鄧 軍，師華定，趙 建，韓小斌，彭玉龍，劉 京，馬 瑾*

（1.重慶工程職業(yè)技術學院，重慶 402260；2.中國環(huán)境科學研究院，北京 100012；3.貴州省煙草公司遵義市公司，貴州 遵義 563000）

硒是存在生物體內的一種微量元素，對生物體的生長發(fā)育起著至關重要的作用［1］。但同時硒又具有兩面性：當植物和土壤中的硒超過一定濃度時，被人和動物過多吸收就會導致硒中毒現(xiàn)象，出現(xiàn)“堿性病”與“盲珊癥”等疾?。?-3］。而硒含量不足時也會導致人和動物出現(xiàn)多種病癥，包括克山病、白肌病、大骨節(jié)病等［4］。我國72%的地區(qū)都屬于硒資源匱乏地區(qū)，除了陜西紫陽縣和湖北恩施州，其它地區(qū)皆位于世界低硒帶［5-6］，形成了硒含量由中部地區(qū)逐漸向東南和西北遞增的大致分布趨勢［7］。隨著時間的推移，硒元素會在土壤—植物—人體傳播過程中累積，土壤成了人和動物攝取硒的最終來源［8］。

遵義地區(qū)富硒土壤資源豐富，近幾年，遵義市積極規(guī)劃富硒土壤農作物種植區(qū)，大力發(fā)展富硒農作物種植，形成了一批質量安全達標、營養(yǎng)價值高的富硒農產品（煙葉、茶葉等）［9-10］。但隨著工業(yè)污染、酸雨和富硒資源過度開發(fā)等環(huán)境問題不斷凸現(xiàn)，遵義地區(qū)土壤硒流失嚴重，進行富硒區(qū)域硒資源的保護已刻不容緩。目前，國內外學者對土壤硒的空間分布及其影響因素已展開了深入的研究，但有關遵義市土壤中硒含量的研究比較少。遵義市地形起伏明顯，土地利用狀況復雜，人為擾動大，準確預測其土壤硒含量空間分布，對當?shù)匚Y源合理開發(fā)利用、農產品質量安全、人體健康都有著重要的意義。

本研究利用遵義市不同地區(qū)土壤硒含量數(shù)據(jù)，通過擬合硒的半方差函數(shù)模型，分析其空間變異特征，得出其空間分布規(guī)律，并對影響其分布的主控因素進行研究，從而為當?shù)匾?guī)劃富硒農作物適宜種植區(qū)，建立農產品質量安全體制，合理開發(fā)利用富硒資源，實施農業(yè)精準分區(qū)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

遵義市位于貴州省北部，地理位置介于東經105°36′～ 108°13′、北緯 27°8′～ 29°12′之間，總面積30 753 km2，是典型的亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，冬季寒冷濕潤，夏季炎熱多雨。地貌類型較為復雜，地形起伏明顯，從西到東逐漸變緩，山地、丘陵、盆地及河谷壩子分別占總面積的64.4%、29.3%、6.3%。研究區(qū)主要分布著紫色土、石灰土、水稻土和黃壤等土壤類型，母質主要有砂巖、頁巖、砂頁巖、石灰?guī)r和第四紀紅色黏土。

1.2 土壤樣品的采集與測定

由于遵義市多山地，地形較為復雜，研究組依地形進行布點，于2012年9月18日～26日在遵義12個下屬縣（市、區(qū)）：道真縣、務川縣、鳳岡縣、湄潭縣、綏陽縣、桐梓縣、余慶縣、正安縣、播州區(qū)、匯川區(qū)、紅花崗區(qū)、仁懷市（由于項目實際需要和布點相關原則，個別縣市未進行布點）通過GPS開展野外定點采樣工作，在其表層共采集土壤樣品701個，采樣點位如圖1所示。所采集的樣品皆位于距公路有一定距離的農田土壤，采集0～20 cm深的土樣，每份土樣質量300～500 g，記錄點位坐標、耕地類型、海拔高度等。采集的土壤樣品經風干、研磨、過篩，供土壤硒和相關理化指標測試分析。

土壤硒測定參照中華人民共和國國家環(huán)境保護標準HJ 680-2103《土壤和沉積物汞、砷、硒、鉍、銻的測定微波消解/原子熒光法》，采用氫化物發(fā)生原子熒光（HG-AFS）法測定［11-12］，土壤pH值在水土比為2.5∶1的條件下采用電位法測定［13］，土壤全氮采用元素分析儀測定，土壤pH值和全氮相關測試方法參見《土壤和固體廢棄物監(jiān)測分析技術》，土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定。

圖1 樣點分布圖

1.3 數(shù)據(jù)處理與制圖方法

本研究數(shù)據(jù)處理和制圖均采用樣點實測數(shù)據(jù)，原始樣點土壤屬性數(shù)據(jù)經典統(tǒng)計分析和Pearson相關分析均采用SPSS 20.0軟件，半方差函數(shù)模型建立與分析采用GS+軟件，確定合適的模型和參數(shù)后，在ArcGIS 10.0平臺上采用普通克里格（OK）法繪制土壤硒含量分布圖。

2 結果與分析

2.1 土壤硒的統(tǒng)計特征分析

對研究區(qū)701個土壤樣本中硒含量進行描述性統(tǒng)計分析見表1。

表1 土壤硒含量描述性統(tǒng)計特征值

從表1得出，遵義市土壤硒含量變幅為0.10～2.90 mg·kg-1，平均含量為 0.56 mg·kg-1，高出全國（0.29 mg·kg-1）［14］和貴州?。?.369 mg·kg-1）［15］土壤硒含量的均值。說明在一定的區(qū)域范圍內，土壤中的硒含量有著明顯的累積效應。其中，正安縣土壤硒平均含量最高（0.75 mg·kg-1），湄潭縣和仁懷市最低（0.47 mg·kg-1），不同地區(qū)土壤硒平均含量差異明顯（圖2），按照譚見安教授［16］的劃分標準（表2），遵義市土壤硒含量數(shù)據(jù)有33%屬于足硒水平，有62%屬于富硒水平。研究區(qū)硒變異系數(shù)為（CV）51.79%，結合一般的CV評估標準（CV＜0.1為弱變異程度，0.1＜CV＜1為中等變異程度，CV＞1為強變異程度［17-18］），研究區(qū)硒空間變異程度為中等變異程度，變異性較強，據(jù)此推斷研究區(qū)土壤硒來源豐富，人類的生產生活活動都對土壤硒含量和分布產生了較大的影響。

圖2 遵義市硒平均含量分布圖

表2 我國硒元素生態(tài)景觀的界限值

2.2 硒的空間變異特征分析

對研究區(qū)硒的空間結構特征進行分析，是空間預測的基礎性工作，決定了OK法空間的插值精度。本研究通過對硒含量進行半變異函數(shù)模型擬合得出其相關擬合參數(shù)（表3）和半變異函數(shù)擬合圖（圖3）。從表3、圖3可以看出，研究區(qū)土壤中的硒半方差函數(shù)擬合模型符合指數(shù)（Exponential）模型，其表達式為：

式中，r（h）表示間隔距離為h時的半方差，C0表示塊金值（塊金方差），C0+C為基臺值，C表示基臺值與塊金值之差（結構方差），a為變程，當指數(shù)模型中的有效變程為3a時，硒的含量是空間自相關的，觀測點之間存在著一定的相關性。

圖3所示指數(shù)模型變異函數(shù)的塊金值（C0）和基臺值（C0+C）比較明顯，表明遵義市土壤硒空間分布的結構性特征比較突出，研究區(qū)塊金效應值為0.153，表明研究區(qū)土地資源受人類開發(fā)利用時間較短，硒空間變異受一些隨機性因素（土地利用方式、耕作施肥）影響比較小，主要是由成土母質、地形地貌、氣候條件、土壤類型等結構性因素引起的。研究表明［19］，地質背景和成土母質是制約土壤中硒含量和分布的主要因素，而對于沖積母質層，其表層的土壤硒含量較低［20］。變程是衡量土壤屬性特征空間自相關性范圍的定量指標，研究區(qū)硒的變程為5 700 m，說明半方差函數(shù)在間隔距離為5 700 m時達到平穩(wěn)階段，硒在該尺度內存在較強的連續(xù)性。

表3 硒半方差函數(shù)模型及參數(shù)

圖3 指數(shù)模型變異函數(shù)

2.3 土壤硒含量分布特征

根據(jù)所得的半方差函數(shù)模型和參數(shù)，在ArcGIS 10.0軟件中用OK法選用指數(shù)模型，設置相應塊金效應、變程和空間異質性等高級參數(shù)，繪制遵義市土壤硒含量空間分布圖（圖4），由于赤水市、習水縣缺乏樣點數(shù)據(jù)，未作插值分析。按照表2的分類標準，研究區(qū)西北部和南部邊緣呈現(xiàn)出明顯的連續(xù)分布的土壤富硒帶，中部和東部地區(qū)有明顯的土壤硒含量低值區(qū)，少數(shù)地區(qū)出現(xiàn)硒富集現(xiàn)象。遵義市95%的土壤硒含量達到足硒及以上水平，其中有18 996 km2的土壤分布屬于富硒水平，占遵義市總面積的61.77%；硒中毒區(qū)域主要分布在桐梓縣和正安縣中部地區(qū)、播州區(qū)南部地區(qū)，占遵義市總面積的0.57%。

圖4 遵義市土壤硒含量分布

2.4 影響土壤硒含量及分布的主要因素

2.4.1 土壤pH值、全氮和有機質對土壤硒含量的影響

土壤是在生物、氣候、地形、母質、時間5大成土因素共同作用下形成的自然歷史綜合體［21］，不同區(qū)域的土壤其理化性質差異明顯，這種差異直接或間接影響了土壤中的硒含量水平。為探討遵義市表層土壤理化性質對硒含量和分布產生的影響，本研究對表層土壤硒含量與pH值、全氮和土壤有機質進行Pearson相關性分析（表4）。

表4 土壤硒含量與pH值、全氮和有機質的相關性

從表4可以看出，土壤硒含量與pH值相關性不明顯，與土壤全氮和有機質呈極顯著正相關性。前人研究發(fā)現(xiàn)［8］，土壤pH值越高，土壤中的硒含量越低。一方面，隨著土壤堿性增強，硒在土壤中的形態(tài)從不易溶解和轉移的亞硒酸鹽（）向著易溶解和轉移的硒酸態(tài)（）轉化［21-22］，土壤中的硒容易遭地下水或地表水淋失導致含量下降［23］。另一方面，土壤pH值可以通過影響硒的甲基化的強度從而改變其在土壤中的遷移能力，土壤pH值越高，硒的甲基化能力越強，其在土壤中的遷移能力就越強，硒元素流失就越嚴重，土壤中硒的含量就越低［24］。但本研究中土壤硒含量與土壤pH值相關系數(shù)為0.083（表4），相關性并不顯著?？赡芘c研究區(qū)所布點位均位于農田，土地利用狀況復雜，人類活動干擾較大有關，這與王曉杰等［21］的研究結果一致。

土壤硒含量與土壤全氮相關系數(shù)為0.242，兩者之間呈極顯著正相關關系，推斷土壤全氮含量高的地區(qū)其土壤硒濃度相對較高，這與李杰等［25］的研究結果一致。由表4可知土壤有機質與全氮的相關系數(shù)為0.515，兩者之間存在極顯著正相關性，土壤全氮可能通過影響土壤有機質含量從而間接影響土壤中的硒含量，這與肖春艷等［26］的研究結果相同。

除成土母質外，有機質可能是影響土壤硒含量及其分布的另一主要因素，有機質可能通過以下兩方面影響著土壤硒含量及其分布：（1）當有機質作為有機—無機復合態(tài)的黏粒時，其對陰離子的吸附固定作用變強，使硒在土壤中的循環(huán)過程加強，從而增加了硒的有效性。（2）當有機質作為陰離子的環(huán)境物質時，可能成為硒在土壤傳輸過程中的屏障［24］，使硒在土壤中富集，且有機質能吸附和固定大部分硒，一般來說，有機質含量高的地區(qū)其土壤硒濃度相對較高。本研究中土壤硒與有機質的相關系數(shù)為0.479，呈極顯著正相關性，即土壤中硒的含量隨著有機質含量的增加而增加。

2.4.2 海拔高度對土壤硒含量的影響

海拔高度對土壤硒含量也具有二重性影響，一方面隨著海拔高度的增加，氣溫降低，有機質分解速率變低，土壤表層中大部分硒被有機質吸附和固定，進而使得植物吸收的硒含量以及土壤中被淋溶的硒含量減少，使得表層土壤硒富集［20，27］。另一方面，溫新平等［28］研究表明，土壤硒含量隨著海拔的升高而降低，可能是由于在地形地貌變化復雜的區(qū)域，局部小氣候現(xiàn)象明顯，降雨比較充沛，加之硒元素在地質環(huán)境中易遷移特性，容易發(fā)生淋溶而導致海拔高的地區(qū)硒元素匱乏。

對遵義市土壤硒含量與海拔高度做相關分析（圖5）發(fā)現(xiàn)，遵義市土壤硒含量與海拔高度相關系數(shù)為0.305，呈顯著正相關關系，即土壤硒含量隨著海拔的增高有增加趨勢。遵義地區(qū)地形起伏較大，由西至東逐漸變緩。本研究采集的土壤樣品海拔在461～1 658 m之間。隨著海拔的升高溫度降低，有機質分解緩慢使得有機復合態(tài)與硒結合減弱，進一步使得植物獲取的硒減少，硒在土壤中富集，表現(xiàn)出表層土壤硒含量隨著海拔的升高有增加的趨勢。從遵義市土壤硒含量分布圖（圖4）可知，西部高海拔地區(qū)土壤硒含量普遍較高，東部低海拔地區(qū)土壤硒含量普遍較低，這與上述分析基本一致。

圖5 表層土壤硒含量與海拔的相關關系

2.4.3 成土母質對土壤硒含量的影響

土壤是母質層巖石經風化形成，成土母質直接制約著土壤硒含量及其分布［29］，一般來說，母質巖影響著其上覆表層土壤硒含量，土壤中硒的含量與基巖的含硒量成正比，李娟等［30］研究表明，貴州省開陽地區(qū)成土母質硒含量控制著土壤硒含量，兩者呈顯著正相關性?；鶐r的硒含量成為土壤硒含量的最終來源，其含硒量與其所處地質背景、氣候環(huán)境及巖石性質密不可分。除在盆地、谷地等地勢較低地區(qū)發(fā)育的沖積土壤外，貴州省內的土壤多在原地基巖基礎上風化形成。王甘露等［31］對貴州省內的砂頁巖、碳酸鹽巖、煤礦層等不同基巖含硒量進行比較分析，結果表明煤礦層廣泛出露的地區(qū)其土壤硒含量最高，其順序為煤礦層＞碳酸鹽巖＞砂頁巖。

遵義地區(qū)大部分成土母巖發(fā)育成寒武系地層的沉積巖，成土物質主要為寒武系高臺組、清虛洞組、金頂山組中的風化堆積物［32］。遵義地區(qū)二疊系、寒武紀黑色頁巖系硒含量較高，一些富硒巖石和礦石在風化作用下形成含硒量較高的土壤，導致土壤硒在一定區(qū)域富集。同時，遵義市煤礦層廣泛出露地表，受地表徑流侵蝕和風化作用影響，礦物中的硒元素被大量釋放到土壤中，造成硒在煤礦層分布較廣地區(qū)富集。因此，遵義市富硒巖層和廣泛出露含硒量高的煤礦層也是影響土壤含硒量的主要因素。

3 結論

本研究通過對遵義市土壤硒含量空間分布及其影響因素進行分析，得出以下結論：

（1）遵義市土壤硒含量平均值為0.56 mg·kg-1，高出全國（0.29 mg·kg-1）和貴州?。?.369 mg·kg-1）土壤硒含量的均值。遵義市95%的土壤硒含量達到足硒及以上水平，其中有18 996 km2的土壤屬于富硒水平。

（2）研究區(qū)西北部和南部邊緣呈現(xiàn)出明顯的連續(xù)分布的土壤富硒帶，中部和東部地區(qū)有明顯的土壤硒含量低值區(qū)，少數(shù)地區(qū)出現(xiàn)硒富集現(xiàn)象，其空間變異主要是由一些結構性因素引起的。

（3）土壤全氮、有機質、海拔高度和成土母質對土壤硒含量及分布有顯著影響，遵義市富硒巖層和廣泛出露含硒量高的煤礦層也是影響土壤含硒量的主要因素。

（4）由于遵義市復雜的地形條件，以及不同植被和土壤性狀差異，使得土壤硒的空間分布呈現(xiàn)較強的復雜性和變異性，今后需要結合更多土壤性狀指標和植物吸收等過程，才能對該地區(qū)土壤硒的分布得出全面、準確的認識。