西藏白朗县农田系统硒含量特征及影响因素.pdf
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1、 第 47 卷第 4 期物 探 与 化 探Vol.47,No.4 2023 年 8 月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORATION Aug.,2023doi:10.11720/wtyht.2023.1201多吉卫色,次仁旺堆,尼玛洛卓,等.西藏白朗县农田系统硒含量特征及影响因素J.物探与化探,2023,47(4):1118-1126.http:/doi.org/10.11720/wtyht.2023.1201D J W S,C R W D,N M L Z,et al.Characteristics and influencing factors of Se conte
2、nt in the farmland system in Bailang County,Tibet,ChinaJ.Geo-physical and Geochemical Exploration,2023,47(4):1118-1126.http:/doi.org/10.11720/wtyht.2023.1201西藏白朗县农田系统硒含量特征及影响因素多吉卫色,次仁旺堆,尼玛洛卓,周鹏,尼玛次仁(西藏自治区地质矿产勘查开发局 地热地质大队,西藏 拉萨 850032)摘 要:富硒土地开发在全国各地区普遍开展并取得显著成果,然而西藏地区目前尚无报道有关富硒的土地或作物。本文以西藏白朗县重点耕地区为研
3、究对象,讨论土壤、作物中的硒含量特征及影响因素,支撑服务西藏高原地区的富硒土地开发及利用。结果表明,研究区土壤 Se 含量范围为(0.050.76)10-6,高于西藏土壤背景值 0.1510-6;研究区 76.83%土地面积为足硒,根据碱性土壤 Se 标准阈值(w(Se)0.310-6)划定,Se 含量高于 0.310-6的土地面积 45.43 km2。进一步研究显示,富硒土壤分布区域青稞籽粒中 Se 含量范围为(0.0170.17)10-6,平均含量为 0.06310-6,油菜籽籽粒中 Se 含量范围为(0.0430.14)10-6,平均含量为 0.07810-6。富硒土壤区域根系土结果表明
4、,涅如组地层控制着土壤中 Se 的来源,土壤 Se 和有效 Se 含量与 N、P、碱解氮、速效磷等具有显著的正相关,而与 pH 呈显著负相关,说明土壤中的大量养分元素及 pH 值对 Se 的行为具有重要影响作用。综上,白朗县富硒土壤分布区域土壤环境质量良好,农作物中硒的含量较高,具有较好的发展高原富硒农产品的潜力。关键词:土壤 Se 含量;青稞;影响因素;西藏中图分类号:X142;X825 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2023)04-1118-09收稿日期:2022-04-19;修回日期:2022-12-13基金项目:中国地质调查局地质调查项目(DD20160313-22);
5、西藏自治区科技计划项目(XZ202001ZY0042N)第一作者:多吉卫色(1983-),男,工程师,主要从事土地质量地球化学调查工作。Email:549229277 0 引言硒是人体和动物必需的微量元素之一,一旦缺乏和过量都会引起各种疾病1-2。土壤中的硒与人体健康和动物生长关系密切,土壤中硒通过食物链进入人体可引起明显的效应。农田生态系统中土壤硒含量特征、分布及影响因素等一直是研究热点。中国是全球 40 个缺硒国家之一,从东北至西南地区存在一条低硒带,土壤中硒含量 不 足 0.125 10-6 3,而西藏整体上也位于该低硒地带上。因此,西藏部分地区因硒长期摄入量不足而缺硒现象非常普遍,这也
6、是导致大骨节病等高发的重要原因之一4-6。西藏地广人稀,自然条件差,地质背景复杂,工作研究程度低,导致对西藏地区的土壤及农作物硒含量状况等研究资料非常有限。最具代表性的研究成果为张晓平等7在西藏地区采集的 14 个土壤类型的 205 件表层土壤样品,得出结论为西藏土壤硒含量算数平均值为 0.1510-6,95%的硒含量范围在(0.049 0.365)10-6,中位数值为 0.13510-6,说明西藏表层土壤中硒的平均含量不足中国硒元素背景值的一半。李顺江等5通过对西藏大骨节病与非病区土壤、粮食、儿童发硒进行研究,结果显示,西藏儿童发硒含量低,特别是大骨节病病区儿童的发硒含量更低,认为土壤缺硒是
7、导致大骨节病发病的一个主要原因。曲航等8-9对西藏土壤硒状况及富硒青稞生产途径进行探讨,并在西藏青稞主产区采集 80 件表层土壤样品和 67 件青稞籽粒样品,结果显示,土壤硒平均值为 0.1810-6,青稞籽粒硒平均值为 0.01110-6。可以看出,西藏大部分地区处于低硒水平,但西藏拥有复杂多样的成土母质和成土过程,仅用少量样点来评价整个西藏土壤和农作物中的硒含量状况,必然会影响最终结论。西藏白朗县是西藏自治区商品粮油基地之一,也是国家级蔬菜标准化种植示范区和中国特色农产品优势区等,享有“西藏粮仓”和“高原果蔬之乡”的 4 期多吉卫色等:西藏白朗县农田系统硒含量特征及影响因素美誉,在西藏自治
8、区发展中具有十分重要的地位。本文基于西藏白朗县重点耕地区 1 5万土地质量地球化学调查的数据基础,按照天然富硒土地划定与标识(DZ/T 03802021)要求,重新划定富硒土地,在富硒土壤区域系统采集农作物、根系土壤及形态分析等样品,经样品分析统计,讨论研究区土壤及农作物中硒含量特征及主要影响因素,以期为西藏富硒土地资源开发利用、发展高原特色富硒产业等提供科学依据。1 研究区概况研究区位于西藏自治区日喀则市白朗县,地貌属于藏南山原湖盆谷地区,地势相对平坦,河谷宽阔,土质肥沃。区内为高原温带半干旱季风气候区,夏季温暖湿润,冬季干冷,日照充足,太阳辐射强烈,无霜期短,适合青稞、油菜等作物生长。研究
9、区地层属于喜马拉雅地层分区,区内广泛出露三叠系和侏罗系地层,其中三叠系普遍浅变质,为浅海或深水盆地相细屑岩,而侏罗系总体显示了浅水海盆的沉积。土壤类型以潮土和山地灌丛草原土为主。土地利用方式主要为水浇地、旱地、天然牧草地和灌木林地等。2 研究方法2.1 样品采集白朗县 2018 年开展了 1 5万土地质量地球化学调查,面积 207 km2(见图 1),采集表层土壤样品1 853 件,平均采样密度 9 点/km2;20202021 年在富硒土壤区域采集农作物及配套根系土壤样品 30件,其中青稞籽粒样品 21 件、油菜籽籽粒样品 6 件、燕麦籽粒样品 3 件,采集植物全株样 4 件,形态分析样 6
10、 件。表层土壤及根系土壤样品采集以大田中央为中心,向四周辐射 2050 m 范围确定 46 个分样点,每个分样点采样部位、深度、质量、采样方法等均保持一致,最后分样等量组合成 1 件混合样品。样品初步加工在野外驻地完成,确保样品晾干和加工场地无污染,将样品在样品架上自然风干并适时翻动、用木棒敲碎,剔除杂物。土样要全部通过 2 mm图 1 研究区工作范围及采样点位Fig.1 Bitmap of the working range and sampling points in the study area9111物 探 与 化 探47 卷 的孔径筛,未过筛的土粒必须重新碾压过筛,直至全部样品通过
11、2 mm 孔径的尼龙筛为止。过筛后土壤样品称量后混匀,取质量 120 g 用纸袋盛装及时送样分析。农作物样品选择在无风晴天的时候采集,在成熟农作物的大块田地,以 1 0002 000 m2为采样单元,选取 5060 颗青稞、油菜、燕麦类采取青稞穗、燕麦穗、油菜角果等混合成一件样品,全株样品采集后,立即将根、秸秆和籽实分开,以免养分转移。本次土壤及农作物的样品采集及加工严格按照土地质量地球化学评价规范(DZ/T 02952016)及多目标区域地球化学调查规范(1 250 000)(DZ/T 02582014)规范要求执行 10-11。本项目已通过专家组野外验收,野外工作质量可靠。2.2 分析测试
12、为了减少误差,本次采集的所有样品分析测试工作均由湖北省地质实验测试中心(自然资源部武汉矿产资源监督检测中心)完成,严格按照中国地质调查局地质调查技术标准土地质量地球化学评价规范(DZ/T 02952016)、多目标区域地球化学调查规范(1250 000)(DZ/T 02582014)、生态地球化学评价样品分析技术要求等要求。表层土壤和根系土壤样品采用原子荧光光谱法(AFS)测定 Se,配套方案检出限为 0.0110-6;采用容量法(VOC)测量有机质和碱解氮,配套方案检出限分别为 0.03410-6和 110-6;采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)测定磷和速效磷,配套方案检出
13、限分别为 4.310-6和 0.210-6;采用元素分析仪法(EA)测定 N,配套方案检出限为 1510-6;采用容量法(VOL)测定碱解氮,配套方案检出限为 110-6;催化分光光度法(COL)测定有效硫,配套方案检出限为 0.0510-6;采用离子选择性电极法(ISE)测定 pH 值,配套方案检出限为 0.1。有效硒分析方法检出限为 0.000 510-6,测定方法为:称取 10.0 g样品于 50 mL 烧杯中,加入 20 mL 沸水,摇匀后,置于 160 电热板上加热,10 min 后取下,冷却后过滤,取 5 mL 滤液于聚四氟乙烯烧杯中,加 HNO3、H2O2,于 100 电热板蒸至
14、小体积后,加(1+1)盐酸后加热还原,转移至比色管中,AFS 测定有效硒。采用氢化物发生原子荧光光谱法测定各相态中的 Se。本次表层土壤样品分析过程中共插入 12 个国家一级标准物质对分析测试结果的准确度、精确度、报出率等进行内部质量监控,结果显示样品的准确度和精密度及报出率均符合规范要求,总合格率100%,符合规范要求;各项质量指标均优于规范的要求。农作物样品分析采用原子荧光光谱法(AFS)测定 Se,检出限为 0.00510-6。最终的分析测试结果由验收专家组进行验收并通过验收,样品分析数据质量可靠。2.3 数据处理采用 IBM SPSS Statistics 22 和 Microsoft
15、 Ex-cel365 等软件完成数据相关统计分析;评价图件采用中国地质调查局发展研究中心开发的“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”软件完成绘制。3 结果与讨论3.1 土壤 Se 含量特征3.1.1 研究区土壤 Se 含量特征研究区表层土壤 Se 含量范围为(0.050.76)10-6,平均含量为(0.240.08)10-6,明显高于西藏土壤 Se 平均值7,而低于中国表层土壤(0 20 cm)Se 背景值12-13,变异系数 32%,表明研究区表层土壤中 Se 分布不均匀(表 1)。根据土地质量地球化学评价规范(DZ/T 02952016)中硒等级划定标准,研究区土壤 S
16、e 以适量为主,适量土壤面积占研究区总面积的 76.83%,Se 缺乏和边缘土壤面积占研究区总面积的 21.91%,Se 高含量土壤面积仅占研究区总面积的 1.26%。根据天然富硒土地划定与标识(DZ/T 03802021)标准,以碱性土壤Se 标准阈值(w(Se)0.310-6)对研究区进行富硒土地划定,结果表明白朗县研究区富硒土地面积有45.43 km2,富硒耕地资源面积 27.58 km2。结合研究区重金属元素污染风险程度,无污染风险和污染风险可控的富硒土地面积分别为 29.74 km2、15.69 km2,无污染风险和污染风险可控的富硒耕地面积分别为 19.43 km2、8.15 km
17、2。此次发现的富硒土壤表 1 研究区表层土壤硒含量统计Table 1 Selenium contents of surface soils in the study area指标样品数最小值/10-6最大值/10-6算术均值/10-6中位数/10-6算术标准差/10-6变异系数表层土壤 Se18530.050.760.240.240.080.32根系土壤 Se300.230.690.350.330.080.24西藏土壤 Se72050.040.370.150.140.48中国表层土壤 Se12-13376743049.600.260.210.220.800211 4 期多吉卫色等:西藏白朗县农
18、田系统硒含量特征及影响因素分布在研究区中南部曲奴乡和杜琼乡等地,且集中连片分布,具有较好的富硒土地资源开发利用前景(见图 2)。3.1.2 富硒区根系土壤 Se 含量特征富硒土壤区域采集的根系土壤分析结果(表 1)显示,土壤 Se 含量范围为(0.230.69)10-6,中位数为 0.3310-6,平均值为 0.3510-6,明显高于西藏和中国表层土壤 Se 背景值;有效硒含量范围为(3.4833.17)10-9,平均含量为 9.7410-9,占总硒含量的 1.03%4.81%。图 2 研究区表层土壤富硒土壤分布Fig.2 Distribution map of selenium-rich s
19、oil in the surface soil of the study area3.2 作物籽粒 Se 含量特征通过土壤粮食人(动物)方式获取适量硒营养是一条安全、有效的途径。青稞作为西藏居民主要粮食而广泛种植,因此,农作物主要采集青稞、油菜及燕麦样品。结果表明,富硒土壤区域青稞籽粒中 Se 含量范围为(0.0170.17)10-6,平均含量为 0.06310-6。鉴于目前尚无相关的富硒青稞地方标准,本次参照国家标准 富硒稻谷(GB/T 224992008)标准中硒含量应在(0.04 0.3)10-6的要求,青稞籽粒富硒率达 62%;油菜籽籽粒中 Se 含量范围(0.0430.14)10-6
20、,平均含量为0.07810-6,参照重庆市地方标准富硒农产品(DB50/T 7052016)中的油菜籽硒含量应在(0.020.3)10-6的要求,油菜籽富硒率达 100%;燕麦籽粒中硒含量为(0.012 0.023)10-6,平均含量为0.01510-6。由于不同农作物对土壤中硒的吸收能力不尽相同,导致生物富集能力不同。经富硒土壤区域生物富集系数研究发现,油菜籽籽粒富集能力较强,生物富集系数范围在 13.36%44.35%,富集系数平均值为 25.8%;青稞富集系数范围在 5.08%55.62%,富集系数平均值为 15.94%;而燕麦籽粒生物富集系数最小,富集系数平均值仅 4.41%。此外,对
21、研究区青稞和油菜籽转运系数研究发现,硒从青稞根系转运到青稞籽实的平均转运系数为 0.59,硒从油菜籽根系转运到油菜籽粒的转运系数为1.21,表明油菜籽对硒的转运能力较强。青海作为青藏高原的一部分,在青海东部存在大面积的富硒土壤14,经两地对比发现,研究区富硒土壤区域主要农作物青稞和油菜籽粒中硒含量高于青海东部青稞和油菜籽粒中的硒含量,表明研究区富硒土壤区域土壤 Se 生物有效性较高,具有良好的富硒农产品开发潜力。1211物 探 与 化 探47 卷 青稞、油菜等的秸秆是当地的主要饲料,对畜牧业生产具有重要意义。青稞等作物秸秆中的硒含量也影响着牲畜体内的硒含量,同时也间接影响着当地居民的硒水平。以
22、往在西藏青稞等饲料作物硒含量调查中发现,饲料中硒含量95%分布在(00.05)10-6 15。目前,硒元素从土壤根系秸秆籽粒的迁移研究甚少,了解硒在青稞植株内的根系吸收、转运和积累,以及制定有效的农业增产措施具有重要意义16。在富硒土壤区域的青稞、油菜、燕麦的根系、秸秆、籽实中硒含量调查发现,青稞根系中硒的平均值为 0.09210-6,平均富集系数为 23.21%,青稞秸秆中硒的平均值为 0.06810-6,平均富集系数为 17.76%,青稞籽粒中硒的平均值为 0.05210-6,平均富集系数为 13.42%;油菜根系中硒的含量值为 0.08010-6,富集系数为 34.06%,油菜秸秆中硒的
23、含量值为 0.05310-6,富集系数为 32.63%,油菜籽粒中硒的含量为 0.02310-6,富集系数为41.19%;燕麦根系中硒的含量值为 0.0810-6,富集系数为 22.13%,燕麦秸秆中硒的含量为 0.05310-6,富集系数为 14.85%,燕麦籽粒中的硒含量为0.02310-6,富集系数为 6.26%。可见,青稞、油菜、燕麦全株样品中硒的含量和富集系数从根系到籽粒逐渐减少,依次为根系秸秆籽粒(图 3),说明植物根系从土壤中吸收硒,通过秸秆(茎)向上迁移,最后到籽粒中积累,同时植物根系和秸秆中也积累硒,是研究区牲畜的优质饲料。农作物中重金属元素的超标会直接影响居民健康和富硒农产
24、品的可持续发展,本次在富硒土壤区采集的农作籽粒中,重金属元素含量均低于国家食品安全标准中的污染物限量指标,属于优质富硒农产品种植区域。图 3 富硒土壤区域植物全株样品中硒含量分布特征Fig.3 Distributional property of selenium content in selenium-rich soil area plant3.3 土壤 Se 含量影响因素3.3.1 成土母岩因素成土母质是土壤形成的物质基础,土壤 Se 含量主要受成土母质控制17-18。从表 2 统计结果可以表 2 不同地质体分布区表层土壤中硒含量特征Table 2 Characteristics of s
25、elenium content in surface soils of different geological bodies distribution areas地层算术均值/10-6中位数/10-6标准差/10-6最大值/10-6最小值/10-6变异系数昂仁组(K1-2a)0.200.220.030.220.140.17甲不拉组(K1j)0.220.220.010.240.210.06宗卓组(K2z)0.200.180.080.440.140.40涅如组(T3n)0.320.320.070.500.170.20朗杰学群(T3l)0.200.210.040.240.160.19穷果群(T1-
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