農業(yè)可耕地土壤中硒的生物有效性研究

農業(yè)可耕地土壤中硒的生物有效性研究

0提高富硒農產品的附加值在適當?shù)姆秶鷥龋t元素是人體所必需的微養(yǎng)分，這對身體的免疫功能和防御功能有重要影響。它可以提高動物體的免疫功能，產生刺激蛋白質和抗體，并增加其自我效能（李家齊等，2000）。近年來富硒農產品受到追捧,提高了富硒農產品的附加值(汪慶華等,2007;許學宏等,2010;魏然等,2012;夏學齊等,2012;Kaklewskietal,2008)。如何根據(jù)土壤硒元素含量界定富硒土壤,目前我國沒有統(tǒng)一標準,基于安徽省地方性富硒土壤分級標準對獨山富硒區(qū)硒元素遷移轉化規(guī)律及開發(fā)研究進行探討,以期為地方經濟及富硒產業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)。1調查區(qū)立地條件研究區(qū)位于廣德縣北東部,東與江蘇省接壤,行政區(qū)劃涉及獨山、長興、流洞橋等鄉(xiāng)鎮(zhèn)(圖1)。獨山調查區(qū)位于皖南低山區(qū),地形起伏劇烈。調查區(qū)地處暖溫帶和亞熱帶過渡地帶,多位于北亞熱帶濕潤性季風氣候區(qū),水熱條件優(yōu)越。雨量充沛,四季分明,雨熱同期;年平均氣溫大于15.5℃,積溫(大于或等于10℃)5000℃左右,農作物為一年兩熟,年降水量多在1200~1400mm之間,平原區(qū)適宜農業(yè)作物種植,丘陵區(qū)適宜茶、竹以及其他經濟林木生長。調查區(qū)土地利用比較單一,主要以林地為主,其次為農用地。區(qū)內交通條件較好,為富硒土壤資源開發(fā)利用提供了有利條件。研究區(qū)以志留紀—二疊紀地層為主,局部分布第四紀河流沖、洪積形成的亞黏土、亞砂土。成土母質以碳酸鹽類風化物母質為主,其次為碎屑巖類風化物母質。土壤類型主要以水稻土、紅壤為主,其次分布小面積的石灰?guī)r土、石質土。2材料和方法2.1樣品組合及分析面積性土壤樣品采樣密度為10點/km2,采樣網度500m×200m,采樣深度為0~20cm。在土壤地球化學調查的基礎上,根據(jù)富硒土壤分布范圍及農作物種類分別采集生物樣品。根際土壤樣品與生物樣品同點采集,合并、混勻、縮分后組成1件樣品,樣品質量大于500g。根際土樣品采樣時定點位置周圍50m范圍內多點采集,3~5個子樣組合為1個樣品。生物樣品的采集優(yōu)先考慮樣品的代表性,采用對角線法或“五點梅花法”選取4~5個樣點,四周距地邊1m以上,每個樣點取50cm×(播幅+幅距)樣方1個,然后組合成1個樣品。本次根際土壤采樣總數(shù)為22件。樣品分析指標為:Se、Gd、Pb、As、Cu、Zn、Mo、N、P、K、B、有機質及土壤pH值。植物樣品及根際土壤分析Se、Gd、Pb、As、Cu、Zn、Mo全量及土壤pH值(劉軍保等,2011)。本次樣品分析采用國家標準物質(GBW系列)進行監(jiān)控,分析方法分別為:X射線熒光光譜法(XRF)測定P、Pb、Zn、N、Cu、K;等離子體質譜法(ICP-MS)測定Gd;原子熒光法(AFS)測定As和Se。催化極譜法(POL)測定Mo;離子選擇性電極法(ISE)測定pH值;發(fā)射光譜法(ES)測定B;氧化還原容量法(VOL)測定有機碳。土壤中元素有效態(tài)和元素浸提性分析方法采用LY/T(1210—1275)—1999《森林土壤分析方法》。按照《生態(tài)地球化學評價樣品分析技術要求(試行)》及相關技術標準規(guī)范監(jiān)控分析質量。2.2富硒土壤的定義由安徽省已完成的多目標區(qū)域地球化學調查區(qū)土壤硒元素地球化學統(tǒng)計及富硒稻谷生態(tài)效應驗證,參照譚見安等(1987)不同硒景觀區(qū)劃分標準(中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集編纂委員會,1989),本次工作富硒土壤采用表1標準(安徽省地質調查院,2012)。據(jù)標準釋義,地球化學低值區(qū)和低背景區(qū)土壤硒元素極缺乏和缺乏,其生態(tài)效應表現(xiàn)為人體攝入潛在硒不足。地球化學背景區(qū)和高背景區(qū)土壤硒元素含量中等(適度)和豐富,能夠滿足生物需求。地球化學異常區(qū)土硒元素質量分數(shù)極豐富,其質量分數(shù)為0.35~3.00g/t,可以生產天然富硒稻谷,此類土壤定義為富硒土壤。硒元素質量分數(shù)大于或等于3.0g/t的土壤,其中硒通過植物等途徑傳導,可能對生物產生危害,生態(tài)效應表現(xiàn)為硒元素過量或硒元素中毒。3結果評估3.1土壤環(huán)境質量由表2所示,獨山地區(qū)表層土壤中N元素主要以適中以上土壤養(yǎng)分含量為主。有機質含量也是以適中以上土壤為主。P、K元素含量主要以稍缺—缺乏為主,稍豐及豐富土壤分布較少。P、K以稍缺—缺乏為主,氮素、有機質以適中—豐富土壤為主。依據(jù)《土壤環(huán)境質量標準》(GB15618—1995),采用單元最差定級法對研究區(qū)進行土壤環(huán)境質量綜合評價。如表3所示,全區(qū)一級土壤占調查區(qū)總面積的39.01%,Cu、Zn、Pb元素土壤環(huán)境質量均以一級土壤為主。二級土壤占調查區(qū)總面積的44.77%,三級和超三級土壤占調查區(qū)總面積的16.22%,影響綜合環(huán)境質量的元素主要為Cd、As,且二者較差土壤在分布空間上具有一致性,多與泥盆紀—石炭紀、二疊紀地層對應,丘陵山地溝谷中第四紀沉積物土壤環(huán)境質量好于山地土壤。3.2土壤全量硒與其他指標的關系調查過程中采集了稻米、玉米、各類蔬菜等農作物計22件,與農作物配套采集的根系土壤同時分析了硒元素有效量及多元素全量,生物樣品硒含量及根系土壤樣品硒元素全量、有效量統(tǒng)計見表4,全部農作物樣品及根系土壤相關分析見表5。由表4可以看出,硒元素有效量與全量硒相關性最好,說明隨著土壤全量硒質量分數(shù)的增加,有效硒質量分數(shù)也增加,同時土壤全量硒與Gd、Cr、N、Mo、有機質亦表現(xiàn)出顯著的相關性,與Cu、Pb、Zn等元素有一定的相關性,說明土壤全量硒與重金屬相伴生,是富硒土壤開發(fā)的不利因素。土壤有效硒與其他指標相關性要差于全量硒,但其含量變化趨勢與全量硒及其他元素相關性較為一致,與土壤pH值、B呈負相關趨勢。以土壤有效硒所占土壤全量硒比例作為硒元素有效度衡量,全部生物根系土壤樣品硒元素有效度在1.15%~2.45%之間,平均值1.68%;富硒土壤有效硒平均值0.011g/t,全量平均值0.71g/t,有效度1.54%;非富硒土壤有效硒平均值0.005g/t,全量平均值0.24g/t,有效度2.02%。上述數(shù)據(jù)顯示,富硒土壤中有效硒平均值明顯大于非富硒土壤,而硒元素有效度在非富硒土壤中較富硒土壤高。3.3生物有機成分對富硒稻米生長的影響3.3.1生物硒元素含量特征根據(jù)國家富硒稻谷標準,區(qū)內采集的5件精米樣品及對應的根系土硒質量分數(shù)均達到了富硒稻米和富硒土壤標準,其中精米樣品中硒質量分數(shù)范圍為0.05~0.14g/t,反映出研究區(qū)土壤內具有生產富硒稻米的潛力。采集的各類生物樣品參數(shù)統(tǒng)計見表4。其中生物硒有效度為生物樣品與土壤硒有效度比值,用以反映不同農作物對硒元素的吸收能力。各類農作物硒元素有效度以水稻最高,反映水稻對硒元素具有較強的吸收、富集能力,其次為玉米,不同品種農作物相對而言,蔬菜富集硒元素的能力相對較差。上述評價顯示富硒土壤區(qū)硒元素生物有效性較為顯著。3.3.2生物硒元素與土壤硒相關性全區(qū)生物樣品及不同品種生物樣品硒元素含量相關分析顯示,生物硒元素與土壤有效硒相關性最好,與土壤全量硒相關性略差一些。水稻與蔬菜相比,水稻中硒含量與土壤全量硒相關性明顯高于蔬菜(表6)。3.4ph值、p、mn、cu、zn的相關性分析由生物硒元素與其他元素相關性可以看出(表7),生物硒元素與土壤有機質、Cd、Hg、N含量有一定的正相關關系,與pH值、P、Mn、Cu、Zn呈負相關關系。按照稻米及蔬菜兩類農作物分別統(tǒng)計顯示,稻米硒與土壤pH值、有機質、As、Cu、Zn、Mn、P、Ca等有一定的負相關趨勢,而蔬菜Se元素含量與各元素含量之間相關關系要明顯差于水稻。3.5土壤理化性質研究根據(jù)土地利用現(xiàn)狀及土壤硒元素含量統(tǒng)計,區(qū)內各類用地土壤硒元素含量狀況及土地利用建議如下:水田中土壤需培肥,富硒土壤區(qū)適宜富硒農產品及富硒蔬菜種植;林地富硒土壤區(qū)適宜富硒山野菜、食用富硒木本油料及果林地開發(fā)種植;竹林富硒土壤區(qū)適宜富硒竹筍開發(fā)種植。4農作物對蔬菜集養(yǎng)的能力獨山地區(qū)富硒土壤具有生產富硒稻米的潛力。在各類農作物硒元