摘要:为推动崖门镇富硒农业区农产品产业的发展，本文选取了新会区崖门镇崖西一带开展详细的地球化学调查工作，查明该区域营养元素分布，同时开展土壤养分质量评价。本研究共采集600件表层土壤样品、23件水稻样品及23件根系土样品，测试分析了氮、磷、钾、有机质、钼、铜、锌、锗、硒和pH共10项指标。结果表明：1) 研究区硒资源丰富，表层土壤硒元素含量范围在0.09~2.27 mg/kg之间，平均值为0.75 mg/kg；2) 研究区表层土壤养分综合等级基本处于较缺乏–缺乏水平，大量元素整体处于三等水平。土壤呈中酸性–强酸性，锌和铜含量水平较低，普遍处于较缺乏–缺乏水平，土壤有机质、锗和钼元素含量则较为丰富；3) 研究区内种植的水稻硒及其根系土的硒的相关系数达0.42，相互关系紧密，说明在富硒土壤中种植的水稻更具富硒潜力。
Abstract:To promote the development of the selenium-rich agricultural products industry in Yamen Town, this article conducted a detailed geochemical survey in the Yaxi area of Xinhui, Yamen Town, to determine the distribution of nutrients in the region and conduct a quality evaluation of soil nutrients. A total of 600 surface soil samples, 23 rice samples, and 23 root soil samples were collected for testing and analysis of 10 indicators, including nitrogen, phosphorus, potassium, organic matter, molybdenum, copper, zinc, germanium, selenium, and pH. The results showed that: 1) the selenium resources in the study area are rich, with the selenium content of the surface soil ranging from 0.09 to 2.27 mg/kg, with an average value of 0.75 mg/kg; 2) the comprehensive level of soil nutrients in the study area is basically deficient to moderately deficient, and a large number of elements are at the third level. The soil is generally of medium to strong acidity, with low levels of zinc and copper, which are generally deficient to moderately deficient, while the soil organic matter, germanium, and molybdenum content are relatively abundant; 3) the correlation coefficient between the selenium in rice grown in the study area and the selenium in its root soil reached 0.42, indicating a close relationship, and indicating that rice grown in selenium-rich soil has greater potential for selenium enrichment.
1. 引言
硒是地球上一种稀少且分散的元素，其地壳丰度为0.13 mg/kg，是人和动物必需的微量元素 [1] 。中国营养学会已将硒列为15种每日膳食营养元素之一，提出一个成年人每天对硒的适宜摄入量是50~250 μg。硒的摄入量过少会导致克山病、大骨节病等疾病 [2] ，同时也会对人体的心血管系统造成影响 [3] 。据统计。人体对硒的摄取只能通过日常膳食植物性或动物性有机硒进行补充 [4] 。就目前而言，土壤硒是人与动物体内主要的硒来源，植物是土壤硒的吸收者，通过食物链向上迁移至动物体内 [5] 。富含硒元素的农产品对人体健康有着积极的作用，而在天然富硒的土壤中生长的农产品，其富硒潜力巨大 [6] [7] ，且比人工添加硒产品更优质健康，同时进一步降低了富硒产品的成本 [8] 。因此，富硒土壤及其农产品的开发逐渐引起社会各界的广泛关注。
崖门镇隶属广东省江门市新会区，位于新会区西南部，濒临南海，农用地面积占比较大，表层土壤硒含量平均值为0.70 mg/kg，高于新会区表层土壤硒的均值为0.55 mg/kg，显著高于全国表层土壤硒含量平均值。镇内表层土壤硒含量在空间分布上呈现南北低，中间高的分布格局。目前，崖门镇的富硒产业依托土地的富硒优势，在广东省天然富硒联合体的推动下已经形成超2亿人民币的投资规模。为了配合当地政府和企业摸清该区域内土壤的养分情况，进一步确定养分充足富硒土壤的具体分布便成为了当务之急 [9] 。
在以往的土地质量地球化学调查中发现，新会区崖门镇崖西农业区土壤富硒水平较高，但土壤养分水平较低 [10] ，选择养分充足的土壤发展富硒农业显得格外重要。因此，本研究选取了崖门镇北部的南合村、横水村和京梅村等镇共同构成的崖西富硒农业重点发展区作为研究区，通过采集表层土壤样品，分析测试其中氮、磷、钾、有机质、钼、铜、锌、锗、硒和pH共10项指标。得出了崖西农业区土壤营养元素含量地球化学特征、分级特征和元素地球化学空间分布特征。评价了农业区的土壤养分质量等级。同时，本次研究还采集了区内水稻农作物样品及其根系土，测试其中的硒含量情况，探讨水稻硒元素含量与其根系土硒元素含量的潜在关系。为区内全面开展富硒农作物的种植提供了科学理论支撑。
2. 研究区概况
Figure 1. Geographical location of the study area and sample point map
图1. 研究区地理位置及样品点位图
Figure 2. Geological sketch map of the study area
图2. 研究区地质简图
本文研究区位于广东省江门市新会区崖门镇，地属新会区西南部(图1)，地理坐标为：东经113˚3'24.01''，北纬22˚17'49.82''，研究区评价的总面积约29.72 km2。研究区气候属亚热带海洋性季风气候，温暖多雨，年均气温21.9℃，年降雨量2200 mm，区内整体“东低西高”，东边主要为冲积平原，广泛种植水稻，西边则是花岗岩地区，以大面积的林地为主(图2)。新会区是国内著名的柑产地及珠三角粮仓，盛产其特色农产品新会柑、水稻和茶叶等。土壤类型整体以水稻土为主，西南部分布有赤红壤，区内中部的农用地以耕地为主，辅以小面积零星分布的园地，西部则分布较大面积的林地 [9] 。
3. 实验材料和方法
3.1. 样品采集和加工
本研究在新会区1:50,000工作区调查基础上，结合土地利用方式、人为影响烈度、元素及污染物含量空间分布特征、以及各地方政府的农业区划需求等，按照土壤质量地球化学评价1:10,000的采样密度(20~30点/km2)共采集样品623个。土壤样品的采集时间为上茬作物成熟或收获以后，下茬作物尚未施用底肥和种植以前，避开沟渠、林带、田埂、路边、旧房基、粪堆及微地形高低不平无代表性地段，以反映地块的真实养分状况和供肥能力。土壤样品的采样深度为0~20 cm，采样时保持上下均匀采集并去除草根、石块、虫体等杂物。主样点布设在农用地地块中央，分样点是以野外实际确认的采样点GPS定位为中心，向四周辐射确定2个至3个分样点，通常采用“X”型或“棋盘”型布设子样点，原则上需在同一地块内采集，且距采样地块野外样品的GPS定点点位距离为20 m。采集完成后等份组合成一个混合样并放入样品中，混合样重量在2 kg左右。每个采样点的采土部位、深度及重量要求一致。采样的同时如实记录土壤质地、颜色及周边工农业情况等样点信息，具体采样点位分布见图1。
样品加工在野外驻地进行，土壤样品在布袋中自然风干，相互不接触的悬挂于样品架上晾干，期间人工揉搓避免胶结成大块。待样品干燥后用10目尼龙网塑料筛过筛，过筛重量不少于500 g，缩分300 g送实验室分析。
3.2. 样品分析方法
根据中国地质调查局《多目标区域地球化学调查规范(1:250,000)》(DZ/T 0258-2014)和《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T 0130-2006)等标准、规范要求，按照《区域地球化学样品分析方法》(DZ/T 0279(2~34)-2016)，本次研究制定了以电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和电感耦合等离子体光谱法(ICP-OES)为主，辅以发射光谱法(ES)、原子荧光光谱法(AFS)、容量法(VOL)和离子选择性电极法(ISE)等方法，组合成先进、准确度和精密度高的分析体系和配套方案(详见表1)。
Table 1. Soil geochemical sample analysis testing support program
表1. 土壤地球化学样品分析测试配套方案
3.3. 数据处理和图件绘制方法
数据统计采用Microsoft Office Prosfessional Plus 2016软件完成，图件采用MapGIS6.7和地球化学勘查一体化系统软件绘制，图件绘制方法采用反距离权重法。
4. 结果分析与讨论
4.1. 表层土壤硒和植物营养元素含量及分布特征
4.1.1. 硒元素含量丰缺评价及分布特征
研究区表层土壤样品硒元素平均值为0.75 mg/kg，含量范围为0.09~2.27 mg/kg之间。根据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295-2016) [11] ，研究区内83%土壤样品硒含量达到高硒水平，16%的土壤样品硒含量处于边缘–适量水平。尤其区内西南侧的丘陵地区，土壤硒含量点位含量普遍大于1.5 mg/k，研究区表层土壤硒地球化学特征见图3。
Figure 3. Geochemical map of selenium in surface soil
图3. 表层土壤硒地球化学图
4.1.2. 大量元素丰缺评价及分布特征
大量植物营养元素或指标包括氮、磷、钾三种，这三种元素基本决定了土壤的肥力状况，对在其中生长的植物产生最直接的影响 [12] 。研究区表层土壤氮元素含量的平均值为415.81 mg/kg，低于珠三角表层土壤氮平均含量(1080 mg/kg)。其含量范围在27~3700 mg/kg间，变异系数达到1.4，区内分布极不均匀，最大值是最小值137倍之多。相对高值区主要分布在坑头和田寮村附近，相对低值区集中在研究区西北部和中南部。表层土壤磷元素含量平均值为597.32 mg/kg，略高于珠三角土壤磷平均含量(502 mg/kg)，含量范围在45.8~3630 mg/kg间，变异系数为0.7，属强变异，相对高值区位于研究区东北角，相对低值区位于研究区东北与西南部。表层土壤钾元素(K2O)含量平均值为1.32%，含量范围在0.09%~5.76%之间，变异系数为0.8，同属强变异，相对高值区分布在研究区西南角，相对低值区集中在研究区南部和北部(图4、图5)。
Figure 4. Geochemical distribution of soil nitrogen, phosphorus, potassium and organic matter in the study area
图4. 研究区土壤氮、磷、钾元素和有机质地球化学分布图
4.1.3. 微量元素丰缺评价及分布特征
土壤中的铜、锌、钴和锗是植物正常生长发育必须的微量营养元素，它们多是组成植物体内主要蛋白质的成分，在有机体代谢中起着不可忽视的作用，在含量适中的条件下可以促进植物的生长，促进种子萌发 [13] ，同时可能对农产品品质有着重要影响 [14] 。
研究区表层土壤中，硼元素含量范围为2.64 mg/kg~116 mg/kg，平均值为19.66 mg/kg，变异系数为0.7，属强变异，相对高值区位于田寮村一带。钼元素含量范围在0.23~33.1 mg/kg之间，平均值为2.18 mg/kg，变异系数为1.2，区内分布极不均匀，相对高值区从南合村自东北向西南呈带状分布。锰元素含量范围为25.2~1460 mg/kg，平均值150.47 mg/kg，变异系数为0.8，属强变异，相对高值区分布在田寮村及其东北一带，面积较小。铜元素含量在1.49 mg/kg~74.2 mg/kg间，平均值为17.46 mg/kg，变异系数为0.7，相对高值区分布在研究区东侧一带。锌元素含量在6.4~232 mg/kg之间，平均值为56.41 mg/kg，变异系数为0.5，区内分布相对均匀，相对高值区与铜元素高值区分布类似。钒元素含量在2.29~173 mg/kg之间，平均值为43.39 mg/kg，变异系数为0.6，分布比较均匀，含量自东向西逐渐减少。钴元素含量在0.17~26 mg/kg之间，变异系数达1.1，区内分异明显，高值区位于区内东侧一带。锗元素含量在1.04~3.8 mg/kg之间，变异系数为0.2，区内分布平原地区分布均匀，与花岗岩地区含量差异不大。
4.1.4. 土壤有机质及pH分布特征
土壤有机质是反映土壤肥力的一项重要指标，对土壤养分、结构及功能都有重要影响，丰富的有机质可以提升微生物的活性，促进植物的生长 [15] 。土壤酸碱度是土壤重要的理化性质，它通常对元素之于植物的有效性和安全性有着重要影响。正常土壤的pH值在5~8之间，pH过高或过低会对土壤中微量营养元素的有效性造成负面影响 [16] 。
研究区表层土壤有机质含量平均值为2.16%，含量范围在0.1%~9.86%之间，相对高值区分布在京背村一带。研究区土壤pH值在3.74~7.93之间，区内土壤整体呈强酸性，土壤酸化情况显著(图5)。
4.2. 表层土壤营养元素养分等级划分与评价
本研究根据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295-2016)中规定的各营养元素的养分等级标准 [11] (表2)，统计了各营养元素的在不同等级中的占比，形成了各元素单指标养分等级(图6~8)。
Table 2. Classification of nutrient elements and index levels in soil
表2. 土壤中营养元素及指标等级划分
注：硒和酸碱度的分级标准未列出，参考的标准文件与表中指标相同。
4.2.1. 硒元素等级划分与评价
研究区所采土壤样品硒元素含量很丰富，超过80%的土壤样品硒元素含量达到富硒水平(≥0.4 mg/kg)。研究区内富含硒的面积达28.56 km2，占比超过96%，富硒土壤资源十分丰富(图6)。
Figure 6. Selenium content level map of surface soil in the study area
图6. 研究区表层土壤硒元素含量等级图
4.2.2. 大量营养元素等级划分与评价
研究区所采表层土壤中磷的含量较为缺乏，较缺乏–缺乏的土壤面积达32478亩，即21.65 km2，占评价区面积72.85%，缺磷地区主要分布在区内西部的丘陵地区。磷含量中等水平以上的土壤区内的平原地区，以田寮村周围及其北部一带最为丰富，总面积为8.07 km2。表层土壤氮的整体含量较少，较缺乏–缺乏水平的土壤占比为79.03%，主要分布在研究区中部和西部且基本连片分布，与花岗岩地区重复度较高。中等水平以上的土壤分布在研究区东侧，丰富和较丰富的土壤小面积分布在坑头村以东。表层土壤钾的含量水平相对较高，较缺乏–缺乏土壤面积为20.54 km2，面积占比为69.1%，主要分布在研究区西部，较丰富–丰富土壤面积为7.96 km2，连片分布在田寮村及大营盘水库附近。区内土壤整体普遍缺乏氮元素，西边丘陵地区则缺乏氮磷钾元素(图7)。针对这种情况平原地区的土壤应适当地施用氮肥，以保证作物的养分需求。丘陵地区则应当种植对元素含量需求较低的作物。
4.2.3. 微量营养元素等级划分与评价
研究区内铜和锌元素的含量水平相当，铜元素中等–丰富的土壤面积为5.71 km2，占比为19.21%，土壤铜含量丰富的区域集中田寮村四周及望牛岭林场一部。锌元素中等–丰富的土壤面积为5.88 km2，占比为19.77%，其含量与铜元素基本一致，区内铜锌元素含量水平较低，两者缺乏会影响植物的光合作物以及碳水化合物和蛋白质的合成，进而导致植物质量和产量的下降，一般减产10%~20%，严重者会减产一半以上 [17] 。区内土壤锗和钼元素含量丰富，锗元素较丰富–丰富面积为26.73 km2，占比为89.96%；较缺乏–缺乏土壤面积占比仅3.50%。钼元素较丰富–丰富土壤面积为26.95 km2，占研究区总面积的90.67%；较缺乏–缺乏土壤面积占比为7.43%，主要集中于田寮村四周及京梅村以西的小片区域(图8)。锗元素存在能够使促进植物种子的萌发，改善植物对其他营养元素的吸收和利用，提高作物品质 [14] 。而钼元素则影响植物体内的生物固氮作用，从而影响植物的各种代谢活动 [18] 。
Figure 7. Grade map of nitrogen, phosphorus, and potassium element content in surface soil of the study area
图7. 研究区表层土壤氮、磷、钾元素含量等级图
Figure 8. Grade map of copper, zinc, germanium, and molybdenum element content in the surface soil of the study area
图8. 研究区表层土壤铜、锌、锗、钼元素含量等级图
4.2.4. 有机质与pH等级划分与评价
研究区表层土壤有机质含量比较丰富，47.65%面积的土壤为较缺乏–缺乏有机质土壤，土壤有机质的缺乏会导致土壤肥力显著下降，土壤结构办结，同时也会影响到作物的质量和产量。较丰富–丰富面积为7.05 km2，占比为23.43%，有机质含量以田寮村周边最为丰富(图9)。
区内表层土壤的pH为酸性–强酸性，基本不存在中碱性土壤(图9)。土壤酸化是我国普遍存在的问题，土壤的酸化往往会导致土壤中的有益元素形成稳定的络合物，导致有益元素难以被植物吸收利用，进而抑制植物的生长 [19] 。
Figure 9. Soil organic matter and pH grade of surface soil in the study area
图9. 研究区表层土壤有机质与酸碱度等级图
4.3. 水稻及其根系土的硒含量评价及其关系
本次研究在崖西农业区内一共采集23个水稻样品及其根系土样品，主要分布如图10。其硒元素含量测试结果见图11。23个根系土的硒含量平均值为0.46 mg/kg，大于0.4 mg/kg的样品有18个，最大值达0.66 mg/kg。参照《广东富硒土壤》(T/GDBX018-2019)标准 [20] ，上述批次样品的土壤硒富硒率达78%。稻谷方面，23件水稻样品硒含量均值为0.05 mg/kg。参照《富硒稻谷》(GB/T22499-2008)中的标准 [21] ，上述稻谷样品有21件达到富硒标准，富硒率为91%。
Figure 10. Sampling locations of rice and its root soil in the area (Selenium Content Level Map)
图10. 区内水稻及其根系土采样位置(土壤硒分级)
Figure 11. Summary of selenium content in rice and its root soil
图11. 水稻及其根系土硒含量一览图
农作物中的元素含量与对应根系土的元素含量通常存在一定的关系。在研究区采集的稻谷样品中仅有2件未达到富硒标准，而其根系土同样未达到富硒标准。此外，数据显示，稻谷与根系土硒含量的相关系数为0.42，显示较强的正相关。
4.4. 表层土壤养分综合等级
根据《土地质量地球化学评价规范》，研究区表层土壤综合养分等级达到较丰富水平及以上的的面积占研究区总面积仅2.30%，达到中等水平的面积占研究区总面积的9.49%，研究区表层土壤综合养分等级见图12。
Figure 12. Comprehensive grade map of soil nutrients in the study area
图12. 研究区土壤养分综合等级图
研究区表层土壤养分综合等级基本处于较缺乏–缺乏，土壤营养元素含量总体缺乏。研究区大部分区域内的营养元素含量等级均处于中等及以下水平，面积占比在70%~80%之间，种植农作物时需注重施加合适的复合肥，以保证农作物的正常生长。研究区内仅田寮村周围集中分布中等及以上水平的土壤。该区域地势平坦，种植农作物的面积广阔，具有良好的富硒农产品开发前景。
5. 结论
1) 本研究在前期1:50,000万面积性调查的基础上，选取了崖门镇崖西村一带较为连片的绿色、富硒土壤分布地区开展的详细调查工作，该区域内土地利用方式主要涉及水田、园地、林地、坑塘水面等。通过高精度测量，进一步查明了该区域内营养元素的分布及养分水平状况，为崖门镇土地的综合开发利用提供了依据。研究区土壤硒资源丰富，表层土壤硒元素含量范围在0.09~2.27 mg/kg之间，含量平均值为0.75 mg/kg，土壤硒含量为高的土壤面积比例超过96%，为当地富硒农产品开发提供了天然物质基础。此外，本研究额外引入了锗和钼两种不常见的元素评价，锗和钼两种微量元素在研究区土壤中含量丰富，同样能为当地农产品注入健康概念，提升农产品价值。富锗富钼农产品的市场前景十分广阔。
2) 研究区表层土壤养分综合等级基本处于较缺乏–缺乏，土壤营养元素含量总体缺乏。研究区大部分区域内的营养元素含量等级均处于中等及以下水平。区内土壤呈中酸性–强酸性，表层土壤中的大量元素整体处于较缺乏水平，冲积平原区大量元素含量丰富，而岗地丘陵区则相对缺乏，土壤有机质含量则较为丰富。微量元素方面，锗和钼元素在全区范围内含量丰富，锌和铜含量水平较低。在富硒农产品开发过程中，可通过配施微量元素肥料和氮磷钾肥以提高土壤的综合养分水平。
3) 研究区内种植的水稻富硒率较高，其根系土也基本满足富硒土壤的要求。诚然，硒元素在土壤中的赋存形态、环境水分和温度、不同水稻品种对硒元素的吸收能力等因素都对水稻的硒含量有着影响。但从宏观角度看，水稻样品与根系土样品硒含量的对应关系及相关性都提供了佐证。即在富硒土壤中种植的水稻，其稻谷更具有富硒潜力。
基金项目
支持本研究的项目：江门市新会区财政项目资金《新会区城市地质调查》项目(项目编号：440705-201911-121000-0002)。