0 引言

硒是人体生长发育过程中必不可少的微量元素之一，缺少硒会导致机体功能障碍，引发各种疾病，适量的补硒对提高人体免疫力、预防心血管病、抗肿瘤、抗病毒性疾病以及抗衰老等的具有重要的意义作用（曾静和罗吉海，2003），但人体摄入过多硒，可能会造成硒中毒，导致群体头发和指甲脱落 （李明龙，2021）。1988年中国营养学会将硒列为15 种每日膳食营养素之一，推荐成人每日硒摄入量50～250 ug/d，一般认为正常人摄入超过生理需要 50 倍的硒有中毒的危险（王磊等，2015）。随着社会经济的发展，人们对补硒的安全性不断的深入，对富硒农产品的要求也会随之提高。因此，研究土壤中硒元素的分布规律（何亚琳，1996；邓军等，2019；张钟华等，2020；乔新星等，2022），农产品富硒情况 （王张民等，2018；黄亚涛等，2021；刘元生等， 2021），是近几年来的研究热点。

贵州省全省 17.61 km² 国土面积中农用地面积约 14.79 万 km²，耕地面积约 4.55 万 km²，土地资源和自然资源人均占有量低于全国平均水平，为摸清全省耕地质量现状，了解和掌握耕地土壤中有益元素、有害有毒元素、特色元素的地球化学特征。本研究调查了习水县耕地面积 820.81 km²，系统地采集了表层土壤样 7545 件。在贵州省习水县耕地质量地球化学调查评价项目的成果数据基础上，本文初步探讨习水县耕地土壤硒地球化学特征、分布规律及其影响因素，科学合理地评价耕地地球化学质量，为习水县耕地资源管护、农业结构的调整和特色山地农业的发展提供科技支撑，为贵州省农业现代化和全面建成小康社会服务。

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

习水县位于贵州省北部，隶属贵州省遵义市 （图1），东连贵州省桐梓，重庆市綦江县，西接贵州省赤水市，南邻贵州省仁怀市、四川省古蔺县，北接四川省合江县、重庆市江津区。地理坐标为105°50'～106°44'E，28°03'～28°51'N，国土面积 3127.7 km²。习水县内土壤类型主要有黄壤、水稻土、石灰土、紫色土、粗骨土（图2）。土地利用类型主要有旱地、水田、果园、茶园、林地等。主要种植高粱、水稻、辣椒、玉米等农作物。

1.2 研究区地质概况

研究区位于扬子地块西南部，属于上扬子地块，以沉积岩分布为主。区内出露地层从新到老有：第四系、白垩系、三叠系、二叠系、志留系、奥陶系、寒武系、震旦系。区内地层以海相为主，以碳酸盐台地沉积建造为主，其次为陆棚碳酸盐沉积建造及陆地边缘相沉积建造（贵州省地质调查院，2017）。

2 研究方法

2.1 样品采集

本研究以 1∶5 万地形图、第二次全国土地调查成果图斑以及最新的卫星图片为底图，对研究区耕地和园地表层土壤进行布设，采样点平均密度约 9.3 个点/km²，采用梅花状法或“S”形法多点采集 1 个主样坑与 4 个子样坑内 0～20 cm 表层土充分混匀，每件样品原始重量约为 1500 g，避开人为污染、施肥期间的土壤。研究区共采集表层土壤样品 7545 件（含 148 件重复样），在室内风干、敲碎，过 2 mm 目尼龙筛后送实验室测试。采集水稻及相对应的根系土 81件，高粱及相对应的根系土 31件，岩石样15件（图3）。

2.2 样品分析测试

分析测试由贵州省地质矿产中心实验室完成。 Se、As、Hg 等元素采用原子荧光谱法（AFS）测试， Co、Cr 等元素采用等离子体发射光谱法（ICP-OES） 测试，Cd、Mo等元素采用等离子体质谱法（ICP-MS） 测试，X 射线荧光光谱法（XRF）为主，F、pH 采用离子选择性电极法（ISE）测试，N、有机质采用容量法 （VOL）测试。分析测试方法质量符合规范（DZ/T 0295-2016）中的样品处理与分析的规定，分析测试数据结果质量可靠。

2.3 数据处理与制图

利用 Excel 2007 统计土壤样品中的 23 种元素或指标的算术平均值、算术标准偏差、变异系数、最大值、最小值等参数，以 $\overline{\mathrm{X}}\pm 3S$剔除原始数据中的离群值后，计算各元素的平均值作为平均值。运用 Geochem studio、MapGIS软件生成地球化学图，利用土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护（应用）子系统软件生成地球化学评价等级图。

3 耕地土壤地球化学特征

3.1 耕地土壤酸碱性及环境质量

对习水县耕地表层土壤 pH 值进行统计，得到 pH 值为 3.22～8.94，平均值为 6.56。其中，对土壤酸碱度进行丰缺度进行评价，强碱性（pH≥8.5）耕地面积0.72 km²、碱性（7.5～8.5）耕地面积12.20 km²、中性（6.5～7.5）耕地面积 27.61 km²、酸性（5. 0～6.5）耕地面积 37.46 km²、强酸性（pH＜5. 0）耕地面积 2.93 km²，分别占全县耕地面积 0.89%、15. 07%、 34.11%、46.30%、3.63%，总体呈中性 — 酸性（图4）。

根据土壤中8种环境元素的含量，对照《土壤环境质量农用土壤污染风险管控指标（试行）》 （GB 15618-2018）（中华人民共和国生态环境部， 2018）中的筛选值和管制值，将土壤风险程度分为3 类（优先保护类、安全利用类、严格管控类）。分析结果表明，习水县表层耕地土壤中Cd以安全利用类为主，占全县评价耕地面积的 56.17%，其次为优先保护类，占全县评价耕地面的 43.17%，少量严格管控类分布，Hg优先保护类面积占比99.68%，Pb优先保护类面积占比 99.17%，Zn 优先保护类面积占比 99.4%，As优先保护类面积占比 98.27%，Cr优先保护类面积占比 97.86%，Cu 优先保护类面积占比 87.6%，Ni 优先保护类占比 94.5%。根据土壤环境综合质量等级表明，优先保护类、安全利用类、严格管控类面积分别占全县评价面积的 40.66%、 58.45%、0.88%，土壤环境综合质量等级较好，耕地质量等级以安全利用类为主（图5）。

3.2 耕地土壤硒元素地球化学特征

对全县的7545件土壤样品含硒量进行统计（表1），表层耕地土壤硒含量变化范围为 0. 04～4.28 mg/kg，平均值为0.52 mg/kg，中值为0.41，标准差为 0.38，变异系数 0.72，剔除异常值（$\overline{\mathrm{X}}\pm 3S$）后的算术平均值为 0.44 mg/kg。根据测试结果表明，习水县土壤硒含量平均值高于全国土壤 A 层平均值 0.2 mg/kg（鄢明才等，1997），略低于贵州省耕地表层土壤元素背景值0.48 mg/kg（蔡大为等，2020）。

依据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295 —2016）（中华人民共和国国土资源部，2016）划定耕地土壤硒含量0.4～3. 0 mg/kg为富硒土壤。习水县全县富硒耕地面积为44.96 km²，占比55.53%，全县分布面积大；硒过剩耕地面积 0. 04 km²，占比 0. 05%，主要分布于东皇街道、良村镇等乡镇；硒适量耕地面积 34.85 km²，占比 43. 05%，全县均有分布；低硒耕地面积 1.11 km²，占比 1.37%，全县少量分布（图6）。总体而言，习水县耕地土壤整体表现为含硒-富硒特征（表2）。

4 土壤硒元素含量和分布影响因素分析

影响土壤硒含量和分布因素众多，有学者认为成土母岩、土壤类型、土地利用方式、土壤 pH、有机质的含量等对土壤硒含量具有一定的影响（孙朝等，2010；戴慧敏等，2015；赵子宁等，2018；马义波等，2020；杨志忠等，2021）。本文研究不同成土母岩、土壤类型、土地利用方式及土壤有机质含量、pH 等因素对习水县土壤硒含量的影响。

4.1 成土母岩

张光弟等（1998）对湖北施恩富硒区土壤硒地球化学背景的研究发现，地质背景对硒含量的影响较大；陈武等（2015）对贵州省富硒地层的研究，提出了贵州富硒的地层为寒武系牛蹄塘组和二叠系龙潭组。将习水县地层叠加到习水县耕地土壤硒含量的等值线图上（图7）发现，硒含量与地层吻合度较高，其中二叠纪地层发育的土壤硒明显富集。根据习水县采样点发育地层统计（表3），上二叠统龙潭长兴组含煤地层发育的土壤中硒平均含量最高，平均值为1.374 mg/kg；其次为栖霞茅口组，平均值为1.108 mg/kg；上侏罗统蓬莱组发育的土壤中硒平均含量最低，平均值为 0.285 mg/kg；中白垩统甲关组发育的土壤中硒含量平均值为0.319 mg/kg；三叠系须家合组、狮子山组、松子坎组、茅草铺组、夜郎组发育的土壤中硒平均含量在0.482～0.692 mg/kg； 志留系发育的土壤中硒平均含量为0.573 mg/kg；中上奥陶统、湄潭组、桐梓红花园组发育的土壤中硒平均含量在0.491～0.708 mg/kg；寒武系娄山关组、高台组、清虚洞组、牛蹄塘组发育的土壤中硒平均含量在 0.409～0.493 mg/kg；震旦系灯影组发育的土壤中硒平均含量为 0.570 mg/kg。耕地表层土壤总硒含量数据离散性较小，数据相对集中，元素空间分布特征总体表现中部、南部高，西部北部低，空间上呈块状、团状大面积分布，南东高值区、低值区均呈条带状分布。通过数据统计发现，不同地层的成土母岩与土壤含硒量高低有较大联系，其中煤系地层含硒量最高。

注：原始样本数为7545件，元素含量单位为mg/kg，pH为无量纲。

4.2 土壤类型

不同类型的土壤硒含量也存在较大的差异（李丕鹏等，2020）。习水县主要土壤类型主要有黄壤、水稻土、石灰土、紫色土、粗骨土。因粗骨土在本次采样中数据较少，不具有代表性，故此剔除。通过对表层耕地各土壤类型采样分析测试数据统计（表4），获得了习水县不同的土壤类型中表层耕地土壤硒含量：石灰土最高，平均含量为 0.75 mg/kg，其次为黄壤，平均含量为0.58 mg/kg，水稻土平均含量为 0.42 mg/kg，紫色土最低，平均含量为 0.31 mg/kg。耕地土壤类型对硒含量表现为：石灰土>黄壤>水稻土>紫色土，不同的土壤类型对硒含量有较大的影响。

4.3 土地利用方式

研究表明，不同土地利用方式能够较好地反应不同程度的人为活动对土壤的影响，土地利用方式导致土壤性质和土地生产力发生改变，进而影响土壤质量和土壤环境变迁（吴文斌等，2007）。习水县主要采样的土地利用类型有水田、旱地、园地（果园、茶园）、裸地。通过统计不同土地利用类型的土壤硒含量特征得出，茶园表层土壤硒含量最高，平均含量为 0.69 mg/kg，其次为旱地，平均含量为 0.54 mg/kg，最低为水田，平均含量为 0.40 mg/kg。不同的土地利用类型土壤中硒的含量为茶园＞旱地＞果园＞裸地＞水田。由此表明，表层土壤硒含量在不同的土地利用类型下硒含量有所不同 （表5）。

4.4 有机质和pH值对土壤硒含量的影响

（1）土壤有机质

土壤中的有机质是土壤重要的理化指标，有机质是土壤中各种含碳有机化合物的总称，是由动植物残体、微生物体和生物残体在不同分解阶段的产物，以及由分解产物合成的腐殖质等（周墨等， 2018）。有研究认为土壤硒含量与有机质呈现正相关性，有机质对硒具有一定的吸附和固定作用（黄春雷等，2013；曹园园等，2022）。通过对习水县表层土壤样品测试的结果，利用软件进行有机质与硒元素含量Pearson相关性分析及双尾显著性检验，得出其相关系数为0.788（P=0. 000＜0. 01），说明习水县土壤中硒的富集与有机质的活动密切相关。从图8中可以看出，随着土壤中有机质含量的升高，硒元素含量也呈升高的趋势，说明土壤硒的富集与有机质含量密切相关。

注：元素含量单位为mg/kg。

注：元素含量单位为mg/kg。

（2）pH值

土壤 pH 值是反映土壤质量的重要理化性质， pH 高低影响土壤 Se 形态及其生物有效性（邵学新等，2006；梁东丽等，2017；任蕊等，2018）。适宜的 pH可以提高土壤养分的有效性，增加农作物产量与质量，过高或过低的 pH值会破坏土壤结构，对微生物活性降低（杨志忠等，2021）。利用软件进行 pH 与硒元素含量 Pearson 相关性分析及双尾显著性检验，得出其相关系数为-0. 059，说明 pH 与土壤硒无显著相关性。由图8 可知。中性和酸性土壤条件下，土壤硒元素主要以亚硒酸盐的形式存在，由于迁移淋溶作用能力较弱，有利于 Se 元素富集（蔡立梅等，2019；令狐燕艳等，2020）。习水县土壤整体呈中性—酸性，因此大面积的中性、酸性土壤也是导致习水县表层土壤硒富集的重要因素。

5 结论

（1）习水县耕地表层土壤样品数据显示习水县表层土壤总体上呈中性—酸性，土壤环境质量较好，耕地质量等级以安全利用类为主。

（2）习水县耕地土壤硒平均值为0.44 mg/kg，高于全国土壤A层平均值0.2 mg/kg，略低于贵州省耕地土壤元素背景值0.48 mg/kg。全县富硒耕地面积 449.57 km² 万亩，占比55.53%，全县均有分布。

（3）成土母岩与富硒土壤分布有较大的关系，二叠系龙潭长兴组含煤地层发育的土壤硒含量最高，上侏罗统蓬莱组发育的土壤中硒平均含量最低。

（4）习水县土壤类型对土壤硒的含量有较大的影响，石灰土>黄壤>水稻土>紫色土。

（5）习水县耕地表层土壤硒含量在不同的土地利用方式下硒含量有所不同，不同的土地利用方式下土壤中硒含量为茶园＞旱地＞果园＞裸地＞ 水田。

（6）硒含量与有机质呈正相关性，与 pH 无显著相关性，随着土壤有机质含量升高，硒含量也随之升高。

参考文献