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。#p#分页标题#e# 2．2．2稻田重金属分布 为了更形象直观的了解重金属在海南各市(县)的分布，用ArcMap9．3软件且克里格插值方法绘制了重金属含量分布图(图2)。从图2可知:Hg含量较高的主要集中在海口和三亚，还有海口周边的澄迈、定安、琼海和文昌部分地区;较低的是中部的白沙和西南部的乐东地区。Cd含量较高的主要集中在海口，还有昌江至白沙一带;最低主要在文昌东部地区。Cr含量较高的主要集中在海口及其周边的市县，如临高、澄迈、定安、文昌和琼海的部分地区;最低主要在东方和乐东。Pb含量较高的主要集中在昌江、东方至乐东西部沿海一带，还有儋州和白沙部分地区;较低的主要集中在临高和文昌。As量较高的主要集中在海口、澄迈、白沙、东方和昌江一带，还有琼海、万宁和三亚部分地区，较低的集中在文昌、五指山、保亭和陵水一带。综上所述，几种重金属含量较高的主要集中在海口及其周边的澄迈、定安、琼海和文昌部分地区，白沙、昌江和东方和三亚部分地区有些重金属含量也较高，较低的有文昌的东部、乐东、五指山、琼中、保亭、陵水一带。 2．3稻田土壤Se与重金属之间的相关性分析 研究土壤中重金属含量的相关性可以推测重金属的来源是否相同，如果重金属含量之间有显著的相关性，说明其同源的可能性较大［20］。由表4可知，土壤Se、重金属之间的相关性普遍较强，土壤Se与Hg、Cd和As呈极显著或显著正相关，说明Se与Hg、Cd和As的来源可能相同，海南农业土壤重金属主要来源于成土母质及基岩［21］，说明初步推测海南稻田土壤Se与Hg、Cd和As都主要来源于母质，即稻田土壤Se可能伴生Hg、Cd和As，另外Hg、Cd平均含量远超海南省土壤背景值，说明这两种重金属可能还有其它污染源，今后应加强研究控制其污染源。 2．4稻田土壤重金属的安全性评价 如前所述海南稻田土壤相对比较清洁，因而单项污染指数法和综合污染指数法采用绿色食品产地环境技术条件(NY/T391—2000)中的限量标准(Hg临界值为0．25mg/kg、Cd0．3mg/kg、Cr120mg/kg、Pb50mg/kg和As25mg/kg)为标准［10］。用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价海南稻田土壤重金属的污染状况，结果都是清洁的(表5)。但是采用不同的参比值，Hakanson潜在生态指数法评价结果却完全不同，若以全国土壤背景值做参比值，潜在生态危害系数和指数都表明生态危害是轻微级;但是以海南省土壤背景值做参比值，潜在生态危害指数达到211．54，属于强生态危害，从潜在生态危害系数来看Hg(102．61)和Cd(98．89)达到强生态危害，其余3种重金属潜在生态危害系数都很小，几乎都小于5，所以应注意Hg和Cd污染，这与前面所述Hg和Cd平均含量远超海南背景值一致。 3讨论 3．1海南稻田土壤重金属的安全性评价 郝丽虹等［22］研究指出海南岛农用地中的Hg、Cd、Cr、Pb和As平均含量均低于国家环境质量二级标准值，只有个别点超标。用单因子污染指数和多因子综合指数评价文昌的稻田土壤Hg、Cd、Cr、Pb和As污染状况，结果表明除个别点达到轻污染外，大多数是清洁的［12］，同样类似的研究指出万宁市稻田土壤都是清洁的［13］。本研究也得到类似的结果，稻田土壤中Hg、Cd、Cr、Pb和As平均含量均低于国家土壤环境质量一级标准值和全国土壤背景值，但Hg、Cd和Cr3种重金属元素含量的最大值均超过二级标准，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%，这些个别点可能受外来污染源影响。以绿色食品产地环境技术条件的限量标准为标准，用单项污染指数法和综合污染指数法评价海南稻田土壤重金属的污染状况，结果都表明海南稻田土壤是清洁的，满足发展绿色稻米的立地条件。尽管目前海南稻田土壤的重金属平均含量绝对值较低，但是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，可推测稻田土壤Hg和Cd含量相比过去有明显增加的趋势，有潜在的生态危害效应。以海南省土壤背景值做参比值，Hakanson潜在生态危害指数达到211．54，属于强生态危害，从潜在生态危害系数来看Hg(102．61)和Cd(98．89)达到强生态危害，与前推测一致;而以全国土壤背景值做参比值，潜在生态危害系数和指数都表明生态危害是轻微级，因此综合来看在海南评价土壤重金属污染状况用Hakanson潜在生态危害指数法评价，而且以海南土壤背景值做参比值得到的结果更可靠。贵阳花溪区石灰土林地土壤重金属采用单因子污染指数、多因子综合指数与Hakanson潜在生态危害指数所得出的结果是一致［15］，但是本研究结果表明Hakanson潜在生态指数法只有以全国土壤背景值做参比值得到的结果才与单因子污染指数和多因子综合指数的评价结果一致，即是清洁的，以海南省土壤背景值做参比值得到的结果属于强生态危害，主要原因是海南土壤背景值低于全国土壤背景值(表3)，这与李福燕的研究结果类似［16］。从Hg、Cd的分布图来看其含量较高的主要集中在东北部的海口及其周边市(县)，可能受工业或其它人为活动(肥料、农药)的影响，今后应研究弄清楚Hg、Cd除母质外的来源，特别需要关注其对农产品安全的影响。 3．2海南富Se水稻田区划 1998年廖金凤［23］研究指出海南省土壤全Se含量为0．043—0．785mg/kg，水稻土Se量较低，在0．043—0．145mg/kg之间，平均为0．110mg/kg。而2006年海南省地质大调查发现富Se土壤分布广泛，而且分布集中、含量适宜(0．4—2．8mg/kg)［6］，这可能与采样布点方式及样点数量有关。本研究采集的280个稻田土壤耕作层样品的Se含量从痕量到1．532mg/kg之间，平均值(0．211mg/kg)略低于全国土壤平均值(0.29mg/kg)［17］、贵州稻田土壤平均值((0．360±0．230)mg/kg)［24］和浙江稻田土壤平均值(0.29mg/kg)［25］，但占47.5%的土壤Se含量处于中等及以上水平(＞0．175mg/kg)，而且这些处于中等及以上水平的稻田土壤Se含量平均值为0．342mg/kg，接近富Se(0．4mg/kg)水平，而且均没有达到Se毒水平(＞3mg/kg)，因此可在海南一定区域种植富Se水稻。廖金凤［23］研究指出土壤Se含量在海南省东北部地区最高，其次是中部和东部地区，西部和西南部地区较低。海南地质大调查也发现富Se土壤在海南东北部发育较全，海口、澄迈、儋州、屯昌、琼中以及文昌至万宁一带均有成片集中分布，Se缺乏区主要分布在滨海平原区以及乐东周边［6］。本研究得到相似的结果，Se含量高的稻田土壤主要集中在海南东北部的海口及其周边的澄迈、定安、文昌和琼海，还有东南部的万宁和保亭，最高的是琼海和定安;Se含量较低的集中在五指山和乐东。如前所述稻田土壤重金属平均含量较低，达到绿色食品立地土壤环境条件要求，只有个别点超过国家二级标准，因此可暂时不考虑重金属污染，故可在上述Se含量高的稻田土壤上种植富Se水稻，尤其是土壤富Se百分比较高的琼海和定安。但是即使同一市(县)不同乡(镇)的稻田土壤Se含量差异较大，如最大值(1．532mg/kg)与最小值都出现在琼海市，因此要准确规划富Se稻田土壤，还需在Se含量较高的几个市(县)增加采样密度，进一步确定具体的富Se水稻田。另外本研究发现尽管海南省稻田土壤总体是清洁的，即5种有毒重金属平均含量的绝对值均不高，但是海口及周边市(县)Se含量较高，5种重金属含量也较高，稻田土壤Se含量与Hg、Cd和As含量呈极显著或显著正相关，稻田土壤Se可能伴生Hg、Cd和As。而且本研究测定的是土壤Se和重金属的全量，并不代表都可以被作物吸收利用，土壤Se在酸性条件下有效性较低，碱性条件下较高［26-27］，相反很多重金属在酸性条件下生物有效性较高［28］，而海南省稻田土壤酸性较强(平均pH值为5．2)，因此有待进一步研究稻田土壤Se与重金属的有效性及其相互作用，以便生产出绿色的富Se优质大米，促进海南热带高效农业的发展。#p#分页标题#e# 4结论 海南省稻田土壤中Hg、Cd、Cr、Pb和As平均含量均低于国家土壤环境质量一级标准值和全国土壤背景值，用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法的评价结果都是清洁的，但以海南省土壤背景值做参比值，Hakanson潜在生态危害指数达到211．54，属于强生态危害，从潜在生态危害系数来看，Hg(102．61)和Cd(98.89)达到强生态危害，应注意控制Hg和Cd污染源。稻田土壤的Se含量从痕量到1．532mg/kg之间，平均值为0．211mg/kg，但占47．5%的土壤Se含量处于中等及以上水平(＞0．175mg/kg)。Se含量高的稻田土壤主要集中在海南东北部的海口及其周边的澄迈、定安、文昌和琼海，还有东南部的万宁和保亭，由于重金属平均含量还比较低，可暂时忽略污染，因此可在这些区域种植富Se水稻，尤其琼海和定安。稻田土壤Se与Hg、Cd和As呈极显著或显著正相关，应加强研究稻田土壤Se与Hg、Cd和As的有效性及其相互作用，以便生产出绿色的富Se优质大米。