桂中北巖溶山區(qū)土壤硒地球化學(xué)特征及影響因素淺析

李兆誼，韋文勝，王磊，盧小霞，李偉

摘要：本研究對廣西柳城縣1/5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)評價表層土壤硒含量進(jìn)行分析，結(jié)果表明：研究區(qū)土壤總硒量變幅為0.09～2.90 mg/kg，平均含量為0.56 mg/kg，高于全國土壤平均硒含量水平，大部分土壤硒含量達(dá)到足硒富硒水平。土壤硒含量分布較為均勻，成土母質(zhì)以第四系沉積物及二疊系、石炭系灰?guī)r類形成的土壤硒含量相對較高，土壤類型中石灰土硒含量相對較高，土地利用類型中園地類土壤硒含量相對較高，農(nóng)耕地中水田地土壤硒含量相對較低。土壤硒含量受成土母質(zhì)、pH值、有機(jī)質(zhì)及土地利用方式等因素的影響，其中成土母質(zhì)及土地利用方式是影響研究區(qū)表層土壤硒含量的主要因素。

關(guān)鍵詞：柳城縣；富硒土壤；成土母質(zhì)；影響因素

中圖分類號： S153 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.14.053

硒是人體和動物所必需的一種微量元素，能提高人體抗癌、抗衰老能力和動物機(jī)體免疫力，對鎘、砷、汞、銀等重金屬毒性具有明顯的拮抗作用。缺硒會引起人體和動物發(fā)生白肌病、克山病、大骨節(jié)病等多種疾病。人體需要的硒主要通過食物鏈從土壤中獲取。因此，土壤中硒含量高低、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、存在形態(tài)及其影響因素一直都是研究的熱點(diǎn)[1-3]。本文以廣西柳城縣土地質(zhì)量地球化學(xué)評價工作區(qū)為例，分析土壤硒含量地球化學(xué)分布特征、成因來源及影響因素，為富硒土地的開發(fā)利用提供地球化學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西柳州市柳城縣中西部及東部一帶，西與河池市羅城縣、宜州區(qū)接壤，南與柳州市城區(qū)、柳江區(qū)相連，行政區(qū)劃涉及沖脈、六塘、龍頭、馬山、東泉、太平、洛崖、柳城華僑農(nóng)場等12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，調(diào)查面積950km2，見圖1。柳城縣區(qū)域上處于一個低丘谷地巖溶低山交錯的半丘陵地區(qū)，東部為丘陵和山地， 西部為巖溶石山和丘陵交錯地區(qū)。區(qū)內(nèi)屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，光熱充足，雨量充沛，年平均氣溫20.7℃，年平均降水量1095mm，水熱條件優(yōu)越，屬于水稻一年兩熟亞熱帶農(nóng)業(yè)氣候區(qū)。

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)背景主要以泥盆系、石炭系、二疊系、白堊系、第四系為主，多為碳酸鹽巖類，其次為砂質(zhì)巖及第四系松散巖類。成土母質(zhì)以碳酸鹽類風(fēng)化物為主，其次為碎屑巖類風(fēng)化物。土壤類型主要以石灰?guī)r土、紅壤和水稻土為主。土地利用類型主要以評價農(nóng)耕地和園地為主，其次為林地和草地等其他用地。區(qū)內(nèi)交通條件較好，為富硒土壤資源的開發(fā)利用提供了便利條件。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

分析材料為柳城縣1/5土地質(zhì)量地球化學(xué)評價采集的表層（20cm）土壤樣品。農(nóng)耕地、園地面積性土壤樣品采集平均采樣密度為10點(diǎn)/km2，林地、草地等其他地類平均采樣密度為5點(diǎn)/km2。樣品采集采用“X”形或“S”形采取5個樣點(diǎn)等量混合成一個樣品。土壤樣品自然風(fēng)干后過10目樣篩，采用四分法進(jìn)行縮分取樣送實(shí)驗(yàn)室。樣品測試由廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)測試研究中心分析。

2.2 分析方法

土壤全硒的測定采用原子熒光光譜法（AFS），稱取0.2000克過200目篩的土壤試樣，用（1+1）王水在沸水浴中消解，水稀釋定容至25mL，取硒原液，以硼氫化鉀作氫化物發(fā)生劑進(jìn)行測定。

3 土壤Se地球化學(xué)特征

柳城縣研究區(qū)表層土壤Se含量最大值為2.90mg/kg，最小值為0.09mg/kg，算術(shù)平均值為0.56mg/kg，數(shù)據(jù)變幅標(biāo)準(zhǔn)差為0.24，變異系數(shù)CV為42.0%，土壤中Se元素含量分布均勻；元素含量背景值為0.52mg/kg，是全國土壤（A層）背景值（ 0.29mg/kg）的1.79倍，土壤中Se含量呈強(qiáng)烈富集；通過半方差函數(shù)分析[4-5]，研究區(qū)土壤Se元素含量最佳擬合模型為指數(shù)模型，決定系數(shù)（R2）為0.613，塊金系數(shù)（NV）為11.81%，變程（A）為950m，其塊金系數(shù)NV<25%，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，表明土壤Se含量變異分布特征與自然影響因素密切相關(guān)。

根據(jù)最新土地質(zhì)量評價規(guī)范（DZT0295-2016）富硒土壤劃分標(biāo)準(zhǔn)，柳城縣研究區(qū)表層土壤Se 含量總體上屬于富硒，占研究區(qū)總面積的76.43% ，足硒狀態(tài)占23. 5%，硒反應(yīng)不足和潛在硒不足面積占總面積的0.07%，含量過高可能會產(chǎn)生Se 中毒的地區(qū)為0.0%，表明柳城縣研究區(qū)大部分土壤富硒，富硒土壤資源豐富。

3.1 不同成土母質(zhì)形成的土壤Se地球化學(xué)特征

土壤硒來源于各種母質(zhì)母巖，硒含量大小在很大程度上決定于母質(zhì)母巖本身的硒含量，土壤中Se 含量水平與成土母質(zhì)類型關(guān)系密切。研究區(qū)地層單元分布主要是第四系沉積物、白堊系、二疊系、石炭系和泥盆系，巖性主要是砂巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖和頁巖等。

研究區(qū)不同巖類成土母質(zhì)形成的土壤Se平均含量（算術(shù)平均值，mg/kg，下同）最高的是第四系沉積物（0.57mg/kg），最低的是砂巖類成土母質(zhì)（0.51 mg/kg），土壤中Se含量分布較為均勻。各巖類成土母質(zhì)土壤中Se含量變化順序?yàn)椋旱谒南党练e物（0.57）>灰?guī)r（0.56）>頁巖（0.55）>硅質(zhì)巖（0.54）>砂巖（0.51）。研究區(qū)廣泛分布的第四系沉積物及灰?guī)r類成土母質(zhì)土壤Se含量普遍偏高，有利于大面積富硒土地的開發(fā)利用。

在同一時期地層單元中不同巖類成土母質(zhì)形成的土壤Se 含量變化順序?yàn)椋夯規(guī)r（0.56）>頁巖（0.55）>硅質(zhì)巖（0.54）>砂巖（0.51）；同一成土母質(zhì)不同時期形成的土壤Se 含量變化順序?yàn)椋喊讏紫担ㄉ皫r類母質(zhì)，0.52mg/kg）>石炭系（0.46mg/kg），二疊系（灰?guī)r類母質(zhì)，0.59mg/kg）>石炭系（0.56mg/kg）>泥盆系（0.40mg/kg）。二疊系硅質(zhì)巖母質(zhì)形成的土壤Se平均含量最高，為0.90mg/kg，但樣品數(shù)過低30件不計(jì)入統(tǒng)計(jì)，其次廣泛分布的第四系碎屑沉積物、石炭系灰?guī)r及硅質(zhì)巖，土壤中Se含量最低為泥盆系灰?guī)r?？梢?，研究區(qū)不同地層單元從新到老不同時期成土母質(zhì)形成的土壤Se含量明顯升高。

3.2 不同土壤類型Se地球化學(xué)特征

土壤中Se含量在不同土壤類型之間存在較為明顯差異，最大值（2.90 mg/kg）與最小值（0.09 mg/kg）均出現(xiàn)在石灰土中，具體表現(xiàn)為（算術(shù)平均值，mg/kg）：石灰土（0.64）> 紅壤（0.62）>裸巖（0.58）> 沖積土（0.54）> 紫色土（0.51）>水稻土（0.44）?？梢姡寥繱e含量在不同土壤類型中石灰土最高，水稻土最低，表明由石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的土壤Se含量較高，而水稻土可能經(jīng)過水耕熟化和氧化還原等過程造成硒酸鹽、亞硒酸鹽類物質(zhì)的遷移與流失，使土壤中Se含量總體偏低。

3.3 不同土地利用類型Se地球化學(xué)特征

研究區(qū)主要評價以耕地（主要水田和旱地）、園地、林地和草地為主，主要評價地類中土壤Se 含量（mg/kg）變化順序?yàn)椋簣@地（0.69）> 林地（0.63）>旱地（0.62）> 草地（0.61）> 水田（0.38）?？梢姡趫@地、林地和草地等人為活動影響較小的地類中土壤Se含量總體較高，而耕地類水田、旱地等由于受到人類生產(chǎn)活動的影響，土壤Se含量總體偏低，但土壤Se含量仍可達(dá)到足硒（0.175 mg/kg）、富硒土壤（0.4mg/kg）水平。

4 影響土壤中硒含量的因素分析

4.1 成土母質(zhì)對Se含量的影響

土壤在成土過程中受到各種自然因素的影響，成土母巖是其決定性因素。土壤的主要組成物質(zhì)是成土母巖風(fēng)化后的殘留物質(zhì)，母巖中各元素含量決定了土壤中各元素的含量，硒元素在土壤形成和發(fā)育過程中逐漸積累，表現(xiàn)出土壤中硒含量高于成土母巖硒含量的特征[6-8]。研究區(qū)中第四沉積物土壤Se平均含量均比各時期主要成土母質(zhì)土壤Se含量要高，是硒元素在土壤形成和發(fā)育過程中逐漸積累的結(jié)果。

將表層土壤（20cm）與其對應(yīng)的深層土壤（200cm）硒含量進(jìn)行相關(guān)回歸分析（Se表=0.78Se深+0.306（r2=0.400，n=59，P<0.05）來看，表層土壤Se含量與深層土壤Se含量具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系，這表明表層土壤Se含量受控于深層土壤Se含量，表層土壤Se含量在很大程度上繼承了成土母巖（或深層土壤）的Se含量，進(jìn)一步說明土壤中富硒主要來源于原富硒成土母質(zhì)，是影響土壤Se含量最主要的影響因素。

4.2 土壤pH值對硒含量的影響

土壤pH值是指示土壤酸堿度的指標(biāo)，也是影響土壤硒含量的重要因素[9-12]。研究區(qū)內(nèi)土壤大部分呈酸性，pH值平均值為5.62。對研究區(qū)內(nèi)Se含量與pH值作相關(guān)分析得出相關(guān)系數(shù)為-0.459（置信度P<0.05），土壤Se元素含量與pH值存在一定的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系（如圖2），pH值在4.5～5.5間土壤pH值越低，土壤Se含量總體大幅升高?？梢姡寥纏H值也是影響著土壤Se含量的重要因素。

4.3 有機(jī)質(zhì)C.org對硒含量的影響

土壤中有機(jī)質(zhì)的影響主要在于對硒的固定，也直接關(guān)系到土壤硒的含量。一般來說，有機(jī)質(zhì)含量豐富的土壤，對于土壤中硒的吸附能力也就越強(qiáng)，相對的土壤中含硒量也就越高。研究區(qū)內(nèi)對Se含量有機(jī)質(zhì)C.org作相關(guān)分析得出相關(guān)系數(shù)為-0.03（置信度P<0.01）， 有機(jī)質(zhì)C.org含量與土壤中Se含量線性相關(guān)不顯著（如圖3），可能與土壤中有機(jī)質(zhì)含量過低有關(guān)，但土壤中有機(jī)質(zhì)C.org含量在1%～2%之間土壤Se含量總體較高。

4.4 土地利用方式對硒含量的影響

土地利用方式對土壤硒含量的影響是多方面的。在不同的土地利用方式下，硒在土壤中的物理、化學(xué)以及生物過程都存在極大的差異，進(jìn)而引起硒的嚴(yán)重變異。在不同土地利用方式中林地和草地中的硒轉(zhuǎn)化形式主要為風(fēng)化-植物吸收-腐殖化-有機(jī)物礦化，在轉(zhuǎn)化過程中硒由于樹葉、草葉等在土壤表層腐爛堆積而富集于表層；而在耕地中的硒以腐殖質(zhì)化為主，有助于植物吸收，在長期耕作過程中由于硒大量支出而導(dǎo)致土壤硒含量減少，致使土壤硒收支失衡，形成低硒土壤[13-14]。因此，研究區(qū)園地、林地和草地土壤Se含量總體偏高，而耕地土壤Se含量總體偏低，很大程度上與土地利用方式密切相關(guān)。

除以上所述的影響因素外，氣候、地形地貌、土壤理化性質(zhì)、人為施肥灌溉等因素也不同程度地影響著土壤硒的含量。

5 結(jié)論

研究區(qū)（柳城縣）農(nóng)業(yè)土壤硒含量變幅為0.090～ 2.90mg/kg，算術(shù)平均值為0.56mg/kg，高于全國土壤平均水平，土壤硒含量分布均勻，富硒土壤資源豐富，可以考慮富硒農(nóng)產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)與推廣。

不同土壤類型中石灰土硒含量最高，水稻土最低；成土母質(zhì)以第四系沉積物發(fā)育的土壤硒含量最高，砂巖類成土母質(zhì)最低；在不同土地利用方式下，農(nóng)業(yè)用地中園地、旱地硒含量略高于水田地，為富硒土地的開發(fā)利用方式提供了依據(jù)。

富硒土壤影響因素分析表明：土壤硒含量受控于成土母質(zhì)硒含量，灰?guī)r類成土母質(zhì)、第四系沉積物母質(zhì)是土壤富硒的主要來源；土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量與土壤硒含量均呈一定的線性負(fù)相關(guān)，對土壤硒含量具有一定的影響；在不同土地利用方式下，土壤硒經(jīng)過水熱交替、物理化學(xué)及生物過程等作用下發(fā)生遷移貧化或富集，是影響土壤硒含量的重要因素之一。

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作者簡介：李兆誼，碩士，工程師，研究方向：物化探礦產(chǎn)勘查及環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查研究。