江蘇富硒土壤成因類型及其元素相關性分析

廖啟林, 金 洋, 崔曉丹, 黃順生, 任靜華, 范 健, 杜維真, 劉瑋晶, 徐宏婷, 汪子意

(1. 自然資源部國土(耕地)生態監測與修復工程技術創新中心,江蘇南京210018;2. 江蘇省地質調查研究院,江蘇南京210018)

0 引 言

硒(Se)在生態系統中被稱為“主宰生命的微量元素”,具有保護心肌健康、抗氧化、防衰老、增強免疫力和防癌抗癌等功用(Tan et al.,1991;Fordyce et al.,2000;Hartikainen,2005;Letavayová et al.,2006;Steinnes,2009),隨著人們對天然富硒食品及其相關產業的關注與日俱增,許多鄉鎮將富硒土地資源開發利用作為鄉村振興的重要手段。

土壤作為開發天然富硒食品的重要物質基礎,其Se分布直接關系到植物Se含量或植物Se的有效性,圍繞富硒土壤的開發利用與探索已成為當前生態地質及相關學科的研究熱點(李杰等,2012;黃淇等,2013;嚴明書等,2014;楊志強等,2014;戴慧敏等,2015;王曉杰等,2016;韓笑等,2018;吳俊,2018;Liu et al.,2021;高雅等,2022)。近年來,國內富硒土壤研究甚多(黃春雷等,2013;黃淇等,2013;陶春軍等,2014;侯現慧等,2015;王運等,2018;安永龍等,2020;周殷竹等,2020;李庚華等,2022;姚凌陽等,2023),說明富硒土壤作為一種優良農業地質資源正得到社會的高度認同。

在自然界,Se屬于稀散親硫元素(Wen et al.,2006),其局部富集離不開特定地質環境的影響。農田土壤Se含量和形態受多種因素影響,成土母質、土壤有機質、土壤質地、CEC(陽離子交換量)、pH以及礦物類型等都與Se分布富集有關(Sun et al.,2009;Bhatia et al.,2013;黃春雷等,2013;陳繼平等,2020)。自然地質作用和人類活動的影響導致土壤Se以多種形態存在,且隨時可能遷移或轉化,進而出現植物吸收土壤Se的巨大差異。從元素地球化學角度考察富硒土壤成因及利用價值甚有必要,開展大數據分析和地質環境差異性精準調研是了解富硒土壤成因機制、科學擬定其保護利用對策的有效路徑。

江蘇富硒土地開發利用起步較早,至今已有一定的聲勢,有必要對富硒土壤成因及其元素相關性等進行深入總結研究。通過借鑒前人的研究經驗或認識,集成分析以往相關土壤的地球化學調查數據,對江蘇富硒土壤主要成因類型及其元素相關性進行探討,期望能為認清江蘇富硒土壤基本屬性、依據其成因特點做好富硒土地資源的開發利用等提供借鑒或參考,并為從事富硒土壤深入研究的同行提供線索。

1 江蘇富硒土壤主要成因類型

江蘇富硒土壤分布范圍較為有限,從全省土壤Se空間分布特征(圖1)來看,富硒土壤的總樣點占比不足3%(廖啟林等,2007b),宜溧山區及太湖周邊、里下河盆地局部、徐州銅山—賈汪一帶煤炭開采區附近是江蘇富硒土壤相對集中地段,而徐淮黃泛平原(特別是泛黃河故道)、蘇北濱海平原和泰州—南通一帶的臨江區域是全省土壤Se相對貧乏的區域。在已確定的天然富硒土地資源中,以太湖西側的宜溧低山—丘陵局地富硒土壤最具有開發利用價值,該富硒土壤分布區具有范圍最廣、平均強度(土壤Se平均含量)最高、區域生態地質環境相對最優越、天然富硒食品種類相對最豐富等基本特點,是迄今為止江蘇全省富硒土地資源開發利用最成功的區域,已在宜興太華鎮建成全省首例天然富硒稻米、茶葉等生產示范基地,在省內外形成了較大的社會影響。

圖1 江蘇主要富硒土壤分布狀況Fig. 1 Spatial distribution of the main Se-enriched soils in Jiangsu Province

江蘇富硒土壤開發利用示范已有10多年歷史,已取得宜興太華鎮天然富硒土地開發利用創新示范等多項成果。在開發利用江蘇富硒土壤的進程中,對富硒土壤的分布規律、元素地球化學特征、成因機制及資源潛力等進行了持續探索研究(廖啟林等,2007a,2016,2019,2020;范健等,2021),為有效開發利用江蘇富硒土地資源提供了依據或線索。主要依據江蘇富硒土壤物質來源及其分布特征等,初步將全省富硒土壤歸納為母巖型、沉積型、疊加型3個主要成因類型(表1)。

表1 江蘇富硒土壤主要成因類型

(1)母巖型土壤Se源于富硒巖石的風化、侵蝕、搬運和就近沉積,其富硒母巖是富硒土壤最主要的物質來源,土壤Se不僅僅限于地表聚集,富硒土壤分布范圍常受地形地貌等影響(如山間盆地、沖積扇等)。

(2)沉積型土壤Se源于特殊的第四紀沉積物,其土壤Se與OM之間有較顯著正相關性,分布范圍受第四紀沉積相界限等控制,富硒土壤深度多集中在地表下30 cm左右。

(3)疊加型土壤Se緣于人類活動,屬于“后天”疊加所致(如粉煤灰中Se轉運至土壤等),在“先天”不富硒的土壤中“人為添加”了部分含Se物質,從而導致局地表土壤富硒,可能同時疊加了部分重金屬,Se多限于地表聚集,富Se土壤深度一般<20 cm,分布范圍具有不確定性。

2 富硒土壤元素相關性分析

2.1 元素含量分布基本參數對比

根據江蘇多目標區域地球化學調查數據(廖啟林等,2007b),結合新獲取的局地土地質量地球化學評估數據等,通過數據統計分析,對3類富硒土壤的Se等元素含量分布的主要地球化學參數進行對比分析(表2),各成因類型富硒土壤的元素含量分布具有以下基本特點。

表2 江蘇三類富硒土壤相關元素含量分布地球化學參數

(1)在3類富硒土壤中,母巖型富硒土壤Se含量相對最高且分布最不均勻,其次為疊加型富硒土壤,再次為沉積型富硒土壤。母巖型富硒土壤Se平均含量一般為0.5～0.8 mg/kg,最高含量>15 mg/kg,Se含量變異系數高達1.6;沉積型富硒土壤Se平均含量一般在0.3 mg/kg左右,最高含量<1.0 mg/kg,變異系數僅為0.32;疊加型富硒土壤Se平均含量一般為0.5～0.6 mg/kg,最高含量達10 mg/kg,變異系數為1.09。

(2)各類富硒土壤所伴生的重金屬元素有顯著差異,疊加型富硒土壤的重金屬含量相對最高,母巖型富硒土壤次之,沉積型富硒土壤相對最低。沉積型富硒土壤不僅重金屬元素含量(平均值、最大值等)相對最低,其元素含量變異系數(CV)也相對最低,如Hg的變異系數在所有重金屬元素中最高,但僅為0.57;而母巖型和疊加型富硒土壤的重金屬元素變異系數CV最大值均>0.7。上述3類富硒土壤重金屬元素平均含量很少超過國標限定的農用地土壤風險篩選值,但其最高含量都有超過農用地土壤風險篩選值的情況,如母巖型富硒土壤中的As、Cd、Hg、Cu、Pb、Cr、Ni,疊加型富硒土壤中的As、Cd、Hg、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni,沉積型富硒土壤中的Cd、Hg、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni,其最高含量都超過了農用地土壤風險篩選值,說明上述3類富硒土壤都存在局地重金屬超標的可能,在開發利用富硒土壤時需要妥善防控其風險。

(3)母巖型富硒土壤的pH值介于3.53～8.06之間,平均值為5.49,總體偏酸性;沉積型富硒土壤的pH值介于4.45～8.90之間,平均值為6.95,總體偏中性;疊加型富硒土壤的pH值介于5.04～9.30之間,平均值為8.09,總體偏堿性。3類富硒土壤的pH值變異系數均<0.2,說明其土壤pH值分布相對均勻(酸堿度分布總體趨向穩定)。

(4)母巖型富硒土壤有機質質量分數(OM)為0.84%～17.73%,平均值為3.95%,CV=0.54,總體分布不均勻;沉積型富硒土壤有機質質量分數為0.080%～10.14%,平均值為3.22%,CV=0.39,總體分布較均勻;疊加型富硒土壤有機質質量分數為0.56%～30.34%,平均值為3.72%,CV=0.38,總體分布較均勻。上述3類富硒土壤的有機質質量分數平均值均在3%～4%之間。

2.2 元素相關系數統計分析

元素含量相關性分析是探討富硒土壤成因的常用方法(Elisabeth,2015;Carvalho et al.,2019;Song et al.,2020;Xie et al.,2021),相關系數r統計對比是揭示元素含量之間相關性密切程度的基本方法。

母巖型富硒土壤元素含量相關系數統計結果(表3)顯示,Se與大多數元素的相關性都不密切,僅與Cr呈顯著正相關(r=0.52);此外,Se與Cd、As、Ni之間呈一定的正相關,相關系數均介于0.3～0.4之間。91對母巖型富硒土壤元素含量的相關系數中,r>0.5的只有8對,分別為Cr-Ni、Zn-Ni、Pb-Zn、Cu-Zn、Zn-Cd、As-Ni、Mn-As、Se-Cr,其相關系數介于0.52～0.68之間,皆呈顯著正相關?？傮w而言,相關系數統計結果顯示了其富硒巖石的元素相關性特色,如重金屬元素As、Cd、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni之間普遍存在更密切的正相關性,而Se與大多數重金屬元素的正相關性不密切,這有利于母巖型富硒土壤的開發利用。

表3 母巖型富硒土壤元素含量相關性分析結果

沉積型富硒土壤的元素含量相關系數統計結果(表4)顯示,土壤Se與多個元素存在密切正相關性,在16個元素項中(包括pH值、CEC、OM3個理化指標),Se與另外15個元素中的11個呈顯著正相關(r>0.5),其中Se與OM的正相關性最好(r=0.74)。此外,Se與pH之間還存在一定的負相關性(r=-0.35),這在母巖型和疊加型富硒土壤中是絕無僅有的。120對沉積型富硒土壤元素含量的相關系數中,r>0.5的共有64對元素,主要有Se-CEC、Se-OM、Se-Fe、CEC-Fe、CEC-Co、CEC-Ni、K-Mg、K-Fe、K-Co、K-Ni、Mg-Fe、Mg-Co、Fe-Ni、Fe-Co、Fe-V、Ni-Co、Co-V等,其中Fe-Co、Cu-Zn、Fe-K、K-Co的相關系數依次為0.97、0.95、0.93、0.92,是相關性最密切的4對元素?？傊?沉積型富硒土壤中大部分元素之間存在(較)顯著正相關性,常量元素Fe、K、Mg與重金屬元素Cu、Pb、Zn、Cr、Ni之間多存在顯著正相關性,OM除了與Se存在顯著正相關性外,還與pH存在較顯著負相關性(r=-0.49)。因為土壤OM與Se之間具有顯著正相關性,而OM和pH之間具有較顯著負相關性,這也解釋了為何土壤Se和pH之間具有負相關性。沉積型富硒土壤形成過程中,其常量元素(Fe、Mg、K等)和OM、CEC、pH等都可能是影響土壤Se分布的重要地球化學因素,元素之間的正相關性在3類富硒土壤中是最顯著的。

表4 沉積型富硒土壤元素含量相關性分析結果

表5 疊加型富硒土壤元素含量相關分析結果

2.3 R型聚類分析

R型聚類分析也是解析富硒土壤成因及其物質來源的常用手段(夏偉等,2022)。母巖型富硒土壤的元素含量分布R型聚類分析結果(圖2)顯示,此類富硒土壤中Se和K被劃分在一個族群,pH-Hg-P劃分在靠近Se-K的族群,OM-Cd-Zn-Pb-Mn-As-Cr-Ni-Cu劃分在遠離Se-K的第三個族群。該結果進一步證實了母巖型富硒土壤中的Se與大多數重金屬元素的相關性不密切;Se和K能被自然地分在第一族群,說明此類富硒土壤的確繼承了母巖的地球化學屬性,K作為常量元素,是巖石風化后進入土壤的營養元素,也是巖石養分同步向土壤轉移富集的表征或延續,是富硒巖石經過表生地球化學作用后保存下來的痕跡。

圖2 母巖型富硒土壤元素含量分布R型聚類分析結果Fig. 2 Dendrogram of element distribution in Se-enriched soils of parent rock type

沉積型富硒土壤的元素含量分布R型聚類分析結果(圖3)顯示,該類富硒土壤中Se-OM-N被分在一個族群,緊鄰該族群的是Mg-V-Zn-Cd-Pb-Sb組合,然后是K-Fe-Co-F-Cu-Ni-As組合,最后是Mo-B-Mn-Cr-pH-Ca-P-Cl-Hg組合,反映了與上述母巖型富硒土壤截然不同的元素組合特征及其排序關系,表明沉積型富硒土壤中Se與Hg、pH的親緣性較差,而與OM、N等養分指標具有最親密關系,與元素相關性分析結果吻合。土壤中OM與N通常具有極高的正相關性,而沉積型富硒土壤所處的第四紀沉積環境就是伴隨富有機質的近似封閉的潟湖相沉積,Se的聚集與OM富集密切相關,OM與N的親緣性極佳,所以形成了Se-OM-N為同一族群的元素組合。

圖3 沉積型富硒土壤元素分布R型聚類分析結果Fig. 3 Dendrogram of elements distribution in Se-enriched soils of Quaternary sediment type

疊加型富硒土壤的元素含量分布R型聚類分析結果(圖4)顯示,該類富硒土壤中Se-Hg被組合在第一族群,緊鄰pH-Ca-As組合,然后是CEC-Cu-Co-V-K-Mg-Fe-Cr-Ni-F組合,再后為Mn-OM-N-Cd-Zn-Pb組合,最后是Mo-B-P組合。就R型聚類分析結果而言,疊加型和沉積型富硒土壤有明顯區別,一是因為疊加型富硒土壤中Se與Hg具有最好的親緣關系,二是該類富硒土壤中Se與OM的親緣性較差,都與沉積型富硒土壤截然不同。但是,疊加型富硒土壤的元素分布R型聚類分析結果也將OM-N組合在一起,說明農田土壤中OM與N之間普遍存在親緣或密切關系。

圖4 疊加型富硒土壤元素分布R型聚類分析結果Fig. 4 Dendrogram of element distribution in Se-enriched soils of the later overlying type

3 土壤富硒機制及其開發利用

土壤富硒機制本質上是土壤形成過程中元素Se如何聚集的過程,以及聚集過程中所發生的表生地球化學作用或第四紀沉積作用的原理與條件,包括富硒成土母質如何形成、如何在特定的表生地質環境下形成富硒土壤、形成這些富硒土壤所需要的第四紀或環境地球化學作用控制因素等。按照對富硒土壤成因的一般認識,土壤Se通常具有成土母質繼承性和成土過程再富集特征,經歷系列表生地球化學作用才能形成富硒土壤(酈逸根等,2005;劉道榮等,2021)。

3.1 母巖型富硒土壤

母巖型富硒土壤主要是因為富硒巖層天然富硒,如蘇南的二疊系龍潭組,蘇北的二疊系石盒子組、山西組、太原組等,都是能提供Se的富硒母巖,其中二疊系含煤巖層是常見的富硒母巖之一。富硒土壤形成機制為:富硒巖石經過物理風化(可能涉及少量化學風化或生物侵蝕)形成碎屑物(巖屑等),被搬運轉移到相對低洼的地方沉積或堆積,形成富含Se的成土母質,然后經過一系列成土作用而轉化為富硒土壤。

母巖型富硒土壤厚度通常較大,一般>50 cm,最大厚度>150 cm,成土過程還可能涉及到母質中Se的再分配或富集,富硒母巖始終是富硒土壤Se的穩定來源。母巖的自然屬性(巖石Se含量、巖層厚度、產狀、分布等)及地形等自然條件(切割、坡度、坡向、水動力、山間盆地或沖積扇等)是決定富硒土壤質量與分布及其利用價值的關鍵因素,巖石被風化剝蝕得越強烈,富硒巖屑等被搬運得越遠,成土母質被堆積得越厚,成土過程中Se被進一步富集得越徹底,所形成的天然富硒土壤利用價值越大。

3.2 沉積型富硒土壤

沉積型富硒土壤也屬于“先天”富硒,由特殊的相對富硒的第四紀沉積物為成土母質,但成土母質富硒程度不及富硒母巖碎屑物。蔡子華等(2011)、宋明義等(2011)的研究發現,特殊的第四紀沉積相也能形成富硒土壤,以湖沼相沉積形成富硒土壤最為常見。主要產于江蘇里下河地區的沉積型富硒土壤就屬于湖沼相沉積的一種,被證實主要為潟湖相沉積。

源于潟湖相沉積的富硒土壤,通常經歷了3次Se的逐步聚集過程。①初始沉積階段的Se匯集。因為潟湖相沉積在第四紀演化中處于相對封閉的湖盆環境,總體偏還原且沉積物中攜帶了大量有機質,有利的pH、Eh環境以及沉積物中有機質等大分子的存在,通過膠體或有機質吸附將分散在第四紀沉積物中的Se匯聚到潟湖相沉積物,形成相對富Se的成土母質,此類成土母質可能只是相對富Se,并未達到富硒土壤的含量要求。②成土過程中的Se聚集。成土母質隨第四紀演化,通過機械分選和生物地球化學作用,使得聚集在成土母質中的Se進一步沉淀在細顆粒沉積物或黏土礦物中,在黏土礦物或細顆粒礦物比較集中的地段形成部分富硒土壤。③成土后期的Se表生富集。在表土中因為有機質(OM)劇增和生物活動(特別是微生物)增強,已形成的潟湖相沉積富硒土壤進一步將Se向表層土壤轉移集中,沉積型富硒土壤呈現明顯的表聚性特征,在土壤沉積剖面上,Se主要富集在表層約30 cm厚的土壤中,該深度之下的土壤不一定滿足富硒土壤的要求。

在控制Se富集的因素中,土壤OM與Se具有顯著正相關性,pH、Eh、CEC、粒徑、黏土礦物和Fe-Mn氧化物含量等均為制約Se遷移富集的重要因子,這與前人(張光弟等,2001;李娟,2004;李艷慧等,2006;王銳等,2017;羅海怡等,2022)有關研究結論高度吻合。

3.3 疊加型富硒土壤

疊加型富硒土壤屬“后天”成因,多受偶然因素控制,該類型土壤Se富集與土壤形成之前的第四紀沉積或表生地球化學作用基本無關。在土壤形成之前,疊加型富硒土壤并不富集Se,在形成土壤直至被耕種之前,土壤的Se含量并未達到富硒土壤的要求,土壤中的Se有相當一部分是后期(成土之后)人為活動疊加或添加的。常見的人為活動包括灌溉、施肥、富硒灰庫或粉煤灰擴散、富硒底泥轉移等,例如富含Se的燃煤降塵(或粉塵)直接飄落在相關土地上,形成邊界不確定的富硒土壤,是常見的疊加型富硒土壤之一,在蘇北一些燃煤企業周邊局地多有此類富硒土壤分布。因此,疊加型富硒土壤僅限于表層土壤(20 cm以上的耕作層)富集Se,同時還會伴隨部分重金屬元素(Cd、Hg、As、Pb等)的相對富集,Se在表層土壤中的分布不均勻、不穩定,含量高者可達10 mg/kg以上,含量低者僅0.3 mg/kg左右,對此類富硒土壤的開發利用需采取科學嚴謹的態度及必要措施。

綜上,母巖型富硒土壤屬于典型的原生富硒土壤,具有厚度大(最大厚度>150 cm)、Se含量高、與多數重金屬元素無顯著相關性等特點,其生態環境質量相對更優越,開發利用價值相對最高。沉積型富硒土壤與第四紀潟湖相沉積密切相關,土壤Se與OM顯著正相關,且許多元素相互之間顯著正相關,OM的富集更偏向表層土壤,富硒土壤的厚度遠不及母巖型富硒土壤,沉積型富硒土壤以“先天性”為主,但不能完全排除“后天”因素的影響,其富硒土壤的Se含量相對不是很高,但分布范圍一般比較大,具有較高的開發利用價值。疊加型富硒土壤屬“后天”成因,與第四紀沉積等地質作用基本無關,是典型的非原生富硒土壤,土壤Se含量不穩定,富硒土壤厚度普遍<20 cm,分布具有一定的隨機性,同時伴有重金屬元素(Cd、Hg、As、Pb等)的相對富集,其開發利用有諸多不確定性。

4 相關問題討論

江蘇現有的3種成因類型的富硒土壤,其Se來源及富硒機制各不相同,元素組合及其相關性存在差異,開發利用價值與前景也不盡相同。從富硒土壤成因目前的研究成果及開發利用經驗來看,掌握土壤Se分布、遷移、富集等基本規律,明辨誕生富硒土壤過程中所出現的各種有利與不利因素,因地制宜使富硒土地資源產生最好效益,仍不失為成功之道(周國華,2020;Liu et al.,2022)。根據地質環境和富硒土壤成因等狀況,江蘇富硒土地資源開發利用及富硒土壤深入研究仍有以下關鍵技術問題亟待攻克。

4.1 如何開發利用疊加型富硒土壤

母巖型和沉積型富硒土壤主要緣于地質環境或第四紀沉積作用,屬“先天”成因。疊加型富硒土壤則不同,屬于“后天”成因,土壤富硒在成土之后,具有分布不穩定、Se主要富集在地表耕作層、富集重金屬元素等特征。前人證實疊加型富硒土壤可能同時聚集部分重金屬元素(丁晨龍等,2022),因此開發利用疊加型富硒土壤具有很大的特殊性,必須采取更加科學合理的措施。目前已經在疊加型富硒土壤產地檢測到天然富硒農產品,但沒有取得開發利用類似富硒土地的示范經驗,作為一種特色土地資源,富硒土壤的開發利用前景還有諸多不確定性。由于疊加型富硒土壤的出現或分布具有偶然性,其地域限制性不及母巖型、沉積型富硒土壤強烈,因此開發利用這類富硒土壤仍具有重要意義。

4.2 如何提升富硒土地資源的開發利用成效

母巖型、沉積型和疊加型富硒土壤的富Se機制有差異,富硒土壤的質量也有差別,但它們卻有一個共性,即都面臨可持續開發利用、提升天然富硒食品或農產品質量的問題,都需要盡可能提升富硒土地的開發利用成效。從已經取得的相關經驗來看,將土壤改良、生態修復與富硒土地開發統籌考慮,借助改善或調劑土壤OM、pH、Eh、CEC等環境指標,增加土壤黏土礦物和鐵錳氧化物含量,合理利用微生物技術,富硒農作物秸稈還田,添加適宜的有機菌肥等,都不失為土壤改良及生態修復的可行辦法(羅杰等,2011)。江蘇的沉積型富硒土壤多受有機質(OM)控制,疊加型富硒土壤存在較高的重金屬污染風險,若能將富硒土壤開發利用與土壤改良、生態修復等進行統籌融合,必有意外收獲。

4.3 如何確定土壤有效Se

認定富硒土壤目前主要依據的是土壤Se全量(或總量),但農作物吸收的土壤中的Se僅是其中的很小一部分,更多取決于土壤中的有效Se分布。前人關于土壤有效Se的研究成果不斷見諸報道(S?derlund et al.,2016;Ali et al.,2017;Deng et al.,2017;Chang et al.,2019;姚凌陽等,2023),但迄今為止沒有準確測定土壤有效Se含量的權威辦法,這其中既有技術問題也有標準問題,江蘇富硒土壤有效Se數據重現性不太好就與土壤有效Se的測定方法不統一有很大關系。就江蘇現有的3類富硒土壤來看,母巖型富硒土壤因為富硒強度較高,富硒土壤質量好,暫缺土壤有效Se數據支持也不影響其開發利用,但沉積型和疊加型富硒土壤則亟需土壤有效Se數據的支撐。

4.4 如何優選天然富Se農產品

開發利用富硒土壤的終極目的是盡可能多地生產高附加值的天然富硒食品或農產品。不采取任何人工干預措施,完全憑借農作物生長吸收土壤中的Se而達到富硒食品(或農產品)標準者,皆被認定為天然富硒農產品(或食品)。已經報道的江蘇天然富硒農產品中,以天然富硒稻米最受歡迎,但只有母巖型富硒土壤成功開發出批量的天然富硒稻米,沉積型和疊加型富硒土壤均未達到這一點。不同農作物及不同品種水稻吸收土壤Se是有差異的,有必要加大力度在沉積型和疊加型富硒土壤中探尋培育天然富硒稻米的方法,通過品種篩選、土壤改良等多措并舉,盡快在沉積型和疊加型富硒土壤中開發出天然富硒稻米。

5 結 論

(1)江蘇富硒土壤的成因類型主要分為母巖型、沉積型和疊加型3大類。沉積型富硒土壤的元素相關性最好,疊加型富硒土壤的元素相關性次之,母巖型富硒土壤的元素相關性相對最差。上述3類富硒土壤中,母巖型富硒土壤已獲得顯著開發利用成效,是江蘇目前唯一具有批量天然富硒稻米產出的富硒土壤。

(2)母巖型富硒土壤主要源于富硒巖石。富硒巖屑經搬運沉積構成其成土母質,成土母質“先天”富硒是此類富硒土壤的基本特征,富硒巖石的屬性與分布是產生富硒土壤的內因,富硒巖石產地的地形條件是決定富硒土壤的主要外因。富硒土壤厚度不受耕作層限制,最厚可超150 cm,土壤Se與多數元素的相關系數r絕對值均<0.5。富硒土壤元素組合以Se-K-Cr等為主,土壤中Se的平均含量多介于0.5～0.8 mg/kg之間,且分布相對穩定。此類富硒土壤開發利用價值相對最高。

(3)沉積型富硒土壤主要緣于特定的第四紀沉積作用。潟湖相沉積物是其基本成土母質,其土壤Se要經歷成土母質初始富集、成壤過程分選富集和表生富集3個階段。土壤Se與OM之間、多個元素相互之間都具有顯著正相關性,相關系數r最高達到0.97,元素組合為Se-OM-N-CEC-Mg等,土壤OM、pH、Eh、CEC、黏土礦物和Fe-Mn氧化物含量等都是制約Se遷移富集的重要因子。此類富硒土壤Se含量多在0.3 mg/kg左右,厚度多在30 cm左右,但分布范圍通常較大。

(4)疊加型富硒土壤主要緣于人為活動。其土壤富硒在成土之后,富硒土壤的產生與土壤形成過程(第四紀沉積等)基本無關,因為人為活動(施肥、“三廢”、底泥、粉煤灰等)向土壤添加或疊加了足量的Se才形成局部富硒土壤,因此其分布具有偶然性,且伴有重金屬元素(As、Cd、Hg、Pb)的相對富集。富硒土壤Se含量一般為0.5～0.6 mg/kg,分布不穩定,厚度一般<20 cm(限于耕作層),元素組合以Se-Hg-As-Ca-pH等為主,Se-Hg呈顯著正相關性,相關系數為0.51。

致 謝

參加研究工作的還有許偉偉、華明、汪媛媛、朱伯萬、李文博、周強、劉玲、賀新星、馮金順等,江蘇省地質調查研究院及其下屬生態中心、測試所等有關單位專家對研究給予了大力支持與指導幫助,在此一并誠致謝忱!