江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤硒的分布特征及資源量研究

丁曉英++徐春燕++楊軍++段碧輝++黃彬++閆加力2

摘要：在湖北省江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，顯示江漢平原及周邊丘巒存在大量富硒土壤資源。按照多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范中所采用的雙層網(wǎng)格化采樣模式，采取單位土壤硒量的方法，按照直線公式計(jì)算土壤硒資源量，并分別從土壤類型及成土母質(zhì)的特征來分析研究。結(jié)果表明，江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)表層（0～0.2 m）土壤硒資源量為5 314.69 t，深層（0～1.8 m）土壤硒資源量為38 764.66 t；區(qū)內(nèi)兩大儲硒類型為灰潮土、潴育型水稻土，且土壤硒主要集中分布在第四系的成土母質(zhì)類型中。

關(guān)鍵詞：江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)；富硒土壤；多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查；土壤硒資源量

中圖分類號：S153；X833 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）08-1468-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.08.017

Distribution Characteristics and Resource Research of the Soil Selenium

in Jianghan River Economic Zone

DING Xiao-ying1， XU Chun-yan2，YANG Jun2， DUAN Bi-hui2， HUANG Bin2， YAN Jia-li2

（1.College of Geology and Environment，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China；

2.Hubei Institute of Geoscience，Wuhan 430034，China）

Abstract： Large amounts of data statistics on the basis of multi-target regional geochemical survey in Jianghan River economic zone of Hubei province show there are many selenium-rich soil resources existing on Jianghan plain and the surrounding hills mountain. According to double grid sampling mode in multi-target regional geochemical survey specification， the calculation of soil selenium resource was in accordance with the linear formula of unit of soil selenium content. And the analytical investigation was respectively from soil types and the characteristics of parent material. The results show that data indicate surface（0～0.2 m） soils selenium resource is 5 314.69 t. And deep（0～1.8 m） soils selenium resource is 38 764.66 t. There are two kinds of soil store selenium easily which are grey alluvial soil and waterloggogenic paddy soil， and soil selenium mainly distributed in the quaternary soil parent material.

Key words：Jianghan River economic zone；selenium-rich soil；multi-target regional geochemical survey；soil selenium resource

硒是人類健康必需的微量元素，缺硒或硒過量都會影響人體的健康[1-3]。人體中的硒主要通過植物攝取，植物中的硒來源于土壤，土壤中硒的含量、形態(tài)以及農(nóng)作物對硒的吸收、轉(zhuǎn)化等都直接影響著食物鏈中硒的含量水平，并最終通過食物鏈影響人類健康[4]。湖北省擁有豐富的硒資源，恩施被授予“世界硒都”稱號，江漢平原及周邊丘巒存在大量富硒土壤資源，硒資源的利用和開發(fā)越來越受到人們的重視。全國多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查系統(tǒng)取得包括硒在內(nèi)的土壤各類元素等54項(xiàng)指標(biāo)，對實(shí)測土壤元素儲量、氧化物儲量以及研究地球系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)具有重要意義，在土地利用、農(nóng)業(yè)種植和環(huán)境評估等經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展方面發(fā)揮著現(xiàn)實(shí)作用[5]。2015年湖北省政府批準(zhǔn)通過《湖北省富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2014-2020）》，提出將富硒的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為資本優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，但土壤硒的分布特征和硒資源量評價等工作相對薄弱。因此，開展江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤硒的分布特征及資源量研究具有重要意義，可為湖北省土壤硒資源開發(fā)利用和富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域概況與樣品采集、測試方法

1.1 區(qū)域概況

江漢經(jīng)濟(jì)流域區(qū)主要由江漢平原及其周邊山巒組成，位于長江中游、湖北省中南部，為長江、漢江沖積平原，位于東經(jīng)110°13′-116°04′，北緯29°26′-32°12′，包括武漢市、荊州市、潛江市、仙桃市、天門市的全部，宜昌市、荊門市、孝感市、咸寧市的部分縣市。

由于長江、漢水?dāng)y帶大量泥沙質(zhì)沖積物沉積，江漢平原形成獨(dú)特的土壤資源類型[6]。本區(qū)土壤共分7個大類，20個亞類。分布面積較廣的土壤類型為潮土、水稻土和黃棕壤，潮土廣泛分布在長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，調(diào)查區(qū)各地、市、州均有分布，以荊州、潛江、天門、仙桃所占面積最大。水稻土廣泛分布于長江、漢水兩岸平原區(qū)和湖積洼地區(qū)。黃棕壤類的土壤主要分布于調(diào)查區(qū)江漢平原的武漢黃陂-新洲、孝南-孝昌、京山-天門、鐘祥-荊門、枝江-宜昌等縣市地區(qū)。從成土母質(zhì)上分析，由于長期受長江、漢江等泥沙沖積和江漢盆地沉積，成土母質(zhì)以第四系河湖沉積為主。

本研究主要在收集“湖北省江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查”項(xiàng)目（湖北省地質(zhì)調(diào)查院承擔(dān)）的硒元素?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行，共收集湖北省江漢平原多目標(biāo)地球化學(xué)硒元素?cái)?shù)據(jù)24 584個，其中表層土壤硒數(shù)據(jù)19 713個，深層土壤硒數(shù)據(jù)4 871個，去除水體屬性，可利用的表層土壤數(shù)據(jù)18 503個，深層數(shù)據(jù)4 558個。

1.2 樣品采集與測試方法

依照多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)普查規(guī)范相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，表層土壤樣品采樣密度為1個點(diǎn)/km2，城區(qū)加密至2個點(diǎn)/km2。表層土壤樣品的采樣深度為0～0.2 m。采樣時，用工兵鍬在每個取樣位置上鍬取深0.2 m土片后，切除兩邊留存中間土條。采用3～5處多點(diǎn)采集（100 m距或母質(zhì)相同田塊中間部位50 m范圍內(nèi)），合并為一個樣品。土壤樣品原始重量大于 1 000 g，同時按規(guī)范要求在設(shè)計(jì)預(yù)布點(diǎn)處進(jìn)行重復(fù)樣采集[7]。深層土壤樣（含灘涂）采樣密度為1個點(diǎn)/4 km2，采樣深度為0～1.8 m，為保證取樣深度，丘陵低山地區(qū)多選擇在坡腳土層較厚地帶采樣。

本次調(diào)查樣品測試包括表層和深層土壤樣54項(xiàng)指標(biāo)分析，樣品由具有國家級資質(zhì)認(rèn)證的武漢巖礦測試研究中心測試。

野外組合分析樣（大于200 g）送交實(shí)驗(yàn)室，測試單位對樣品進(jìn)行無污染加工，其中用于分析硒元素的樣品加工步驟為將樣品混勻后，取約100 g碎至200目，取10～20 g裝入塑料瓶，供硒分析[8]。取0.5 g樣品試劑，采取王水分解、KBH4還原，氫化法進(jìn)行消解，然后用原子熒光光譜儀上機(jī)測定，其余元素和氧化物分析指標(biāo)用等離子體光譜儀測定和X射線熒光光譜儀測定。表層和深層組合樣中，每50個樣品插入1個重復(fù)樣進(jìn)行分析，其相對偏差（RD）的合格率均達(dá)到規(guī)范要求（80%以上）。

2 結(jié)果與分析

2.1 江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤硒的分布特征

2.1.1 表層土壤硒的含量特征 由表1可知，湖北省江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)多目標(biāo)表層土壤硒含量在0.03～10.80 μg/g范圍內(nèi)，平均硒含量為0.29 μg/g，等同于全國硒含量平均值。

按照目前通用的富硒分級標(biāo)準(zhǔn)[1，3]，把硒元素劃分為5個含量等級：極貧乏（≤0.15 mg/kg），貧乏（0.15～15.00 mg/kg），適中（0.20～0.40 mg/kg），豐富（0.40～3.00 mg/kg），很豐富（>3 mg/kg）。統(tǒng)計(jì)分析得到江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)表層土壤硒元素各含量等級分布見圖1。

從圖1可見，湖北省江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)多目標(biāo)工作區(qū)內(nèi)有11%的表層土壤達(dá)到硒富集水平，富硒土壤面積為8 653 km2。70%的硒適中土壤區(qū)，分布面積達(dá)55 311 km2。

湖北省江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)表層土壤硒含量分布呈現(xiàn)出3個特征：一是土壤硒含量總體上呈現(xiàn)“南多北少”、“西多東少”的分布特征；二是硒富集土壤分布于兩帶兩區(qū)。兩帶中的一帶指北西向沿著漢江沖積帶分布的襄陽-鐘祥帶，另一帶為西北向沿長江沖積帶分布的巴東-秭歸-宜昌帶。江漢平原區(qū)主要分布硒適中土壤和硒豐富土壤，硒豐富和硒很豐富土壤則主要集中在三大區(qū)域：①鄂東南地區(qū)，其分布主要與富硒地層有關(guān)，同時與鄂東南地區(qū)硒的伴生礦床的分布有關(guān)；②沿襄廣斷裂分布的隨州-武穴一線少量的由寒武系地層引起的硒富集土壤區(qū)；③城市周邊特別是武漢市周邊主要由人為污染形成的硒富集土壤區(qū)。

不同土壤類型Se含量特征見表2。由表2可知，本區(qū)土壤類型共分7個大類，20個亞類。

表層土壤硒含量與土壤類型關(guān)系密切。占比最大的水稻土各類型土壤硒平均值為硒適中等級。從標(biāo)準(zhǔn)差中可以看出，水稻土的硒含量整體變化不大。占比其次的潮土各類型土壤硒平均值均達(dá)硒適中土壤標(biāo)準(zhǔn)，其中硒含量最大值（10.80 μg/g）來源于灰潮土。

決定土壤中硒含量的一個重要因素是成土母質(zhì)，成土母質(zhì)由基巖風(fēng)化而來，故地質(zhì)背景與土壤硒含量息息相關(guān)。不同成土母質(zhì)類型硒含量特征見表3。由表3可知，表層土壤數(shù)據(jù)主要采自于第四系地層，其次為白堊系、中元古界地層。三者的硒含量平均值均達(dá)到硒適中土壤標(biāo)準(zhǔn)（0.20～0.40 μg/g）。硒含量平均值最高樣品來自二疊系和侏羅系地層中，達(dá)0.34 μg/g，其次為石炭系和三疊系（0.32 μg/g），太古界老地層區(qū)硒含量平均值最低。硒含量最大值來自于第四系地層中，達(dá)10.80 μg/g。

2.1.2 深層土壤硒的分布特征 由表1可知，江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)多目標(biāo)深層土壤硒含量在0.03～1.29 μg/g范圍內(nèi)，平均硒含量為0.17 μg/g，標(biāo)準(zhǔn)差為0.08。

1）不同土壤類型硒含量特征見表4。由表4可知，深層土壤不同土壤類型的硒含量平均值遠(yuǎn)小于表層土壤硒平均值，深層土壤只有樣品數(shù)量不多的黃棕壤硒平均含量達(dá)到適中水平。深層土壤中分布面積較廣的兩種土壤類型是水稻土和潮土，硒含量平均值未達(dá)到硒適中標(biāo)準(zhǔn)，其中硒含量最大值（1.29 μg/g）來源于潴育型水稻土。

2）深層土壤數(shù)據(jù)一定程度上反映出不同成土母質(zhì)即不同地層區(qū)巖石硒含量的特征。不同成土母質(zhì)類型硒含量特征見表5。由表5可知，深層土壤不同成土母質(zhì)類型的硒含量平均值遠(yuǎn)小于表層土壤硒平均值。分析數(shù)據(jù)66%來自于第四系地層，其次為白堊系、志留系地層。三者深層土壤硒含量平均值均低于硒適中標(biāo)準(zhǔn)（0.20～0.40 μg/g）。硒含量平均值最高樣品來自脈巖中，為0.47 μg/g，其次為古生界侵入巖（0.28 μg/g）。硒含量最大值來自于第四系地層中，為1.29 μg/g。

2.2 土壤硒資源量研究

2.2.1 土壤硒資源量計(jì)算方法 土壤硒資源量計(jì)算統(tǒng)一采用中國地質(zhì)調(diào)查局《全國土壤碳儲量及各類元素（氧化物）儲量實(shí)測計(jì)算暫行要求》提供的計(jì)算方法，按照多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范[7]中所采用的雙層采樣網(wǎng)格化模式，計(jì)算土壤0～0.2、0～1.8 m兩個深度的土壤硒資源量。土壤元素含量由土壤表層至深層主要存在指數(shù)分布模式和直線分布模式，本次硒資源量按照直線公式采取單位土壤硒量的方法計(jì)算土壤硒資源量，單位土壤硒量用USEASe，h表示，h為深度。然后對單位土壤硒量進(jìn)行加和計(jì)算取得土壤硒資源量。

1）深層硒單位土壤硒量計(jì)算：

USEASe，0-1.8 m=[（Se表+Se深）÷2]×D×4×104×ρ （1）

式中，USEASe，0-1.8 m表示0～1.8 m深度單位土壤硒量（t），Se表、Se深為土壤表層、深層硒含量（%），D表示深層采樣深度，一般為1.8 m，4為單位土壤面積（km2），104為單位土壤面積換算系數(shù)，ρ為土壤容重（t/m3）。其中，土壤容重采用湖北省土壤肥料工作站測定的資料。

2）表層硒單位土壤硒量計(jì)算：

USEASe，0-0.2 m=Se表×D×4×104×ρ （2）

式中，USEASe，0-0.2 m表示0～0.2 m深度單位土壤硒量（t），Se表取表層土壤硒實(shí)測含量值，D表示表層采樣深度，取0.2 m，其余參數(shù)與式（1）中的參數(shù)保持一致。

2.2.2 土壤硒資源量

1）江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤硒資源量按土壤類型統(tǒng)計(jì)分析的計(jì)算結(jié)果見表6、表7。由表6、表7可知，按照土壤類型解析本區(qū)硒資源量，潴育型水稻土、灰潮土是該區(qū)兩大主要儲硒類型，深層硒資源量分別占28.45%和21.94%，表層硒資源量分別占28.10%和21.76%，硒含量豐富，可能因?yàn)榛页蓖帘硗梁弯笥退就镣寥乐械母鲗邮杷啥嗫?，有益于腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的積累，從而增加了土壤的硒資源量。

2）分析區(qū)土壤表層硒資源量為5 314.69 t，面積為74 012 km2，平均資源量為0.07 t/km2；深層硒資源量為38 764.66 t，面積為72 928 km2，平均資源量為0.53 t/km2，可見分析區(qū)深層硒資源量和平均硒資源量均大于表層，這與分析區(qū)土壤硒含量的特征不同。因?yàn)閺奈Y源量的公式中可知，深層硒資源量的深度遠(yuǎn)大于表層，且深層的面積也較表層的小些。

3）按系或界統(tǒng)計(jì)分析各成土母質(zhì)土壤硒資源量，結(jié)果見表8、表9。由表8、表9可知，土壤硒資源量主要集中分布在第四系的成土母質(zhì)類型中，因?yàn)樵谔厥獬练e環(huán)境下形成的富硒土壤，主要分布于河流、山前沖積平原，一般在其沉積物母質(zhì)的源區(qū)或水系上游分布有二疊系等硒元素高背景地層，且在母質(zhì)中有機(jī)質(zhì)較豐富的條件下亦形成富硒土壤[10]。

3 小結(jié)與討論

1）江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)深層土壤的硒含量普遍小于表層土壤硒含量，這與表層土壤有機(jī)質(zhì)含量高、積累的腐殖質(zhì)較易形成吸附亞硒酸鹽的膠體顆粒有關(guān)[10]。

2）江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)的土壤硒含量受成土母質(zhì)等地質(zhì)背景影響明顯。主要來源于硒高背景地層的巖石，如含炭硅質(zhì)巖、含硅質(zhì)炭質(zhì)頁巖、黑色頁巖、炭質(zhì)板巖等巖石，這些巖石風(fēng)化易形成硒相對富集的土壤。

3）江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)硒資源量較為豐富，且深層硒資源量和平均硒資源量均大于表層。從土壤類型上看，潴育型水稻土和灰潮土是該區(qū)內(nèi)兩大主要儲硒類型；從成土母質(zhì)類型上看，土壤硒資源量主要分布在第四系的成土母質(zhì)類型中。

4）江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤硒資源量與人類生產(chǎn)活動密切相關(guān)?？赏ㄟ^加大秸稈還田、施用農(nóng)家肥等措施來增加有機(jī)質(zhì)含量，此外，還可以在成熟的耕作層上施加硒肥，亦可增加土壤硒資源量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李家熙，張光弟，葛曉立.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，1999.

[2] 齊玉薇，史長義.硒的生態(tài)環(huán)境與人體健康[J].微量元素與健康研究，2005，22（2）：63-66.

[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] 張華華，康玉凡.植物吸收和轉(zhuǎn)化硒的研究進(jìn)展[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報，2013，32（3）：270-275.

[5] 奚小環(huán)，張建新，廖啟林，等.多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查與土壤碳儲量問題——以江蘇、湖南、四川、吉林、內(nèi)蒙古為例[J].第四紀(jì)研究，2008，28（1）：58-67.

[6] 張德存，李金平，楊 軍，等.湖北省江漢流域經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查總報告[R].武漢：湖北省地質(zhì)調(diào)查院，2011.

[7] DD2005-01，中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1：250000）[S].

[8] DD2005-03，中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求（試行）[S].

[9] 賈十軍.安徽省富硒土壤評價標(biāo)準(zhǔn)及富硒土壤成因淺析[J].資源調(diào)查與環(huán)境，2013，34（2）：133-137.

[10] 李麗娟.土壤中硒元素豐度及富集因素分析[J].海洋環(huán)境科學(xué)，1994，13（3）：38-42.