摘要
探明湘北区土壤－水稻系统硒含量与富硒机制，可为区域硒资源开发与利用提供依据。基于湘北区 （25844 组）土壤－水稻对应样品的硒含量及相关矿质养分的测定，采用普通克里格插值、冗余分析、变差分解分析和层次分割分析等方法，研究土壤－水稻系统硒含量特征，揭示土壤富硒的影响因素及水稻富硒机制。结果表明，土壤硒、稻米硒含量和富集系数（BCF）平均值分别为 0.485 mg/kg、0.063 mg/kg、0.147。土壤富硒率为 60.69%，稻米富硒率为 77.87%。稻米硒与土壤硒含量空间分布特征吻合，呈现出西部高东部低的特点。不同成土母质发育土壤硒、稻米硒和 BCF 存在显著差异（P<0.05）。在土壤和稻米均非富硒（NN）类型中，有机质、Zn、阳离子交换量是影响硒含量的显著因子；在土壤非富硒稻米富硒（NR）类型中，有机质、阳离子交换量、pH 是影响硒含量的重要因素；对于土壤富硒稻米非富硒（RN）类型，海拔、pH、Zn 是影响硒含量的关键因子；在土壤和水稻均富硒（RR）类型中，海拔、降水量、Zn 是影响硒含量的显著因素。湘北地区土壤硒含量高，富硒资源丰富，需综合分析土壤性状与环境因素，合理进行土壤硒资源开发和富硒稻米种植。
Abstract
Investigating selenium（Se）content characteristics and enrichment mechanisms in the soil-rice system of the northern Hunan region can provide a scientific basis for the development and utilization of regional Se resources．Based on the determination of selenium content and related mineral nutrients in 25844 paired soil-rice samples from the Northern Hunan region，this study employed ordinary Kriging interpolation，redundancy analysis，variation partitioning analysis， and hierarchical partitioning analysis to explore Se content characteristics in the soil-rice system and reveal influencing factors of soil Se enrichment and rice Se accumulation mechanisms．The results showed that the average values of soil Se，rice grain Se，and the bioaccumulation factor（BCF）were 0.485 mg/kg，0.063 mg/kg，and 0.147，respectively．The soil Se enrichment rate was 60.69%，while the rice grain Se enrichment rate was 77.87%．The spatial distribution of rice grain Se aligned with soil Se，exhibiting a pattern of higher levels in the west and lower levels in the east．Significant differences （P<0.05）in soil Se，rice grain Se，and BCF were observed among soils derived from different parent materials．In non-enriched soil and non-enriched rice（NN）systems，soil organic matter（SOM），Zn，and cation exchange capacity （CEC）were significant factors influencing Se content．In non-enriched soil but enriched rice（NR）systems，SOM， CEC，and pH played critical roles．For enriched soil but non-enriched rice（RN）systems，elevation，pH，and Zn were key influencing factors．In enriched soil and enriched rice（RR）systems，elevation，precipitation，and Zn significantly affected Se content．The northern Hunan region has high Se content in cultivated soils and abundant Se resources． Comprehensive analysis of soil properties and environmental factors is essential for rational development of soil Se resources and cultivation of selenium-enriched rice.
Keywords
硒是地球上极其稀少而又分散的微量元素之一，在自然环境下，硒是一种非常活泼、易于迁移，既易分散又会在某种条件下高度富集的微量元素[1]，仅在极为罕见的情况下才可能形成富硒地质体。我国是一个缺硒大国[2]，72% 的地区属缺硒地区，约 7 亿人生活在缺硒地区。硒也是人体必需的微量元素之一，可以提高人体免疫力。硒的缺乏与过剩都会影响人体健康。食物硒含量直接决定了人体硒的营养水平，而土壤中的硒又是植物吸收利用的直接来源。作为全球近半数人口主要粮食作物的水稻[3]，其产量占世界粮食作物的第三位，仅次于玉米和小麦，也是我国人民饮食结构中的主要营养及能源物质。人体通过稻米摄入的硒含量约占全部硒摄入量的 80%[4]，可见，稻米中的硒含量对人体硒摄入量有着深远的影响。因此，研究土壤－水稻系统硒的分布状况及影响因素对当地居民健康及农业发展具有重大意义。
近年来关于土壤－水稻系统硒的分布规律和影响因素的研究逐渐升温。周文龙等[5]研究表明，稻米硒含量与土壤硒含量、有机质呈显著正相关关系，而稻米硒富集系数与土壤硒、有机质等呈显著负相关关系。李碧波等[6]、郦逸根等[7]研究表明，稻米硒含量与土壤酸碱度呈正比，一定程度的碱性土壤可以提高水稻对土壤中硒的吸收。章倩[8]、马元哲[9] 的研究认为随着土壤硒含量增加，水稻硒含量也会上升。姜超强等[10]的研究显示，富硒土壤样点对应的水稻硒含量显著高于非富硒土壤样点，但水稻硒生物富集系数显著低于非富硒土壤样点。符基卓等[11]研究表明，不同成土母质形成的土壤硒含量有明显差异性，稻米硒含量受土壤有机质、酸碱度等理化性质及施肥、灌溉等多种因素影响，非富硒的土壤中也会有一定比例的富硒水稻。
近年来，虽然关于土壤－水稻系统硒含量特征和影响因素的研究较多，但对于区域不同母质发育土壤的富硒特征，以及农作物富硒机制尚不多见。以湖南省北部地区为对象，系统研究水田表层土壤—水稻系统硒含量及空间分布特征、不同母质发育土壤的硒富集规律及环境影响因素、农作物富硒的机制等，为湖南省湘北区开发和利用富硒土壤和富硒水稻提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
湘北地区位于湖南省北部区域（110°40′～113°10′E，28°30′～30°20′N），主要包括岳阳市、常德市、益阳市。属亚热带向北亚热带过渡的湿润季风气候区[12]，热量丰富，雨量充沛，四季分明。年平均气温 16.1～17℃，无霜期 263～276 d，日照 1348～1772 h，降水量 1230～1900 mm。该区域东、南、西三面环山，东部比西部略低，中部丘岗起伏，北部为洞庭湖淤积平原，形成了朝东北开口的不对称马蹄形，水田面积为 7.62×105 hm2，土壤类型主要是水稻土、红壤、紫色土、潮土、黄壤、黄棕壤。
1.2 数据来源与测定方法
数据来源于湖南省耕地土壤与农产品微量元素调查，采用全国第二次土地调查更新后的土地利用现状图进行布点，采用网格布点法，综合考虑地形地貌、土壤类型、农作物类型等因素，差异化布设调查点位，于 2019—2021 年陆续采集成对土壤样品和水稻样品 25844 组，样点分布如图1所示。土壤样品（0～20 cm 层）采用梅花形五点混合采样法采集，采样后将土样放置在风干室内，去除混杂的石块和动植物残体等，摊成 2～3 cm 的薄层，经常翻动，在半干状态下搓碎土样，阴凉处风干后研磨过筛。水稻样品采集稻穗，用清水冲洗掉表面肥料、农药、动植物残留体等污渍，再用蒸馏水冲洗 2～3 次，自然晾干后，去壳粉碎制成水稻稻米样品待测。
图1湘北地区采样点分布
土壤样品测定参照鲍士旦[13] 的方法，土壤 pH 值采用玻璃电极法测定，有机质（SOM）采用重铬酸钾－容量法外加热法测定，土壤阳离子交换量（CEC）采用乙酸铵交换法测定[14]，土壤全硒用 1+1 王水于沸水浴消解后采用原子荧光光谱仪测定，土壤全铜、全锌采用酸溶－ ICP 发射光谱法测定；水稻样品全硒采用 HNO3+HCLO4（4∶1；GR） 消解[15]，用原子荧光光谱仪测定。
从世界气象数据库（http：//www.worldclim.org/） 提取湖南省近 30 年的平均年降水量数据，气象数据空间分辨率为 1 km。30 m 分辨率数字海拔模型 （DEM）数据源来自中国地理空间数据云。成土母质与土壤类型数据源于第二次全国土壤普查数据为 1∶100 万的湖南省土壤图（http：//www.soilinfo.cn/ map/index.aspx）。
1.3 土壤和稻米富硒标准及富硒类型
湖南省耕地基本呈酸性，根据《区域生态地球化学评价规范》[16]规定，在中酸性土壤（pH<7.5） 中，当土壤硒含量达到 0.4 mg/kg 时，定义该土壤为富硒土壤，根据《富硒稻谷》标准（GB/T22499—2008）[17]，稻米硒含量介于 0.04～0.30 mg/kg 的水稻样品为富硒水稻。将土壤-水稻系统分为 4 种富硒类型：土壤和稻米均非富硒（NN）、土壤非富硒但稻米富硒（NR）、土壤富硒但稻米非富硒（RN），以及土壤和稻米均富硒（RR）。
1.4 生物富集系数
生物富集系数（BCF）是生物体内某种元素含量与其生存环境中该元素含量的比值[18]，被引申应用于土壤－农作物系统中定量评估作物中元素迁移累积趋势特征，表示作物富集、累积和吸收能力与程度的数量关系，BCF 值越高表示作物吸收积累某种元素的能力越强。当 BCF ≤ 1 时，表明作物只能吸收而不能积累这种元素；当 BCF>1 时，表明作物可以积累元素。硒的计算公式为：
式中，CSe rice 为稻米中元素硒的含量（mg/kg），CSe soil 为土壤中元素硒的含量（mg/kg）。
1.5 数据分析与统计
本研究采用 Excel2016 进行数据处理，用 SPSS 27.0 和 Origin 2018 进行数据统计及图表绘制，通过 GS+9.0 软件进行半方差分析及理论模型建立，采用 ArcGIS10.8 软件中普通克里格插值法进行分析，绘制土壤和稻米硒的空间分布图，使用 RStudio4.4.1 中的“ggplot2”和“vegan”编辑包对土壤－水稻系统中硒含量特征与土壤、水稻理化因子和环境因子之间的关系进行冗余分析并作图，利用“rdacca.hp”包，进行变差分解分析和层次分割分析，定量评价各个因子对土壤－水稻系统硒含量的影响。
2 结果与分析
2.1 土壤－水稻系统硒含量特征
根据本研究定义的富硒类型，对湘北地区土壤－水稻系统硒含量情况进行统计（表1）。样本数最多的是 RR 类型（12849 个），土壤硒、稻米硒含量、BCF 平均值分别为 0.604 mg/kg、0.077 mg/kg、 0.136，变异系数分别为 37.26%、45.18%、46.70%； 其次是 NR 类型（7263 个），土壤硒、稻米硒含量、BCF 平均值分别为 0.220 mg/kg、0.066 mg/kg、 0.313，变异系数分别为 40.02%、36.22%、19.46%； NN 类型样本数较少（2895 个），土壤硒、稻米硒含量、BCF 平均值分别为 0.303 mg/kg、0.029 mg/kg、 0.101，变异系数分别为 20.93%、30.12%、42.61%； RN 类型样本数最少（2837 个），土壤硒、稻米硒含量、BCF 平均值分别为 0.567 mg/kg、0.029 mg/kg、 0.055，变异系数分别为 33.91%、32.58%、40.25%。总体来说，湘北地区水田表层土壤硒含量变幅为 0.076～1.890 mg/kg，平均值为 0.485 mg/kg，土壤硒平均含量是全国表层土壤硒含量平均值[19] （0.29 mg/kg） 的 1.672 倍，略高于全球表层土壤硒含量平均值（0.4 mg/kg）[20]。稻米硒含量变幅为 0.001～0.260 mg/kg，平均值为 0.063 mg/kg，稻米硒平均含量是全国稻米硒平均含量（0.032 mg/kg）[5]的 1.969 倍。稻米 BCF 变化范围为 0.001～0.572，平均值为 0.147。湘北区土壤－水稻系统硒含量较高，硒资源丰富，呈现中等空间变异特征，富硒水稻较多，有利于富硒水稻的生产。
表1土壤—水稻系统富硒类型分布
2.2 土壤－水稻系统硒空间分布特征
2.2.1 半方差函数分析
半方差函数能同时描述区域化变量的随机性和结构性，反映区域内各距离值间硒含量的变化，是空间变异规律分析和空间结构分析的有效工具。以残差最小、决定系数最大为原则，对比不同模型，效果最佳的均是指数模型，拟合结果如表2所示。土壤硒和稻米硒的块金效应值分别为 0.223 和 0.121，表现为极强的空间相关性（块金效应 <25% 表示强烈空间相关性，25%～75% 表示中度空间相关性，>75% 表示空间相关性很弱[21]），这说明研究区硒含量受随机性因素（土地利用方式、耕作施肥）影响比较小，主要受成土母质、地形地貌、气候条件等结构性因素的影响。土壤硒、稻米硒的变程分别为 4.931、7.904 km，存在较强的连续性。
表2半方差函数模型及其参数
2.2.2 空间分布插值分析
运用 Arcgis 对土壤硒和稻米硒进行普通克里格插值分析，得到硒含量的空间分布，如图2所示，均方根误差分别为 0.18、0.08、0.34。土壤硒含量丰富的地区主要集中在石门县、临澧县和澧县，呈面状分布，桃源县、安化县、桃江县、鼎城区、汉寿县及赫山区也有零星分布；含量较低的地区主要分布在华容县、君山区、南县、临湘市、岳阳县和平江县。稻米硒含量高的地区主要分布在石门县、澧县、临澧县、鼎城区、津市市，桃源县、桃江县、汉寿县及赫山区有零星分布；含量低的地区主要集中在华容县、南县、沅江市、临湘市、君山区、岳阳县及平江县。NN 类型的土壤－水稻系统零星分布在华容县、君山区、临湘市、岳阳县和平江县；NR 类型主要分布在桃源县、华容县、君山区、南县、沅江市、临湘市、岳阳县、平江县、汨罗市；RN 类型主要分布在桃源县、临澧县、津市市、安乡县、鼎城区，在澧县、安化县、桃江县、赫山区、资阳区、汉寿县、沅江市、湘阴县、汨罗市、云溪区也有零星分布；RR 类型主要分布在石门县、澧县、临澧县、津市市、鼎城区、桃源县、汉寿县、安化县、赫山区和桃江县。整体来看，稻米硒与土壤硒含量空间分布特征吻合，都呈现由东向西逐渐增高的趋势，RR 类型占比最高，分布最广，这有利于富硒土壤的集中利用，促进富硒水稻的开发。
图2土壤－水稻系统硒含量空间分布
2.3 不同成土母质土壤－水稻系统中硒含量特征
湘北地区土壤成土母质种类繁多，主要有板页岩风化物、第四纪红土、河湖冲积物、花岗岩风化物、砂砾岩风化物、石灰岩风化物和紫色砂页岩风化物 7 种。对比不同成土母质的土壤硒、稻米硒和 BCF（图3）可以看出，不同成土母质的土壤硒含量、稻米硒含量和 BCF 存在显著差异 （P<0.05）。各成土母质发育的土壤硒含量平均值介于 0.408～0.592 mg/kg，其中石灰岩风化物发育的土壤硒含量显著高于其他成土母质，砂砾岩风化物和第四纪红土次之，紫色砂页岩风化物最低。稻米硒含量平均值变幅为 0.055～0.069 mg/ kg，砂砾岩风化物和第四纪红土发育的稻米硒含量最高，二者间不存在显著差异，而花岗岩风化物最低。BCF 平均值变幅为 0.127～0.160，紫色砂页岩风化物最高，砂砾岩风化物和第四纪红土次之，石灰岩风化物最低。所有成土母质中， RR 类型占比最高（49.86%），其次是 NR 类型 （27.71%），NN 和 RN 类型占比相同（11.14%）。可见，成土母质与土壤－水稻系统硒含量的分布状况关系紧密。
2.4 土壤－水稻系统硒含量与土壤理化因子和环境因子的相关性
冗余分析通过对特征值进行分解筛选[22]，可有效简化目标变量个数，进而将 NN、NR、RN、 RR 4 种富硒类型的土壤－水稻系统硒含量与土壤理化因子和环境因子的关系直观地体现在同一坐标轴上，根据统计结果评估各个因子对土壤－水稻系统中硒含量分布构成的影响，结果如图4所示，图中红色箭头表示解释变量，蓝色箭头表示响应变量，箭头越长，表示该变量对整个系统的影响力越大；两个变量箭头之间夹角是锐角，表示正相关，夹角越小，相关性越强，钝角表示负相关，直角表示无相关性。NN 类型中第一排序轴和第二排序轴的解释率分别为 78.34%、3.66%，总解释率为 82%，土壤硒含量与 SOM、降水量、CEC、Zn、 pH、Cu、海拔均呈正相关关系；稻米硒与 pH、 CEC、Zn、Cu 呈正相关，与 SOM、降水量、海拔呈负相关；BCF 与 pH、CEC、Cu 呈正相关，与 SOM、Zn、降水量、海拔呈负相关。在 NR 类型中，第一轴的解释率为 84.85%，第二轴的解释率为 5.79%，总解释率为 90.64%，土壤硒含量与降水量、海拔、CEC、SOM、Zn 呈正相关，与 Cu、pH 呈负相关；稻米硒与降水量、海拔、CEC、pH 呈正相关，与 SOM、Zn、Cu 呈负相关；BCF 与 pH 呈正相关，与 SOM、降水量、CEC、Zn、Cu、海拔呈负相关。RN 类型中总解释率为 89.89%，土壤硒含量与海拔、SOM、Zn、Cu 呈正相关，与 CEC、pH、降水量呈负相关；稻米硒与 CEC、Zn、Cu、pH 呈正相关，与降水量、海拔、SOM 呈负相关；BCF 与 CEC、Zn、pH、Cu 呈正相关，与降水量、海拔、 SOM 呈负相关。RR 类型的总解释率为 86.21%，土壤硒含量与 SOM、降水量、CEC、Zn、pH、Cu、海拔均呈正相关；稻米硒与 CEC、Zn、pH、降水量、Cu 呈正相关，与海拔、SOM 呈负相关；BCF 与 CEC、pH 呈正相关，与降水量、海拔、SOM、 Zn、Cu 呈负相关。4 种类型中，SOM、Zn、海拔均与土壤硒呈正相关；pH、CEC 均与稻米硒呈正相关，SOM 与稻米硒呈负相关；其他因子在不同类型中表现的相关性不一致，各因子向量长短不一，夹角不同，表明各个特征对 NN、NR、RN、RR 类型中硒含量有不同程度的影响。
图3不同成土母质土壤－水稻系统硒含量分布
注：A、B、C、D、E、F、G 分别表示板页岩风化物、第四纪红土、河湖冲积物、花岗岩风化物、砂砾岩风化物、石灰岩风化物、紫色砂页岩风化物。柱上不同小写字母表示不同成土母质土壤－水稻系统硒差异显著（P<0.05）。
图4土壤－水稻系统硒含量冗余分析
注：图 a、b、c、d 分别为 NN 类型、NR 类型、RN 类型、RR 类型；SOM 为有机质，CEC 为土壤阳离子交换量，BCF 为生物富集系数。下同。
2.5 土壤理化因子和环境因子对土壤－水稻系统硒含量的影响
为探讨土壤理化性质和环境因子对 NN、NR、 RN、RR 4种富硒类型的土壤－水稻系统硒含量的影响，采用层次分割法和变差分解定量分析各因子对土壤－水稻系统硒含量的单独效应和共同效应（图5）。NN 类型中，层次分割分析（独立效应）表明，SOM、Zn、CEC 是影响硒含量的重要因子，其相对重要性值分别为 43.7%、14.3%、 12.2%；变差分解分析（共同效应）表明，SOM、 Zn、CEC、Cu 对 NN 类型中硒含量存在较高比例的共同效应（28.1%），其次是 SOM，共同效应为 23.0%，然后是 SOM、Zn、CEC，共同效应为 12.1%。NR 类型中，层次分割分析表明，SOM、 CEC、pH 对硒含量的影响较大，相对重要性值分别为 46.4%、14.5%、7.1%； 变差分解分析表明，SOM 的共同效应为 21.2%，SOM、CEC、Zn 的共同效应为 17.0%，SOM、CEC 的共同效应为 16.0%。RN 类型中，海拔、pH、Zn 的独立效应最高，相对重要性值分别为 30.2%、15.7%、14.2%； 海拔、pH、CEC 的共同效应为 27.0%，海拔、Zn、 Cu 的共同效应为 23.1%，Zn、Cu 的共同效应为 11.5%。在 RR 类型中，层次分割分析表明，海拔、降水量、Zn 是影响硒含量的重要因子，相对重要性分别为 34.7%、32.2%、5.1%；变差分解分析表明，海拔、降水量的共同效应为 43.0%，海拔、降水量、CEC 的共同效应为 8.5%，海拔、降水量、Zn、Cu、SOM 的共同效应为 7.1%。在 NN、 NR、RN 类型的土壤－水稻系统中，土壤理化因子对硒含量的影响占据主导地位，而在 RR 类型的土壤－水稻系统中，环境因子对硒含量的影响较大。
图5土壤理化因子和环境因子对土壤－水稻系统硒含量的分层分析
注：左侧柱形图表示土壤理化因子和环境因子的单独效应（层次分割分析）。上方柱形图表示土壤理化因子和环境因子的共同效应（变差分解分析）
3 讨论
3.1 湘北地区土壤－水稻系统中硒含量特征及空间分布规律
湘北地区水田表层土壤硒含量平均值为 0.485 mg/kg，低于湘北地区土壤硒含量（0.54 mg/kg），也低于湖南省土壤硒含量（0.56 mg/kg）[23]，是全国表层土壤硒含量（0.29 mg/kg）[16] 的 1.672 倍，全球（0.4 mg/kg）[24]的 1.213 倍；稻米硒含量平均值为 0.063 mg/kg，是全国稻米硒平均含量（0.032 mg/kg）[17]的 1.969 倍；BCF 平均值为 0.147，大部分低于 0.36，这说明硒从土壤向作物籽实的转运是一个难度系数较大的过程。这与王仁琪等[25]的研究结果一致。RR 类型的样本数最多（12849 个），其后依次是 NR 类型（7263 个）、NN 类型（2895 个）、RN 类型（2837 个），且各类型的土壤硒、稻米硒、BCF 均呈现中等空间变异特征。研究区土壤总体富硒率为 60.69%，水稻总体富硒率达到 77.87%。非富硒土壤中也会生长出富硒水稻，这与符基卓等[11]的研究结果一致。
半方差函数拟合模型最佳的指数模型中，土壤硒、稻米硒的块金效应值分别为 0.223、0.121，均小于 0.25，表明研究区内硒含量有强烈的空间自相关性，主要受成土母质与宏观环境（地形、气候） 等结构性因素影响，受耕作、施肥等随机性因素的影响较弱。土壤硒和稻米硒含量空间分布特征吻合，都呈自东向西逐渐增高的趋势，高硒区主要分布在石门县、澧县、临澧县；RR 类型在整个地区分布广泛，可见，湘北地区土壤－水稻系统中硒资源丰富，有利于富硒土壤的集中利用，从而促进富硒水稻特色农业的发展。
3.2 湘北地区土壤－水稻系统中硒的影响因素分析
成土母质是土壤形成的物质基础和多数植物矿物质养分元素的初始来源，土壤微量元素主要来自成土母质，具有明显的母质继承性。由不同成土母质发育形成的土壤，其矿物组成差异很大，在很大程度上影响着土壤硒的含量。王锐等[26]、Zhao 等[27]研究表明，成土母质是土壤硒的重要来源。研究区的成土母质主要有板页岩风化物、第四纪红土、河湖冲积物、花岗岩风化物、砂砾岩风化物、石灰岩风化物和紫色砂页岩风化物 7 种。本研究中石灰岩风化物发育的土壤硒含量最高，且与其他母质具有显著性差异，原因在于石灰岩在风化过程中含钙物质不断供给，延缓了淋溶作用的脱硅富铝化速度，产生的次生矿物及其土壤溶液创造了有利于硒元素残留富集的表生地球化学环境，土壤盐基丰富，质地黏重，对硒的吸附作用远大于淋溶作用。紫色砂页岩风化物发育的土壤硒含量最低，这与陈东平等[28]的研究结果相似。原因在于紫色砂页岩的发育较迟缓，风化较弱，土壤结构疏松，土层浅薄，属砂质壤土，极易发生水土流失，导致土壤硒难以积累。而砂砾岩风化物发育的稻米硒含量最高，花岗岩风化物最低，与土壤硒不一致。这是因为土壤硒含量不是影响植物硒含量的决定性因素，与气候、风化淋失、土壤质地、地力耗竭、施肥、灌溉等有关，且土壤硒只能被植物根部吸收一小部分，土壤硒水平不能影响农作物的硒含量[29]。
在 NN、NR、RN、RR 4 种类型中，土壤硒均与 SOM、Zn、海拔呈正相关，稻米硒均与 CEC、 pH 呈正相关，与 SOM 呈负相关。SOM 对硒的影响是双向的，一方面 SOM 在腐殖化过程中生成的腐植酸类大分子物质，易与硒结合形成有机结合态[30]，通过羧基、羟基等含氧官能团的吸附与络合对硒起吸附和固定作用，SOM 含量越丰富的土壤，对土壤中硒的吸附能力就越强，SOM 发生矿化后能释放出大量硒，从而增加土壤硒的含量。因此，SOM 与土壤硒含量呈正相关；另一方面，SOM 对硒具有吸附固定作用，土壤中的高分子量有机酸的含氧官能团可与硒络合或螯合，降低硒的生物有效性，从而影响硒的传输，故 SOM 与稻米硒含量呈负相关，这与米振华[31]、梁帅等[32]的研究结果一致。土壤中的微量元素主要来源于成土母质[15]，并且随着成土过程的有机质积累逐渐富集。本研究中土壤硒与 Zn 含量呈正相关，这与岳晴晴等[33]的研究结果一致。这是因为 Zn 属于亲硫元素，而硒和硫具有相似的化学性质，硒与 Zn 在来源、富集、迁移等方面具有相近的地球化学行为，存在着密切的伴生关系[34]。Yu 等[35]研究发现，随着海拔的增加，气温降低，微生物活性减弱，同时水稻生长缓慢，减少了水稻对土壤硒的吸收，有机质分解速率也降低，土壤中的硒多被有机质吸附和固定，使得土壤硒富集。CEC 反映土壤保持矿质养分的能力，即土壤吸附保持化学元素中阳离子部分的能力[36]，而绝大部分元素的阳离子是植物必需的有效态养分。土壤矿质颗粒和有机质颗粒都带负电，对土壤中的阳离子有吸附性[37]，土壤 CEC 随土壤有机质的增加而增加，在它们共同作用下，能够稳定和改善土壤结构，并提高其团聚性，促进土壤对硒的吸附与固定能力，从而促进植物对硒的吸收，故 CEC 与稻米硒含量呈正相关。土壤 pH 的影响主要表现在土壤不同的酸碱性可控制土壤组分对硒元素的吸附和解吸[38]，或者通过影响硒的价态转化来影响其含量，进而影响作物中硒的含量，湘北地区土壤呈酸性，在强酸性环境下，土壤硒主要以亚硒酸盐存在，亚硒酸盐与吸附质间的亲和力较强，容易被铁、铝水合氧化物吸附，而随着 pH 的增大[39]，土壤硒赋存形态逐渐以硒酸盐为主，而硒酸盐与吸附质的亲和力较弱，溶解度大，易于淋溶而流失。有研究表明，硒酸盐的生物可利用性要高于亚硒酸盐，植物对硒酸盐的吸收速率大于亚硒酸盐[40]，因此，随着土壤 pH 值增大，植物硒含量也随之增大，这与本研究结果一致。
NN 类型中，SOM、Zn、CEC 是影响硒含量的重要因子，Zn、CEC 与土壤硒、稻米硒含量均呈正相关，而 SOM 与土壤硒呈正相关，与稻米硒呈负相关。Zn 可以通过影响水稻根系的硒吸收机制，促进水稻体内硒的累积，此外，Zn 也可以通过影响硒在水稻体内的代谢过程，间接影响硒的富集。 NR 类型中，SOM、CEC、pH 是影响硒含量的重要因子，土壤硒含量与 SOM、CEC 呈正相关，与 pH 呈负相关；稻米硒含量与 CEC、pH 呈正相关，与 SOM 呈负相关。酸性条件下，吸附作用使得大量硒被固定于土壤中，迁移性显著降低，随着 pH 升高，土壤胶体对硒的吸附力减弱，导致硒含量降低。 RN 类型中，海拔、pH、Zn 是影响硒含量的重要因子，土壤硒含量与海拔、Zn 呈正相关，与 pH 呈负相关；稻米硒含量与 Zn、pH 呈正相关，与海拔呈负相关。RR 类型中，海拔、降水量、Zn 是影响硒含量的重要因子，海拔与土壤硒呈正相关，与稻米硒呈负相关，降水量、Zn 与土壤硒和稻米硒含量均呈正相关。黄杰[41]研究发现，降水是大气中的硒输入土壤－水稻系统的重要途径之一，降水量越大，通过湿沉降进入土壤的硒越多，大气中的硒以水溶态（如硒酸盐、亚硒酸盐）或颗粒态的形式随降水进入土壤，增加了土壤中的硒含量，降雨形成的水体是水溶态硒迁移的主要载体[42]，可以促进硒的迁移，使其更易于被水稻吸收，此外，降水还可以通过调节土壤水分状况，促进水稻对硒的吸收和转运。
4 结论
（1）湘北地区土壤－水稻系统的硒含量丰富，土壤硒、稻米硒、BCF 平均值分别为 0.485 mg/kg、 0.063 mg/kg、0.147；RR 类型样本数最多（12849 个），其后依次是 NR 类型（7263 个）、NN 类型 （2895 个）、RN 类型（2837 个）。土壤硒和稻米硒含量在空间上都呈现出由东向西的递增态势，RR 类型分布广泛，有利于富硒水稻的开发生产。
（2）不同成土母质发育的土壤硒含量平均值变幅为 0.408～0.592 mg/kg，稻米硒含量平均值变幅为 0.055～0.069 mg/kg，BCF 平均值变幅为 0.127～0.160，石灰岩风化物发育的土壤硒含量显著高于其他成土母质，稻米硒含量及稻米富硒率最高的是砂砾岩风化物，成土母质对土壤－水稻系统中硒含量影响重大。
（3） 在 NN 类型中，SOM、Zn、CEC 是影响硒含量的重要因子，NR 类型中，SOM、CEC、pH 是影响硒含量的重要因素，在 RN 类型中，海拔、 pH、Zn 是主要影响因素，RR 类型中，主要影响因素则是海拔、降水量、Zn。对于 NN、NR、RN 类型，土壤理化因子对硒含量的影响占据主要地位，而对于 RR 类型，环境因子对硒的影响较大。土壤－水稻系统是一个复杂的系统，多种因素共同决定了土壤、水稻对硒元素的吸收。需要综合考虑各种因素，合理保护和开发富硒土壤和水稻资源。
