宜章县耕地土壤硒含量空间分布特征及成因.pdf
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1、土 壤(Soils),2023,55(3):626633 基金项目:国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-26)和湖南省耕地重金属加密调查项目(2020ST-01)资助。*通讯作者()作者简介:丁庭康(1999),男,湖南醴陵人,硕士研究生,主要研究方向为农业资源利用。E-mail: http:/ DOI:10.13758/ki.tr.2023.03.021 丁庭康,周卫军,岳晴晴,等.宜章县耕地土壤硒含量空间分布特征及成因.土壤,2023,55(3):626633.宜章县耕地土壤硒含量空间分布特征及成因 丁庭康1,周卫军1*,岳晴晴1,彭素华2,刘 沛1,崔浩杰1,谭振华3(1 湖南农
2、业大学资源环境学院,长沙 410128;2 湖南农业大学图书馆,长沙 410128;3 湖南省宜章县农业农村局湘南脐橙综合试验站,湖南宜章 424206)摘 要:厘清宜章县耕地土壤硒含量空间分布及影响因素,对开发特色富硒农产品和保障人体健康具有重大意义。采用野外调查采样、实验室分析测定、数学统计和模型模拟等方法,分析宜章县耕地土壤硒含量分布特征及其影响因素。研究结果表明:宜章县耕层土壤硒含量平均值 0.64 mg/kg,变幅为 0.13 2.80 mg/kg,变异系数为 44.57%,属中等变异程度,耕地土壤硒含量高、耕地富硒面积大;土壤硒含量呈聚集性分布,中部有一条自东北向南从玉溪镇经梅田镇
3、、浆水镇、长村乡、一六镇、笆篱镇、天塘乡的中高富硒带,块金效应值为 0.505,说明宜章县土壤硒空间自相关性程度为中等,土壤硒含量受空间结构因素(自然因素)和随机因素(人为因素)共同影响;不同成土母质发育的土壤硒含量差异较大,板页岩发育的耕地土壤硒含量最高,平均硒含量达到 0.76 mg/kg;不同土壤类型对硒含量有明显影响,潮土和黑色石灰土的土壤硒平均含量最高,均达到了 0.68 mg/kg,紫色土和黄壤硒含量较低,平均硒含量分别只有 0.54 mg/kg 和 0.53 mg/kg;相关分析表明:土壤硒含量与 pH 呈显著负相关,与有机质、锰、铜、锌和 CEC显著正相关。在富硒农产品开发时,
4、须考虑土壤硒含量分布特征,并结合相应土壤管理、科学施肥、农艺措施等进行。关键词:宜章县;土壤硒;空间分布;影响因素;富硒农产品 中图分类号:S153.6 文献标志码:A Spatial Distribution Characteristics and Influencing Factors of Selenium Content in Cultivated Land in Yizhang County DING Tingkang1,ZHOU Weijun1*,YUE Qingqing1,PENG Suhua2,LIU Pei1,CUI Haojie1,TAN Zhenhua3(1 Colleg
5、e of Resources and Environment,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;2 Library of Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;3 Xiangnan Navel Orange Comprehensive Experimental Station,Agricultural and Rural Bureau of Hunan,Yizhang County,Yizhang,Hunan 424206,China)Abstract:Und
6、erstanding the spatial distribution and influencing factors of selenium(Se)content in cultivated soil in Yizhang County is of great significance for the development of characteristic Se-rich agricultural products and the protection of human health.The distribution characteristics and influencing fac
7、tors of Se content in cultivated soil in Yizhang County were analyzed by field investigation,laboratory analysis,mathematical statistics and model simulation.The results showed that:1)The average Se content of topsoil in Yizhang County is 0.64 mg/kg,ranging from 0.13 to 2.80 mg/kg,and the coefficien
8、t of variation is 44.57%,which is a moderate degree of variation.2)There is a middle-high selenium-rich belt from Yuxi Town to Meitian Town,Jiangshui Town,Changcun Township,Yiliu Town,Fence Town and Tiantang Township from northeast to south in the middle.The nugget effect value is 0.505,indicating t
9、hat the spatial autocorrelation degree of soil Se in Yizhang County is moderate,and soil Se content is affected by spatial structure factors(natural factors)and random factors(human factors).3)There are significant differences in Se content in soils developed from different soil parent materials.Soi
10、l Se content of cultivated land developed from slate shale is the highest,with an average selenium content of 0.76 mg/kg.4)Different soil types have obvious effects on selenium content,and the average content of Se in fluvo-aquic soil and black calcareous soil is the highest,reaching 0.68 mg/kg,and
11、the average selenium content of purple soil and yellow soil is only 0.54 mg/kg and 0.53 mg/kg,respectively.5)Correlation analysis showed that soil Se content is significantly negatively correlated with pH and positively correlated with organic matter,Mn,Cu,第 3 期 丁庭康等:宜章县耕地土壤硒含量空间分布特征及成因 627 http:/ Z
12、n and CEC.In developing Se-rich agricultural products,the distribution characteristics of soil Se content should be considered,and the corresponding soil management,scientific fertilization and agronomic measures should be combined.Key words:Yizhang County;Soil selenium(Se);Spatial distribution;Infl
13、uencing factors;Se-rich agricultural products 硒是人类和动物都必需的一种微量营养元素,国内外大量研究均证实硒可以提高人体免疫能力、进行重金属解毒,同时在预防部分癌症和地方病等方面也具有重要的功效1-3。硒缺失有可能引起关节炎、克山病等疾病,而硒过量则会大大增加癌症的发病率4。人类获取硒的途径主要是摄入食物,而食物中硒来源于土壤,所以土壤中的硒才是人类获取硒元素的最终来源5-6。与此同时,中国是全球缺硒 40个国家之一,是严重缺硒的国家,2/3 地区缺硒,硒的空间分布不均,且差距明显7。近年来对土壤硒元素含量的研究成果很多,众多学者对不同地区的硒元素
14、空间分布特征和影响因素进行了大量的分析,一般都认为硒元素其影响因素主要为成土母质、土壤类型、人为影响方式和土壤理化性状8。朱建明等9在研究恩施富硒土壤的硒元素的来源时,发现主要因素为人类活动与富硒地层的风化作用,人类活动以物理堆积和迁移为主,同时由于在耕地土壤中耕作,改变了土壤的理化性质,从而带来农作物的富硒;商靖敏等10研究发现,在洋河流域表层土壤中硒相关性最好的是土壤的黏粒性,pH 越高,硒含量越低,同时随着海拔的升高硒含量有明显的增加;姜磊11在万源富硒区土壤中硒的分析表明,pH 的增高会导致硒元素的增加,有机质也是影响硒含量的一个决定因素;郑新如等12在对石泉县中部地区硒的影响因素分析
15、中认为成土母质是导致硒含量差异的主要因素,同时硒含量与主要重金属 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn、Pb 等元素存在着较强的伴生关系。表明不同地区由于众多因素的影响下对硒的因素分析也有不同的结果,具有一定的地区差异性。本文以郴州市宜章县作为研究地区,采用网格布点法布设样点进行采样分析测定及空间预测,以期弄清宜章县耕地土壤硒资源分布情况和影响因素,为富硒农产品开发和人体健康提供支撑。1 材料与方法 1.1 研究区概况 宜章县位于湖南省的南部,隶属郴州市,地理位置 11237 11320E、2453 2541N,总面积2 117 km2,属于典型的亚热带湿润季风性气候。宜章县地处南岭山脉中
16、段,以山地类型为主,地势南北高、中间低,大致呈现出由南北西 3 个方向向中东部倾斜的趋势。研究区内主要分布水稻土、红壤、红色石灰土、紫色土等土壤类型;成土母质以石灰岩风化物、板页岩风化物、近代河湖冲积物和沉积物以及花岗岩风化物为主。宜章县是全国粮食生产大县、全国茶业百强县和全国脐橙标准化生产示范县,同时还是全国100 个重点产煤县之一和湖南省 10 个煤炭基地县之一。自然资源丰富,产业发展潜力大,具有开发富硒新兴产业和产品的潜力。1.2 样品的采集 土壤样品采集布点使用全国第二次土地调查更新后的土地利用现状图,采用网格布点法,综合考虑地形地貌、土壤类型、农作物类型等因素,差异化布设调查点位。其
17、中研究区耕地布点密度为 11.91 km2 一个样点,共采集了 2 437 个有效土壤样点,采用双对角线五点混合采样法,采集耕作表层土壤(0 20 cm),采样与分析时间为 2019 年。1.3 制样与测定方法 将取回的土样放置在风干室内,剔除土壤中混杂的砖瓦、石块、石灰结核、动植物残体等,室内自然风干,研磨过筛。粗制完成的土壤样品按要求分为省库样品、流转中心留存样品和实验室检测样品进行样品装运。实验室检测样品经流转中心插入质控样品后流转至检测实验室。pH 采用玻璃电极法测定,有机质采用重铬酸钾容量法外加热法测定,土壤全铜、全锌、全锰的测定采用酸熔法,土壤阳离子交换容量(CEC)采用乙酸铵法测
18、定13-14,全硒测定参照 NY11042006土壤中全硒的测定15。1.4 数据分析与统计 本研究采用 IBM SPSS Statistics 23 进行数据描述性统计和单因素方差分析,利用 GS+建立半方差函数模型,采用 ArcGIS 10.5 进行 Morans I 指数分析和冷热点分析;在半方差模型基础上用普通克里金插值法绘制宜章县耕地土壤富硒水平分布图,Microsoft Excel 2016 绘制其余统计表格和图件。湖南省耕地基本上呈酸性,依据中国地质调查局地质调查标准 DD 2019-10天然富硒土地划定与标识16规定:在中酸性土壤(pH7.5)中,当土壤硒含量达到 0.40 m
19、g/kg 时,该土壤定义为富硒土壤。为了628 土 壤 第 55 卷 http:/ 区别土壤富硒水平的高低,本研究以土壤富硒标准阈值的 2 倍和 3 倍为界,定义了 4 个富硒级别:非富硒(Se 0.4 mg/kg)、低富硒(0.4 mg/kg Se 0.8 mg/kg)、中富硒(0.8 mg/kg Se 1.2 mg/kg)、高富硒(Se 1.2 mg/kg)。2 结果与分析 2.1 耕地土壤硒含量总体分布特征 根据表 1 可知,宜章县耕地土壤硒含量变幅为0.13 2.80 mg/kg,硒平均值为 0.64 mg/kg,是全国表层土壤硒平均值(0.29 mg/kg)17的 2.2 倍。其中,
20、水田硒含量的变幅为 0.13 2.80 mg/kg,平均值为0.63 mg/kg,略低于耕地平均值;旱地硒含量变幅为0.21 2.64 mg/kg,平均值为 0.65 mg/kg,略高于耕地硒含量平均值;旱地和水田硒含量变异系数分别为44.08%和 44.89%,呈中等变异程度。根据本研究定义的富硒级别划分标准,宜章县土壤样本中硒含量达到高富硒水平有 98 个样点,占比4.02%(图 1);423 个样点达到中富硒水平,占比17.36%;达到低富硒水平有 1 537 个样点,占比63.07%;达到富硒水平的三者合计高达 84.45%。仅有 379 个样点为非富硒水平,占比 15.55%。宜章县
21、耕地土壤总体处于富硒水平,以低富硒水平为主,富硒耕地资源比较丰富。表 1 硒含量描述性统计特征 Table 1 Descriptive statistical characteristics of Se contents in different land use types 土地利用类型 样点数 最大值(mg/kg)最小值(mg/kg)平均值(mg/kg)标准差(mg/kg)变异系数(%)旱地 938 2.64 0.21 0.65 0.284 6 44.08 水田 1 499 2.80 0.13 0.63 0.284 7 44.89 耕地 2 437 2.80 0.13 0.64 0.284
22、 6 44.57 图 1 土壤硒含量频率分布图 Fig.1 Frequency distribution of soil Se content 2.2 耕地土壤硒的空间结构特征及其分布特征 2.2.1 全局自相关分析 为了进一步研究宜章县耕地土壤硒在区域内的空间聚集程度和相关性,运用Morans I 指数对耕地中硒含量分布进行全局自相关分析,同时运用热点分析指标(Getis-Ord Gi)分析局部空间自相关程度。全局自相关分析结果显示,Morans I指数为 0.237,P2.58,具有统计意义,表明宜章县耕地土壤硒含量具有显著的空间自相关性,具有一定强度的空间集聚性。2.2.2 局部冷热点分
23、析 在进行 Morans I 指数计算后,再通过冷热点分析进一步研究宜章县耕地土壤硒含量在区域范围内的集聚性,同时绘制了 P石灰岩风化物砂岩风化物河湖冲沉积物花岗岩风化物紫色砂页岩风化物(表 3)。研究区以板页岩风化物母质发育的耕地土壤硒含量平均值最高,达到了0.76 mg/kg,接近于中富硒水平。这是由于在板页岩风化物母质发育的泥质岩类风化物中带有碎屑物和次生矿物,以团聚结构为主,有机质比较丰富21,对硒的吸附作用较强,所以板页岩风化物母质中硒含量显著高于其他母质,是所有成土母质中硒含量最高的。方差分析也表明板页岩与其他母质具有显著性差异,其余成土母质平均硒含量差异较小,但也都处在低富硒水平
24、。紫色砂页岩风化物平均硒含量最低,为0.59 mg/kg,但是也达到了富硒水平,说明宜章县耕地土壤硒含量整体比较丰富。图 3 耕地土壤硒含量等级分布图 Fig.3 Distribution map of Se content in cultivated land soil 2.3.2 不同土壤类型的硒含量特征 土壤硒含量同时也与土壤质地、土壤熟化程度、地力等级、气候等有关系22,根据全国第二次土壤普查的数据得知,研究区土地类型主要以水稻土、红壤、红色石灰土、黄壤、紫色土、黑色石灰土为主。按照土壤类型进行了研究区内硒含量平均值的描述性统计(表 4),可以看出在不同土壤类型中,潮土、黑色石灰土和红
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