王玉婷，李忠惠，茍才明

(1．稀有稀土戰(zhàn)略資源評(píng)價(jià)與利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610081；2．四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081；3宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川 宜賓 644000)

前 言

硒(Se)屬于硫族元素，與硫的化學(xué)性質(zhì)相似，因?yàn)槲诘貧ぶ械暮繕O低而且較為分散，所以被列為稀有分散元素之一[1]。研究發(fā)現(xiàn)，硒在地殼中的豐度只有0.05×10-6，硒與硫的理化性質(zhì)非常相似，它的化學(xué)性質(zhì)介于金屬與非金屬之間[2]。自1817年被瑞典科學(xué)家貝爾澤柳斯(Berzelius)發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者熱衷研究的元素之一。上世紀(jì)30年代至60年代一直認(rèn)為硒具有一定的毒性，至到1975年以后，硒才被確認(rèn)為一種生物必須的微量元素。土壤中的硒與人類(lèi)健康、動(dòng)植物生長(zhǎng)有著密切的聯(lián)系。土壤中缺硒，一方面會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)生白肌病而死亡，另一方面會(huì)導(dǎo)致人體會(huì)發(fā)生地方性心肌病(比如我國(guó)克山病和大骨節(jié)病的流行地區(qū))；土壤中硒含量過(guò)高，又會(huì)導(dǎo)致人體硒中毒而發(fā)生脫發(fā)、脫甲等現(xiàn)象。但是根據(jù)最近的研究資料顯示，硒可以提高并改善人和動(dòng)物的免疫系統(tǒng)，可以預(yù)防細(xì)胞老化、提高抑癌和抗癌能力等問(wèn)題[3]。近些年研究表明，土壤中硒的形態(tài)分布和生物有效性受成土母巖、土壤理化性質(zhì)及土地利用方式等各種因素影響[4]。然而不同形態(tài)硒的化合物的功效及作用有所不同，準(zhǔn)確定性定量分析不同形態(tài)的硒對(duì)富硒產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)、安全及健康具有重要意義[5]。

在2014～2016年在宜賓市開(kāi)展的多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查成果顯示，宜賓分布有大面積的富硒土地資源，而水稻是宜賓地區(qū)的主要糧食作物，水稻中硒含量的多少對(duì)人體能吸收多少硒發(fā)揮了重要作用。土壤是動(dòng)植物和人類(lèi)生存的基礎(chǔ)，對(duì)研究區(qū)富硒稻田土壤進(jìn)行硒含量調(diào)查和硒的形態(tài)研究，探討富硒稻田土壤中硒的分布規(guī)律和特征，可以為解析水稻籽實(shí)中硒的來(lái)源、遷移特點(diǎn)和轉(zhuǎn)化方式提供重要依據(jù)[6]。基于以上成果，本文對(duì)研究區(qū)所在的僰王山鎮(zhèn)水壚壩村的富硒土壤、水稻籽實(shí)硒含量、土壤中硒的形態(tài)分析等進(jìn)行初步研究，以期為川南宜賓地區(qū)天然富硒土地資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)提供一定的技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

興文縣位于宜賓市東南，地處東經(jīng)東經(jīng)104°52′28″～105°21′23″，北緯28°04′28″～28°27′18″之間，東南與敘永縣相鄰，南與云南省威信縣接壤，西接珙縣，北與江安縣毗鄰。全縣耕地面積438.63km2。地貌屬盆南山山地地形，全縣分為槽壩、丘陵、低山、中山4個(gè)小地貌類(lèi)型。

富硒土壤研究區(qū)位于興文縣西北角僰王山鎮(zhèn)水壚壩村項(xiàng)目核心試驗(yàn)區(qū)內(nèi)(北緯30°33′22″，東經(jīng)104°33′22″)。地貌類(lèi)型以丘陵-中山為主，局部形成百十余畝的沖積平壩，成土母質(zhì)為奧陶系下統(tǒng)湄潭組二+三段分化形成的沖洪積物，土壤質(zhì)地以亞砂土、亞粘土為主(圖1)。研究區(qū)水田種植面積為4.13hm2，主要種植水稻、澤瀉等作物。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖及采樣分布圖Fig.1 Regional geological sketch map of the study area and distribution of sampling sites

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

土壤采樣點(diǎn)布設(shè)于4.13hm2的核心試驗(yàn)田分布地塊，表層土樣按照地塊畝數(shù)大小來(lái)均勻布樣，采樣密度約15件/ hm2，樣點(diǎn)分布在劃分田塊中心50m方圓內(nèi)3～5個(gè)土壤樣點(diǎn)組合而成，共采集樣品57件。根據(jù)硒的土壤地球化學(xué)特征及土地利用方式提取了26件土壤樣做硒的形態(tài)分析。

采樣時(shí)先除去表面雜物，包括植物殘留體、礫石、肥料團(tuán)塊等，均勻采集0～20cm土柱，封裝布袋中(為防止污染，外套聚乙烯自封袋)，編號(hào)。土壤樣利用日照自然風(fēng)干，除去碎石和礫石等雜物，粉碎過(guò)20目尼龍篩，將加工好了的土壤樣品裝入聚乙烯塑料瓶中，外送分析。依據(jù)富硒土壤硒形態(tài)順序提取量的測(cè)定要求，對(duì)提取的26件土壤樣品通過(guò)瑪瑙研缽慢慢研磨至全部通過(guò)200目尼龍篩，然后密封保存在聚乙烯袋[7]中待用。

2.2 測(cè)試方法

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)備

硒標(biāo)注儲(chǔ)備溶液：市售單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(ρ=1000μg/mL)。

硒標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：移取1.00mL硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(NaBH4：ρ=g/mL，分析純及以上)于100mL容量瓶中，加入5mL鹽酸(ρ=1.18g/mL，分析純及以上)，用去離子水稀釋到刻度，搖勻，溶液硒的濃度為10μg/mL。

2.2.2 土壤總硒的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.5g土壤樣品(精確至0.1mg)置于50mL高型燒杯中，用少量水濕潤(rùn)，加入10mL硝酸，搖勻并蓋上表面皿，置于電熱板上低溫加熱分解；待劇烈作用停止后，揭開(kāi)表面皿，加入2mL高氯酸鉀，再蓋上表面皿，在95℃～100℃條件下加熱0.5h后，解開(kāi)表面皿，蒸至剛冒白煙取下，趁熱加入5mL鹽酸，防止片刻，再加入10mL鹽酸；將溶液用水移入50mL容量瓶中，加入5mL鐵鹽溶液，用水稀釋至刻度，搖勻待測(cè)[8]。

2.2.3 土壤硒的形態(tài)分析

本次硒的形態(tài)分析在參照瞿建國(guó)等[9-10]推薦的連續(xù)浸提取技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用四步五態(tài)連續(xù)化學(xué)浸提技術(shù)，由弱到強(qiáng)的選擇性順序提取富硒土壤中硒的五種結(jié)合態(tài)，并采用原子熒光光譜法測(cè)定硒的各種形態(tài)的量。

水溶態(tài)：稱(chēng)取0.500g土壤于100mL塑料離心管中，加入超純水20mL，恒溫振蕩器中設(shè)定25℃，然后以200 γ/min的振速振蕩1.5h，取出離心管并于γ/min的離心機(jī)上離心15min。將上清液倒出，用0.45μm濾膜(不可用濾紙)抽濾后4℃黑暗中保存?zhèn)溆谩?/p>

可交換態(tài)：在上步含有殘?jiān)碾x心管中加入10mL 0.1mol/L磷酸鹽緩沖液，恒溫振蕩器中設(shè)定25℃，然后以200 γ/min的振速振蕩1.5h，取出離心管并于4 000γ/min的離心機(jī)上離心15min。以下步驟同上。

有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)：在上步含有殘?jiān)碾x心管中加入10mL 0.1mol/L氫氧化鈉溶液，恒溫振蕩器中設(shè)定90℃，然后以200 r/min的振速振蕩1.5h，取出離心管并于4 000γ/min的離心機(jī)上離心15min。以下步驟同上。

硫化物/硒化物結(jié)合態(tài)：將上步提取有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)硒的離心管連同殘?jiān)糜?0℃～60℃烘箱烘干，取出冷卻至室溫后再離心管中磨細(xì)，加入0.5g(精確至0.1mg)KClO3固體，攪拌均勻后置于通風(fēng)櫥中，緩慢準(zhǔn)確加入10mL濃HCl，靜置1.5h(期間輕搖數(shù)次)，待反應(yīng)完成后，在離心機(jī)上于4 000γ/min離心20min，以下步驟同上。

殘?jiān)鼞B(tài)：將上步裝有剩余殘?jiān)乃芰想x心管虛掩上蓋子，置于60℃烘箱中烘干，烘干殘?jiān)Q(chēng)取0.100置于25mL高溫高壓密閉消化罐中，加入2mL HNO3、0.5mL HF和1mL HClO4，靜置30min后放入180℃烘箱中高溫密閉消解18h以上。

最后，用原子熒光光譜法逐步分析各相態(tài)中的硒。測(cè)定時(shí)，按照AFS操作說(shuō)明書(shū)規(guī)定條件啟動(dòng)儀器并調(diào)節(jié)至最佳工作狀態(tài)，儀器啟動(dòng)后至少穩(wěn)定30min。然后以5%鹽酸(HCl)為載流，1%硼氫化鈉為還原劑。等到連續(xù)載流進(jìn)樣讀書(shū)穩(wěn)定后，再用標(biāo)準(zhǔn)系列零管進(jìn)樣，確定空白值。先繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，然后再依次放入樣品測(cè)定相關(guān)參數(shù)。每批試料測(cè)定時(shí)，同時(shí)測(cè)定試劑空白溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液。

3 結(jié)果與分析

3.1 水田土壤總硒分布特征

宜賓興文縣僰王山鎮(zhèn)水田土壤總硒含量的平均值為0.725mg/kg，高于全國(guó)土壤平均值0.290mg/kg[11]的2.5倍，但未超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于硒含量的限定指標(biāo)范圍0.1mg/kg～1.0mg/kg[12]。本文從研究區(qū)挑選了5個(gè)水田耕作層土壤(0～20cm)采集的樣品分析結(jié)果來(lái)分析(表1)，從表中得知，研究區(qū)水田土壤總硒含量變化范圍在0.57～0.86mg/kg之間，其中，含量在0.4～1.0mg/kg的樣品占100%，不存在含量在0.3～0.4mg/kg的樣品，采集的土壤樣品硒含量高且頻率極為集中。依據(jù)譚見(jiàn)安從我國(guó)克山病帶和低硒環(huán)境研究出發(fā)，劃分的我國(guó)硒元素生態(tài)景觀(guān)界限值[13](見(jiàn)表2)，可以看出，研究區(qū)的5塊水田土壤屬于高硒土壤即富硒土壤，且土壤以酸性為主。

表1 研究區(qū)稻田土壤總硒和pH值含量統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of the total selenium and pH value (mg/kg)

表2 我國(guó)硒元素生態(tài)景觀(guān)界限值[13]Tab.2 The limit value of Se in ecological landscape of China (mg/kg)

3.2 水田土壤硒形態(tài)分布特征

為了清楚的了解研究區(qū)水田土壤硒的形態(tài)分布規(guī)律及特征，作者在研究區(qū)挑選了5個(gè)田塊26件表層土壤樣品進(jìn)行了硒的形態(tài)分析測(cè)試分析，結(jié)果見(jiàn)表3、圖2所示。從中可知研究區(qū)土壤硒的形態(tài)分布規(guī)律為：有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)>殘?jiān)鼞B(tài)>硫化物/硒化物結(jié)合態(tài)>可交換態(tài)>水溶態(tài)，其中，水溶態(tài)硒含量占全量比例為9.67%，可交換態(tài)硒占全量比例為13.7%，有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)占全量比例為38.17%，比例最高，硫化物/硒化物結(jié)合態(tài)占全量比例為16.46%。研究區(qū)酸性土壤硒的形態(tài)分布特征與吳耀明等提出的在酸性土壤和富含有機(jī)質(zhì)的土壤中硒以硒化物、礦物態(tài)硒、有機(jī)態(tài)硒為主，不易被植物吸收利用或須經(jīng)微生物分解后，才能供植物利用[14]的觀(guān)點(diǎn)吻合。

表3 五種形態(tài)硒含量的平均值(mg/kg)及占總硒的百分比Tab.3 The average content of five kinds of selenium(mg/kg) and their percentage in total selenium (%)

從圖2可以看出，5個(gè)水田表層土壤的26個(gè)樣品中具有相對(duì)穩(wěn)定的硒形態(tài)分布模式，其中有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)、硫化物/硒化物結(jié)合態(tài)為硒元素的主要賦存形態(tài)，分別占全量比例的38.17%和16.46%(表3)。殘?jiān)鼞B(tài)含量較高量，約占全量比例的22.23%，其他各個(gè)形態(tài)的含量較低。由此可見(jiàn)，研究區(qū)有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)是水田土壤中硒的主要存在形態(tài)，這與瞿建國(guó)等[15]研究結(jié)果相吻合。對(duì)研究區(qū)硒全量和硒形態(tài)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析可知，有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的硒與土壤全量硒成正相關(guān)關(guān)系(圖3)。上述分析表明，研究區(qū)土壤硒的富集與硒的有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的活動(dòng)密切相關(guān)，有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的吸附是影響研究區(qū)土壤富硒的重要因素之一。

注：樣品號(hào)中27為平均值圖2 研究區(qū)水田土壤中不同形態(tài)硒含量分布Fig.2 The distribution of selenium contents in different combined forms in paddy soil in the study area

圖3 土壤硒有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)與土壤硒全量相關(guān)關(guān)系Fig.3 The relationship between the contents of organic matter binding state selenium and the total selenium in soil

3.3 水田土壤硒的垂直分布特征

前人研究發(fā)現(xiàn)，硒在土壤垂向剖面中含量自下而上呈逐漸升高且表層顯著富集的特點(diǎn)。由圖4可知，研究區(qū)水田土壤硒的含量在垂向上呈現(xiàn)出持續(xù)變化的趨勢(shì)。其中，垂向剖面CM01與CM04土壤硒含量隨著采樣深度的增加而減少的態(tài)勢(shì)，表明土壤中生物積累作用大于淋溶作用所致；垂向剖面CM02土壤硒含量隨著采樣深度的增加呈現(xiàn)先減少后陡增的態(tài)勢(shì)，這種陡增的變化趨勢(shì)可能受控于成土母質(zhì)，其生物積累作用和淋溶作用相等；垂向剖面CM03土壤硒含量隨著采樣深度的增加而增大，該趨勢(shì)表明土壤中生物積累作用小于淋溶作用所致[16]。由此看出，垂向土壤剖面中硒的這種變化趨勢(shì)表明研究區(qū)土壤硒含量沒(méi)有受到外源輸入的影響，主要受控于成土母質(zhì)，且與土壤生物作用、淋溶作用密切相關(guān)。

圖4 土壤垂向剖面中硒含量變化特征Fig.4 The distribution characteristics of selenium contents in vertical soil profiles

3.4 水田土壤硒與pH值關(guān)系

眾所周知，土壤pH值的變化對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素、重金屬元素以及土壤微生物等方面產(chǎn)生著巨大影響。土壤pH值增高，勢(shì)必會(huì)增加土壤硒的溶解度，進(jìn)而更容易被植物吸收利用。因此，土壤中pH值的大小直接影響著土壤中硒的含量及硒形態(tài)含量的變化[17]。研究發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)土壤pH與土壤硒含量關(guān)系圖見(jiàn)圖5。從圖中可以看出，土壤pH值介于4.0～5.5之間時(shí)，土壤硒的含量在0.6～0.9之間波動(dòng)；土壤pH值介于6.0～7.0之間時(shí)，土壤硒的含量在0.5～0.8之間波動(dòng)；土壤pH值高于7.0之后，土壤硒的含量明顯下降，說(shuō)明土壤偏堿性后土壤硒的溶解度增大流失掉了。

圖5 土壤硒含量與土壤pH值關(guān)系曲線(xiàn)圖Fig.5 Relation curve of selenium contents and pH values in soil

同樣，土壤硒的有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)、水溶態(tài)、硫化物/硒化物結(jié)合態(tài)的含量也隨著土壤pH值的變化有明顯差異，見(jiàn)圖6。土壤pH值與硒形態(tài)的曲線(xiàn)圖顯示，水溶態(tài)隨著pH值的增高硒含量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，相關(guān)值|r |=0.7；有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)隨著pH值的增高硒含量呈下降趨勢(shì)，相關(guān)值|r |=0.5；說(shuō)明土壤pH值對(duì)水溶態(tài)、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)有較強(qiáng)的制約性。硫化物/硒化物結(jié)合態(tài)隨著pH值的增高硒含量基本上在0.1～0.2 mg/kg之間變化，相關(guān)值|r |=0.06，表明土壤pH值對(duì)硫化物/硒化物結(jié)合態(tài)制約性較小。

圖6 土壤硒形態(tài)含量與土壤pH值相關(guān)性Fig.6 Correlation between soil selenium form content and soil pH value

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)宜賓興文縣僰王山鎮(zhèn)水田土壤中總硒和硒的形態(tài)分析特征的研究，得出如下認(rèn)識(shí)。

4.1 宜賓興文縣僰王山鎮(zhèn)水田土壤總硒含量的平均值為0.725mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全國(guó)土壤硒平均值0.29 mg/kg，含量范圍未0.38～1.0 mg/kg，選取5個(gè)地塊硒含量范圍為0.57～0.86mg/kg，依據(jù)中國(guó)土壤中硒的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[12]可知，農(nóng)牧業(yè)用地中總硒的含量在0.1～1.0mg/kg之間，表明研究區(qū)土壤硒含量未超標(biāo)，屬于典型的富硒土壤地帶。

4.2 該地方的富硒土壤中硒的主要形態(tài)以有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)為主，是硒元素的主要賦存形態(tài)，其含量比例達(dá)38.17%，這反映了土壤中硒的富集與有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的活動(dòng)密切相關(guān)。

4.3 研究區(qū)土壤中水稻可以吸收利用的水溶態(tài)和可交換態(tài)分別為9.67%、13.47%，這對(duì)水稻生長(zhǎng)不構(gòu)成威脅。

4.4 研究區(qū)垂向土壤剖面中硒含量的變化趨勢(shì)表明，該地區(qū)硒未收到外源輸入的影響，主要受控成土母質(zhì)，且與土壤生物作用、淋溶作用關(guān)系密切。

4.5 硒形態(tài)分析和土壤pH值關(guān)系研究中，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土壤pH值對(duì)水溶態(tài)、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)有較強(qiáng)的制約性，而對(duì)硫化物/硒化物結(jié)合態(tài)制約性較小。

4.6 通過(guò)對(duì)比研究區(qū)壤pH值土壤硒的關(guān)系，推斷出土壤偏堿性后，增加了土壤硒的溶解度而使其逐漸流失。

綜上所述，本文筆者對(duì)宜賓興文縣僰王山鎮(zhèn)水田土壤的總硒和硒的形態(tài)特征做了分析研究，為宜賓興文縣大力發(fā)展富硒農(nóng)產(chǎn)品提供了基本前提-富硒土壤，但是在開(kāi)發(fā)利用研究區(qū)富硒土壤時(shí)需考慮土壤pH變化對(duì)土壤硒的溶解、吸收的影響。