硒是人和动物必需的微量营养元素,对人体健康和生物的生长过程有着至关重要的作用。在生态系统中,包气带与作物的生长密切相关,具有供应和协调作物生长发育所需的营养物质的能力,其质量的优劣直接影响农作物的生长,进而影响农作物的产量以及农产品的品质。同时,包气带中的硒与人体健康有着密切的关系,可通过食物链、水、呼吸等途径进入人体,其有效硒含量及形态直接影响硒的迁移、生物利用率以及农作物中硒的含量。由于包气带与气候变化、灌溉水等外部环境联系紧密,因此受到冻融作用和灌溉作用的影响较为显著。目前,对于冻融和灌溉条件下硒在包气带中环境地球化学行为的研究还鲜有报道。三江平原是我国重要的粮食生产基地,且常年处于季节性冻结和融化过程。近年来,随着频繁的灌溉以及冻融作用,已经导致包气带介质中硒含量逐年降低。因此,为了明确包气带硒流失的成因,有必要对冻融和灌溉条件下包气带中硒的迁移转化规律进行深入的研究。基于此,本文以三江平原蛤蟆通河流域典型农业区为研究区,包气带中硒为研究对象,在调查和分析研究区地质和水文地质条件的基础上,查明包气带介质中硒的形态特征和分布状况,明确作物不同器官对包气带硒的吸收和富集特征,识别包气带硒的来源与富集成因,分析冻融作用以及农业灌溉影响下包气带中硒的环境地球化学行为特征,预测长期灌溉条件下包气带中硒的迁移趋势,并提出三江平原农业区富硒农业发展的对策与建议。该研究对于丰富和发展硒元素的环境地球化学理论、改善和调控农业生态环境,以及合理开发利用富硒资源以提高水稻作物硒含量具有重要的理论意义和实际意义。通过本次研究,得到以下结论:(1)水田和旱田包气带硒含量在垂向分布上存在着显著的差异,水田包气带水溶态硒含量和硒的迁移系数要明显低于旱田包气带。综合分析表明,研究区包气带硒为自然来源,且主要来源于完达山脉的花岗岩。包气带表层硒富集的原因是在硒高背景值环境下受化石燃料燃烧、施肥等人为因素叠加作用的影响。(2)水稻作物积累硒的效率要高于玉米和大豆作物,其根、茎、叶和籽粒部硒的含量较高。此外,与大豆相比,水稻和玉米能够把大部分硒固定在根部或茎部,使其不会大量迁移至籽粒。同时,作物各器官硒含量与包气带有效硒含量密切相关,包气带中其它形态的硒在一定的条件下可以转化为有效硒供作物利用。并且,同一作物不同生长期和不同器官对硒的吸收动态差异较大,且籽粒硒的含量随着作物的成熟而降低。(3)冻融作用会对包气带介质的理化性质产生显著的影响,进而改变了包气带介质硒的赋存形态。并且,包气带介质的理化性质及其硒的赋存形态会随着含水量和冻融循环次数的改变而发生转变。冻融作用也会影响包气带中水分的迁移,进而改变了包气带不同深度介质中硒的含量。另外,冻融作用还会降低包气带介质对硒的吸附能力,提升包气带介质的渗透能力,促进硒在包气带中的释放,加快硒在包气带中的迁移速率。(4)淹水过程会显著改变包气带介质的理化性质,进而改变了包气带介质硒的赋存形态。并且,包气带介质的理化性质及其硒的赋存形态会随着淹水时间的变化而改变。同时,在灌溉入渗过程中,包气带介质中的硒会不断的溶出,但主要以Se(Ⅵ)为主。淋滤后,包气带介质残渣态硒、腐殖酸结合态硒、强有机结合态硒和碳酸盐结合态硒含量呈现出不同程度的增加,水溶态硒、离子交换态硒和铁锰氧化物结合态硒则呈现出明显的降低趋势。数值模拟结果表明,长期灌溉条件下,包气带介质中的硒由于淋滤作用进入到地下水中的含量不会对地下水水质造成影响。(5)冻融作用和灌溉作用的交替影响,会加快包气带介质硒的流失,进而影响作物对包气带硒的吸收,从而不利于富硒农业的发展。因此,要合理开发利用土地富硒资源,保证健康绿色的农业生产活动永续进行。例如,在进行长期的水稻种植活动中,建议引进水稻节水灌溉栽培技术、适当施用富硒化肥等措施减少包气带硒的流失,促进包气带硒含量的收支平衡。