硒是人和动物必需的微量元素，对人体抗氧化、免疫系统功能等均有一定的作用^[1]。广西是富硒土壤资源大省，也是南方典型红壤区域，富硒土壤面积达到7.57万km^2[2]。广西土壤硒元素平均含量为0.54 mg/kg，是全国土壤背景值(0.2 mg/kg)的2.7倍。但因南方红壤区土壤偏酸，整体硒有效性较低^[3-4]。天然富硒土壤受控于成土母质，因此天然富硒土壤的开发，要针对不同母质土壤理化性质开展土壤硒活化研究。已有研究表明，母质作为土壤形成的主要因素之一，直接影响着土壤各类元素的有效性及物理化学性质，同时也决定着有机物、无机胶体、pH等的数量与性质^[5]。因此，利用影响硒形态转化的主要土壤因素开展外源硒调控，是目前天然富硒土壤开发的思路之一。邢颖等^[6]前期利用磷与有机物配施在红壤区富硒茶园开展试验，研究结果表明单施氨基酸或氨基酸与337.5 kg/hm²的磷配施均能显著提高土壤有效硒含量，且茶叶硒含量相对于对照分别提高了40.03% 和20.40%。路丹等^[7]在南方富硒红壤区利用生物质炭进行土壤硒活化研究，结果表明，施用1% 的生物质炭能够显著提高土壤有效硒含量并促进作物对硒的吸收累积。当前在天然富硒区的研究主要集中于对土壤硒形态及相关影响因素的研究^[8-9]，在提高土壤有效硒方面则主要是针对一个区域或一类土壤开展试验研究^[10-11]。广西富硒土壤面积广，土壤类型多样，且不同母质土壤本身土壤理化性质存在较大差异。第四纪红色黏土和砂页岩发育的红壤和部分花岗岩发育的红壤是南方亚热带地区的代表性土壤^[12-13]。本研究以南方典型红壤区上述3种母质土壤为研究对象，开展硒素特征及其有效性研究，并进一步利用AMOS软件确定不同母质土壤的关键影响因子，继而进行土壤硒素活化初探，通过对不同母质土壤的系统分析确定其硒素特征差异及活化途径，以利于后续在不同区域开展相关的富硒土壤资源开发利用研究与应用。

1 材料与方法 1.1 供试土壤与试验设计

供试土壤：供试土壤为采自广西红壤区3种主要母质(第四纪红色黏土、砂页岩、花岗岩)发育的土壤。在各母质样区随机布点采集未耕作土壤，共计采集60个土样，其中，第四纪红色黏土母质土壤样品23个，砂页岩母质土壤样品22个，花岗岩母质土壤样品15个。采样时，以梅花形多点采样法在布设点位周边取0 ~ 20 cm耕层土壤充分混匀后用四分法留取1 kg土样，装袋标记后带回实验室。土样风干后分成两份，一份研磨过0.15 mm筛后，装瓶备用，用于土壤总硒、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)和有机质(OM)的测定；另一份研磨过1 mm筛用于土壤有效硒、土壤硒形态、pH、速效氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)的测定。供试土样基本理化性质见表 1。

土壤培养试验：每个外源因子设计5个水平，3个重复。采用150 mL广口瓶，每瓶装过2 mm筛的土壤150 g。将化学添加剂按表 2设计与土壤充分混匀。用去离子水调节土壤含水量为最大土壤持水量的40% 左右(相当于最大田间持水量的50%)，充分混合均匀，用封口胶封住瓶口，上部留多个小孔用于通气，于25 ℃恒温培养箱中培养，连续培养90 d。培养期间，通过称重法，以去离子水来补充因蒸发而损失的水分。于处理后15、30、60和90 d取样，每次取土样10 g。土壤置于45 ℃下通风干燥，研磨过60目筛后储存备用。

1.2 测定项目与方法

土壤基本理化性质的测定参照《土壤农化分析》^[14]的方法：OM的测定采用重铬酸钾容量法(外加热法)；TN的测定采用半微量凯氏定氮法；AN的测定采用碱解扩散法；AP的测定采用0.5 mol/L NaHCO₃ (pH 8.5)提取，钼蓝比色法；AK的测定采用冷的2 mol/L HNO₃溶液浸提–火焰光度法。

土壤样品中总硒含量测定依据NY/T1104— 2006^[15]，用体积比3∶2的HNO₃-HClO₄混酸于170 ℃下，采用电热板加热进行消解；土壤有效硒含量的测定参照NY/T3420—2019^[16]，用0.1 mol/L的磷酸二氢钾溶液浸提，用体积比7∶1的HNO₃- H₂O₂混酸进行微波消解；土壤硒形态测定参考瞿建国等^[17]的分级处理方法，将土壤中的硒分为可溶态硒、交换态硒、铁锰氧化物结合态硒和残渣态硒5种结合形态。硒测定采用氢化物发生–原子荧光光谱法测定，仪器为北京吉天AFS-930双道原子荧光光度计。仪器的测定条件为：负高压280 V，原子化器高度8 mm，灯电流80 mA，载气和屏蔽气流量分别为400和800 mL/min。仪器的检出限为0.1 μg/L，仪器的定量限为0.4 μg/L，工作线性范围为0 ~ 80 μg/L。

1.3 数据处理与分析

数据处理与统计分析采用SPSS16.0和AMOS 26.0软件。

2 结果分析 2.1 南方红壤区不同母质土壤硒素特征

研究区不同母质土壤总硒含量分别为：第四纪红色黏土母质0.791 mg/kg，砂页岩母质1.297 mg/kg，花岗岩母质1.475 mg/kg，总平均值为1.173 mg/kg(表 3)，均高于0.4 mg/kg(DZ/T 0295—2016《土地质量地球化学评价规范》 ^[18]规定的硒养分地球化学等级划分标准的高含量等级和谭见安等^[19]提出的硒效应划分标准的足硒等级)，其中以花岗岩母质土壤硒含量最高，且不同母质土壤总硒含量间差异明显。土壤有效硒含量不同母质间也存在差异，但不同母质土壤有效硒含量占比均较低，最高为第四纪红色黏土，占7.510%。可见，南方红壤区不同母质土壤呈现出总硒含量高但有效硒含量低的整体趋势，且不同母质间差异较大。

2.2 南方红壤区不同母质土壤硒形态特征

土壤硒形态测定结果(表 4)表明，不同母质土壤硒均主要以残渣态和有机结合态为主，不同形态硒占比由高到低均表现为：残渣态硒(RES-Se) > 有机态硒(OM-Se) > 铁锰氧化物结合态硒(FMO-Se) > 交换态硒(EX-Se) > 可溶态硒(SOL-Se)，但不同形态硒在各母质土壤中的具体占比有一定的差别。第四纪红色黏土母质和砂页岩母质土壤中OM-Se占比较高，高于花岗岩母质土壤。不同母质土壤硒形态间差异可能是不同母质地质成因及理化性质不同造成的。整体来看，有效态硒主要以EX-Se为主，SOL-Se占比普遍偏低。

2.3 土壤理化性质对南方红壤区不同母质土壤硒形态的影响

将土壤理化性质与各形态硒含量进行AMOS路径分析，得到土壤理化性质与各形态硒间的关系，各箭头连接的两个变量之间均有显著的相关关系(P < 0.05)，箭头上的数值为标准化后的权重系数值，表明正或负影响作用的相对大小。因土壤有效硒与EX-Se间存在极显著相关关系，且SOL-Se含量较低，因此为优化路径分析仅选择EX-Se进行权重分析。从图 1可以看出，影响不同母质土壤硒形态分配的主要因子有全磷、有机质和pH，不同母质土壤间有一定的差异。在第四纪红色黏土母质(图 1A)土壤中，pH对EX-Se有负影响，全磷对EX-Se的影响作用最大，pH和全氮的影响作用依次减小。此外，全氮对RES-Se有显著正影响，有机质对OM-Se和RES-Se有显著正影响。因此，可以推断全氮、有机质、全磷和pH在第四纪红色黏土母质土壤硒形态分配中起主要作用。图 1B显示，在砂页岩母质土壤中，pH和速效氮对土壤EX-Se有显著正影响，且土壤速效氮又显著受全氮影响，因此土壤全氮同样影响EX-Se。土壤全磷对土壤RES-Se有显著正影响，有机质显著影响OM-Se，同时，OM-Se与FMO-Se间有显著正影响。说明在砂页岩母质土壤中pH、全磷、速效氮和有机质对土壤硒形态分配起主要作用。在花岗岩母质土壤中(图 1C)，土壤有机质、全磷和pH对土壤EX-Se有显著负影响，说明在花岗岩母质土壤中pH、全磷和有机质对土壤硒形态分配起主要作用。

2.4 外源影响因子添加对南方红壤区不同母质土壤有效硒的影响

基于路径分析结果，筛选出全磷、有机质和pH为影响土壤硒形态转化的主要因子，进行外源影响因子添加的土壤培养试验，分析不同剂量外源因子对土壤有效硒的影响。图 2为不同磷含量对不同母质土壤有效硒的影响，可以看出，外源磷作用在不同母质土壤中对有效硒含量变化规律的影响不同，且不同磷水平下不同培养时间均出现了有效硒含量最高点。其中，在第四纪红色黏土母质土壤(图 2A)中，在P1处理下培养60 d时土壤有效硒含量最高，相对于对照提高了107.87%。在砂页岩母质土壤(图 2B)中，整体规律为外源磷添加后在0 ~ 60 d随着培养时间增加，有效硒含量也逐渐增加，但超过60 d后有效硒含量逐渐减少，其中P1处理下培养60 d时有效硒含量最高，相对于对照提高205.96%。在花岗岩母质土壤(图 2C)中，外源磷添加后土壤有效硒含量在P2处理下培养15 d时达到最高值，相对于对照提高104.40%，但随着培养时间延长，土壤有效硒含量在30 d时下降至接近对照，培养后期有效硒含量不再增加。结合路径分析结果，土壤全磷对土壤EX-Se、OM-Se和RES-Se都有一定的影响，外源磷的添加打破了硒形态间原有的平衡，但因磷本身和硒间的互作效应也存在一定的影响，因此外源磷在不同土壤上均能够提高土壤有效硒含量，但其持续时间和提高的程度等均存在差异。

图 3为不同钙含量对不同母质土壤有效硒的影响，可见，碳酸钙的添加一定程度上提高了土壤pH，且土壤中碳酸钙含量与pH两者关系紧密。在第四纪红色黏土母质土壤中(图 3A)，有效硒含量占比先升高后降低，在培养90 d时与对照没有显著差异，其最高值出现在Ca1处理下培养15 d时，相对于对照提高84.38%，而Ca1~ Ca4四个处理间无显著差异。在砂页岩母质(图 3B)和花岗岩母质土壤中，整体规律相似，有效硒含量占比均在培养30 d时达到最高值，其中，在砂页岩母质土壤中Ca2处理最高，相对于对照提高223.45%，而花岗岩母质土壤(图 3C)中Ca3处理最高，相对于对照提高36.10%。结合路径分析结果，第四纪红色黏土母质土壤中pH对EX-Se为负影响，因此调节土壤pH后土壤有效硒含量虽然有一定的增加，但是最终下降至与对照相当的水平；砂页岩母质土壤中pH为正影响，因此pH的调节提高了土壤有效硒含量，且在3种母质中以砂页岩母质有效硒含量增加最多；对于花岗岩母质土壤，pH对EX-Se有负影响，但影响相对较小，因此外源pH调节可能是改变了土壤其他理化性质而导致土壤有效硒有一定的变化，但有效硒含量增加较少。

图 4为不同黄腐酸含量对不同母质土壤有效硒的影响。黄腐酸富含多类含氧活性官能团，且分子量较低，是一种活性较高的有机物质，也是一种理想的有机质来源^[20]。在第四纪红色黏土母质土壤(图 4 A)中，有效硒含量占比相对于对照呈先升高后下降的趋势，且在培养30 d后部分处理有效硒含量显著低于对照。这可能是因为有机质主要影响OM-Se和RES-Se含量，二者的增加会直接引起有效硒含量的下降。在砂页岩母质土壤(图 4 B)中，随培养时间增加，土壤有效硒占比呈先升高后降低的趋势，在H2处理下培养60 d时达到最高值，相对于对照提高187.56%。在花岗岩母质(图 4 C)土壤中，在不同培养时间下有效硒含量波动较大，但均高于对照，在H1处理下培养60 d时达到最高值，相对于对照提高134.34%。

3 讨论

本研究结果表明，南方红壤区3种母质土壤总硒和有效硒含量变幅较大，整体表现为总硒含量高而有效硒含量低，与刘娜娜^[21]对广西红壤的分析结果一致。不同母质土壤硒形态间存在较大差异，一般情况下土壤硒以RES-Se和OM-Se为主，SOL-Se和EX-Se含量相对较低^[22]，本研究验证了这一结果，但不同母质土壤间差异较大。大量相关研究表明，土壤中的硒以多种形态共存，受土壤理化条件的控制而导致不同土壤类型或母质类型间硒形态的差异^[23-24]。

AMOS路径分析模型基于不同母质土壤理化性质差异，分析不同理化性质对土壤硒形态的贡献大小。第四纪红色黏土母质土壤质地黏重，富含铁铝氧化物；花岗岩母质土壤质地较砂；砂页岩母质土壤粉粒含量较高^[25]。3种母质土壤pH、有机质均对硒形态有不同程度的影响，这与目前的大量研究结果一致^{[13, 26]}。而全磷在广西红壤区含量较高，且以O-P、Fe-P、Al-P等难溶磷化物的形态存在于土壤中，这些磷随土壤环境的变化而发生吸附或释放^[27]，而磷硒间本身存在复杂的互作关系，磷的含量与存在状态直接决定了磷硒间的相互关系^[28]。在第四纪红色黏土母质土壤中，对于EX-Se，其中pH为负影响，但在利用碳酸钙作为调节pH措施进行土壤硒素活化时，第四纪红色黏土母质土壤有效硒含量呈现先升高后降低的趋势。这可能是因为短时间内pH的升高，增加了OH^-的数量，土壤对硒酸盐、亚硒酸盐及羟基官能团等的吸附能力减弱，有效硒含量增加^[29]。但因土壤本身具有缓冲作用，且土壤环境复杂，pH的改变会引起多种因素的变化，最终会恢复到原来的状态。在砂页岩母质土壤中，理化性质对EX-Se影响大小依次为：速效氮 > pH > 全磷。氮和硫元素严格相关，而硫硒为同族元素，其转运通道相同。因此，氮含量的增加有利于载体蛋白的合成，从而促进其与硒结合进入植物体内^[30]。在花岗岩母质土壤中，对硒影响较大的是全磷和有机质，且均对EX-Se是负影响，对OM-Se是正影响。说明这两个理化性质均是调节土壤OM-Se与EX-Se间的分配而影响两者含量的。全磷的添加在短时间能提高了土壤有效硒含量，但是之后迅速下降，前期磷酸盐的添加竞争了土壤胶体对硒的吸附位点，有效硒含量增加；但是随着时间增加，磷的施入进一步改变了土壤性质、微生物及土壤酶等^[31]，复杂的变化影响了土壤硒形态，可能是有效硒迅速降低的原因^{[10, 32]}。黄腐酸的添加显著提高了土壤有效硒的含量，这是因为黄腐酸是一种低分子量的腐殖酸，相对于大分子量的腐殖酸其具有更强的活性，是一种较为理想的有机质来源。有研究表明，黄腐酸中大量不同官能团的富里酸，这些富里酸能与硒结合形成易被吸收利用的生物活性硒^{[20, 33]}，从而提高土壤中硒的活性。

4 结论

1) 南方红壤区不同母质土壤总硒含量均高于0.4 mg/kg，其中以花岗岩母质土壤总硒含量最高，而有效硒含量均较低，其中以砂页岩母质土壤有效硒含量最高，变幅也最大，不同母质间存在较大差异。

2) 南方红壤区土壤硒主要以RES-Se和OM-Se为主，不同形态硒含量由高到低均表现为：RES-Se > OM-Se > FMO-Se > EX-Se > SOL-Se，但不同母质土壤硒形态组成不同。

3) 对不同母质土壤硒形态分配有贡献的因子主要为全磷、有机质和pH，此外，在第四纪红色黏土母质土壤中全氮也有较大的影响，砂页岩母质土壤中速效氮的影响也值得关注。

4) 外源理化因子的添加一定程度上提高了土壤有效硒的含量，但不同母质土壤理化性质的差异以及外源单一因子的添加对土壤理化性质、微生物以及硒形态均产生影响，不同区域不同母质应有针对性地开展土壤硒素活化相关研究与应用。