【摘 要】
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水田和旱地是我国最主要的两种耕地利用类型,硒在这两种土壤中的赋存状态和迁移转化存在巨大差异,查明水田和旱地这两种耕地利用方式对于土壤硒含量、分布及其有效性的影响,对于富硒农业生产结构调整以及土壤硒资源可持续利用均具有重要意义。因此,本研究通过文献调研和实地采样调查相结合的方式,采用纵向比较(2012年与2020年)与横向比较的手段,探究了紫阳典型富硒地区水田和旱地土壤中硒的总量、形态与价态、生物有
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:41571454); 陕西省技术创新引导专项(基金)(编号:2022QFY09-01); 中国富硒产业研究院富硒产业全产业链专项研发计划项目(编号:2021FXZX08);
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水田和旱地是我国最主要的两种耕地利用类型,硒在这两种土壤中的赋存状态和迁移转化存在巨大差异,查明水田和旱地这两种耕地利用方式对于土壤硒含量、分布及其有效性的影响,对于富硒农业生产结构调整以及土壤硒资源可持续利用均具有重要意义。因此,本研究通过文献调研和实地采样调查相结合的方式,采用纵向比较(2012年与2020年)与横向比较的手段,探究了紫阳典型富硒地区水田和旱地土壤中硒的总量、形态与价态、生物有效性的差异及其成因,旨在为富硒农业生产中耕地利用类型的调整提供参考依据。得到的主要研究结果如下:1.通过文献综述发现我国富硒地区水田土壤总硒含量显著低于同地区旱地土壤,且地区年均降雨量越高水田土壤硒含量相对越低。富硒地区水稻和玉米籽粒硒含量均显著高于非富硒地区,但富硒地区水稻硒生物富集系数显著低于非富硒地区,玉米籽粒硒生物富集系数则无显著差异。根据线性拟合模型推算,我国水田和旱地富硒土壤中硒的含量区间分别为0.135~3.631 mg/kg和0.450~1.167 mg/kg。2.不同耕地利用类型土壤总硒和有效硒含量在时间和空间上的变化情况存在差异。从2012年至2020年,陕西紫阳双安地区的荒地、旱地和菜地土壤总硒和有效硒含量未发生显著变化。水田土壤总硒含量显著增加了28.96%,有效硒含量显著升高了3倍,且在局部地区呈现出明显的土壤中上层硒富集的现象,这可能与水田的高硒含量灌溉用水有关。水田灌溉水中的硒来自于闹热村区域,溪水将岩石或土壤中的硒携出后汇入了河水,使河水中的硒含量提高了66%。之后这些硒随灌溉渠汇入水田中。近8年研究区土壤硒中毒田块占比的增加与旱地改为水田有关。因此在高硒地质背景地区的农业生产规划中调整耕地利用类型需予以考虑。3.从2012年到2020年,各耕地利用类型土壤中普遍存在残渣态硒(RES-Se)向有机结合态硒(ORG-Se)的转化,ORG-Se又进一步转化为可交换态硒(EXC-Se)和可溶态硒(SOL-Se)的趋势。荒地土壤中SOL-Se含量显著下降,而旱地和菜地土壤有效态硒含量无显著变化。水田土壤中EXC-Se和SOL-Se含量显著增加,可能是灌溉引起的外源硒输入和干湿交替导致的内源硒活化共同作用的结果。旱地/菜地与水田土壤p H、土壤有机质、无定形铁和黏粒含量均存在较大差异,土壤有机质和无定形铁是影响土壤中硒形态和价态转化的主要影响因素。无定形铁对于土壤硒的固持效果与氧化还原条件有关,在水田中无定形铁对有效态硒的吸附作用弱于有机质。可见土壤理化性质对于水田和旱地土壤硒有效性的影响存在差异。4.旱地土壤中SOL-Se和EXC-Se占比低于水田,但Se(VI)占比更高,生物有效性高。SOL-Se(IV)和SOL-Se(IV)均为玉米籽粒硒的重要来源。水田土壤中SOL-Se和EXC-Se占比高于旱地,EXC-Se(IV)占比更高。水田土壤中SOL-Se(IV)和SOL-Se(VI)更倾向于向Se(-II)转化,使得EXC-Se(IV)成为水稻硒吸收的主要形态和价态。玉米倾向于将吸收的硒积累在叶部,水稻更倾向于将吸收的硒积累在根部。以水稻和玉米的BCF籽粒作为评价指标,水田和旱地土壤中硒的生物有效性没有显著差异。总之,我国富硒地区长期的富硒生产并没有导致土壤中总硒和有效硒含量的显著变化,水田和旱地土壤硒含量、形态和价态分布存在显著差异。因此,在富硒农业生产结构的调整中,应综合考虑灌溉水中的硒含量、土壤硒有效性和作物硒转运能力等因素。
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