章丘地區(qū)土壤硒的含量分布及影響因素

趙西強，張貴麗

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟南　250013)

章丘地區(qū)土壤硒的含量分布及影響因素

趙西強，張貴麗

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟南250013)

以章丘地區(qū)土壤為對象，系統(tǒng)分析了表層、深層土壤及8條剖面土壤中Se元素的含量水平，研究了土壤中Se的分布特征及其與土壤類型、成土母質(zhì)、地形地貌和土壤理化性質(zhì)及組分的關(guān)系。結(jié)果表明：章丘地區(qū)表層土壤中Se含量在0.1～0.8mg/kg之間，以中硒土壤為主，富硒土壤面積173km2。土壤類型中，水稻土Se平均含量水平最高，為0.55mg/kg；成土母質(zhì)中以石炭—二疊紀泥頁巖發(fā)育的土壤Se含量最高；剖面土壤中的Se主要在表層富集。影響章丘地區(qū)土壤Se含量分布的主要因素是成土母質(zhì)、地形地貌、土壤pH、有機質(zhì)及土壤中硫、鐵鋁氧化物等組分。

土壤Se；分布特征；影響因素；章丘地區(qū)

引文格式：趙西強，張貴麗.章丘地區(qū)土壤硒的含量分布及影響因素[J].山東國土資源，2015,31(3):46-49.ZHAO Xiqiang, ZHANG Guili.Distribution and Content of Selenium in Soil and Its Influence Factors in Zhangqiu Area[J].Shandong Land and Resources,2015，31(3)：46-49.

1999年至今，我國已完成1∶25萬多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查面積165萬km2[1]。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在浙江、江西、青海等部分省市表層土壤中發(fā)現(xiàn)硒元素富集區(qū)[2-4]，并開展了富硒土壤評價。

章丘地區(qū)曾進行過兩次土壤地球化學(xué)測量，其中山東省地質(zhì)科學(xué)研究院在2001年開展過“四珍一特”農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景調(diào)查，山東省地質(zhì)調(diào)查院于2006年在山東省黃河下游流域1∶25萬多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的基礎(chǔ)上，在章丘市中北部開展了面積為1027km2的1∶5萬土壤地球化學(xué)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了富硒土壤168km2。王存龍等研究了章丘大蔥品質(zhì)與富硒土壤環(huán)境的關(guān)系[5]。該文通過對章丘全區(qū)土壤中硒的分布及影響因素研究，為該區(qū)特色農(nóng)產(chǎn)品種植規(guī)劃，富硒土壤資源評價及富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)提供基礎(chǔ)地球化學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1調(diào)查區(qū)概況

章丘市位于山東省濟南市東45km，面積1855km2。屬于中緯度地區(qū)，氣候變化受季風(fēng)影響較大，屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)中的大陸性氣候。調(diào)查區(qū)北部地勢平坦，屬微傾斜平原，中部為山前傾斜平原，海拔標(biāo)高為60m左右，大部分為第四紀地層沉積物覆蓋，繡惠鎮(zhèn)女郎山地區(qū)有三疊紀紫紅色砂頁巖出露；南部低山丘陵區(qū)海拔標(biāo)高可達到100m以上，最高峰是位于南部的雞爪頂，海拔924m。南部低山丘陵區(qū)出露少量石炭紀、二疊紀地層，山區(qū)主要為奧陶紀灰?guī)r以及少量石炭紀泥巖、砂巖；東部白堊紀火山巖系發(fā)育，并伴有少量侏羅紀閃長巖類和三疊紀輝長巖類。

1.2樣品采集與分析

根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(DD2005-01)要求，采集了表層、深層土壤樣和垂向剖面土壤樣。表層土壤樣的采樣密度為1個樣/km2,采樣深度為0～20cm,按照1個樣/4km2組合分析。深層土壤樣品采樣密度為1個樣/4km2，采樣深度為150～200cm，按照1個樣/16km2組合分析，剖面土壤分層取樣。

土壤樣品元素分析由國土資源部武漢綜合巖礦測試中心完成，并嚴格按照多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(DD2005-01)進行。Se元素采用原子熒光光譜法(AFS)進行，檢出限為0.01mg/kg；X射線熒光光譜法分析Al2O3，TFe2O3，Mn，檢出限分別為0.02%，0.02%，5mg/kg；用離子電極法測試pH，檢出限為0.01；容量法測定土壤中的有機碳，檢出限為0.02%。分析質(zhì)量采用了全國質(zhì)量監(jiān)控制度進行控制，元素分析方法實際檢出限、準(zhǔn)確度、精密度等分析方法各項質(zhì)量指標(biāo)達到或優(yōu)于規(guī)范要求。取得土壤數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，滿足要求。數(shù)據(jù)統(tǒng)計利用Spss17和Excel2010軟件處理，采用MapGIS 6.7軟件繪制元素含量分布圖。

2　結(jié)果與討論

2.1土壤Se含量分布

全區(qū)表層和深層土壤樣品中Se的含量平均值分別為0.32mg/kg和0.13mg/kg(表1)，表層土壤Se含量是深層土壤的2.5倍，是山東土壤Se背景含量的2.5倍(山東土壤Se背景值0.13mg/kg)[6]，比全國土壤Se背景含量略高(全國土壤Se背景值0.29mg/kg)[7]，表明章丘地區(qū)表層土壤中Se相對全省土壤背景Se含量呈顯著富集的特征。

表1　章丘地區(qū)表層與深層土壤中Se含量對比

依據(jù)李家熙對低硒土壤(0.1～0.2mg/kg)、中硒土壤(0.2～0.4mg/kg)、富硒土壤(>0.4mg/kg)的劃分[8]，將全區(qū)表層土壤中Se含量繪制地球化學(xué)圖(圖1)。研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)土壤Se含量的分布以中硒土壤為主，面積1246km2,富硒土壤面積173km2，主要分布在繡惠鎮(zhèn)、相公鎮(zhèn)至官莊、埠村鎮(zhèn)及文祖鎮(zhèn)等地。低硒土壤集中分布在研究區(qū)北部呂家寨、高官寨等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這與該地區(qū)土壤母質(zhì)為黃河沖積物，土壤肥力較低有關(guān)。

圖1　章丘地區(qū)表層土壤Se分布圖

2.2不同類型土壤中Se的分布

不同土壤類型中Se的含量分布具有差異，參照中國土壤系統(tǒng)分類法，可以將章丘地區(qū)的土壤分為棕壤、褐土、潮土、砂漿黑土、水稻土及風(fēng)砂土等，其中以褐土和潮土的面積較大，分別占總面積的71.29%，19.81%。從表2可以看出，不同類型的土壤中Se平均含量差異較大，水稻土中Se的平均含量最高，達到0.55mg/kg，褐土與砂漿黑土次之，風(fēng)砂土中Se含量最低，為0.12mg/kg。與全省土壤的Se背景含量(0.13mg/kg)相比，除風(fēng)砂土略低外，其他類型土壤中Se含量均高于全省土壤Se背景含量。不同類型土壤中Se的富集程度差別較大，其富集水平大小順序為水稻土>褐土>砂漿黑土>棕壤>潮土>風(fēng)砂土。

表2　不同土壤類型中Se元素含量統(tǒng)計　mg/kg

2.3Se在土壤剖面中的分布

土壤剖面中Se的分布特征反映了成土母質(zhì)組成及成壤作用的改造程度。有研究表明[9-10]，剖面土壤中Se的分布因生物累積作用和淋漓作用的相對強弱而歸結(jié)為3種表現(xiàn)形式：表聚型即上高下低；上低下高，即土壤中Se含量隨深度增加而增高；均勻分布型。圖2為章丘地區(qū)土壤剖面中Se的分布情況。從圖中可看出，章丘地區(qū)土壤剖面中Se的分布除p5剖面外均表現(xiàn)為表層富集，即上層土壤中Se的相對含量是趨向增加的。Se在土壤剖面中分布的多樣性是受多種因素影響所致，其中成土母質(zhì)為最重要的因素之一。

圖2　章丘地區(qū)土壤剖面中Se的含量分布

2.4影響土壤中Se含量及其分布的因素

土壤中Se的含量分布除受成土母質(zhì)影響較大外，還受到區(qū)域地形地貌特征、土壤理化性質(zhì)、元素Se的形態(tài)及土地利用方式等因素的影響[11]。

2.4.1地形地貌對土壤Se分布的影響

章丘市總體具有南高北低的態(tài)勢，坡度由北至南逐漸增大。區(qū)內(nèi)第四紀地貌特征按成因可以分為6個單元：黃河沖積平原、山前沖積-洪積平原、山間沖積-洪積平原、剝蝕溶蝕丘陵、低山及中山(表3)。

表3　不同地貌類型土壤的Se含量

由表3可見，山間沖積-洪積平原、丘陵及低山區(qū)土壤具有較高的Se含量，山前沖積-洪積平原與中山區(qū)土壤Se含量相當(dāng)，而黃河沖積平原發(fā)育的土壤Se含量水平較低。不同地貌類型的土壤Se含量具有明顯差異性，土壤中Se含量隨海拔增高有增加的趨勢。章海波等在研究香港土壤的Se元素含量分布時，也發(fā)現(xiàn)表層土壤中Se含量與海拔高度呈顯著正相關(guān)[12]。

2.4.2成土母質(zhì)對土壤Se分布的影響

章丘地區(qū)主要的成土母質(zhì)為三疊紀砂頁巖、奧陶紀灰?guī)r和白堊紀火山巖風(fēng)化物，還有部分泰山巖群變質(zhì)巖、石炭-二疊紀泥頁巖(含煤地層)和沖積物母質(zhì)。以砂頁巖、泥頁巖、灰?guī)r、火山巖及變質(zhì)巖中Se元素的平均含量水平表征Se元素在成土母質(zhì)中的含量，沖積物母質(zhì)以其發(fā)育的深層土壤(150～200cm)中Se含量來反映[13]，并對不同母質(zhì)類型發(fā)育的土壤中Se平均含量進行對比(圖3)。由圖3可以看出，三疊紀砂頁巖及石炭-二疊紀泥頁巖發(fā)育的土壤中具有較高的Se水平，并與表層富Se土壤區(qū)相對應(yīng)，而沖積物發(fā)育的土壤中Se含量較低。因此，土壤Se含量水平受成土母質(zhì)的影響顯著，母巖中Se含量高的地區(qū)，其發(fā)育的土壤中Se更易于富集[9]。

圖3　不同母質(zhì)類型的土壤Se含量

2.4.3土壤理化性質(zhì)及組分的影響

章丘地區(qū)表層土壤中Se含量與土壤pH、有機碳及其他元素的相關(guān)性分析表明(表4)，土壤Se含量與土壤pH呈顯著負相關(guān)(r=-0.319，p<0.01)，而與土壤中Corg呈極顯著正相關(guān)(r=0.842，p<0.01)。

表4　章丘地區(qū)表層土壤Se含量與其他元素的相關(guān)性

注：表中數(shù)據(jù)在0.01水平(單側(cè))上顯著相關(guān)

與土壤Se含量相關(guān)性較高的土壤元素還有S(r=0.621，p<0.01)，Mo(r=0.571，p<0.01)，Mn(r=0.348，p<0.01)，TFe2O3(r=0.446，p<0.01)和Al2O3(r=0.417，p<0.01)等。以往的研究者也發(fā)現(xiàn)土壤中Se含量與全硫呈顯著性相關(guān)關(guān)系[12]。土壤中Fe，Mn，Al的全量與Se含量均有極顯著的相關(guān)性，但Fe與Se的相關(guān)性強于Al，Mn與Se的相關(guān)性，這可能是由于不同的氧化物對Se的吸附能力不同引起的。同時，土壤中Fe，Al氧化物對Se的吸附受到土壤pH和氧化還原電位的影響，在相對還原環(huán)境下，活性Fe3+易還原為Fe2+,就大大降低了對Se的吸附能力[15]。另一方面，土壤中被鹽基離子淋失后的Fe和Al相對富集,這些因素形成了有利于土壤Se富集的地球化學(xué)環(huán)境。因此章丘土壤中有機質(zhì)及硫等有益元素的高背景也是土壤Se易富集的重要因素。

3　結(jié)論

章丘地區(qū)土壤Se含量在0.1～0.8mg/kg之間，總體上屬于中Se土壤。不同土壤類型中水稻土中Se平均含量最高；成土母質(zhì)以石炭-二疊紀泥頁巖發(fā)育的土壤Se含量最高，亦是表層土壤Se富集的重要因素。地形地貌、成土母質(zhì)和土壤理化性及組分對Se的分布有較大影響。

[1]奚小環(huán),李敏.現(xiàn)代地質(zhì)工作重要發(fā)展領(lǐng)域：“十一五”期間勘查地球化學(xué)評述[J].地學(xué)前緣,2013,(3):161-169.

[2]酈逸根,董巖翔,鄭潔,等.浙江富硒土壤資源調(diào)查與評價[J].第四紀研究,2005,25(3):323-330.

[3]謝振東,衷存堤,付政羚,等.富硒土壤資源開發(fā)利用種植試驗研究[J].資源調(diào)查與環(huán)境,2010,31(2)：144-148.

[4]張洋,張榮,孫小鳳.青海省硒資源開發(fā)利用研究[J].資源與環(huán)境科學(xué),2011,22(3)：277-281.

[5]王存龍,王增輝,鄭偉軍,等.章丘市富硒土壤環(huán)境對大蔥品質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011,39(27)：16577-16580.

[6]萬廣華.山東土壤[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,1994.

[7]魏復(fù)盛．中國土壤元素背景值[M]．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,1990.

[8]李家熙,張光弟,葛曉立,等.人體硒缺乏與過剩的地球化學(xué)環(huán)境特征及其預(yù)測[M].北京:地質(zhì)出版社,2000.

[9]劉錚.中國土壤微量元素[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1996.

[10]王美珠,章明奎.我國部分高硒低硒土壤的成因初探[J].浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1996,22(1)：89-93.

[11]布和敖斯?fàn)?張東威,李力.土壤硒區(qū)域環(huán)境分異及安全闕值的研究[J].土壤學(xué)報,1995,32(2):186-193.

[12]章海波,駱永明,吳龍華,等.香港土壤研究Ⅱ.土壤硒的含量、分布及其影響因素[J].土壤學(xué)報,2005,42(3)：404-410.

[13]李杰,楊志強,劉枝剛,等.南寧市土壤硒分布特征及其影響因素探討[J].土壤學(xué)報,2012,49(5):1013-1019.

[14]瞿建國,徐伯興,龔書椿.上海不同地區(qū)土壤硒的形態(tài)分布及其有效性研究[J].土壤學(xué)報,1998,35(3):398-403.

[15]武少興,龔子同,黃標(biāo).我國土壤中的溶態(tài)硒含量及其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系[J].中國環(huán)境科學(xué),1997,17(6)：522-525.

Distribution and Content of Selenium in Soil and Its Influence Factors in Zhangqiu Area

ZHAO Xiqiang, ZHANG Guili

(Shandong Geological Surveying Institute, Shandong Jinan 250013, China)

Setting soil in Zhangqiu area as an example, the contents of Se in surface soil, deep soil and section 8 porfiles have been analyzed comprehensively, distribution characteristics, and the relation between distribution and soil types, soil parent materials, topography, geophysical and geochemical property and components have been studied as well. It is showed that the content of Se in surface soil is 0.1～0.8mg/kg. It is mainly composed of selenium-medium soil, while the square of selenium-rich is 173km2. Among soil types, the average content of Se in paddy soil is the highest as 0.55mg/kg; while among soil parent materials, the content of Se in Carboniferous-Permian soil is the highest. Se is concentrated in the surface in profile soil. The main factors affected the distribution of Se content in Zhangqiu area are soil parent material, topography, soil pH, organic matter, sulfur, iron and aluminum oxides and other components.

Selenium(Se); distribution and contents; influencing factors; Zhangqiu area

2014-03-24；

2014-06-11；編輯：曹麗麗

中國地質(zhì)調(diào)查局國家專項“山東省典型市縣級土地質(zhì)量地球化學(xué)評估”(GZTR20080324)

趙西強(1980—)，男，山東曹縣人，工程師，主要從事生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查與評價工作；E-mail:382129295@qq.com

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