山东沂南土壤-植物系统中硒生物有效性评价.pdf

为评价山东沂南富硒土壤中的硒在不同作物中的生物有效性并推测其来源,对研究区的土壤、植物和岩石样品进行对应采集,采用I C PM S等测试了各样品硒元素的总质量分数和水溶态、弱酸提取态、可还原态、可氧化态、残渣态种形态分量的质量分数,并对结果进行对比分析.结果表明:土壤硒总质量分数受空间位置及水系约束明显;有效硒质量分数与硒总质量分数正相关,空间分布一致;土壤硒总质量分数与氮、磷质量分数正相关;土壤中硒的存在形态以亚硒酸盐为主.研究区富硒土壤上生长的花生、西瓜和核桃种作物果实中硒元素富集;富硒土壤中硒的来源与区域地层中页岩、泥岩及上游铁矿相关,推测上述岩石经风化成土及后期水流搬运至黏土及砂质黏土区域被土壤黏土吸附沉积形成富硒区.关键词:沂南;土壤;植物;硒;生物有效性d o i:/j c n k i j j u e s e 中图分类号:P 文献标志码:A收稿日期:作者简介:冯爱平(),女,高级工程师,主要从事农业地质调查与区域地质调查工作,E m a i l:c o m通信作者:康鹏宇(),男,工程师,主要从事农业地质调查与区域地质调查工作,E m a i l:q q c o m基金项目:山东省自然资源厅项目(鲁勘字()号);山东省地质矿产勘查开发局项目(Q D KY );中国地质调查局项目()S u p p o r t e db yt h eP r o j e c to fD e p a r t m e n to fN a t u r a lR e s o u r c e so fS h a n d o n gP r o v i n c e(L u k a n z i(),t h eP r o j e c to fS h a n d o n gP r o v i n c i a lB u r e a uo fG e o l o g y&M i n e r a lR e s o u r c e s(Q D KY )a n dt h eP r o j e c to fC h i n aG e o l o g i c a lS u r v e y()E v a l u a t i o no fS e l e n i u mB i o a v a i l a b i l i t y i nt h eS o i l P l a n tS y s t e mo fY i n a n,S h a n d o n gP r o v i n c eF e n gA i p i n g,K a n gP e n g y u,L i uC h u a n p e n g,D e n gJ u n,L i a n gC h e n g,L i uT o n gT h et hI n s t i t u t eo fG e o l o g y&M i n e r a lE x p l o r a t i o no fS h a n g d o n gP r o v i n c e,L i n y i ,S h a n d o n g,C h i n aK e yL a b o r a t o r yo fM e t a l l o g e n i cM e c h a n i s ma n dE x p l o r a t i o no fD i a m o n d s i nS h a n d o n gP r o v i n c e,L i n y i ,S h a n d o n g,C h i n aA c a d e m i c i a nW o r k s t a t i o no fD i a m o n dM e t a l l o g e n i cM e c h a n i s ma n dE x p l o r a t i o ni nS h a n d o n gP r o v i n c e,L i n y i ,S h a n d o n g,C h i n aA b s t r a c t:T oe v a l u a t et h eb i o a v a i l a b i l i t yo fs e l e n i u mi ns e l e n i u m r i c hs o i lo fY i n a n,S h a n d o n gP r o v i n c e i nd i f f e r e n tc r o p s,a n dt os p e c u l a t ei t ss o u r c e,s o i l,p l a n t,a n dr o c ks a m p l e sw e r ec o l l e c t e da c c o r d i n g l yf r o mt h er e s e a r c ha r e a,t h e nt h et o t a ls e l e n i u mc o n t e n t i ne a c hs a m p l ea n dt h ec o n t e n to ff i v e f o r m so f s e l e n i u mi nw a t e r s o l u b l e,w e a ka c i de x t r a c t e d,r e d u c i b l e,o x i d i z a b l e,a n dr e s i d u a l s t a t e sw e r e t e s t e db yI C PM S,a n dt h er e s u l t sw e r ec o m p a r e da n da n a l y z e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a t:t h et o t a ls e l e n i u m c o n t e n ti n s o i li ss i g n i f i c a n t l y c o n s t r a i n e d b y s p a t i a ll o c a t i o n a n d w a t e rs y s t e mc o n s t r a i n t s;T h ee f f e c t i v es e l e n i u mc o n t e n t i sp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht h e t o t a l s e l e n i u mc o n t e n t,a n dt h es p a t i a l d i s t r i b u t i o n i sc o n s i s t e n t;T h e t o t a l s e l e n i u mc o n t e n t i ns o i l i sp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht h en i t r o g e na n dp h o s p h o r u sc o n t e n t;T h em a i nf o r m o fs e l e n i u mi ns o i l i ss e l e n i t e T h ef r u i t so ft h r e ec r o p s,p e a n u t s,w a l n u t s,a n dw a t e r m e l o n s,g r e wo ns e l e n i u m r i c hs o i l i nt h e r e s e a r c ha r e aa r ee n r i c h e dw i t hs e l e n i u me l e m e n t T h es e l e n i u ms o u r c ei ns e l e n i u m r i c hs o i l i sr e l a t e dt os h a l e,m u d s t o n e,a n du p s t r e a mi r o no r e i nt h er e g i o n a l s t r a t a,a n di t i ss p e c u l a t e dt h a t t h ea b o v er o c k sw e r ew e a t h e r e di n t os o i l a n d l a t e r t r a n s p o r t e dt ot h ec l a ya n ds a n d yc l a ya r e a sb yw a t e r f l o w,w h e r e t h e yw e r ea d s o r b e da n dd e p o s i t e db ys o i l c l a y s t of o r ms e l e n i u m r i c ha r e a s K e yw o r d s:Y i n a n;s o i l;p l a n t;s e l e n i u m;b i o a v a i l a b i l i t y引言硒(S e)参与生物体硒蛋白、含硒蛋白的合成和酶催化反应,具有增强机体免疫力、促进细胞修复等生物学功能,是生命必需的微量元素之一.生物体内只有维持一定比例的硒(约),才能保持机体健康.克山病和大骨节病都与缺硒有关.在很多地区,成年人硒摄入量仅能维持最低生理需求,儿童普遍缺硒.约 的人体硒摄入量直接或间接来自植物,而植物对硒的吸收与积累又受到土壤硒质量分数及形态的控制.因而,硒在土壤 植物系统中的迁移转化及其生物有效性研究是硒生物利用研究的关键.蔬菜水果通常具有硒质量分数低但生物利用度高的特点,探讨土壤硒对蔬菜水果中硒的制约,有助于富硒农产品的开发.一般来说,植物中的硒与土壤硒质量分数呈正相关关系;但是硒在各种植物体、果实中的质量分数差别巨大,这与植物所处生存环境和种属差异有关.关于土壤硒的来源与元素形态等,前人做了大量研究工作 .自然成因富硒土壤中的硒来源于天然成土母质,受控于地质背景以及燃煤、火山等造成的大气沉降.我国土壤硒元素分布极不均匀,受含硒地层控制的地区和沉积区容易形成高硒区,山区容易形成硒缺乏区.对高硒区进行地球化学评价,并尝试生态农业开发是近年来地球化学专家和农业专家感兴趣的课题.谢薇等 对天津市蓟州区富硒土壤进行研究认为,该富硒区土壤硒主要源于成土母质、干沉降和有机肥.曹圆圆等 通过对宁夏石嘴山地区岩石和土壤中硒的特征进行分析,确定该地区石炭系是硒元素的主要储层,硒通过砂岩、页岩中的石英裂隙进行运移和富集.邱啸飞 探讨了珠三角沿海地区土壤硒的来源,提出该地区硒主要源于成土母质燕山期中酸性花岗岩,在岩浆侵位过程中硒被萃取,经过强烈风化作用被活化并在土壤中富集.山东沂南地区有宝贵的富硒土地,其典型经济作物为西瓜、樱桃等.本研究基于山东省 土地质量地球化学调查成果,对沂南地区典型富硒土壤区的土壤、植物和岩石样品硒总量和分量的质量分数数据进行对比研究,探索该区土壤硒总量及其各形态的迁移转化关系,分析土壤硒与农作物硒的联系,为区域功能农业农产品定位、土地资源合理利用提出建议,服务于区域生态农业的可持续开发.研究区概况研究区位于山东省沂南县西南部(E E,N N),面 积 k m,海拔 m.属温带季风气候,年均气温,年均降雨量 mm左右,年均蒸发量 mm左右.研究区水资源条件优越.有较丰富的热量资源,有利于土壤的生物积累和分解,具备一年两熟制种植条件.研究区为低山丘陵型地貌,山岭连绵,沟壑纵横.大地构造位置跨蒙山凸起第期 冯爱平,等:山东沂南土壤 植物系统中硒生物有效性评价和孟良崮凸起两个五级构造单元.地层以古生代和新生代地层为主,前寒武纪地层分布较少.岩浆活动频繁,具有同期多阶段的特征,主要为前寒武纪岩浆岩(图).图研究区地质简图F i g G e o l o g i c a l s k e t c ho f t h e s t u d ya r e a研究区土壤类型包括个土类:棕壤、褐土、潮土.其中,棕壤细分为棕壤性土、棕壤、潮棕壤个亚类,褐土细分为褐土性土、淋溶褐土、潮褐土个亚类(图).棕壤土类主要分布于沂南县西南部和东北部山区的酸性岩风化物与基性岩交错发生的丘岭带上,其地形起伏较大,侵蚀程度不同,在生物等因素影响下发育成各种不同的亚类;褐土土类与棕壤土类呈复域存在,其母岩多为钙质岩、非石灰性砂页岩、基性岩的坡积物,p H值呈中性至微碱性,有明显的黏化淀积层;潮土土类分布在蒙河两岸较平坦地带和交接洼地上,具有明显的成层性和分选性,成土物质颗粒按不同质地排列层次,沙黏间层较明显,中下部有明显的锈纹锈斑,或有细小的铁锰结核,部分剖面下部由于碳酸钙淋溶淀积而形成了细小砂姜,土壤质地和自然肥力相差较大.研究区主要种植作物为玉米、西瓜、樱桃等,其中“双堠西瓜”、“红嫂樱桃”为有代表性的经济作物.玉米在各种类型土壤中均有种植,西瓜、樱桃主要种植在棕壤性土上.材料与方法样品采集与加工样品采集于 年月,在主要代表性作物和典型土壤区布置采样点(图),期间避开了作物施肥、种植、生长、收割期及雨季,共采集植物样品 件(表),土壤样品 件,岩石样品 件.其中,西瓜、樱桃植物样品的采样地点选在典型种植基地内,花生、核桃、地瓜、玉米、板栗等作物在大面积种植的大田中随机采样.图研究区土壤类型图F i g M a po f s o i l t y p e s i nt h e s t u d ya r e a土壤硒总量是衡量土壤硒潜在供应能力和储量的重要指标,由于不同文献与标准对土地富硒等级划分有所不同,本文参考 土地质量地球化学评价规范(D Z/T )以及 中国土壤中硒及其土壤环境质量标准研究,得到土壤硒质量分数等级划分标准表,进而对研究区土壤硒等级进行划分和评价.所有样品位置均选在富硒、足硒和硒不足等不同土壤类型中,植物均采集根、茎、叶、果实等吉 林 大 学 学 报(地 球 科 学 版)第 卷表植物样品基本信息统计T a b l eB a s i c i n f o r m a t i o ns t a t i s t i c so fp l a n t s a m p l e s植物数量采样时间节点根系深度/c m土壤类型西瓜 种植 d时 棕壤性土、棕壤樱桃 结果时 棕壤性土、褐土性土花生种植 d时 棕壤性土核桃 结果时 棕壤、潮棕壤地瓜成熟时 棕壤性土玉米种植 d时 棕壤性土、淋溶褐土板栗 结果时 棕壤、潮棕壤表土壤硒质量分数等级划分标准T a b l eC l a s s i f i c a t i o ns t a n d a r do f s o i l s e l e n i u mc o n t e n t硒等级w(S e)/硒缺乏 硒不足 足硒 富硒 硒过剩 不同器官.对应所有植物样品采集根系土壤.植物样品采集的植物种类有玉米、西瓜、樱桃、板栗、核桃、花生、地瓜,对同一种植物,在采集地块中随机选取多个植株组合采集.在实验室内,用水洗净植株后,将各器官分离,除西瓜、樱桃果实外,其余器官杀青烘干,用植物碎样机粉碎,过 目筛后,密封在干燥样品袋中备用;果实去籽后榨汁,备用.土壤样品采集表层土壤,去除地表杂物,自地表垂直向下 c m连续均匀采样,点组合取样.土壤水平剖面采样间距 m,穿过采样区域;对于丘陵、梯田、山谷上作物种类、土壤类型复杂的区域,分点间距控制在 m左右.垂直剖面采集于一个mm的长方形区域(宽边尽量面向太阳或垂直田垄),自地表垂直向下连续均匀采样.样品中弃去动植物残留体、砾石、肥料团块及植物根系等.土壤样品风干后,使用碎样机磨碎,过 目筛后密封在干燥样品袋中备用.岩石样品岩石样品采样与土壤采样同步进行,在种植基地不同地质背景的土壤剖面附近寻找地表露头.采集样品为作物附近的新鲜、无蚀变岩石.采集位置避开各类接触带、蚀变带、断裂破碎带等.对于结构和成分均匀的岩石,在新鲜露头或山地用拣块法采集,在拣取时避开外貌、颜色、结构等异常的岩块;对于结构和成分不均匀的岩石,按一定间距分别拣取大小大致相等的若干岩块,然后合并成个样品.在实验室中用粉碎机粗碎,再用碎样机细碎,过 目筛后密封保存在干燥样品袋中备用.样品测试方法样品硒总质量分数测定:准确称取 g干燥样品置于聚四氟乙烯烧杯中,加入m L盐酸、m L硝酸、m L氢氟酸和m L过氧化氢,加盖过夜;放入微波消解仪进行消解;冷却后,将消解罐放入赶酸器上赶酸蒸至近干,用硝酸溶液冲洗内壁;冷却后,用硝酸溶液定容至 m L,并做空白实验.待样 品 处 理 完 成 后,用I C PM S(N e x i o n D,P e r k i n E l m e r,美国)测定硒的质量分数.样品硒种形态(水溶态、弱酸提取态、可还原态、可氧化态、残渣态)质量分数测定:采用连续提取法.水溶态指被较弱吸附、易被植物吸收和利用的元素形态;弱酸提取态主要指被静电吸附在土壤颗粒表面可被离子交换释放的元素,以及束缚在碳酸盐中的元素形态;可还原态主要指被氧化铁、氧化锰等吸持的元素形态;可氧化态主要指与有机质活性基团结合的元素形态;残渣态主要指存在于硅酸盐晶格中的元素形态.水溶态采用蒸馏水提取,弱酸提取态、可还原态、可氧化态、残渣态用乙酸溶液、盐酸羟胺溶液、过氧化氢溶液以及盐酸 硝酸 氢氟酸 高氯酸混合酸依次提取.所获得的待测液使用A F S(A F S ,海光,中国)原子荧光光度法测定.土壤样品中氮质量分数采用元素分析仪测定,磷质量分数采用流动注射仪测定,p H值采用离子选择电极p H计进行测定.实验中使用的硫酸、硝酸、高氯酸、盐酸、氢氟酸第期 冯爱平,等:山东沂南土壤 植物系统中硒生物有效性评价为优级纯,其余试剂等级为分析纯.实验用水为超纯去离子水,下电阻率为 m.本次工作对野外采样、样品质量、分析测试、资料整理等过程均进行了质量监控.样品制备和化学分析过程中采用了多重质量控制手段,包括设置空白样品和平行样品,测定标准曲线和标准物质,以确保实验数据的准确性和精密度.分析过程(方法、试剂、设备)的可靠性由空白样品验证.所有测试结果均满足各分析方法的精密度和准确度的要求,对重复样相对偏差的统计分析表明,所有的样品测试合格率超过,检测结果可信.结果与讨论土壤理化性质土壤的物理化学性质随土壤类型的不同而不同,不同类型的土壤具有不同的p H值,以及氮、磷质量分数.研究区土壤的p H值空间分布差异显著,主要表现为东北部和西南部低,对应棕壤土类分布区;中部高,对应褐土土类和潮土土类分布区(图).其中,褐土土类的p H值普遍较高,多.根据p H值,将研究区土壤分为弱酸性土、中性土、弱碱性土、碱性土和强碱性土(表).图研究区土壤p H空间分布F i g S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l p Hi nt h e s t u d ya r e a表研究区土壤酸碱性占比T a b l eS o i l a c i d i t ya n da l k a l i n i t y i nt h e s t u d ya r e a土壤酸碱性p H占比/弱酸性 中性 弱碱性 碱性 强碱性 研究区土壤氮的质量分数空间分布特征与p H值的相 近,也 表 现 出 中 部 高(w(N)、东北部低的特征(w(N),但西南部有少量高值及次高值区;说明棕壤性土的氮质量分数存在一定的差异性(图).图研究区土壤氮质量分数空间分布F i g S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l n i t r o g e nc o n t e n t i n t h e s t u d y a r e a研究区土壤磷的质量分数空间分布特征与p H值和氮 质 量 分 数 的 有 所 不 同,高 值 区(w(P)集中分布于西南部及西北部,对应棕壤性土和褐土性土分布区;其他地区有零散的高值区分布(图).土壤硒的质量分数及存在形式表层土壤中硒的质量分数硒质量分数表现出中部高(w(S e)、东北部和西南部偏低(w(S e)吉 林 大 学 学 报(地 球 科 学 版)第 卷的特征;说明褐土土类的硒质量分数显著高于棕壤土类.研究区西南部的棕壤土类中存在少量高值及次高值区,说明棕壤土类内部的硒质量分数分布不均匀(图).研究区表层土壤中硒质量分数的空间分布特征与氮、磷质量分数具有一定的相关性.采用本次数据进一步做w(N)、w(P)与w(S e)的相关性图解(图),计算回归方程(表),得到土壤硒的质量分数与土壤氮、磷质量分数间存在正相关关系的结论,这与前人研究结果相符 .土壤硒总质量分数平均为 ,富硒样图研究区土壤磷质量分数空间分布F i g S p a t i a ld i s t r i b u t i o no fs o i lp h o s p h o r u sc o n t e n ti nt h es t u d ya r e a品约占总量的 (图),质量分数均值为 .富硒土壤中富硒样品占比为,质量分数均值为 ,标准差为 .富硒区硒质量分数较稳定,明显优于研究区内其他区域.硒总量明显受到空间约束;足硒与富硒区域之和占全区 以上,分布在研究区西北部;硒不足的区域占区域总体面积较小,不到,集中分布在东部地区,夹有极少量硒缺乏地块(图).研究区硒等级以足硒为主,且足硒地区有沿水系分布的特征,富硒土壤零星分布在足硒等级的土壤地块中.图研究区土壤硒质量分数空间分布F i g S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s o i l s e l e n i u mc o n t e n t i n t h e s t u d ya r e a图研究区土壤中w(N)、w(P)与w(S e)的相关性图解F i g D i a g r a mo f t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nw(N),w(P)a n dw(S e)i ns o i l i nt h e s t u d ya r e a第期 冯爱平,等:山东沂南土壤 植物系统中硒生物有效性评价表研究区w(S e)与w(N)、w(P)的相关系数及回归方程T a b l eC o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sa n dr e g r e s s i o ne q u a t i o n so fw(S e)w i t hw(N),w(P)i nt h e s t u d ya r e a相关元素回归方程相关系数Pw(S e)w(P)Nw(S e)w(N)图研究区硒总量等级频率分布折线图F i g L i n ec h a r to ff r e q u e n c yd i s t r i b u t i o no ft o t a l s e l e n i u mc o n t e n t l e v e l s i nt h e s t u d ya r e a综上,研究区土壤中硒的质量分数总体呈中部高、东北和西南偏低的分布特征,与该区域土壤的理化性质呈现明显的相关性,可以认为p H值及氮、磷质量分数等理化性质对于土壤中硒的空间分布具有指示意义.不同土壤类型中硒的质量分数也存在一定差异,研究区褐土土类中硒的质量分数显著高于棕壤土类.土壤剖面硒的质量分数为深入分析硒分布规律,探究其来源,在黑山安村至石门村方向以及和平庄至埠口村方向的硒富集区布置了条剖面(图、图).结合地质图及剖面位置,发现在剖面上前寒武纪调军顶单元,李官组泥岩段、砂岩段以及馒头组下页岩段硒质量分数明显高于剖面上其他点位.成土母质是土壤硒的主要来源,页岩中硒的质量分数最高,可能是研究区土壤中硒的主要来源.由此推测该处硒质量分数较高与这些岩层的风化有关.除此之外,硒还与大气的干湿沉降、灌溉水以及人为活动等有一定关联 .该处土壤组分以砂土和黏土为主,这种土壤相较于其他类型土壤,颗粒较细,表面较大,可吸附大量有机质,而有机质的聚集会对硒产生吸附累积作用.在其附近有水系经过时,水系会对这些硒富集土壤的母质进行搬运,遇到质地较细腻的黏土便会大量沉积,促进了硒的累积.剖面上依次布设 个垂向剖面,其硒元素质量分数变化如图 所示.该区硒的垂向分布分为表聚型和中间突变型种类型.剖面C X P M、C X P M、C X PM、C X PM、C X PM、C X PM 、C X PM 是表聚型,即硒的质量分数随深度的增加呈降低趋势.这部分土壤的组分以黏土和砂质黏土为主.由于这a 剖面;b 剖面.图研究区土壤剖面硒质量分数变化图F i g C h a n g eo f s e l e n i u mc o n t e n t i ns o i lp r o f i l e i nt h e s t u d ya r e a吉 林 大 学 学 报(地 球 科 学 版)第 卷a 表聚型;b 中间突变型.图 研究区硒在棕壤和褐土垂向空间的质量分数变化F i g V a r i a t i o no fs e l e n i u m c o n t e n ti nv e r t i c a ls p a c eo fb r o w ns o i l a n dc i n n a m o ns o i l i nt h e s t u d ya r e a种土壤颗粒较细,表面较大,可吸附大量有机质,易形成硒 在 表 层 土 壤 的 富 集.剖 面C X P M、C X P M、C X P M、C X P M、C X P M 、C X P M 是中间突变型,即硒的质量分数随深度的增加出现波动.这些位置的土壤类型主要属于淋溶褐土.这类土壤受淋滤作用影响较大,硒元素由于淋滤作用向下发生了位移.硒在地表岩石中的分布是不均匀的,其中在变质岩中质量分数最高,其次是沉积岩,最后是火成岩.在火成岩中,由于硒与硫的化学性质相近,常以硫化物作为寄生载体.沉积岩中硒主要来自火成岩及变质岩的风化与富集,其中硒在页岩中质量分数最高,约占地壳中总量的(黑色岩系).研究区内岩石以二长花岗岩、页岩、砂岩为主,各岩石中硒的质量分数均值为 ,页岩中的平均质量分数达 ,高于二长花岗岩、砂岩的平均质量分数 .页岩岩层的位置与剖面上土壤硒高值点的分布一致,推测硒富集地带土壤中的硒主要来源于馒头组及佟家庄组的页岩地层.特殊的地质背景以及土壤类型是造成硒中部高的重要原因.在地质作用过程中,硒容易从围岩中被萃取,经风化作用被活化,被黏土矿物等吸附富集.研究区土壤中硒的来源还可能受上游铁矿影响.由于硒在高温热液阶段不形成独立矿物,当硫不充足时,便会在低温热液阶段与方解石、赤铁矿等共生形成规模较小的硒矿物.当矿区附近的水流经矿区将土壤等物质进行搬运,流经下游的砂土及黏土时,会将硒矿物沉积下来,演化成了硒的富集地带.综上,可以推测硒富集地带的成因与页岩、泥岩地层以及上游铁矿有关,它们经风化作用后在原地或经水流搬运至黏土及砂土区域,最终被吸附沉积.土壤硒的存在形式p H值作为土壤理化性质的重要指标,也是影响土壤中硒质量分数的一个重要因素.在碱性土壤中,硒酸盐质量分数较高,迁移能力较强,作为一种可溶性硒,较容易被植物吸收;在酸性或中性条件下,硒多以亚硒酸盐形式存在,虽易溶于水,易被植物直接吸收,但更易被土壤黏粒、氧化物等吸附,随着酸性的增强,其吸附能力也逐渐增强,从而影响土壤中硒的有效性.根据土壤样品酸碱性占比,研究区表层土壤以弱酸碱性及中性土壤类型为主.由此进一步推断该区土壤硒的存在形式可能以亚硒酸盐为主.土壤中的氮元素绝大部分以无机氮形式存在,能被植物吸收利用的有机氮仅占总氮质量分数的左右.土壤中硒与氮质量分数的正相关关系间接表明氮元素与硒元素可能存在同一来源或相同迁移过程.磷在土壤中的主要赋存方式为磷灰石,磷灰石在土壤中更易吸附亚硒酸盐.产生此现象的原因应当是磷酸盐在土壤中被吸附,取代了土壤中固结的亚硒酸盐,提高了硒的生物可利用性.土壤中硒与磷具有一定的正相关性,推断在该研究区内土壤中硒的存在形式以亚硒酸盐为主.根据肖钰杰 和张玉革等 的研究,土壤中硒达到一定质量分数时,会降低作物对土壤中重金属的吸收能力,减少潜在生态危害.通过对不同区域的西瓜、樱桃果实中硒、铅、铬质量分数的对比分析(表),发现富硒区域的作物体内重金属质量分数要低于非富硒区域.这表明当作物体内硒质量分数达到一定值后,可能会影响作物对土壤中重金属的吸收能力.第期 冯爱平,等:山东沂南土壤 植物系统中硒生物有效性评价土壤有效硒是作物吸收利用的主要硒源,在硒元素生物地球化学循环中,植物吸收并利用土壤有效硒是硒循环中的关键环节.亚硒酸盐是研究区有效硒的主要赋存形式.文中有效硒为硒形态中水溶态、弱酸提取态、可还原态和可氧化态的总量.通过计算得到玉米、板栗、花生、核桃等植物根系土中有效硒平均质量分数为 ,对比于其他富硒区域的研究结果(约 ),本研究区有效硒质量分数较高.土壤硒总质量分数与有效硒质量分数呈显著正相关关系(图),说明有效硒的富集区与富硒区的分布具有一致性,富硒土壤具有向植物提供更多有效硒的能力.表富硒与非富硒区域内作物果实铅、铬质量分数对比T a b l eP l u m b u ma n dc h r o m i u mc o n t e n t c o m p a r i s o no fc r o pf r u i t s i ns e l e n i u mr i c ha n dn o ns e l e n i u mr i c hr e g i o n s区域作物w(P b)/w(C r)/富硒区域樱桃 西瓜 非富硒区域樱桃 西瓜 图 研究区土壤硒总质量分数与有效硒质量分数相关性F i g C o r r e l a t i o n b e t w e e n t o t a l s e l e n i u m c o n t e n t a n de f f e c t i v e s e l e n i u mc o n t e n t i nt h e s o i l o f t h e s t u d ya r e a硒在土壤 植物系统中的迁移土壤中硒的主要存在形态包括硒酸盐、亚硒酸盐、元素态硒、硒化物、有机态硒以及挥发态硒,但并不是所有硒的形态都可以被作物吸收利用.硒酸盐与亚硒酸盐有易溶于水的特性,因此其易被作物吸收;而其他形态的硒需要在风化等特殊条件下才能被利用.因此,土壤中硒的生物有效性是不断发生变化的.为探究不同作物对硒的吸收富集能力,计算硒元素在不同作物中的富集系数(表),平均值排序为:花生核桃地瓜玉米西瓜板栗樱桃.就作物总体而言,研究区内花生对硒元素吸收利用效果最好.表研究区不同作物硒的富集系数T a b l e S e l e n i u me n r i c h m e n t c o e f f i c i e n t s o f d i f f e r e n t c r o p s i nt h e s t u d ya r e a作物种类富集系数樱桃 西瓜 花生 板栗 地瓜 核桃 玉米 由于研究区主要种植经济作物为西瓜和樱桃,对研究区西瓜、樱桃的富集能力进行比较发现,其在富硒区内的植物富集系数均略高于非富硒区的富集系数(表).高有效硒质量分数使得作物可直接利用的硒质量分数增加,导致富硒区域作物的硒富集系数增加.表研究区不同区域作物硒的富集系数T a b l e E n r i c h m e n tc o e f f i c i e n t so fs e l e n i u m i nc r o p si nd i f f e r e n t r e g i o n so f t h e s t u d ya r e a区域作物富集系数富硒区域西瓜 樱桃 非富硒区域西瓜 樱桃 作物不同器官中硒的富集情况对比分析表明,不同作物、不同器官富集硒的能力均存在差异(表).从硒在作物不同器官中质量分数的均值来看,硒在根、叶的富集能力基本最强,茎次之,最后是果实.产生这种现象的原因与植物体对硒的代谢机制有关.植株通过根系和叶片从土壤和空气中吸收硒,并将其转化为氨基酸和蛋白质,连同水溶性无机硒一起输送到植株体内的各个器官存储,这种吸收吉 林 大 学 学 报(地 球 科 学 版)第 卷和存储硒的能力随植株的发育而变化.因此根和叶具有高硒质量分数.另外,从表中还可以看出,果实更靠近地面的作物中硒质量分数较高(例如西瓜、花生),离地面较远的果实中,硒质量分数较低(例如樱桃);这是由于植物器官需要通过体内的运输机制获取硒元素,靠近地面的器官具有获取硒的有利条件.表研究区硒在作物不同器官中的质量分数T a b l eS e l e n i u mc o n t e n t i nd i f f e r e n to r g a n so fc r o p s i nt h es t u d ya r e a 作物器官均值标准差最大值最小值西瓜根 茎 叶 皮 籽 果实 花生根 茎 叶 果实 地瓜茎 叶 果实 玉米根 茎 叶 果实 樱桃叶 果实 板栗叶 果实 核桃叶 果实 对比各作物的果实中硒质量分数的均值,参考最大值,硒在花生、西瓜、核桃果实中积累量最高.因此,在富硒区种植花生、西瓜、核桃会更大程度地利用土壤富硒资源,提高农作物的附加价值.结论)研究区有效硒质量分数较高(均值为 ),有效硒与硒总量的空间分布模式具有一致性.富硒土壤能够向植物提供更多可被直接利用的有效硒.)土壤中硒元素质量分数与土壤中氮、磷质量分数具有一定相关性,在土壤中增加氮、磷等营养元素在一定程度上可以提高硒元素的有效性;研究区土壤硒的存在形态以亚硒酸盐为主;土壤中硒质量分数的提高也有助于降低作物对重金属元素的吸收累积能力,减少生态危害.)富硒土壤的成因与区域的页岩、泥岩地层以及铁矿有关,它们经风化作用后被水流搬运至黏土及砂质黏土区域,最终被吸附沉积形成富硒区.)硒在花生、西瓜、核桃和玉米果实中积累量最高.为充分利用该区富硒资源,建议该区富硒土壤种植花生、西瓜和核桃,有利于提升农产品附加价值.参考文献(R e f e r e n c e s):陈亮,李桃元素硒与人体健康J微量元素与健