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物探与化探, 2023, 47(1): 247-256 doi: 10.11720/wtyht.2023.2683

生态地质调查

闽侯县表层土壤及农产品硒含量特征

邹山进洪,

福建省地质调查研究院,福建 福州 350013

Selenium contents in surface soil and agricultural products in Minhou County

ZOU Shan-Jin-Hong,

Fujian Institute of Geological Survey, Fuzhou 350013,China

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2021-12-15   修回日期: 2022-07-19  

基金资助: 福建省自然资源厅项目“闽侯县农业地质调查评价”(2019002)

Received: 2021-12-15   Revised: 2022-07-19  

作者简介 About authors

邹山进洪(1983-),男,高级工程师,主要从事勘查地球化学、生态地球化学工作。Email:81444319@qq.com

摘要

依据福建省闽侯县农业地质调查评价数据,研究了县域耕地和园地表层土壤硒分布特征及主要控制因素,分析了农产品硒含量特征。结果表明,表层土壤硒含量受控于地质背景,晚侏罗世潜花岗斑岩分布区土壤硒含量明显高于其他地质背景区,同时不同地貌条件、土壤类型、土地利用方式均对土壤硒含量有一定的影响。研究区大部分农产品硒含量较低,主要富硒农作物为水稻,初步评价表明稻米富硒率达78.6%,但有个别稻米样品As或Cd含量超标,开发利用富硒稻米应关注重金属超标风险。根据清洁富硒土壤分布结合农产品富硒情况,研究区划分了9处天然富硒土地潜力区。

关键词： 闽侯县; 硒含量特征; 影响因素; 富硒稻; 天然富硒土地

Abstract

Based on the evaluation data of agricultural geological surveys in Minhou County, Fujian Province, this study investigated the distribution of selenium contents in the surface soil of the cultivated land and garden plots in Minhou County and its major controlling factors. Moreover, it analyzed the selenium contents in agricultural products. The results are as follows. The selenium content in the surface soil is controlled by the geological setting. The areas with Late Jurassic concealed granite porphyries occurring have significantly higher soil selenium content than other areas. Moreover, different landforms, soil types, and land uses have certain effects on selenium content in the soil. Most of the agricultural products in the study area have low selenium content. The main selenium-rich crop is rice, which has a selenium accumulation rate of 78.6% according to the preliminary evaluation. However, some rice samples had excessive As or Cd content. Therefore, attention should be paid to the risk of excessive heavy metals in the development and utilization of selenium-rich rice. Based on the distribution of clean selenium-rich soil and the selenium-rich characteristics of agricultural products, this study determined nine potential areas of natural selenium-rich land in the study area.

Keywords： Minhou County; selenium content; influencing factor; selenium-rich rice; natural selenium-rich land

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本文引用格式

邹山进洪. 闽侯县表层土壤及农产品硒含量特征[J]. 物探与化探, 2023, 47(1): 247-256 doi:10.11720/wtyht.2023.2683

ZOU Shan-Jin-Hong. Selenium contents in surface soil and agricultural products in Minhou County[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(1): 247-256 doi:10.11720/wtyht.2023.2683

0 引言

硒是人畜必需的微量元素,具有多方面的生理功能,其丰缺与人畜健康有密切关系[1]。硒含量过低会诱发克山病、大骨节病和白肌病等多种缺硒疾病[1-2],硒摄入量过高又可能造成毒害[3⇓⇓⇓-7]。全国硒含量分布较不均匀,其中有高达72%的土壤处于不同程度的缺硒状态,超过1亿人口硒摄入量不足[7]。但若通过富硒农产品适量补硒,则可有效提高机体的免疫能力,降低克山病、大骨节病、心脑血管疾病的发生率[5,8],富硒农产品特别是天然富硒农产品因此被称为21世纪重要的保健营养食品。富硒产业作为生态功能农业的一个重要组成部分,可以有效提高农民的收入水平,具有广阔的开发应用前景[9-10]。

在“岩石—土壤—植物—动物—人体”链条体系中,动物和人体硒主要来源于植物并最终来源于土壤及其成土母质,特别是土壤中硒的含量、形态和作物对硒的吸收等都影响着食物链关键环节农作物中硒的水平,因此,将土壤—植物系统作为一个整体来考察硒在土壤中的分布特征及植物对土壤中硒的吸收与积累具有现实意义[11]。基于此,笔者根据福建省闽侯县农业地质调查评价成果,探讨了闽侯县不同区域表层土壤和重要农产品中硒含量特征、转化迁移规律及其可能的影响因素,旨在为福建省闽侯县富硒产业布局和富硒农产品的合理开发提供理论依据。

1 研究区概况

闽侯县地处福建省东部,省会福州市的西南侧,位于北纬25°47'~26°37',东经118°51'~119°25',总面积2 136 km2。该区地处中亚热带季风气候区,其中闽江沿岸的低海拔地区具有南亚热带气候特征。全县地势呈西北高、东南低的特点,包括中山、中低山、低山、丘陵、冲洪积盆地和海积平原6种地貌类型(图1)。土壤类型较为复杂多样,山地土壤垂直分带明显,自下而上依次有红壤、黄红壤、黄壤、草甸土,在红壤分布区镶嵌有紫色土、水化红壤等地域性土壤;平原地区多为风沙土、冲积土和水稻土等土壤。

图1

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图1   闽侯县地貌图(据参考文献[12]修编)

Fig.1   Landform map of Minhou County(Revised according to reference[12])


研究区广泛出露火山岩地层,约占全县总面积的73.65%,主要为上侏罗统南园组和下白垩统寨下组,下白垩统黄坑组、小溪组出露范围较小,侵入岩主要为早白垩世岩体,晚侏罗世、晚白垩世岩体零星出露,局部见有小面积潜火山岩,东南部闽江下游分布有较大面积的第四系长乐组冲洪积层、海积层及龙海组冲洪积层。

2 材料与方法

2.1 样品采集

针对闽侯县连片耕地及部分园地部署研究工作,表层土壤采样控制图斑总面积250.18 km2,其中耕地面积215.7 km2,园地面积34.48 km2。按照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)中1∶50 000面积性调查评价的要求,表层土壤平均采样密度为9件/km2,采样深度0~20 cm,共采集表层土壤样品2 250件。采用多点组合形式采集耕层土壤,在GPS定点点位20~50 m范围内采集3~5个子样,等量混合组成1 件样品。采样时先扒开地表植物残体和杂物,用化探锄挖坑,然后在坑的一侧自地表垂直向下用木质采样铲将表面一层土壤铲去,自地表垂直向下连续均匀采集20 cm土柱。

项目同时采集了农产品—根系土配套样品。水稻为县域大宗农作物,针对永久基本农田、连片耕地部署,采样密度为1个点/3 km2,完成采样点70个;根据闽侯县主要特色农产品、经济作物种植情况,选择茶叶、脐橙、龙眼、大白菜、空心菜、佛手瓜、苦桔、上海青开展调查研究,其中茶叶、脐橙种植面积较大,每种选择30个点,其他农产品每种选择15个点,合计采集了9种作物共220组农产品—根系土配套样。样品较为均匀分布在全县各种农作物的主产区。

农产品—根系土配套样品集中在农作物成熟季节采集。选择种植面积较大的地块,在地块中心部位周边30~50 m范围内均匀采集,采样时注意避开病虫害植株。选取15~20个水稻植株各采集8~10个稻穗组合成一件稻谷样品;选取15~20个茶树植株,均匀采集“一芽三叶”的叶片混合成一件样品;空心菜、上海青由15~20个整株去根组合成一件样品;大白菜、佛手瓜由10~15个子样组成,四分法缩分后组合成一件样品;水果类选择5~8棵植株,每株采集数量相当的果实组合成一件样品。每件农产品样品鲜重均大于2 kg。

农产品用自来水冲洗干净后,再用蒸馏水冲洗1~2次,装入聚乙烯塑料袋于当日送达实验室进行预处理。稻谷样品先进行脱粒、混匀,用砻谷机进行脱壳得到糙米,蔬菜类、橘子类、茶叶样品去除不可食部位,称其鲜样质量,于恒温干燥箱60 ℃烘至干燥,称干样质量,计算干湿比。干样用HR2056粉碎机制成粉样,过40目尼龙筛,装入聚乙烯塑料密封袋中保存。龙眼样品剥除外皮,去核取果肉部分装入高速组织捣碎机捣成匀浆,装入聚乙烯塑料瓶中于冰箱冷冻保存。

配套根系土与农产品同时、同点采集,采样方法同表层土壤。采样深度根据不同农作物主根系分布范围确定。水稻、大白菜为0~20 cm,空心菜、上海青为0~15 cm,茶叶、佛手瓜为0~40 cm,龙眼、脐橙、苦桔为0~60 cm。

2.2 分析测试

样品分析测试执行《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)、《多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)》(DD2005-01)和《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》(DD2005-03)的有关规定要求。由福建省地质测试研究中心分析测试土壤全量指标22项,农产品指标8项。

土壤样品采用原子荧光法(AFS)分析As、Hg、Se,发射光谱法(ES)分析B,等离子体质谱法(ICP-MS)分析Mo、Cd,X-荧光光谱法(XRF)分析Cr、Cu、Mn、Ni、P、Pb、Zn、TFe2O3、MgO、S、CaO、K2O、Cl,化学容量法(VOL)分析N、有机质,离子选择电极法(ISE)测定pH。

根据《生态地球化学评价 动植物样品分析方法》(DZ/T 0253.1—2014)、《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》(GB 5009.268—2016)、《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》(GB 5009.11—2014),采用微波消解—等离子体质谱法测定农产品Se、Mo、Zn、Pb、Cd、Hg、As、Cr,液相色谱—原子荧光光谱法测试稻谷的无机砷。

样品分析按规范要求监控分析质量,方法检出限、准确度、精密度、内检、异常抽查及报出率的各项分析质量参数达到规范要求,分析数据准确可靠。

3 结果与讨论

3.1 土壤硒地球化学特征

3.1.1 土壤硒含量特征

闽侯县表层土壤样品硒含量介于(0.057~1.561)×10-6,平均值为0.276×10-6,略低于全国A层土壤平均含量0.29×10-6,标准差为0.091×10-6,变异系数0.33。《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)在参照谭见安[3]对地方病研究成果研究的基础上,提出了土壤硒的分级标准:缺乏(≤0.125×10-6)、边缘(0.125×10-6~0.175×10-6)、适量(0.175×10-6~0.40×10-6)、高(0.4×10-6~3.0×10-6)、过量(>3.0×10-6),其中土壤硒含量介于0.4×10-6~3.0×10-6定义为富硒土壤。根据这一标准,对闽侯县表层土壤硒含量情况进行统计(表1)。结果表明,闽侯县表层土壤硒含量以适量为主,占比为73.96%,其次为高(富硒),占比13.91%,边缘、缺乏分别占9.82%、2.31%,无过量样品。

表1   闽侯县表层土壤硒含量等级分布情况

Table 1  The distribution of selenium content in surface soil of Minhou County

等级缺乏边缘适量高过量
样品数5222116643130
比例/%2.319.8273.9613.910

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3.1.2 土壤硒空间分布特征

闽侯县大部分耕地和园地土壤硒含量为适量,面积占比为74.57%,在全县广泛分布。富硒土壤面积合计34.72 km2,占比为13.48%,主要分布于西北部的大湖乡—廷坪乡—洋里乡交界处、西部的洋里乡—小箬乡交界处及东南部的青口镇西南一带,其他乡镇亦见有零星分布。大湖乡富硒土壤资源最为丰富,面积达8.34 km2,青口镇、小箬乡富硒土壤面积占比较高,分别为29.84%、25.22%。硒含量处于边缘和缺乏的土壤面积占比分别为9.03%和2.93%,主要分布于大湖乡的西南部、小箬乡的中部、洋里乡的中北部及荆溪镇的北部,闽江西南岸的竹岐乡东北部、上街镇东南部见有较大面积的缺硒土壤。闽侯县没有硒含量过剩的土壤分布。

3.2 土壤硒含量控制因素

闽侯县表层土壤中硒含量不仅继承了成土母岩的特征,还受到地形地貌、土壤类型的影响,同时不同的土地利用方式也影响着土壤的硒含量。

3.2.1 成土母岩

大量研究发现,土壤硒含量与成土母岩有一定关系[3,13⇓⇓-16]。闽侯县不同成土母岩形成的土壤硒含量总体规律为晚侏罗世潜花岗斑岩>长乐组海积层>第四系冲洪积层>上侏罗统南园组火山岩>下白垩统寨下组、黄坑组火山岩>早白垩世、晚侏罗世花岗岩(表2)。晚侏罗世潜花岗斑岩形成的土壤硒含量最高,平均值为0.374×10-6,主要分布于西部洋里乡、小箬乡等地。这一结果不同于方金梅[17]对包括闽侯县在内的福州市不同岩石及其风化土壤中硒元素含量的研究结果,除了研究区范围不完全相同导致的硒含量差异外,其他原因有待进一步分析。

表2   闽侯县不同成土母岩土壤硒含量平均值

Table 2  Characteristics of selenium content in different soil parent rocks of Minhou County

时代第四系下白垩统上侏罗统早白垩世晚侏罗世
地层长乐组冲
洪积层		长乐组
海积层		龙海组冲
洪积层		寨下组
上段		黄坑组
上段		黄坑组
下段		南园组
第四段		南园组
第三段		南园组
第二段		二长花
岗岩		花岗
闪长岩		花岗
闪长岩		潜花
岗斑岩
样品数7322350233152754755545572945536
w(Se)/10-60.2850.3160.3050.2710.2590.2540.2380.2970.2670.1840.2320.2160.374

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相关性分析表明,闽侯县表层土壤中硒含量与TFe2O3、Cr、As、Ni、Zn、Cu、B、Pb、S、P、Mn、Mo等多个指标均呈显著正相关(P<0.01)(表3)。这同硒与上述元素在原生矿物中存在一定的伴生关系较为吻合[18-19],此外,还可能与次生环境中铁锰氧化物对硒等元素的吸附和固结作用有关[20-21]。

表3   闽侯县表层土壤中硒元素与其他指标的相关性

Table 3  Correlation between selenium element and other indicators in surface soil of Minhou County

指标pH有机质NPKSCaO
相关系数-0.0050.268**0.259**0.276**-0.375**0.287**0.009
指标MgOBMoMnTFe2O3ClZn
相关系数0.107**0.304**0.155**0.193**0.502**0.095**0.332*
指标CuHgCdPbAsCrNi
相关系数0.301**0.159**0.080**0.295**0.491**0.497**0.427**

注:“**”表示在0.01水平(双侧)上显著相关,“*”表示在0.05水平(双侧)上显著相关;下同。

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3.2.2 地形地貌

地形地貌对土壤的形成、发育影响十分深刻,不同地貌具有不同的水热分配和物质堆积特点,随地貌的不同,土壤形成及其组合分布也不相同。按地貌分区统计表明,闽侯县表层土壤硒含量从高到低依次为海积平原>中山>冲洪积盆地、丘陵、中低山>低山(表4)。海积平原土壤硒含量最高,平均值为0.333×10-6,其次为中山,硒含量平均值为0.304×10-6。海积平原位于闽江下游河口两侧,海拔小于10 m,地形低洼,土壤成分以淤泥、黏性土、泥炭组合为主。相关研究表明,黏质土硒含量较高,砂质土硒含量较低,土壤黏粒含量越多,硒含量越高[22-23]。闽侯县不同地貌分区土壤硒含量差异可能是土壤质地差异性的反映。另外,闽侯县中山地貌分区硒含量较高与其海拔较高有关。章海波等[24]、张钟华等[25]、朱建明等[26]研究发现,山地地貌中海拔增加后,气温的降低使土壤有机质分解速率降低,土壤中有机质含量相对较高,使得土壤吸附固定硒能力增加。相关性分析也表明,闽侯县表层土壤硒含量与有机质呈显著正相关(表3)。

表4   闽侯县不同地貌区土壤硒含量平均值

Table 4  Characteristics of soil selenium content in different landforms of Minhou County

地貌类型海成地貌堆积侵蚀地貌剥蚀地貌构造侵蚀地貌
海积平原冲洪积盆地丘陵低山中低山中山
样品数167283213452638462
w(Se)/10-60.3330.2730.2750.2540.2710.304

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3.2.3 土壤类型

闽侯县不同土壤类型中,硒含量从高到低依次为黄壤>黄红壤>潴育水稻土>红壤、渗育水稻土、潜育水稻土、冲积土(表5)。黄壤硒含量最高,平均值为0.598×10-6,达到富硒水平(0.4×10-6~3.0×10-6)。黄壤、黄红壤主要分布于西北部廷坪乡、大湖乡、洋里乡中高海拔地区(800~1 000 m),日照短,气温较低,不利于有机复合态硒向水溶态硒转化,使得高海拔地区土壤持留更多的硒[24⇓-26]。闽江中下游大面积分布的潴育水稻土,耕作层水气肥协调,有机质及各种养分含量较高,硒含量在3种水稻土亚类中最高。

表5   闽侯县不同类型土壤硒含量平均值

Table 5  Characteristics of soil selenium content in different soil types of Minhou County

土壤类型红壤黄壤黄红
壤		冲积
土		渗育
水稻土		潴育
水稻土		潜育
水稻土
样品数979721926147134590
w(Se)/10-60.2660.5980.3340.2480.2630.3020.254

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3.2.4 土地利用方式

土地利用改变了土壤水热状况,影响土壤微生物活动,使得土壤中包括硒等各种元素发生再分配[23]。闽侯县不同土地利用方式下的土壤硒含量从高到低依次为茶园>水浇地>果园、旱地>水田(表6)。茶园、水浇地土壤硒含量较高,平均值分别为0.453×10-6、0.423×10-6,均达到富硒水平(0.4×10-6~3.0×10-6)。闽侯县茶园、水浇地主要分布于大湖乡、廷坪乡、洋里乡等高海拔山区,土壤腐殖层较厚,有机质含量高,固硒作用较强,而果园、旱地、水田一般分布在中低海拔地区,耕作强度大,土壤有机质含量较低,硒含量总体较低。

表6   闽侯县不同土地利用方式下土壤硒含量特征

Table 6  Characteristics of soil selenium content under different land use patterns in Minhou County

土地利用类型果园旱地茶园水浇地水田
样品数32212135871659
w(Se)/10-60.2900.2880.4530.4230.269

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3.3 作物硒含量特征

3.3.1 农产品富硒情况

由于国家标准《富硒稻谷》(GB/T 22499—2008)中富硒稻谷是指三级大米中的硒含量,本研究测定的是糙米硒含量,而糙米硒含量通常要高于三级大米硒含量[27],因此,本文以国家标准为参考初步评价研究区稻米富硒情况。研究区70件稻米样品硒平均值为0.059×10-6,是富硒标准下限的1.48倍,其中55件稻米样品硒含量达到富硒标准((0.04~0.30)×10-6),富硒率达78.6%,其他农产品富硒率低,仅龙眼、空心菜各有1件样品达富硒标准下限(表7),稻米是闽侯县较具开发潜力的富硒农产品。不同类型农作物硒的吸收能力不同,植物籽粒中硒含量一般高于茎叶中硒含量,农作物对土壤中硒的生物富集能力大小顺序为根茎类>叶菜类>果实类>种子类[28⇓-30]。蔬菜非可食部位中硒的含量最高,且在种子成熟时大部分可溶性硒转移至种子或豆荚中[31]。

表7   闽侯县农产品富硒情况

Table 7  Selenium-enriched situation of agricultural products in Minhou County

农产品硒含量富硒标准/10-6样本数富硒数富硒率/%
最大值/10-6最小值/10-6平均值/10-6
稻米0.1620.0320.0590.04~0.30705578.6
龙眼0.0100.0030.0040.01~0.051516.7
脐橙0.0060.0030.0040.01~0.053000
苦桔0.0040.0020.0030.01~0.051500
茶叶0.1470.0530.0910.25~4.003000
大白菜0.0050.0020.0030.01~0.101500
空心菜0.0100.0030.0050.01~0.101516.7
佛手瓜0.0040.0020.0030.01~0.101500
上海青0.0060.0020.0040.01~0.101500

注:茶叶硒含量为干基,其他农产品均为湿基;稻米富硒参考标准为国家标准《富硒稻谷》(GB/T 22499—2008),茶叶富硒参考标准为农业部标准《富硒茶》(NY/T 600—2002),其他农产品富硒参考标准为江西省地方标准《富硒农产品硒含量分类要求》(DB36/T 566—2017)。

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3.3.2 稻米富硒原因分析

研究表明,在一定范围内农产品硒含量与土壤中硒含量具有一定的相关性[32-33]。研究区各种农产品中硒含量与配套根系土中硒含量的相关系数及平均富集系数见表8。

表8   闽侯县各类农产品与配套根系土硒含量的相关系数和富集系数

Table 8  Correlation coefficient and enrichment factor of selenium content between various agricultural products and soil in Minhou County

品种稻米茶叶脐橙龙眼大白菜空心菜佛手瓜苦桔上海青
r0.487**-0.0260.487I**0.164-0.2580.173-0.381-0.193-0.338
q0.2050.0290.0200.0140.0090.0210.0060.0210.013

注:r为相关系数,q为富集系数,富集系数=农产品硒含量/土壤硒含量;下同。

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可见稻米、脐橙硒含量与其根系土硒含量呈显著正相关,相关系数均达0.487(P<0.01)。但脐橙硒含量变化区间较窄(0.003×10-6~0.006×10-6),其相关性分析结果不具有统计意义。其他农产品硒含量与配套根系土硒含量相关性均不显著,这可能也与这些农产品硒含量不具有显著性差异有关。

闽侯县稻米对根系土中硒元素的平均富集系数为0.205,明显高于其他农产品,其他农产品的富集系数都较低(0.006~0.029),这也是大多数农产品不易富硒的原因之一。

值得注意的是,闽侯县55件富硒稻米中仅有13件配套根系土达到富硒土壤标准(0.4×10-6~3.0×10-6),另外38件根系土仅达到适量(0.175×10-6~0.4×10-6),4件仅达到边缘(0.125×10-6~0.175×10-6)(表9)。闽侯县水稻主产区土壤硒含量高、适量、边缘分区中所产的稻米样品富硒比例分别为100%、76%、57.14%,均显著高于全国41个水稻主产区相应土壤硒含量分区所产稻米富硒比例(81.26%、65.11%、35.42%),稻米对根系土的富集系数高于全国(0.179)[34],说明闽侯县种植的水稻品种相对易富集硒。当然,本研究测定的是糙米硒含量而不是稻谷标准中的三级大米硒含量,这对评价结果也带来了一定的影响。

表9   闽侯县水稻主产区不同土壤硒分区稻米的富硒比例

Table 9  Selenium-enriched ratio of rice in different soil selenium subregions in the main rice-producing areas of Minhou County

土壤硒含
量分区		稻米硒含
量分区		闽侯县全国
硒超标
w(Se)≥
0.3		富硒
0.04≤w(Se)<
0.30		不富硒
w(Se)<
0.04		硒超标
w(Se)≥
0.3		富硒
0.04≤w(Se)<
0.30		不富硒
w(Se)<
0.04
边缘样本数0434288521
w(Se)≤0.175比例/%057.1442.860.4935.4264.08
适量样本数03812720271079
0.175<w(Se)≤0.4比例/%076240.2265.1134.66
高样本数0130252419533
0.4<w(Se)≤3.0比例/%010000.8481.2617.90
过量样本数000842
w(Se)>3.0比例/%00057.1428.5714.29

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蒋彬[35]、李正文等[36]、王家伟等[37]、张标金等[38]研究发现,不同基因型的水稻糙米硒含量差异显著,有色稻米硒含量极显著高于白色稻米,粳稻与籼稻硒含量也有一定的差异,但差异不显著。闽侯县种植的水稻品种主要有甬优、中浙优、野香优、昌两优等多个系列,本次采集的稻米均为甬优系列的籼粳杂交中稻品种。

姜超强等[39]、黄太庆等[40]的研究结果表明,总体上土壤中全硒含量越高,稻米硒含量也越高。这与本次闽侯县硒含量越高的土壤所产稻米富硒率越高的规律一致。付中彪等[41]对赣南地区稻米与根系土硒含量的关系研究表明,稻米硒含量与土壤有效硒含量为显著正相关。可见土壤硒含量是影响稻米硒含量的重要因素之一。

稻米的硒含量不仅受到水稻品种、土壤硒含量的影响,还受到土壤理化性质、土壤质地、灌溉状况等多种因素的共同影响,其富集机理是极为复杂的[42⇓-44]。

3.3.3 稻米安全性评价

在开发利用富硒农产品时,必须保证农产品的食用安全性。依据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)评价了研究区稻米安全性。70件稻米样品中有1件无机砷含量超过国家食品限量标准(0.2×10-6),其配套根系土As含量低于风险筛选值(优先保护类),该件稻米样品硒含量高达0.162×10-6,为闽侯县稻米样品最高值;有4件稻米样品Cd含量超过国家食品限量标准(0.2×10-6),其中2件样品的配套根系土Cd含量超过了风险筛选值(安全利用类),2件样品配套根系土Cd含量低于风险筛选值(优先保护类)。重金属超标稻米中,有4件稻米达到了富硒标准(表10)。可见闽侯县部分富硒稻米存在重金属超标风险。

表10   闽侯县超标稻米硒含量、重金属含量情况

Table 10  Contents of selenium and heavy metals in over-standard rice in Minhou County

样点号分布地区稻米硒
含量/10-6		稻米超标
重金属		稻米重金属
含量/10-6		根系土重金属
含量/10-6		根系土壤
风险等级		富集系数
MHSD06南通镇建南村0.162无机砷0.2489.580优先保护类0.026
MHSD03青口镇东台村0.117Cd0.7570.486安全利用类1.558
MHSD08竹岐乡榕中村0.070Cd0.3120.296优先保护类1.054
MHSD59青口镇梅岭村0.108Cd0.3720.174优先保护类2.138
MHSD61廷坪乡蕉溪村0.039Cd0.3370.493安全利用类0.684

注:根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)规定,土壤重金属含量低于或等于风险筛选值划分为优先保护类,高于风险筛选值且低于或等于风险管控值为安全利用类,高于风险管控值为严格管控类。

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为了研究闽侯县稻米与根系土重金属含量相关性,计算了各种重金属含量与配套根系土中相应元素含量的相关系数及平均富集系数(表11)。

表11   闽侯县稻米重金属含量与根系土的相关性、富集系数

Table 11  Correlation and enrichment coefficient of heavy metal content in rice with root soil in Minhou County

元素AsCdHgPbCr
r0.2150.359**0.469**0.1480.015
q0.0030.4390.0280.0010.006

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可见,闽侯县稻米中Hg、Cd含量与根系土相应元素含量具显著正相关(P<0.01),As、Pb、Cr含量与根系土相应元素含量的相关性不显著。稻米对根系土Cd的吸收率最高,平均富集系数高达0.439,应当重点关注Cd含量较高的地块稻米Cd超标风险,保障农产品安全。

由表10可见,超标稻米样品As、Cd的富集系数明显高于研究区相应元素的平均富集系数,使得土壤环境风险等级为安全利用类甚至优先保护类区产生稻米重金属超标现象。闽侯县稻米对土壤重金属的富集系数与土壤有机质、pH值的相关性见表12,可见闽侯县稻米Cd、Hg、Pb的富集系数与根系土有机质含量呈显著负相关,Cr富集系数与根系土pH值呈显著负相关,这一结果与相关研究结论一致[45]。

表12   闽侯县稻米重金属富集系数与根系土理化指标的相关性

Table 12  Correlation between the enrichment coefficient of heavy metals in rice and the physical and chemical indexes of root soil in Minhou County

理化指标AsCdHgPbCr
有机质-0.188-0.353**-0.430**-0.237*0.095
pH-0.1630.0880.036-0.211-0.304*

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3.4 天然富硒土地潜力区

2020年以来,自然资源部中国地质调查局、中国地质学会共同推动天然富硒土地的划定与标识,对全国天然富硒土地进行官方认定,助力富硒土地的开发利用。根据《天然富硒土地划定与标识(试行)》(DD 2019-10)的要求,土壤中Cd、Hg、As、Pb和Cr的含量均不高于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中相应重金属元素的风险筛选值,且土壤硒含量≥0.4×10-6(pH≤7.5)或种植的农产品富硒比例大于70%的连片土壤方可划定为天然富硒土地。

结合县域调查发现的连片清洁富硒土壤、富硒稻米分布情况,将清洁土壤及稻米均达富硒标准的耕地划为Ⅰ类潜力区,清洁土壤未达富硒标准但稻米富硒的耕地划为Ⅱ类潜力区。全县共划分了9处天然富硒土地潜力区(图2),统计了各个潜力区的分布范围、耕地面积、土壤硒含量平均值及农产品富硒情况见表13。

图2

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图2   闽侯县硒元素地球化学等级及天然富硒土地潜力区分布

Fig.2   Geochemical grade of selenium element and distribution map of natural selenium-rich land potential area in Minhou County


表13   闽侯县天然富硒土地潜力区

Table 13  Delimitation of potential areas of natural selenium-rich land in Minhou County

序号分布范围耕地面积/hm2土壤硒平均值/10-6农产品富硒情况潜力分类
1青口镇西台村、东台村、青林村63.600.4125件稻米均富硒Ⅰ
2廷坪乡汶合村、大湖乡大池村、雪峰村、碾坑村、洋里乡刘洋村90.150.5394件稻米均富硒Ⅰ
3洋里乡友泉村、梧溪村、茶苑村、坪古洋村、小箬乡尚锦村55.800.4473件稻米均富硒Ⅰ
4青口镇青圃里村、青圃岭村9.300.6761件稻米富硒Ⅰ
5大湖乡东姚村等10个村及洋里乡洋头村272.10.2829件稻米8件富硒Ⅱ
6鸿尾乡埕头村、南下村、鸿尾村、桥头村、溪源村221.10.2555件稻米4件富硒Ⅱ
7白沙镇林炳村、新坡村、上寨村、溪头村、孔元村87.450.2504件稻米均富硒Ⅱ
8荆溪镇关东村、关西村、关中村、仁洲村97.800.193件稻米均富硒Ⅱ
9南通镇大部及南屿镇尧沙村、桐南村、窗下村169.950.3242件稻米均富硒Ⅱ

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4 结论与建议

1)闽侯县耕地和园地表层土壤硒含量以适量为主,平均值为0.276×10-6,略低于全国A层土壤平均含量0.29×10-6。

2)闽侯县表层土壤硒含量受控于地质背景,晚侏罗世潜花岗斑岩分布区土壤硒含量明显高于其他地质背景区,同时受到地形地貌、土壤类型、土地利用方式等多种因素影响。这些影响因素具有空间耦合特征,共同决定了表层土壤硒含量特征。

3)尽管闽侯县表层土壤硒含量总体仅达到适量水平,但稻米富硒率明显高于全国平均水平,富硒率达78.6%,显示稻米是闽侯县有潜在优势的富硒农产品,具有较好的开发前景。农产品安全性评价表明,闽侯县个别稻米在富硒的同时存在重金属超标问题,在富硒稻米开发利用时应当注意重金属超标问题。

4)建议对划定的天然富硒土地潜力区优选连片耕地进一步开展农田灌溉水水质等调查,结合地方产业规划积极申报天然富硒土地,助力乡村振兴发展。

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以杂交晚稻&ldquo;皖稻205&rdquo;为试验材料，采用盆栽试验方法，研究了不同硒含量（0.5、1.0、1.5 mg&middot;kg<sup>-1</sup>）土壤对水稻产量、硒的吸收、转运和分配的影响.结果表明： 土壤硒含量&le;1.5 mg&middot;kg<sup>-1</sup>对水稻产量无明显影响；水稻根系、茎叶和籽粒中的硒含量均随着土壤硒含量增加而增加，并呈现根系＞茎叶＞籽粒的特点，籽粒各组成部分的硒含量呈现米糠＞精米＞稻壳的特点；水稻根系能从富硒土壤中富集硒，根系硒的吸收系数达1.86，而硒向籽粒的转运和积累则相对恒定，转运系数为0.53～0.59；土壤硒含量为0.5～1.0 mg&middot;kg<sup>-1</sup>所产的富硒大米（0.15～0.20 mg Se&middot;kg<sup>-1</sup>），可满足人体60～80 &mu;g&middot;d<sup>-1</sup>硒的需要量，而土壤硒含量&ge;1.5 mg&middot;kg<sup>-1</sup>所产大米硒含量达到0.319 mg&middot;kg<sup>-1</sup>，超出粮食硒含量安全标准.综合产量和籽粒硒含量的表现，在富硒土壤（0.5～1.0 mg&middot;kg<sup>-1</sup>）上直接生产富硒大米，而不需要添加外源硒，既降低了生产成本，又避免了可能造成的水土污染.&nbsp;

Jiang C Q, Shen J, Zu C L.

Selenium uptake and transport of rice under different selenium-enriched natural soils

[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(3):809-816.

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黄太庆, 江泽普, 邢颖, 等.

水稻对外源硒的吸收利用研究

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Huang T Q, Jiang Z P, Xing Y, et al.

Effects of exogenous selenium on paddy rice growth,selenium uptake and accumulation

[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2017, 34(5):449-455.

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付中彪, 何宁洁, 鲍征宇, 等.

赣南地区水稻—根系土系统中硒含量影响因素分析

[J]. 地质科技情报, 2019, 38(5):220-229.

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Fu Z B, He N J, Bao Z Y, et al.

Analysis of influencing factors of selenium content in rice-root soil system in Southern Jiangxi

[J]. Geological Science and Technology Information, 2019, 38(5):220-229.

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Mikkelsen R L, Pang A L, Bingham F T.

Factors affecting selenium accumulation by agricultural crops

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Zhao F J, Lopez-Bellido F J, Gray C W, et al.

Effects of soil compaction and irrigation on the concentrations of se-lenium and arsenic in wheat grains

[J]. Science of Total Environment, 2007, 372:433-439.

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Ogaard A F, Sogn T A, Eich-Greatorex S.

Effect of cattle manure on selenate and selenite retention in soil

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周国华, 汪庆华, 董岩翔, 等.

土壤—农产品系统中重金属含量关系的影响因素分析

[J]. 物探化探计算技术, 2007, 29(S1):226-231.

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Zhou G H, Wang Q H, Dong Y X, et al.

Factors affecting heavy metal concentrations in the soil-agricultural product system

[J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2007, 29(S1):226-231.

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