湖北省江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤硒資源分布特征及利用前景

項(xiàng)劍橋, 胡瑞春, 張?jiān)? 宋長(zhǎng)虹

(1.湖北省富硒產(chǎn)業(yè)研究院,湖北 武漢 430034； 2.湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊(duì),湖北 武漢 430056)

湖北省江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤硒資源分布特征及利用前景

項(xiàng)劍橋1, 胡瑞春2, 張?jiān)?, 宋長(zhǎng)虹2

(1.湖北省富硒產(chǎn)業(yè)研究院,湖北 武漢 430034； 2.湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊(duì),湖北 武漢 430056)

通過(guò)對(duì)江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)7.9萬(wàn)km2國(guó)土面積開展土壤調(diào)查,結(jié)果表明:江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤表層物質(zhì)中硒含量背景值為0.295×10-6,高于全國(guó)和世界正常土壤硒含量背景值；富硒土壤面積10 068 km2,可供利用開發(fā)的面積約7 000 km2,多呈連片分布,適合大規(guī)模的開發(fā)利用。硒的富集與土壤母質(zhì)背景相關(guān),除二疊紀(jì)、寒武紀(jì)地層中的黑色巖系高硒巖石風(fēng)化后形成的土壤硒含量偏高外,一般風(fēng)化母質(zhì)類土壤硒量總體偏低,沖積母質(zhì)類土壤含量總體偏高,并且湖沼積層母質(zhì)>沖湖積層母質(zhì)>沖積層母質(zhì)；從土地利用上來(lái)看一般旱地>水澆地>水田。區(qū)內(nèi)沖積帶富硒土壤基本為偏堿性土壤,有利于硒向農(nóng)作物中的轉(zhuǎn)移,富硒土壤區(qū)生產(chǎn)出來(lái)的稻米、小麥面粉硒含量總體上高于非富硒土壤區(qū)。

江漢流域；富硒土壤；地球化學(xué);農(nóng)業(yè)地質(zhì)

硒是人畜必需的營(yíng)養(yǎng)性微量元素[1]。硒的豐缺與人類和動(dòng)物的健康密切相關(guān),缺硒會(huì)使人群和牲畜產(chǎn)生心、肝、腎、肌肉等多種組織的病變,出現(xiàn)如克山病、大骨節(jié)病、牲畜白肌病等疾病[1-2]。地球表面硒元素的含量分布極不均勻,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全世界有42個(gè)國(guó)家或地區(qū)缺硒。中國(guó)是一個(gè)貧硒國(guó)家,有72%的地區(qū)屬于缺硒或低硒地區(qū),2/3的人口存在不同程度的硒攝入不足[3],為此,營(yíng)養(yǎng)學(xué)家呼吁全社會(huì)抓好貧硒地區(qū)居民的補(bǔ)硒工作。富硒農(nóng)產(chǎn)品(特別是天然富硒農(nóng)產(chǎn)品)也因此被稱為21世紀(jì)保健營(yíng)養(yǎng)食品[4],若通過(guò)富硒農(nóng)產(chǎn)品適量攝入硒,則可有效提高機(jī)體免疫能力。江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)富硒土壤面積較大,可作為農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)基地的面積近7 000 km2,資源總量居于全國(guó)前列,開發(fā)這些資源不僅可以生產(chǎn)出大量的富硒產(chǎn)品,滿足人們補(bǔ)硒的需求,而且可以為江漢流域區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入活力。

1 調(diào)查區(qū)概況

江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)由江漢平原和周邊丘巒組成。江漢平原由長(zhǎng)江、漢江沖積而成,位于湖北省中南部,與洞庭湖平原緊緊相連。

區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),是全國(guó)重要的糧、棉、油、水產(chǎn)品生產(chǎn)基地,是湖北農(nóng)業(yè)發(fā)展的精華地帶,又是農(nóng)村非農(nóng)產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的重點(diǎn)區(qū),具有良好的農(nóng)業(yè)和非農(nóng)產(chǎn)業(yè)開發(fā)條件。

測(cè)區(qū)內(nèi)前第四紀(jì)地層,從太古界—新生界地層均有出露,主要分布于江漢盆地周緣地區(qū),主要有沉積碎屑巖、碳酸巖、變質(zhì)巖、巖漿巖類；第四紀(jì)地層屬內(nèi)陸河湖交替相沉積,厚度大、巖性多變、成因復(fù)雜,主要以沖積、洪積及湖積為主。

區(qū)內(nèi)土壤按成土母質(zhì)可劃分為兩個(gè)大類:一類為原地風(fēng)化母質(zhì)成因的風(fēng)化土,基本分布在平原周緣,土壤類型計(jì)有紅壤、黃棕壤、暗棕壤、石灰土、紫色土、沼澤土等；另一類為異源沖積土,分布在長(zhǎng)江和漢江沿岸的沖積平原、河流階地、河漫灘地及濱湖地區(qū)廣闊的低平地帶,土壤類型為潮土、灰潮土、沼澤土等。后期形成的水稻土在兩大類土壤中廣泛分布,約占總面積的60%[5]。

2 工作方法技術(shù)

土壤樣品采用網(wǎng)格化采集,密度為1件/km2,采樣布置以能代表小格內(nèi)主要土類和盡量反映地質(zhì)背景為原則。按照多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(DD2005—01)[6]的要求,采樣深度為0～20 cm,為提高每個(gè)采樣點(diǎn)樣品的代表性,采樣時(shí)在采樣小格中沿路線多處分別采集或在格子中心部位主采樣點(diǎn)周圍呈梅花狀3～5處分別采集,合并組成一個(gè)樣品。

按4 km2單元格分析組合樣,樣品分析單位為武漢綜合巖礦測(cè)試中心,分析質(zhì)量監(jiān)控措施遵循中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求[7]。土壤樣品Se采用原子熒光法,檢出限為0.01×10-6,報(bào)出率100%,合格率100%。

3 硒的基本分布

3.1 表層土壤硒的含量水平

據(jù)全區(qū)11 232件組合樣分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,調(diào)查區(qū)土壤Se含量范圍0.02×10-6～10.8×10-6,標(biāo)準(zhǔn)離差0.161,變異系數(shù)0.518,總體上呈現(xiàn)弱分異性分布。土壤Se背景值為0.295×10-6,高于全國(guó)土壤背景值(0.210×10-6)[8]及成都土壤背景值(0.210×10-6)、華北土壤背景值(0.180×10-6),低于珠江三角地區(qū)土壤背景值(0.500×10-6),亦高于全世界正常土壤Se含量背景值(0.200×10-6)[9],是中國(guó)土壤Se高背景地區(qū)之一。

以全區(qū)土壤背景值與深層土壤基準(zhǔn)值(背景值)0.178×10-6對(duì)比,富集系數(shù)(表層土壤背景值與基準(zhǔn)值的比值)1.66,屬于表層強(qiáng)富集類型。

3.2 富硒土壤區(qū)域分布特征

根據(jù)李家熙等[10]的土壤硒含量劃分方案,低硒土壤w(Se)(0.1×10-6～0.2×10-6)、中硒土壤w(Se)(0.2×10-6～0.4×10-6)、富硒土壤(w(Se)≥0.4×10-6),本文基本遵照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分區(qū),但在富硒區(qū)內(nèi)以w(Se)0.4×10-6～0.5×10-6作為富硒區(qū),w(Se)>0.6×10-6作為強(qiáng)富硒區(qū)。

在已完成調(diào)查的7.9萬(wàn)km2面積中,江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)富硒土壤面積10 068 km2,占總面積的12.7%,其中強(qiáng)富硒區(qū)面積2 664 km2,占總面積的3.4%；中硒土壤區(qū)55 311 km2,占總面積的70%；低硒地區(qū)13 621 km2,占總面積的17.24%。

低硒區(qū)主要分布在東北部桐柏—大別造山帶各成土母質(zhì)區(qū)內(nèi),形成典型的低硒區(qū),其次北部壟崗地帶的黃棕壤區(qū)、南部的棕紅壤區(qū)出現(xiàn)局部低硒中心。

土壤富硒區(qū)主要分布在平原沖積帶內(nèi)相對(duì)低洼的湖積區(qū)及漢水、長(zhǎng)江兩側(cè)的沖積帶,在洪湖—漢南、漢北湖群洼地、東西湖、鐘祥柴湖、潛江、排湖等湖積洼地具成片分布態(tài)勢(shì)。強(qiáng)富硒區(qū)一是分布在沖積帶富硒區(qū)中心,其整體構(gòu)成可供富硒土壤資源開發(fā)十分有利的地區(qū)；二是寒武紀(jì)、二疊紀(jì)炭質(zhì)地層、黑色地層風(fēng)化母質(zhì)土壤區(qū),土壤中的硒主要來(lái)源于富硒母巖；三是大中型城市中心區(qū),為工業(yè)生產(chǎn)及生活引起。

3.3 表層土壤硒分布規(guī)律

從表1、表2可知,表層土壤中硒的變異特性首先反映在成土母質(zhì)大類的控制上。調(diào)查區(qū)異地的沖積土含硒水平遠(yuǎn)高于區(qū)內(nèi)的原地母質(zhì)形成的風(fēng)化土,二者平均含量比例為1.354∶1,在含量檔次上差別十分明顯。

表1 調(diào)查區(qū)沖積土壤大類及主要沉積相區(qū)Se土壤背景值

注:背景值為平均值加3倍的離差連續(xù)剔除后的結(jié)果;數(shù)據(jù)來(lái)源為江漢流域多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查。

表2 調(diào)查區(qū)母質(zhì)風(fēng)化土壤大類以及主要風(fēng)化母質(zhì)區(qū)Se土壤背景值

注:背景值為平均值加3倍的離差連續(xù)剔除后的結(jié)果;數(shù)據(jù)來(lái)源為江漢流域多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查。

其次,硒含量進(jìn)一步與土壤母質(zhì)有關(guān)。由表1所見(jiàn),硒在全新統(tǒng)湖積層母質(zhì)中含量最高,而依次為湖沼積層母質(zhì)>沖湖積層母質(zhì)>沖積層母質(zhì)含量遞降,表現(xiàn)出含量分布與洪泛沉積分異的密切關(guān)系,而以湖積層母質(zhì)區(qū)為主,構(gòu)成沖積帶典型的硒偏高含量區(qū)。

由表2所見(jiàn),盡管硒在風(fēng)化母質(zhì)土壤中含量較低,但也在古生界母質(zhì)土壤區(qū)出現(xiàn)偏高量的分布,且變異系數(shù)較大,達(dá)0.605,表現(xiàn)出在該類區(qū)出現(xiàn)局部硒的富集。而實(shí)地檢查發(fā)現(xiàn),該類區(qū)硒的富集基本與二疊紀(jì)、寒武紀(jì)地層中的黑色巖系高硒巖石風(fēng)化后硒的殘留富集有關(guān),抑或由短距離沖積遷移至距母質(zhì)層不遠(yuǎn)的小流域內(nèi)富集,它們?cè)谡{(diào)查區(qū)內(nèi)形成另外一類的局部硒偏高含量區(qū)。

表3為調(diào)查區(qū)主要土壤類型硒的含量水平。從分布特點(diǎn)來(lái)看,各土類硒含量與土壤母質(zhì)背景相聯(lián)系,其中風(fēng)化母質(zhì)類土壤硒量總體偏低,而沖積母質(zhì)類土壤含量總體偏高,在湖沼相發(fā)育的沼澤土硒含量最高,表現(xiàn)出土壤類型與成土母質(zhì)環(huán)境的內(nèi)在對(duì)應(yīng)性。

表3 調(diào)查區(qū)主要土壤類型Se背景值

注:背景值為平均值+3倍的離差連續(xù)剔除后的結(jié)果;數(shù)據(jù)來(lái)源為江漢流域多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查。

對(duì)農(nóng)用地土壤利用類型及不同的土壤物質(zhì)來(lái)源的背景值進(jìn)行統(tǒng)計(jì),硒背景含量水平也有一定的差異,見(jiàn)表4,總體特征表現(xiàn)為全新統(tǒng)湖沼積>全新統(tǒng)湖積層>長(zhǎng)漢混合沖積帶>其它沖積土；從土地利用上來(lái)看一般旱地>水澆地>水田。

表4 長(zhǎng)江、漢水沖積帶主要農(nóng)業(yè)土地利用類型表層土壤硒背景值

4 平原區(qū)土壤中硒物質(zhì)來(lái)源及富集受控因素分析

4.1 硒的主要物質(zhì)來(lái)源

據(jù)區(qū)域數(shù)據(jù)相關(guān)性統(tǒng)計(jì),與硒存在顯著相關(guān)的元素有:Se-Mo 0.45，Se-Cd 0.36，Se-Ni 0.33，Se-V 0.37，Se-Zn 0.36，Se-C 0.34，Se-S 0.34。這種Se-Mo-Cd-Ni-V-Zn-C-S相關(guān)組合屬于黑色巖系標(biāo)志性組合,反映了沖積帶硒的來(lái)源。目前,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上游黑色巖系中存在著天然硒礦資源,經(jīng)初步勘查評(píng)價(jià),僅鄂西一帶硒儲(chǔ)量達(dá)50億t,由此認(rèn)為,沖積帶內(nèi)的硒富集應(yīng)來(lái)自上游富硒的黑色碳硅質(zhì)巖系風(fēng)化搬運(yùn)沉積。

4.2 平原區(qū)土壤中硒富集受控因素分析

4.2.1 硒在沖積帶內(nèi)的沉積分異

河流沖積帶水平橫向上,物質(zhì)組分受洪泛分異這一最基本要素控制,而洪泛的脈動(dòng)性和不規(guī)律性使洪泛泥沙堆積機(jī)制變得十分復(fù)雜,但始終存在著隨洪流由高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中,所攜帶的泥沙存在著浮泥分選分異的沉淀過(guò)程。如上節(jié)所述,在沖積平原地區(qū),硒隨含炭巖系沉積分異,一般在粗粒沉積物中含硒較低,細(xì)粒沉積物中含硒較高；而湖沼沉積物中硒最為富集。

4.2.2 硒在表土帶內(nèi)的生物學(xué)富集

主要表現(xiàn)在江漢平原土壤體系內(nèi)硒與碳、Org.C、硫、氮的相關(guān)特性上,相關(guān)系數(shù)依序分別為0.38、0.29、0.34、0.25,這種相關(guān)組合,反映了這些生命元素在表土中的相互依賴性,更反映了他們不以母質(zhì)背景,而以生物植被及微生物酶環(huán)境為依托的特殊地球化學(xué)組成。因此,該元素組合被認(rèn)為是硒的典型生物學(xué)富集因子,即硒在沖積體系原有分異性富集基礎(chǔ)上,再次隨土壤生物活動(dòng)發(fā)生著集聚的生物地球化學(xué)過(guò)程,構(gòu)成硒、硫、氮、有機(jī)碳等的共生富集,反映出硒在沖積帶內(nèi)初始分異富集背景上,其后再次歷經(jīng)了一次生物富集的疊加。而由土壤表層垂直向下,Se含量逐漸降低,顯示硒的生物學(xué)富集僅限于土壤表層,與土壤剖面上的生物富集規(guī)律相一致。

4.2.3 人為環(huán)境污染

這類富集主要為少數(shù)的點(diǎn)狀富集。當(dāng)工業(yè)和民用燃煤燃燒或廢棄生物有機(jī)物殘骸分解時(shí),則形成和黑色含炭巖系或生物富集元素組合上相類似局部區(qū)域,但這類污染點(diǎn)元素含量畸變,變異性較大。

5 富硒土壤的經(jīng)濟(jì)意義

江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤呈偏堿性,有利于土壤中的Se向農(nóng)作物中的轉(zhuǎn)化,并對(duì)重金屬元素的吸收有抑制作用。對(duì)區(qū)內(nèi)稻米和小麥面粉進(jìn)行了采樣分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 農(nóng)作物中硒含量特征

注:*為稻米中Se檢出限位0.01×10-6,其中有8件樣品未檢出,不參加平均值統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)來(lái)源為江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)(2007年)、富硒區(qū)農(nóng)作物專項(xiàng)調(diào)查(2011年)。

富硒土壤區(qū)出產(chǎn)的稻米Se含量遠(yuǎn)高于非富硒土壤區(qū)，并絕大多數(shù)樣品達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)0.04×10-6(國(guó)家富硒稻谷標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 22499—2008))的要求。在區(qū)域上采集的87件稻米樣品,在非富硒土壤區(qū)及中硒區(qū)(w(Se)<0.4×10-6)70件樣品中,Se含量最高值為0.09×10-6,平均值為0.027×10-6；富硒土壤區(qū)(w(Se)≥0.4×10-6)所采17件樣品中,稻米中Se最小值為0.03×10-6,最高值為0.14×10-6,平均值為0.069×10-6；稻米Se含量與其對(duì)應(yīng)根系土Se含量關(guān)系見(jiàn)圖1(數(shù)據(jù)來(lái)源為江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià))。

圖1 稻米與根系土Se含量散點(diǎn)圖Fig.1 Scatter diagram of Se content in rice and root soil

圖2 小麥面粉與根系土Se含量散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter diagram of Se content in wheat flour and root soil

同樣,從小麥采樣分析結(jié)果(去皮分析面粉)來(lái)看(表5、圖2),在非富硒土壤區(qū)及中硒區(qū)采集的樣品中,面粉Se最低含量為0.01×10-6,最高值為0.21×10-6,平均值為0.041×10-6；富硒土壤區(qū)樣品中面粉Se含量個(gè)別低值為0.012×10-6,而大多數(shù)樣品超過(guò)富硒標(biāo)準(zhǔn)(限量值0.04×10-6,比照富硒稻谷標(biāo)準(zhǔn)),最高值0.269×10-6,平均值為0.10×10-6；面粉Se含量與其對(duì)應(yīng)根系土Se含量關(guān)系見(jiàn)圖2(數(shù)據(jù)來(lái)源為江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià))。表明富硒土壤區(qū)種植的小麥硒含量更高。

上述結(jié)果表明,在未使用任何硒肥的情況下,富硒土壤區(qū)能夠生產(chǎn)基本富硒的稻米、小麥,因此,富硒土壤資源是天然富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)和保證。

江漢平原素有“魚米之鄉(xiāng)”之稱,是全國(guó)的重要糧油生產(chǎn)基地,在已完成調(diào)查的區(qū)域中富硒土壤面積(含極富硒)10 068 km2,適合富硒土壤開發(fā)的面積約7 000 km2。在連片富硒土壤區(qū)進(jìn)行規(guī)模性的富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā),生產(chǎn)出天然的富硒農(nóng)產(chǎn)品,將有利于江漢平原農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí),提高產(chǎn)品的附加值,增加農(nóng)民的收入。

6 結(jié)論

(1) 江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤Se含量背景值為0.295×10-6,高于全國(guó)和世界正常土壤Se含量背景值。在沖積帶沖—湖積相和古生界地層區(qū)近源的殘坡(沖)積土壤中背景值較高。

(2) 江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)富硒土壤面積10 068 km2,可供利用開發(fā)的面積約7 000 km2,多連片分布,有利于大規(guī)模的開發(fā)利用。

(3) 除城鎮(zhèn)區(qū)少量點(diǎn)污染外,江漢流域土壤中Se主要來(lái)源于上游黑色含炭巖系,后期土壤發(fā)育過(guò)程中進(jìn)一步遭受生物學(xué)的疊加富集,從而形成一套可供開發(fā)的富硒土壤。

(4) 農(nóng)作物調(diào)查結(jié)果顯示,富硒土壤區(qū)生產(chǎn)出來(lái)的稻米、面粉總體高于非富硒土壤區(qū),且有部分農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到天然富硒標(biāo)準(zhǔn),江漢流域區(qū)富硒土壤資源可以大規(guī)模開發(fā)出天然的富硒農(nóng)產(chǎn)品,其經(jīng)濟(jì)利用前景廣闊。

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(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Distribution Characteristics and Utilization Prospect of Selenium Resources ofSoil in Jianghan Basin Economic Zone

XIANG Jianqiao1, HU Ruichun2, ZHANG Yuanpei2, SONG Changhong2

(1.HubeiInstituteofSelenium-richIndustry,Wuhan,Hubei430034; 2.WuhanBrigadeofHydrogeologyandEngineeringGeology,Wuhan,Hubei430056)

Through soil survey of 7.9 million square kilometers land area in Jianghan basin economic zone,the results show content of selenium in the background value is 0.295×10-6,which is higher than the national and world normal selenium content in the soil background.Selenium-rich soil has an area of 10 068 square kilometers.The use in the development of the area is about 7 000 square kilometers.It is mostly contiguous distribution,suitable for large-scale development and utilization.Selenium enrichment is relevant to soil parent material background.Except for selenium content of soil of formation of the Permian,the Cambrian strata in the black rock series is high,selenium content of weathered parent material soil is low in general.Alluvial parent material soil content is high as a whole.Survey results also show selenium content of production of rice and flour in selenium-rich soil region is higher than non selenium- rich soil region on the whole .

Jianghan basin; selenium-rich soil; geochemistry; agricultural geology

2015-03-26;改回日期:2015-04-17

項(xiàng)劍橋(1969-),男,高級(jí)工程師,地球化學(xué)專業(yè),從事勘查地球化學(xué)工作。E-mail:974559934@qq.com

S153; P618.76

A

1671-1211(2015)04-0431-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504014

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1333.007.html 數(shù)字出版日期:2015-06-19 13:33