相对较高，分别为45.9%、16.1%，其中，向日葵中硒含量水平差异较小，呈强富集，且远大于其他作物。

表1 不同农作物样品的硒含量及生物富集系数

2.5 土壤各形态硒与全硒含量间的相关关系

土壤中的硒主要来源于成土母质，而各形态硒、有效硒含量与土壤全硒含量存在密切关联，并与土壤全硒具有较高的相关性［9］。通过分析土壤全硒、各形态硒、有效硒间的相关关系（表2）可以看出，土壤中各形态硒均与全硒呈显著正相关关系，其余各形态硒均与全硒呈显著正相关关系，进一步说明土壤中各形态硒的含量与土壤全硒含量密切相关，土壤全硒在一定程度上决定了各形态硒含量。

表2 土壤全硒、各形态硒、有效硒间的相关分析

土壤全硒与强有机结合态硒、铁锰氧化物结合态硒具有较高的正相关性，与残渣态硒呈相对较低的正相关性。主要是由于土壤中有机质对硒具有吸附固定作用［8］，同时植物的腐化作用及微生物作用使得硒的价态发生变化或形成络合物而富集［10］，因而土壤全硒含量随有机质含量增加而增加；残渣态硒的含量受其存在形态限制，因其稳定的化合物和晶格致使残渣态硒很难溶于水，但随着岩石风化、土壤熟化被逐步释放［11，12］，使得残渣态硒与土壤全硒呈正相关关系。由于铁锰氧化物具有比黏土更强的吸附力［13］，使得土壤全硒随铁锰氧化物含量的增加而增加，在一定条件下对硒具有富集作用。

2.6 土壤有效硒与全硒含量间的相关分析

根据表2 可以看出，有效硒与全硒呈显著正相关关系，相关系数为0.601。土壤全硒与有效硒的关系（图1）也显示，土壤有效硒随全硒含量增加而增加。表明在相同条件下，土壤中全硒的含量越高，有效硒的含量越高，则提供可被农作物吸收的有效硒含量越高［14］。

2.7 土壤理化性质对硒含量的影响

2.7.1 土壤有机质 土壤全硒与有机质呈正相关关系，相关系数为0.322，是由于有机质可以吸附土壤中的硒，促进全硒含量的增加，然而有机质与有效硒含量间的关系不同。已有研究表明，有机结合态硒分为胡敏酸固定的硒与富里酸固定的硒，仅前者易于植物吸收利用［15］，因此，土壤有效硒与有机质间的正或负相关关系主要取决于二者所固定硒的比例［16］。从表3 中可以看出，研究区有效硒与有机质呈负相关关系，有机质含量的增加会抑制硒的活性。作为有效硒主要形态的离子交换态、水溶态硒也与有机质呈负相关关系，认为有机质具有促进土壤全硒富集和降低有效硒含量的双重作用。

2.7.2 土壤pH 根据表3 可以看出，土壤全硒含量随着pH 的增大而降低。主要是由于酸性条件下土壤中H+增加，使得土壤中以阴离子形式存在的硒酸根更容易被吸附聚集［17］，而碱性土壤中主要存在的六价硒具有较强的迁移性［18］，使得碱性土壤中硒更容易迁移流失。周越等［19］、谢薇等［20］也认为土壤碱性越强，土壤全硒的甲基化越高，硒在土壤中的迁移能力就越强。

表3 各形态硒与土壤理化性质、组分的相关分析

本研究发现仅从土壤有效硒与pH 的整体相关系数看，二者并无显相关性。为进一步分析土壤有效硒与pH 间的关系，将pH 以8.1 划分为两部分，可以明显看出，当pH≤8.1 时，有效硒含量随pH 增加而增加；当pH＞8.1 时，有效硒含量随pH 增大而减少（图2）。唐玉霞等［21］、黄彬等［22］研究认为土壤pH越高，土壤有效硒的含量越高，与本研究结果不完全一致。本研究中，pH 在一定范围内，土壤有效硒含量随pH 增加而增加，而不是pH 越高，有效硒含量越高。

图2 土壤有效硒含量与pH 的关系

2.7.3 土壤阳离子交换量 土壤阳离子交换量是反映其保持矿质养分的能力［23］，对比分析可以看出，土壤全硒随着土壤阳离子交换量增加而增加，与韩笑等［24］研究的土壤全硒与土壤阳离子交换量的关系一致。强有机结合态硒、铁锰氧化物结合态硒与阳离子交换量呈显著正相关关系，而有效硒、水溶态硒及离子交换态与阳离子交换量均呈弱负相关关系（表3）。

3 小结

1）铁门关地区表层土壤中硒的含量范围介于0～1.850 mg/kg，平均值为0.346 mg/kg。调查区的土壤67.63%属于硒适量土壤，23.40%属于硒过高与过剩土壤，其余8.97%为硒缺乏或少硒土壤。土壤中有效硒含量为0.002～0.081 mg/kg，平均值为0.020 mg/kg，占土壤全硒的5.58%。

2）研究区土壤中各形态硒含量依次为强有机结合态硒＞残渣态硒＞弱有机结合态硒＞铁锰氧化物结合态硒＞离子交换态硒＞碳酸盐结合态硒＞水溶态硒。

3）研究区土壤全硒的含量与有机质、阳离子交换量呈正相关关系。有效硒含量与有机质呈负相关关系，并且当pH≤8.1 时，有效硒含量随pH 增加而增加；当pH＞8.1 时，随pH 增大而减少。

4）各类农作物硒生物富集系数依次为向日葵＞玉米＞核桃＞红枣＞番茄＞辣椒＞香梨=甘薯，其中向日葵（45.9%）、玉米（16.1%）的硒生物富集系数明显大于其他作物，可将玉米、向日葵作为富硒农产品开发的优势作物。