湖南省慈利縣富硒土壤分布及成因規(guī)律研究

李榕，黃棟良，孫元貴，佘菊秋，何梓華，羅治勇

（1.湖南省地質(zhì)科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007；2.慈利縣國土資源局，湖南 張家界 427200）

湖南省慈利縣富硒土壤分布及成因規(guī)律研究

李榕1，黃棟良1，孫元貴2，佘菊秋2，何梓華1，羅治勇1

（1.湖南省地質(zhì)科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007；2.慈利縣國土資源局，湖南 張家界 427200）

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，慈利縣分布有大面積的富硒土壤，960 km2范圍重點(diǎn)區(qū)中富硒土壤面積占524.2 km2，土壤硒平均含量達(dá)0.54 mg/kg。各類成土母巖中，屬二疊系的炭質(zhì)頁巖與灰?guī)r硒含量最高，與其對應(yīng)的是在各地質(zhì)背景中二疊系表層土壤硒含量同樣最高，其次為三疊系、志留系土壤，硒元素在土壤與母巖中具有顯著繼承性。各地層剖面均顯示出硒元素呈現(xiàn)出表聚性規(guī)律，硒元素在表層土壤中大于深層土壤，而深層土壤硒含量則大于母巖硒含量。

富硒土壤；慈利縣；地層；巖石

硒是地球上一種稀有且分散的元素，是人體和動物必需的微量有益元素，據(jù)統(tǒng)計，我國有72%的地區(qū)處于缺硒和低硒狀態(tài)。湖南省開展了部分縣市區(qū)富硒土壤專項調(diào)查，其中對慈利縣進(jìn)行了富硒土壤專項調(diào)查。研究評價慈利縣重點(diǎn)區(qū)土壤硒含量的分布以及成因規(guī)律，可以為慈利縣富硒土壤的開發(fā)利用提供基礎(chǔ)依據(jù)，對促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 慈利縣地形地質(zhì)條件

慈利縣位于湖南省北部、澧水中游，屬湘西山區(qū)向濱湖平原過渡地帶，地勢自西北向東南傾斜。境內(nèi)地層出露較全，除石炭系與第三系外，其余地層在縣內(nèi)均有出露。地層巖性以沉積巖為主，主要包括灰?guī)r、砂巖及頁巖；區(qū)內(nèi)土壤類型主要為水稻土、紅壤和黃壤。

2 區(qū)域土壤、巖石硒含量調(diào)查方法

本調(diào)查項目主要考慮農(nóng)用地密度、地形、交通情況等因素，選取三個重點(diǎn)調(diào)查區(qū)，面積共計960 km2，地形條件以丘陵、平原為主，在區(qū)內(nèi)采集具代表性的土壤及巖石樣品。

I區(qū)包含楊柳鋪鄉(xiāng)、東岳觀鎮(zhèn)、通津鋪鎮(zhèn)、杉木橋鎮(zhèn)、象市鎮(zhèn)、江埡鎮(zhèn)、趙家崗鄉(xiāng)以及三官寺鄉(xiāng)，面積428.5 km2；II區(qū)包含苗市鎮(zhèn)、零溪鎮(zhèn)、零陽鎮(zhèn)、巖泊渡鎮(zhèn)及朝陽鄉(xiāng)，面積296.5 km2；III區(qū)包含宜沖橋鄉(xiāng)、甘堰土家族鄉(xiāng)、陽和鄉(xiāng)、許家坊鄉(xiāng)，面積235 km2。

2.1 土壤樣品

以2010年慈利縣1∶5萬土地利用現(xiàn)狀圖布置調(diào)查采樣工作，重點(diǎn)調(diào)查960 km2區(qū)域范圍，將重點(diǎn)區(qū)細(xì)分為水田、旱地、林地、建設(shè)用地、水域等，其中水田、旱地表層土壤（0～20 cm）采樣密度為2件/km2，林地采樣密度為1件/2 km2，建設(shè)用地和水域不布置采樣點(diǎn)。土壤樣共采集900件，包括水稻土、菜地土、林地土等。每件土壤樣品以擬定采樣坐標(biāo)點(diǎn)為中心，按50～100 m間距在四周采集7～11處子樣，將全部子樣混合形成一件土壤樣品。

2.2 巖石樣品

在具有代表性的地層、巖體的基巖出露區(qū)，小范圍內(nèi)多點(diǎn)采集新鮮巖石組合樣，包含各類地質(zhì)背景以及母巖類型，共計采集51件巖石樣品。

3 巖石、土壤硒含量

3.1 測試方法

參考《土壤中全硒的測定》（NYT1104-2006）采用用X熒光光譜法測定巖石和土壤硒全量，檢出限0.05×10-6。

3.2 各類母巖硒含量

圖1 慈利縣土地利用現(xiàn)狀與重點(diǎn)調(diào)查區(qū)布置圖Fig.1 Curret situation of land use and layout of key areas in Cili County

針對各類地層采集了若干件具有代表性的成土母巖，另在四處煤礦處采集4件石煤樣品，母巖樣品共計51件。通過實驗測試得出各類地層成土母巖硒含量平均值見表1。

4件石煤樣品硒含量平均值達(dá)22.898 mg/kg，遠(yuǎn)高于其余各類母巖硒含量。除石煤樣品外，其余母巖均采自于地表出露巖石，硒含量最高的為二疊系的炭質(zhì)頁巖與灰?guī)r，量值分別為1.024與0.442 mg/kg，其次為三疊系的灰?guī)r與侏羅系的石英砂巖，其余母巖硒含量介于0.024～0.1 mg/kg之間。

表1 各地質(zhì)背景區(qū)不同成土母巖硒元素含量表Table1 Table of selenium contents in different soil parent rocks of different geological background

3.3 土壤硒含量

通過調(diào)查結(jié)合測試結(jié)果，得出各地質(zhì)背景區(qū)土壤元素含量見表2。

各地質(zhì)背景中二疊系土壤硒含量最高，平均值為0.75 mg/kg，富硒率同樣為最高，達(dá)79.1%；其次為三疊系與第四系，分別為0.60與0.58 mg/ kg；最低為白堊系，為0.31 mg/kg。可以發(fā)現(xiàn)，慈利縣各地質(zhì)背景表層土壤總體硒含量較高，其土壤平均值大部分（白堊系除外）達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)。

土壤硒含量與母巖硒含量具有良好的對應(yīng)性，母巖硒含量高，其風(fēng)化土壤硒含量同樣較高。

3.4 各類地層剖面硒含量分布規(guī)律

在野外剖面布設(shè)過程中，采集不同深度的土壤與母巖，并手繪柱狀圖，在室內(nèi)完成CAD電子柱狀圖，根據(jù)剖面各深度的巖土樣品測試結(jié)果在EXCEL中進(jìn)行繪圖，得出硒元素含量隨深度變化圖（圖2～7）。

各豎向剖面硒元素分布規(guī)律大體類似，大致上均為母巖硒含量＜母質(zhì)硒含量＜表層土壤硒含量，硒元素呈現(xiàn)出表聚性的規(guī)律，在表層土壤中相對富集，隨深度減小以線性或指數(shù)性遞降，深層土壤硒含量較低。

表2 各地質(zhì)背景區(qū)土壤硒元素含量表Table 2 Table of soil selenium contents in each geological background

圖2 寒武系?剖面硒元素隨深度變化圖Fig.2 The variation map of selenium content of Cambrian profile with depth

圖3 奧陶系O剖面元素隨深度變化圖Fig.3 The variation map of selenium content of Ordovician profile with depth

圖4 泥盆系D剖面硒元素隨深度變化圖Fig.4 The variation map of selenium content of Devonian profile with depth

圖5 三疊系T剖面柱狀圖及硒元素隨深度變化圖Fig.5 The variation map of selenium content of Triassic profle with depth

圖6 白堊系K剖面硒元素隨深度變化圖Fig.6 The variation map of selenium content of Cretaceous profile with depth

圖7 二疊系P1剖面硒元素隨深度變化圖Fig.7 The variation map of selenium content of Permian profile with depth

4 富硒土壤資源評價

調(diào)查區(qū)內(nèi)900件表層土壤Se元素平均值為0.54 mg/kg，高于全國土壤背景值（0.29 mg/kg），也高于湖南省洞庭湖區(qū)表層土壤背景值（0.34 mg/ kg）。含量范圍在0.028～9.45mg/kg之間，變異系數(shù)為0.72，表明工作區(qū)土壤Se元素分布較不均勻。

目前我國對硒含量等級劃分尚未有國家標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)知名地礦專家李家熙[1]等人根據(jù)土壤中的硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為低硒土壤（0.1～0.2 mg/kg）、中硒土壤（0.2～0.4 mg/kg）和富硒土壤（＞0.4 mg /kg）。按照該標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)內(nèi)900件土壤樣品中92件屬低硒土壤，占10.2%；中硒土壤樣品317件，占35.2%；富硒土壤樣品491件，占全部樣品的54.6%，960 km2土壤中富硒土壤占524.2 km2，富硒土壤主要分布在零溪鎮(zhèn)、零陽鎮(zhèn)、苗市鎮(zhèn)、宜沖橋鄉(xiāng)、東岳觀鎮(zhèn)、江埡鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，慈利縣重點(diǎn)區(qū)內(nèi)富硒土壤分布非常廣泛（圖8、9）。

圖8 慈利縣重點(diǎn)區(qū)表層土壤富硒土壤劃分餅狀圖Fig.8 The pie chart of selenium-rich soil of the key area in Cili County

5 土壤富硒成因

通常，土壤中硒來源于兩個途徑，一是自然因素，即來自地質(zhì)作用的成土母質(zhì)，受地質(zhì)體的本底含量控制；二是人為因素，即人類經(jīng)濟(jì)活動所產(chǎn)生的含硒物質(zhì)直接或間接地進(jìn)入了土壤或者對硒元素進(jìn)行了人為搬運(yùn)遷移。

慈利縣重點(diǎn)區(qū)土壤硒元素影響因素以自然因素為主，以人為因素為輔，由自然因素與人為因素相結(jié)合造就了慈利縣富硒土壤的現(xiàn)狀。

5.1 自然因素

自然因素包含了地質(zhì)條件與地形條件。其中地質(zhì)條件為地質(zhì)背景與母巖類型決定了土壤的元素含量，前文分析了不同地質(zhì)背景各成土母巖硒含量對土壤硒含量的影響，得出了在不同地質(zhì)背景下不同母巖對土壤硒元素含量作用較大。區(qū)內(nèi)存在眾多高硒母巖出露，決定了重點(diǎn)區(qū)土壤的富硒特征。

地形條件為硒元素的遷移提供了渠道，部分種類土壤本身硒含量較低，然而由于地形條件影響，周邊富硒巖層中硒元素受搬運(yùn)沉積最終累積在了地勢較低的土壤中，使土壤硒含量得到了較大提升。

5.2 人為因素

重點(diǎn)區(qū)內(nèi)存在煤層，其中楊柳鋪鄉(xiāng)及苗市鎮(zhèn)位于石煤成礦帶上，石煤礦數(shù)量眾多，由于人為采礦的影響，將地層中極富硒的石煤（成分為炭質(zhì)頁巖）開挖出來，對周邊地球化學(xué)環(huán)境造成一定影響。同時當(dāng)?shù)厝嗣裨谌紵哼^程中，硒元素以塵埃的形式擴(kuò)散至空氣中，并降塵至附近的土壤，使土壤硒含量得到提升。而農(nóng)業(yè)耕作活動如作物收割在一定程度上使土壤富硒程度有所降低。

圖9 慈利縣重點(diǎn)區(qū)表層土壤硒含量分級圖Fig.9:The hierarchical graph of selenium-rich soil of the key area in Cili county

6 結(jié)論

通過對慈利縣960 km2范圍重點(diǎn)區(qū)進(jìn)行專項土壤硒含量調(diào)查，研究富硒土壤成因規(guī)律，評價土壤富硒程度，可得出以下結(jié)論：

（1）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，慈利縣存在大面積的富硒土壤，面積為524.2 km2，占調(diào)查面積的54.6%，土壤硒含量平均值達(dá)0.54 mg/kg，空間分布不均勻。

（2）土壤硒元素主要來源于成土母巖，富硒母巖和地下煤層為硒元素的主要庫源。其中二疊系炭質(zhì)頁巖與灰?guī)r硒含量在母巖中最高，其風(fēng)化土壤同樣高于其他土壤。

（3）土壤富硒成因以自然因素為主，以人為因素為輔。母巖富硒是土壤富硒的決定性因素，而人類活動如采煤、燒煤以及耕作活動對土壤硒含量具有一定程度的影響。

[1] 李家熙，張光第，葛曉立等著.人體硒缺乏與過剩的地球化學(xué)環(huán)境特征及其預(yù)測.北京：地質(zhì)出版社，2000.5～8.

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

[3] 朱建明，左維等.恩施硒中毒區(qū)土壤高硒的成因：自然硒的證據(jù)，2008，28(4): 397～399.

[4] 酈逸根，董巖翔等.浙江富硒土壤資源調(diào)查與評價，2005，25(3): 323～330.

[5] 劉英俊，曹勵明，李兆麟等編著.元素地球化學(xué).北京：科學(xué)出版社，1984.410～414.

[6] 譚見安著.環(huán)境生命元素與克山病[M] .北京中醫(yī)院出版社，1996.

The Research of Selenium Soil Distribution and the Causes of Law of Cili, Hunan

Li Rong1, Huang Dongliang1, Sun Yuangui2, She Juqiu2, He Zihua1, Luo Zhiyong1
(1.Hunan Research Academy of Geological Science, Changsha Hunan 410007; 2.Cili Bureau of Land And Resources, Zhangjiajie Hunan 427200)

A recent survey found that large area of selenium-rich soil distributes in Cili city, 524.2km2selenium-rich soil exists in 960 km2key survey area, the average selenium content of soil is up to 0.54 mg/ kg.The selenium content of carbonaceous shale and limestone of Permian is higher than the other kind of rocks, the selenium content of soil of Permian is the same highest among the different kind of geological background, and the soil of Silurian and Triassic take second place, selenium has remarkable inheritance in soil and parent rock.All profle of stratums show that selenium tends to be enriched in top soil, the selenium content of top soil is higher than deep soil while the selenium content of the parent rock is the lowest.

selenium-rich soil; Cili; stratum; rock

Q938.1+3

A

1672-5603（2016）04-033-5

*第一作者簡介 李榕，男，1987年生，巖土工程，主要研究方向為農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查與評價，地質(zhì)災(zāi)害治理。E-mail:275837501@qq.com

2016-10-6；改回日期：2016-11-2。