2021-4-10 | 农业
硒(Se)是人体健康必需的微量元素［1］，大量研究表明Se缺乏或过量都会导致人产生多种病症［2-4］。从世界范围来看，土壤Se缺乏很普遍，我国低Se、缺Se面积约占72%［5］。2006年海南生态地球化学调查发现富Se土壤在海南岛分布广泛，约占其陆地面积的27%［6］，如何开发海南宝贵的富Se土壤资源，变资源优势为经济优势已成为研究热点。由于大米在我国多数人们饮食结构中具有不可或缺的地位，因此海南省富Se土壤资源开发的首选方向应是种植富Se水稻。但是迄今为止，系统研究海南省稻田土壤中的Se含量未见相关报道。另外已有研究发现大巴山高Se土壤中V、Ni和Ca等元素的含量异常高，并存在显著正相关［7］。紫阳蒿坪地区双安乡土壤中Se含量高达16．9mg/kg，但其中Mo、V、F和As的平均值也分别达到99、1134、1041和111mg/kg，均达到毒害水平［8］。因此土壤硒可能伴生其它元素，尤其重金属，这对食品安全不利。目前对海南香蕉［9］、胡椒［10］和菠萝［11］主要种植区土壤的重金属含量进行研究发现部分地区Cd、Cr、Pb和As等有毒重金属元素中的一种或多种超过国家土壤环境质量的二级标准值(GB15618—1995)，针对海南稻田土壤中的重金属含量只报道了文昌［12］和万宁［13］两个地区，但系统研究海南省稻田土壤重金属含量未见报道，尤其与Se分布的相关关系不清楚，而这对清洁且富硒的稻田区划非常重要。本文通过采集海南省18个市(县)代表性的稻田土壤样品，研究Se和5种有毒重金属元素(Hg、Cd、Cr、Pb和As)的含量、分布及其相关关系，并对Se和重金属的安全性进行评价，可为合理区划清洁且富Se稻田提供理论依据，从而为开发海南宝贵的富Se土壤资源奠定基础。
1材料与方法
1．1土样采集
分别在海南省18个市(县)种植水稻规模较大的主要乡(镇)，选择面积较大、代表几种主要母质类型发育的稻田土壤，采用GPS定位采集。每个样点在同一母质类型发育的成片水稻田中随机选择5—10个点，用木铲采集0—20cm耕层土样，混合后按四分法取样品约1kg。由于海南省中部以山区为主，稻田土壤相对较少，因而布点较少，样点具体分布如图1，共采集280个土壤样品。所有样品自然风干，通过0．25mm和0．15mm的尼龙筛，供分析所用。
1．2研究方法
1．2．1土壤Se含量的测定
参考周鑫斌等［14］的方法，并且做了一些改进。称取通过0．15mm筛的土壤样品约0．25g于100mL的三角瓶，加入10mL混合酸(HNO3∶HClO4=4∶1)，盖上弯颈漏斗，静置过夜后在电热板低温砂浴硝化1h，然后再逐步升温，微沸条件下硝化至无色并冒白烟，取下，稍冷后加入5mLHCl(HCl∶H2O=1∶1)，继续加热至无色并冒白烟，取下，冷却，再加5mLHCl(HCl∶H2O=1∶1)，全部转入25mL容量瓶中。硝化后待测液中的Se含量用北京吉天AFS-830a原子荧光光谱仪测定，每批样品测定都以土壤标准物质(GSS-4、GSS-6、GSS-7，国家物化探研究所提供)作内标，测定回收率为87%—115%。
1．2．2土壤重金属含量的测定
土壤样品经风干并过0．25mm筛，按照土壤环境监测技术规范(HJ/T166—2004)测定5种重金属含量，其中As和Hg用王水(HCl∶HNO3=1∶3)水浴加热熔融，然后用原子荧光光谱仪测定;Cr、Cd以及Pb用王水再加HClO4、HF熔融，然后Cd用等离子体质谱仪测定，Cr、Pb用等离子体光谱仪测定，所有样品由海南省地质测试研究中心测定。
1．2．3土壤重金属安全性评价方法
评价方法采用最常用的单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法。为了进一步确定稻田土壤重金属潜在的生态危害效应，还用Hakanson潜在生态指数法［15］，分别以海南省土壤背景值［16］和全国土壤背景值［17］作为参比值对海南稻田土壤重金属潜在生态风险进行评价，所有计算方法与分级标准见参考文献［15，18］。
1．3数据分析
测定结果用DPSv7．05统计软件进行统计分析，采样点分布图用ArcMap9．3软件绘制，重金属含量分布图用相同软件，并用克里格插值方法进行绘制。
2结果与分析
2．1稻田土壤Se含量与分布
2．1．1稻田土壤Se含量
稻田土壤Se含量从痕量到1．532mg/kg之间，平均为0．211mg/kg，变异系数达到91%，说明不同地区稻田土壤Se含量差异较大。按照谭见安［19］的分级方法，采集的280个样品中101个处于缺乏水平，占36%;高Se土壤(＞0．4mg/kg)仅占12%;未发现Se过剩(中毒)(＞3mg/kg)样品(表1)。2．1．2稻田土壤Se分布海南各市(县)的稻田土壤平均Se含量差异较大，最大值(琼海0．364mg/kg)是最小值(乐东0．061mg/kg)的6倍。各市(县)中稻田土壤Se含量的变异系数都超过50%，最高的为111%，说明即使在同一市(县)的不同乡(镇)，稻田土壤的Se含量差异也较大，合理区划富Se稻田非常必要。本研究采集的各市(县)稻田土壤中Se含量达到高水平(＞0．4mg/kg，即富Se水平)都不是太多，但是占各自采集样品百分比最高的是琼海，即35%，其次是万宁、澄迈、定安和文昌，略高于或等于20%，有四个市县为零，即昌江、陵水、五指山和乐东。如果从中等及其以上水平(＞0．175mg/kg)来看，超过50%的有8个市(县)，其中最高是琼海和定安，分别达到85%和73%，即两个地区采集的稻田土壤样品多数处于中等Se含量水平以上，其次是澄迈、保亭、万宁、文昌、昌江、海口，这些市(县)多数集中在海南的东北部，最低的也是五指山(22%)和乐东(6%)(表2)。2．2稻田土壤重金属含量与分布2．2．1稻田土壤重金属含量由表3可知稻田土壤中Hg、Cd、Cr、Pb和As含量不高，平均值均低于国家土壤环境质量的一级标准值，也低于全国土壤背景值，表明海南稻田土壤相对比较清洁。但Hg、Cd和Cr3种重金属元素含量的最大值均超过二级标准，Hg的最大值是二级标准的5倍多，Cd和Cr都是2倍多，只是超出二级标准的样品个数不多，Hg、Cd和Cr的超标率分别为0．7%、1．4%和3．9%，而且Hg、Cd平均含量分别比海南省土壤背景值增加1．6和2．3倍。土壤中5种重金属含量的变异系数都很大，尤其是Hg和Cr的分别达到179%和171%，表明不同地区重金属含量差异较大，在土壤重金属含量较高的地方种植水稻时要特别注意监测稻米中重金属含量。