湖北省隨縣洪山鎮(zhèn)土壤Se的地球化學(xué)特征

楊文兵, 劉 星, 陳以春, 馮久林

((湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊,湖北 襄陽 441002)

湖北省隨縣洪山鎮(zhèn)土壤Se的地球化學(xué)特征

楊文兵, 劉 星, 陳以春, 馮久林

((湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊,湖北 襄陽 441002)

通過對湖北省隨縣洪山鎮(zhèn)開展土壤地球化學(xué)調(diào)查,研究土壤Se的地球化學(xué)分布特征和影響因素。研究表明,研究區(qū)內(nèi)表層土壤Se含量平均值為0.27 mg/kg,是全國均值的1.3倍,整體屬足硒適中水平。研究區(qū)內(nèi)富硒區(qū)土壤Se含量主要受地質(zhì)背景控制,震旦系及寒武系地層分布區(qū)是主要的富硒區(qū)域,富硒區(qū)域內(nèi)土壤Se含量隨深度增加而升高。研究區(qū)內(nèi)第四系、白堊系、元古界及侵入巖分布區(qū)為非富硒區(qū),成土母源的控制作用較弱,其表層土壤Se含量與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系密切,在成土母巖和次生生物富集等多因素的共同作用下,表層土壤Se含量有不同程度的次生富集現(xiàn)象。

土壤Se含量;地球化學(xué)特征;分布規(guī)律;影響因素

根據(jù)硒的生物學(xué)作用研究,硒有保護(hù)機(jī)體免受氧化物損害的功能。研究表明,硒能改善動物機(jī)體的免疫力,提高人體抗癌能力,抑制鎘、砷、汞、銀等重金屬毒性[1-2]。缺硒可引起克山病、大骨節(jié)病等地方病。中國是世界上缺硒最嚴(yán)重的國家之一,低硒或缺硒省份約占全國總面積的72%,其中30%為嚴(yán)重缺硒地區(qū)[3]。根據(jù)調(diào)查,鄂北地區(qū)有著較大面積的富硒土壤資源分布,但其土壤硒資源分布特征及影響因素尚缺乏系統(tǒng)研究,通過典型研究區(qū)域的探討,查明地區(qū)富硒土壤分布規(guī)律及其影響因素,對指導(dǎo)富硒土壤調(diào)查及開發(fā)具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

隨縣位于湖北省北部,隸屬隨州市,是中國優(yōu)質(zhì)大米、優(yōu)質(zhì)小麥、優(yōu)質(zhì)棉、商品畜禽和重要的食用菌生產(chǎn)基地。本次研究區(qū)域?yàn)殡S縣洪山鎮(zhèn),研究區(qū)面積320 km2,主要發(fā)育的土壤類型為泥質(zhì)巖黃棕壤土和潴育型水稻土,地形以低山、丘陵、崗地為主,全鎮(zhèn)海拔約在170～450 m之間。南部及東部山脈主要為大洪山余脈,地勢總體東高西低。氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,冬季溫和,夏季高溫,光照充足,雨熱同期,四季分明,無霜期和生長期較長,積溫較高,嚴(yán)寒酷暑時間短,風(fēng)向有明顯的季節(jié)變化,夏季多偏南風(fēng),冬季多偏北風(fēng),全年以東南風(fēng)為主,年平均氣溫在15 ℃左右,平均降水量在1 000 mm左右,全年平均日照時間為2 090 h,無霜期為280 d。

研究區(qū)主要為南秦嶺地層區(qū),第四系—元古界武當(dāng)巖群均有出露。其中,第四系主要為全新統(tǒng)沖積物,由礫石層、含泥卵石層和土層組成;白堊系出露寺溝組,主要由一套紅色粉砂巖、砂巖、砂礫巖、礫巖組成;寒武系出露立秋灣組、雙尖山組、楊家堡組和莊子溝組,主要發(fā)育有淺海相黑色頁巖、砂巖、石灰?guī)r及白云巖;震旦系包括燈影組和陡山沱組,主要為泥質(zhì)巖、白云巖、粉砂質(zhì)頁巖及硅質(zhì)碳酸鹽巖、碳酸鹽巖;中元古界地層主要為武當(dāng)巖群變火山巖組,由陽起片巖、鈉長片巖、絹(白)云石英片巖、炭質(zhì)片巖等組成。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集

依據(jù)土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范要求[4],表層土壤樣品的布設(shè)以圖斑結(jié)合方里網(wǎng)格布樣,每平方千米采樣5件,主要在有代表性的農(nóng)用大田、菜地等田塊中心采樣,避開田埂、明顯點(diǎn)狀污染。以木鍬為械具,標(biāo)準(zhǔn)化地采集地表0～20 cm的原始新鮮土壤,去除雜草、草根、礫石、磚塊、肥料團(tuán)塊等雜物。為增加土壤樣品的代表性,以梅花法多點(diǎn)采集3～5個子樣組合為一個樣品。垂直剖面的采集主要依據(jù)土壤分層進(jìn)行,以開挖土壤剖面形式或使用洛陽鏟采集0～200 cm土壤柱。所有樣品原重1 000 g以上,過20目尼龍篩后截取550 g送樣分析。

2.2 樣品分析

樣品分析測試工作由國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔(dān),分析質(zhì)量監(jiān)控嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求[5]。土壤Se元素分析方法為原子熒光光譜法,檢出限為0.01×10-6,報出率100%,合格率100%;土壤有機(jī)質(zhì)分析方法為氧化還原法,檢出限為0.02×10-6,報出率100%,合格率100%。

3 土壤Se元素的地球化學(xué)分布特征

研究區(qū)內(nèi)表層土壤Se元素含量為0.07～12.40 mg/kg,全區(qū)Se元素平均含量達(dá)到0.27 mg/kg,超過譚見安等劃分的適硒土壤標(biāo)準(zhǔn)下限標(biāo)準(zhǔn)值的0.175 mg/kg,接近于江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤硒含量背景值(0.295 mg/kg)[6],同時,也高于襄陽—隨州地區(qū)表層土壤硒含量背景值(0.20 mg/kg)和全國土壤含Se量均值(0.207 mg/kg)[7],屬區(qū)域性的富硒地帶。全區(qū)Se元素變異系數(shù)達(dá)到1.65,呈顯著分異分布。

土壤中Se含量水平與成土母質(zhì)類型關(guān)系密切,表1為研究區(qū)內(nèi)各地層單元內(nèi)表層土壤Se含量統(tǒng)計?？梢钥吹?評價區(qū)中土壤Se元素含量依次為震旦>寒武>侵入巖>全區(qū)>侵入巖系≈武當(dāng)巖群≈白堊系≈第四系,即Se元素在震旦系、寒武系地層分布區(qū)中出現(xiàn)富集,且在震旦系地層分布區(qū)中含量最高,分別達(dá)到0.72 mg/kg和0.52 mg/kg,是全區(qū)平均含量的2.69倍和1.95倍。在武當(dāng)巖群、白堊系、第四系與侵入巖分布區(qū)域相對匱乏,這些地層中土壤硒含量十分接近,均介于0.22～0.24 mg/kg之間。研究區(qū)中震旦系主要包含陡山沱組和燈影組地層,其中,在陡山沱組地層分布區(qū)取樣79件,Se平均含量為0.75 mg/kg;在燈影組地層分布區(qū)域取樣12件,土壤Se平均含量為0.49 mg/kg。即研究區(qū)內(nèi)震旦系陡山沱組地層分布區(qū)內(nèi)含Se量最為豐富。

表1 研究區(qū)內(nèi)各地層單元表層土壤Se元素含量統(tǒng)計特征表

注:濃集比例K=各地層單元內(nèi)表層土壤平均值/全區(qū)土壤平均值。

統(tǒng)計深層土壤(150～200 cm)與對應(yīng)表層土壤Se含量,可得線性方程Se表=1.341 2×Se深-0.183 9(圖1)(r=0.785,n=45),說明表層土壤Se含量整體受控于深層土壤Se含量,且與其呈現(xiàn)較為明顯的線性正相關(guān)。

圖1 研究區(qū)表、深層土壤Se含量散點(diǎn)圖Fig.1 The scatter diagram of selenium content in deep soil in surface area

在不同土壤類型及土地利用下,表層土壤Se含量也有一定差異。總體表現(xiàn)為水稻土(0.34 mg/kg)高于黃棕壤土(0.24 mg/kg);林地(0.53 mg/kg)>旱地(0.25 mg/kg)>水田(0.24 mg/kg)。

4 土壤Se含量影響因素分析

Se是親硫元素,也是親生物元素,在表生地球化學(xué)循環(huán)過程中,容易產(chǎn)生次生富集貧化作用[8]。根據(jù)相關(guān)學(xué)者研究,表層土壤Se含量主要受到成土母巖、氣候條件、生物富集、地形條件、人為因素等綜合影響。不同地理區(qū)域位置,其受控因素并不相同,李家熙等人認(rèn)為高硒土壤主要繼承于富硒巖石和煤層。王美珠[9]等則認(rèn)為成土母巖是影響土壤Se含量的主要決定因素,生物、氣候、地形等對土壤含硒量的消長也起著一定的作用。此外,江漢流域、浙北平原等無富硒原巖區(qū)域則主要為高硒土壤在后期有機(jī)質(zhì)吸附及生物富集作用下產(chǎn)生的區(qū)域性富集[10]。

為研究地質(zhì)背景對土壤表、深部Se含量的影響,在研究區(qū)西部震旦系陡山沱組出露區(qū),以500 m間隔沿正南方向連續(xù)采集垂直剖面6處,取樣位置及土壤Se元素含量見圖2及圖3。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)背景及垂直剖面取樣位置圖Fig.2 The site drawing of the geological background and the vertical section sampling in area

圖3 土壤剖面Se含量垂向變化特征Fig.3 The vertical variation characteristics of selenium content in soil profile

可以看到,CP05處震旦系陡山沱組地層分布區(qū),其表、深部土壤含Se均遠(yuǎn)高于其它剖面。在震旦系陡山沱組地層中開挖的垂直剖面中,土壤Se含量在0～50 cm范圍內(nèi)較為穩(wěn)定,含量介于1.11～1.04 mg/kg,平均含量1.08 mg/kg,在接近成土母巖時,土壤含Se量出現(xiàn)較大幅度的增加,分別達(dá)到1.95 mg/kg和2.53 mg/kg,平均含量達(dá)到2.24 mg/kg,是淺部土壤Se含量的2.07倍。其余剖面中,0～20 cm表層土壤Se含量較為一致,介于0.18～0.25 mg/kg,平均含量為0.23 mg/kg,與全區(qū)白堊系及第四系地層分布區(qū)表層土壤Se含量相當(dāng)。0～200 cm深度范圍內(nèi),土壤Se含量隨深度增加而逐漸減少;在50～150 cm深度時,土壤Se含量為0.07～0.16 mg/kg,平均含量為0.11 mg/kg;在150～200 cm深度時,土壤Se含量僅為0.06～0.14 mg/kg,平均含量為0.10 mg/kg。即垂向剖面上,中深部土壤Se含量分別為表層土壤Se含量的47.83%和43.48%,土壤Se含量表現(xiàn)出明顯的表層富集現(xiàn)象,且在0～20 cm富集現(xiàn)象最為顯著。

前人研究表明,土壤Se含量與有機(jī)質(zhì)碳存在明顯的正相關(guān)關(guān)系,有機(jī)質(zhì)對Se具有一定的吸附和固定作用[8,11]。圖4為研究區(qū)內(nèi)不同地層分布區(qū)表層土壤Se含量與有機(jī)質(zhì)碳含量散點(diǎn)圖,分析研究區(qū)內(nèi)不同地層單元范圍內(nèi)表層土壤Se含量與OrgC關(guān)系可以看到,土壤有機(jī)質(zhì)碳也在一定程度上影響著土壤Se含量,但不同地層區(qū)域內(nèi)有機(jī)質(zhì)對表層土壤Se含量影響并不相同,其中第四系和白堊系地層范圍內(nèi)Se與有機(jī)質(zhì)碳線性關(guān)系最好,二者相關(guān)系數(shù)分別為0.486和0.636,土壤有機(jī)質(zhì)碳在較大程度上決定著土壤Se含量水平。而在元古界和侵入巖地層分布區(qū)中,有機(jī)質(zhì)碳與Se含量相關(guān)系數(shù)分別為0.267和0.326,二者仍呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性。在寒武系和震旦系地層分布區(qū)域中,有機(jī)質(zhì)碳與Se含量相關(guān)系數(shù)分別為-0.227、0.197,土壤Se含量受控因素與有機(jī)質(zhì)碳含量基本無關(guān),其表層土壤Se含量主要受地層控制及成土母源影響。

圖4 研究區(qū)不同地層分布區(qū)土壤Se與OrgC含量散點(diǎn)圖Fig.4 The scatter diagram of selenium content in surface soil and OrgC content with different stratigraphic distribution area

由以上特點(diǎn)可以認(rèn)為,首先研究區(qū)內(nèi)土壤中硒含量受到成土母源的絕對影響。震旦系、寒武系地層土壤表、深部硒含量均高于其它區(qū)域,說明富硒成土母巖的風(fēng)化成土有效增加了土壤中各深度層的硒含量。其次,無論是原生富硒還是外界沖積、風(fēng)化帶入硒元素區(qū)域,其土壤硒含量均同時受到成土母源、土壤淋溶、黏化作用及生物富集作用的共同影響,并且在外源硒的影響下,部分區(qū)域可能出現(xiàn)硒元素的表層富集現(xiàn)象,其土壤中深部硒元素本底值越低,表層土壤中次生富集現(xiàn)象越明顯。

5 結(jié)論

(1) 研究區(qū)內(nèi)表層土壤Se含量平均值為0.27 mg/kg,是全國均值的1.3倍,整體屬足硒適中水平。

(2) 研究區(qū)內(nèi)富硒區(qū)土壤Se含量主要受地質(zhì)背景控制,震旦系及寒武系地層分布區(qū)是主要的富硒區(qū)域,富硒區(qū)域內(nèi)土壤Se含量隨深度增加而升高。

(3) 研究區(qū)內(nèi)第四系、白堊系、元古界及侵入巖分布區(qū)為非富硒區(qū),成土母源的控制作用較弱,其表層土壤Se含量與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系密切,在成土母巖和次生生物富集等多因素的共同作用下,表層土壤Se含量有不同程度的次生富集現(xiàn)象。

[1] 李家熙,張光第,葛曉云,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.

[2] 陳亮,李桃.元素硒與人體健康[J].微量元素與健康研究,2004,21(3):58-59.

[3] 譚見安.中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集[M].北京:科學(xué)出版社,1989.

[4] 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(1∶250 000):DD2005-01[S].北京:中國地質(zhì)調(diào)查局,2005.

[5] 中國地質(zhì)調(diào)查局.生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析測試技術(shù)要求:DD2005-03[S].北京:中國地質(zhì)調(diào)查局,2005.

[6] 項劍橋,胡瑞春,張元培,等.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[J].資源環(huán)境與工程,2015,29(4):431-435.

[7] 魏復(fù)盛,楊國志,蔣德珍,等.中國土壤元素背景值基本統(tǒng)計量及其特征[J].中國環(huán)境檢測,1991,7(1):1-6.

[8] 楊忠芳,余濤,侯青葉,等.海南島農(nóng)田土壤Se的地球化學(xué)特征[J].現(xiàn)代地質(zhì),2012,10(26):837-849.

[9] 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.

[10] 胡艷華,王加恩,顏鐵增,等.浙北平原區(qū)土壤硒地球化學(xué)研究[J].上海國土資源,2010,31(S1):103-106.

[11] 楊志強(qiáng),李杰,鄭國東,等.廣西北部灣沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)富硒土壤地球化學(xué)特征[J].物探與化探,2014,38(6):1260-1264.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Geochemical Characteristics of Soil Selenium in Hongshan Town,Suizhou City,Hubei Province

YANG Wenbing, LIU Xing, CHEN Yichun, FENG Jiuling

(EighthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiangyang,Hubei441002)

The geochemical distribution characteristics and influencing factors about selenium in soil are studied through carrying out soil geochemistry survey in Hongshan town,Suizhou city,Hubei province. The research show that selenium content in soil is in average of 0.27 mg/kg in surface soil area and is 1.3 times in national average value,also belongs to moderate enough selenium level in the overall. Selenium content in soil is mainly controlled by the geological background in selenium-rich area,Simian system and Cambrian strata distribution areas are the main selenium-rich area and selenium content in soil increased with the increase of depth in this area. Quaternary,Cretaceous,Proterozoic and intrusive rock distribution are the rich selenium areas and the control action about original source of soil formation is weak. And selenium content in surface soil has a close relationship with organic matter content and has secondary enrichment phenomenon in different levels under the common action of soil parent rock and secondary bioaccumulation factors and so on.

soil selenium content; geochemical characteristics; distribution law; influencing factor

2016-09-20;改回日期:2016-10-14

湖北省“金土地”工程項目——湖北省隨縣土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(二期),項目編號為JTD20150109。

楊文兵(1988-),男,助理工程師,勘查技術(shù)與工程專業(yè),從事地質(zhì)勘查工作。E-mail:464702072@qq.com

P595; X142

A

1671-1211(2016)06-0843-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.009

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161109.1112.042.html 數(shù)字出版日期:2016-11-09 11:12