廣東省珠三角地區(qū)富硒土壤地球化學(xué)特征及其成因探討

■李婷婷

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院 廣東廣州 510080)

廣東省珠三角地區(qū)富硒土壤地球化學(xué)特征及其成因探討

■李婷婷

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院 廣東廣州 510080)

通過對(duì)珠三角富硒土壤地區(qū)表層土壤、成土母質(zhì)、城市及其周邊的端元塵進(jìn)行采樣分析。發(fā)現(xiàn),該地區(qū)表層土壤中Se與Fe2O3、V、Al2O3、Mo、S、Pb、Cu、Zn、Cd、C、Org.C、Cl、N共生組合關(guān)系密切,與SiO2和土壤pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。巖石Se與造巖元素不相關(guān)或負(fù)相關(guān),與多數(shù)親鐵親銅元素正相關(guān),且土壤Se含量受成土母質(zhì)Se含量制約,異常分布與侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)二長花崗巖和泥盆系、侏羅系砂頁巖分布有關(guān)。珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤Se異常成因主要為自然成因。對(duì)珠三角地區(qū)富硒土壤資源開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,為提高農(nóng)產(chǎn)品附加值提供理論依據(jù)。

珠江三角洲富硒土壤地球化學(xué)特征成因

0 引言

富Se土壤是天然農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),也是一種新的農(nóng)業(yè)自然資源。目前我國浙江、安徽、海南、青海等省份通過開展多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)了一些優(yōu)質(zhì)富硒土壤,受到了地方政府的高度重視，進(jìn)而引發(fā)了富硒土壤資源開發(fā)的熱潮[1]。該舉措不僅為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收開拓了新途徑,也為公眾提供了大量優(yōu)質(zhì)富Se農(nóng)產(chǎn)品,在短短幾年內(nèi),便顯現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[2]。珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果表明,該區(qū)域土壤硒含量極為豐富,本文在此基礎(chǔ)上研究該區(qū)富硒土壤地球化學(xué)特征,闡明表層土壤Se與一些常見元素的相關(guān)關(guān)系，及其在成土母質(zhì)中的含量，以及與常見造巖元素的關(guān)系，并且對(duì)該地區(qū)Se異常成因進(jìn)行初探。為進(jìn)一步指導(dǎo)該區(qū)土壤硒的開發(fā)利用,提高農(nóng)產(chǎn)品附加值提供理論依據(jù)。

1 表層土壤硒地球化學(xué)特征

1.1 表層土壤硒的富集特征

研究發(fā)現(xiàn),表層土壤Se含量平均值為0.789μg/g,含量范圍0.102μg/g～1.866μg/g,這進(jìn)一步證實(shí)了廣東珠三角地區(qū)土壤Se異常的存在。總體上,土壤Se高含量區(qū)主要分布于評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)相對(duì)較高的山丘、坡地并伴隨相對(duì)低pH,非耕作土Se含量高于耕作土,旱地Se含量高于水田。

評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)表層土壤pH為4.04～6.45,平均4.99,總體屬酸性土壤;TFe2O3含量0.89%～10.6%,平均4.59%;S含量82.8mg/kg～492.1 mg/kg,平均246.5 mg/kg;SiO2含量38.24%～89.39%,平均64.40%; Al2O3含量4.31%～32.52%,平均18.88%。

1.2 富硒土壤區(qū)元素組合特征

1.2.1 表層土壤Se與其它元素相關(guān)性分析

研究表明,Se與Fe2O3、S、Al2O3、Pb、Cu、CEC、Zn、Mo、Cd、Ni、C、Org.C、Cl、N顯著正相關(guān),與Fe2O3、S、Al2O3相關(guān)系數(shù)分別為0.625、0.508、0.489;Se與SiO2、pH、Na2O、Mn、Ba、CaO、K2O、P顯著負(fù)相關(guān),與SiO2、pH相關(guān)系數(shù)分別為-0.578、-0.360;Se與MgO、Sr、As、Hg、F、B、Co不相關(guān)。

圖1 Se異常評(píng)價(jià)區(qū)土壤元素或指標(biāo)聚類分析

1.2.2 聚類分析

如圖1所示,表層土壤Se與TFe2O3、V、Al2O3、Mo為同一簇,與

S、Pb、Cu、Zn、Cd簇及C、Org.C、Cl、N、CEC簇關(guān)聯(lián)顯著,表明表層土壤Se與Fe2O3、V、Al2O3、Mo、S、Pb、Cu、Zn、Cd、C、Org.C、Cl、N共生組合關(guān)系密切,與其他元素或氧化物共生組合關(guān)系不密切。

對(duì)所采巖石樣本29種元素、氧化物的R型聚類分析可知,Se所在簇共11種元素或氧化物(Se、Mo、Hg、Cu、Pb、As、Ni、Co、Mn、Fe2O3、P),與Se所在簇相對(duì)關(guān)聯(lián)度較高的簇由S、Zn、Cd、F、Na2O組成,表明富Se土壤區(qū)出露的巖石中與Se共生組合的主要元素為親鐵親銅元素,其次為親硫元素。

2 富硒土壤區(qū)硒異常成因探討

土壤Se異常成因可分為人為成因和自然成因。因此，本文從這兩個(gè)方面探討研究區(qū)內(nèi)表層土壤Se異常成因。

珠三角表層土壤硒異常區(qū)主要分布侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)二長花崗巖和泥盆系、侏羅系砂頁巖,其次為寒武系淺變質(zhì)巖和白堊系礫巖;地貌上,硒異常區(qū)主要分布于低山--丘陵區(qū),總體上低山、丘陵的土壤硒含量比平原、臺(tái)地和河谷平原土壤硒含量高。

2.1 土壤硒自然成因探討

自然成因是指土壤Se來自成土母質(zhì)(巖石),或由成土過程和各種自然的表生地球化學(xué)作用富集而成的土壤Se異常。

2.1.1 巖石硒含量特征

選取區(qū)內(nèi)9處具有代表性的富硒土壤區(qū)采集巖石樣品進(jìn)行分析,樣品巖性主要為礫巖、泥巖,少量二長花崗巖、多金屬硫化物礦化巖石(多具褐鐵礦化)、褐鐵礦石和碳酸鹽巖,時(shí)代為南華紀(jì)、震旦紀(jì)、寒武紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)。巖石樣本總體上具有巖石原生的基本特征,但不同程度地呈現(xiàn)表生風(fēng)化作用的特點(diǎn)。

研究發(fā)現(xiàn),巖石樣本硒含量0.030～3.655μg/g、均值0.352μg/g、變異系數(shù)1.40。Se含量0.030～0.771μg/g、均值0.233μg/g、變異系數(shù)0.78。變異系數(shù)大表明不同巖性硒含量差異較大,分布極不均勻。

Se含量＞0.70μg/g的巖石多呈不同程度的褐鐵礦化,其原巖多富含黃鐵礦或金屬硫化物。最高Se含量(3.655μg/g)的巖石為寒武紀(jì)水石組褐鐵礦化粉砂質(zhì)泥巖;次高Se含量(3.055μg/g)的巖石為寒武紀(jì)牛角河組褐鐵礦化泥質(zhì)粉砂巖;紫紅色泥質(zhì)粉砂巖Se含量為2.254μg/g,屬燕山四期黑云母鉀長花崗巖接觸帶外側(cè)的上泥盆統(tǒng)老虎頭組;花都赤坭的褐鐵礦樣本Se含量為1.082μg/g,該褐鐵礦由下石炭統(tǒng)大賽壩組的富含黃鐵礦的泥質(zhì)粉砂巖夾

層風(fēng)化淋積而形成;鉛鋅硫化物礦石樣本Se含量為0.769μg/g。這表明巖石中Se含量與成巖過程局部富集或成巖期后蝕變礦化有關(guān)。

研究表明,Se含量低的巖石主要為富硅巖石,Se含量＜0.05μg/ g的巖石主要為石英巖、富硅礫巖、富硅變質(zhì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖。二長花崗巖和碳酸鹽巖Se含量也較低,其中二長花崗巖樣本Se含量0.08～0.09μg/g,測(cè)試樣本中灰?guī)rSe含量均值為0.05μg/g。

對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),Se與SiO2呈顯著負(fù)相關(guān),與Hg、Fe2O3、Cr、P、As、Mo、Cu、Pb呈顯著正相關(guān),與Al2O3、Na2O、MgO、K2O、CaO、Cl、S、Ba、Zn、Sr、B、Mn、Ni、V、Cd、Co、F、N、C無顯著相關(guān)性?？傮w上,巖石Se與造巖元素不相關(guān)或負(fù)相關(guān),與多數(shù)親鐵親銅元素正相關(guān)。

2.1.2 成土母質(zhì)對(duì)土壤Se的含量制約

珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤Se異常主要分布于低山丘陵區(qū),與侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)二長花崗巖和泥盆系、侏羅系砂頁巖分布有關(guān)。二長花崗巖類風(fēng)化物、砂巖類風(fēng)化物所形成的土壤,Se含量最高,而二長花崗巖類、砂巖類風(fēng)化物經(jīng)沖積、洪積而形成的第四紀(jì)松散堆積物所形成的土壤Se含量最低,這很可能是由于丘陵山區(qū)土壤經(jīng)過長期的成壤作用過程,土壤Se經(jīng)過了次生富集作用(酸性土壤環(huán)境中Se活動(dòng)性弱);而沖洪積堆積區(qū)土壤成壤時(shí)間/成熟度相對(duì)較低,加上土壤酸性較弱,Se表生活動(dòng)性相對(duì)較強(qiáng)而淋失,因此Se含量較低。同時(shí),受成土母質(zhì)物質(zhì)來源的控制,二長花崗巖類風(fēng)化物、砂巖類風(fēng)化物所形成的土壤Se的含量變化較小;而來源于二長花崗巖類、砂巖類風(fēng)化物經(jīng)沖積、洪積而形成的第四紀(jì)松散堆積物所形成的土壤Se的含量變化較大,顯示出物質(zhì)來源的多源性特征。

綜上，巖石中Se局部富集或蝕變礦化為土壤Se異常提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。表生地球化學(xué)作用使巖石中Se再次遷移富集。研究表明,珠三角地區(qū)主要為酸性較強(qiáng)的紅壤、磚紅壤,富Se土壤的形成與酸性土壤環(huán)境Se的表生遷移能力弱導(dǎo)致的次生富集作用有關(guān)。Se不溶于水或溶解度低而在土壤中逐漸富集,低山丘陵區(qū)土壤Se表生富集最為明顯,土壤Se平均含量是巖石平均含量的3.42倍。另外, Se異常區(qū)成土母巖中富含黃鐵礦等硫化物,而Se往往以類質(zhì)同象形式存在于硫化物礦物晶格中,富含黃鐵礦等硫化物的母巖風(fēng)化后形成褐鐵礦化,同時(shí),土壤中氧化鐵和氧化鋁、高嶺石和蒙脫石均對(duì)Se有較強(qiáng)的親合力,尤其是鐵對(duì)Se的親合力最強(qiáng),氧化鐵對(duì)表面配位層的Se產(chǎn)生專性吸附[3],而且很難被解析,所以形成了褐鐵礦化基巖區(qū)土壤富Se的現(xiàn)象。

2.2 土壤硒人為成因探討

統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)與收集的人為源Se含量參數(shù)發(fā)現(xiàn)，化肥與農(nóng)藥Se平均含量比土壤Se平均含量低一個(gè)數(shù)量級(jí),認(rèn)為使用化肥與農(nóng)藥對(duì)土壤Se富集作用不明顯;灌溉水Se含量不足土壤平均值的千分之一且與土壤溶液Se含量相當(dāng),這表明灌溉對(duì)調(diào)查區(qū)土壤Se來源貢獻(xiàn)可以忽略;人工種植植物的枝、果、莖、葉Se含量均比土壤低一個(gè)數(shù)量級(jí),若考慮其自然分解且分布均勻則對(duì)土壤Se異常貢獻(xiàn)不大。

端元塵Se含量高于調(diào)查區(qū)土壤Se含量,其對(duì)土壤Se異常有貢獻(xiàn)。但考慮大氣干濕沉降物Se含量低于端元塵,且珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤Se異常絕大多數(shù)分布于遠(yuǎn)離端元塵產(chǎn)生區(qū),認(rèn)為大氣干濕沉降是珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤Se異常的次要來源。但較多施用煤渣可能導(dǎo)致土壤Se含量較明顯提高。

3 結(jié)論

（1）研究表明,廣東珠三角地區(qū)表層土壤Se含量平均值為0.78 9μg/g,土壤Se異常顯著。土壤Se高含量區(qū)分布于評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)相對(duì)較高的山丘、坡地并伴隨相對(duì)低pH,非耕作土Se含量高于耕作土,旱地Se含量高于水田。表層土壤Se與Fe2O3、V、Al2O3、Mo、S、Pb、Cu、Zn、Cd、C、Org.C、Cl、N共生組合關(guān)系密切,與SiO2和土壤pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（2）對(duì)巖石，以及成土母質(zhì)中Se的研究發(fā)現(xiàn),巖石Se與造巖元素不相關(guān)或負(fù)相關(guān),與多數(shù)親鐵親銅元素正相關(guān),且土壤Se含量受成土母質(zhì)Se含量制約。Se含量較高的巖石多呈不同程度的褐鐵礦化,其原巖多富含黃鐵礦或金屬硫化物。

（3）對(duì)Se人為成因進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)對(duì)珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤Se異常的貢獻(xiàn)非常小。因此，認(rèn)為珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)表層土壤Se異常主要為自然成因。

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P59[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-118-2