福建周寧縣表層土壤硒含量分布及影響因素

楊生吉

(福建省煤田地質(zhì)勘查院,福建 福州 350005)

硒作為人體必需的一種微量元素,缺乏或過剩都會影響人類健康[1]。硒主要分布在自然界巖石、土壤、大氣、水和食物中,而人體中的硒主要通過攝取食物獲得,食物中的硒與土壤有著密切關(guān)系。周寧縣作為閩東地區(qū)重要的農(nóng)業(yè)縣,加快發(fā)展特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)顯得尤為重要,因此有必要對土壤中硒的分布及其影響因素做進(jìn)一步的研究。在福建省(福州局部、屏南—邵武)1∶25萬多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查與評價、周寧縣農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價項目基礎(chǔ)上,對周寧縣土壤硒的分布特征和影響因素進(jìn)行探討,研究成果可為周寧縣土壤硒資源開發(fā)利用、土地規(guī)劃和特色農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)提供指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域概況

周寧縣位于福建省東北部,隸屬寧德市管轄,屬中亞熱帶季風(fēng)山地氣候。全縣總面積1 035 km2,下轄6個鎮(zhèn)和3個鄉(xiāng)。地處洞宮山脈南端,鷲峰山脈東部,平均海拔約800 m,多為中山丘陵地帶。作為福建省海拔最高的縣城,憑借得天獨厚的地理氣候條件,孕育出品質(zhì)極佳的高山云霧茶和馬鈴薯,享有“全國產(chǎn)茶重點縣”和“高山明珠”之稱(圖1)。

周寧縣分屬北武夷地層分區(qū)閩中小區(qū),地層出露簡單,主要為火山碎屑巖、變質(zhì)巖和沖洪積層,分布有南華系龍北溪(巖)組、晚侏羅統(tǒng)南園組、早白堊統(tǒng)小溪組、早白堊統(tǒng)石帽山群、第四系全新統(tǒng)。

成土母質(zhì)以中生代的火山巖和侵入巖為主,自然土壤中土壤母質(zhì)以殘積母質(zhì)為主,殘積物多為基巖在原地久經(jīng)風(fēng)化的殘留物,主要分布在山體的上部;農(nóng)業(yè)土壤以坡積母質(zhì)為主,坡積物系山坡或山頂上的母巖風(fēng)化物,受自然因素的影響搬運(yùn)至坡麓處或山垅、山谷和低洼處滯積。根據(jù)周寧縣第二次土壤普查結(jié)果[2],本區(qū)土壤共分5個大類,14個亞類,分布有紅壤、黃壤、水稻土、潮土和紫色土。

2 樣品采集和測試

2.1 土壤樣品采集

按照《福建省農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作手冊》[注]福建省國土資源廳,福建省農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作手冊,2016。要求,在土地利用現(xiàn)狀圖耕地圖斑基礎(chǔ)上,劃分評價單元,土壤樣品布置在評價單元中部面積較大的地塊中(2016)。根據(jù)本區(qū)連片耕地面積,土壤樣品采樣密度為9個樣/km2,采樣深度為20 cm。采樣時,先扒開地表植物殘體和雜物,用化探鋤挖坑,然后在坑的一側(cè)自地表垂直向下20 cm連續(xù)均勻采集,上下厚度要基本一致。采用多點組合形式采集樣品,在采樣點位50 m范圍內(nèi)采集3～5個子樣,等量混合組成1個樣品,所有子樣都不靠近田埂。樣品重量1 000～1 500 g,同時按照總樣品數(shù)2%采取重復(fù)樣。本研究共收集周寧縣土壤硒數(shù)據(jù)910個。

圖1 研究區(qū)交通位置圖Fig.1 Traffic location map of research area

2.2 樣品分析測試

樣品測試由福建省地質(zhì)測試研究中心完成,執(zhí)行《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)、《福建省農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作技術(shù)指南》、《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求(試行)》(DD 2005—03)等有關(guān)規(guī)程規(guī)范。

野外采樣人員將樣品進(jìn)行初加工后送至實驗室,測試單位將送來的風(fēng)干樣品仔細(xì)挑出根莖及各種新生體和侵入體,進(jìn)行重新混勻。對于硒元素的測定步驟為:樣品無污染加工至200目(粒徑0.074 mm),取0.25 g于25 ml聚四氟乙烯坩堝中,用少量水潤濕,經(jīng)加熱分解,冷卻稀釋,搖勻澄清后,然后用原子熒光光譜儀進(jìn)行測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤硒含量分布特征

福建省福州局部、屏南—邵武1∶25萬多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查與評價結(jié)果表明[注]周云龍、歐陽輝、陳騰等,福建福州局部、屏南縣—邵武市1∶25萬多目標(biāo)區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查報告,福建省地質(zhì)調(diào)查研究院,2017。,區(qū)域上表層土壤硒元素含量平均值為0.31 mg/kg。從表1中可以看出,全縣表層土壤硒含量0.082～1.214 mg/kg,硒含量中值為0.260 mg/kg,平均值為0.303 mg/kg,與區(qū)域土壤硒含量持平,是全國土壤硒含量(0.2 mg/kg)的1.515倍。

表1 周寧縣土壤硒含量特征Table 1 Characteristics of selenium content in soil of Zhouning County

按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)中對土壤硒等級的劃分標(biāo)準(zhǔn),共分成5個等級:缺乏(≤0.125 mg/kg)、邊緣(0.125～0.175 mg/kg)、適量(0.175～0.40 mg/kg)、高(0.40～3.0 mg/kg)、過剩(>3.0 mg/kg)。對周寧縣表層土壤硒元素含量等級進(jìn)行統(tǒng)計,結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出,周寧縣土壤硒含量以適量等級為主,占比66.6%;高硒和邊緣等級樣品,分別占比17.8%、13.4%,剩下均為缺乏等級樣品,無過剩土壤硒樣品。

圖2 土壤硒元素(Se)含量分級統(tǒng)計直方圖Fig.2 Statistical histogram of selenium content classification in soil

3.2 土壤硒含量影響因素分析

土壤硒的生物有效性及其影響因素研究已成為當(dāng)下的熱點問題,前人為此做了大量的研究[3-8]。結(jié)果表明,不同地區(qū)土壤硒含量及其影響因素差異較大。主要從不同土壤類型、成土母質(zhì)、土壤pH值等方面分析對土壤硒含量的影響。

3.2.1 土壤類型

本區(qū)共有5種類型的土壤:紅壤、黃壤、水稻土、潮土和紫色土。從表2可以看出,占比最大的水稻土表層土壤硒平均含量最低,分析其原因可能是水稻土是經(jīng)長期水耕熟化而形成的一種泛域性土壤,是農(nóng)作物耕種的主要土壤。前人研究表明,土壤硒含量受有機(jī)質(zhì)影響及控制。由于長期反復(fù)耕種,人類活動加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解,導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量減少,進(jìn)而造成土壤硒含量不高。從變異系數(shù)看,水稻土表層土壤硒含量變異系數(shù)較大,說明硒元素分布的不均勻性,分異顯著,這也與長期受人類活動的影響相吻合。潮土土壤母質(zhì)多為溪流沖擊物,含砂量大,保水性能較弱,供肥性能較強(qiáng),硒含量最高,但由于保水性能不好,硒元素會隨著流水進(jìn)行遷移,導(dǎo)致分布不均勻?？h域內(nèi)紅壤和黃壤是發(fā)展林業(yè)的主要土壤,二者土層厚,酸性強(qiáng),腐殖質(zhì)積累較豐富,同時林地受人類活動的影響較小,導(dǎo)致土壤硒含量適中。紫色土是由不同地質(zhì)時期的紫色母巖發(fā)育而成,礦物養(yǎng)分豐富,剔除離群數(shù)據(jù)后,土壤硒含量整體較高。

表2 不同土壤類型下表層土壤硒含量Table 2 Selenium content in surface soil under different soil types

3.2.2 成土母質(zhì)

本區(qū)出露以火山巖為主,其次為第四系沖洪積層,出露小面積的花崗(斑)巖。從表3可以看出,火山巖風(fēng)化物成土母質(zhì)發(fā)育的土壤硒含量最高,花崗巖風(fēng)化物成土母質(zhì)發(fā)育的次之,與沖洪積土壤硒含量相當(dāng),整體土壤硒含量較高。這是因為本區(qū)位于福建政和—大浦?jǐn)嗔岩詵|,巖漿活動頻繁,出露大面積的侏羅系南園組火山巖、白堊系小溪組火山巖和石帽山群,為本區(qū)提供了豐富的土壤硒來源。對比表4區(qū)域不同地質(zhì)背景區(qū)土壤地球化學(xué)背景值,二者分布趨勢一致。同時,由于區(qū)內(nèi)地貌景觀以丘陵、山地為主,土壤多為采樣點上方或附近巖石風(fēng)化產(chǎn)物,遷移距離較短,因此土壤中多種元素受地質(zhì)背景控制較為明顯。從福州局部、屏南縣—邵武市1∶25萬多目標(biāo)區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查研究結(jié)果來看,Se元素分布主要受火山巖控制。

根據(jù)對土壤硒等級的劃分標(biāo)準(zhǔn),土壤硒含量>0.40 mg/kg的富硒樣品為162個,占總樣品數(shù)(910個)的17.8%,富硒土壤面積19.79 km2,占總面積的17.68%。從富硒土壤的地質(zhì)背景來看,發(fā)現(xiàn)富硒土壤主要分布在火山巖地層上,占比64.7%;其次為侵入巖體,占比33.9%,這也說明本區(qū)為火山巖型富硒土壤。

表3 不同成土母質(zhì)下表層土壤硒含量Table 3 Selenium content in surface soil under different parent materials

表4 區(qū)域內(nèi)不同地質(zhì)背景區(qū)Se元素背景值Table 4 Selenium background values of different geological background areas in the region

3.2.3 土壤pH

表5可以看出,周寧縣土壤呈強(qiáng)酸—酸性,且全縣土壤酸堿度差異不大。通過對土壤硒含量與pH進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明:土壤硒含量與pH呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)(r=-0.222,p<0.01)。

表5 表層土壤酸堿度(pH)統(tǒng)計Table 5 pH statistics of surface soil

土壤中硒的賦存狀態(tài)是決定土壤硒生物有效性的重要因素[9],主要有元素態(tài)硒、硒酸鹽和亞硒酸鹽態(tài)、金屬硒化物、有機(jī)態(tài)和揮發(fā)態(tài)等。元素態(tài)硒不溶于水,植物不能直接吸收利用;硒酸鹽態(tài)硒活性高且易溶于水,在堿性土壤中含量較高,易遷移轉(zhuǎn)化;亞硒酸鹽態(tài)硒是水溶性的,在酸性或中性土壤中含量較高,易被粘土礦物及膠體吸附,導(dǎo)致活性降低;硒化物大多不溶于水,不能為植物吸收;有機(jī)態(tài)硒是土壤有效硒的重要組成部分,與有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān);土壤中揮發(fā)性硒一般含量極少。pH是影響土壤硒價態(tài)變化的主要因素之一,有關(guān)研究表明,隨著pH值升高,土壤對亞硒酸鹽態(tài)硒的吸附能力降低,導(dǎo)致水溶性硒增多,活性增強(qiáng),進(jìn)而容易遭受淋失,使得土壤硒含量減少。

表6 表層土壤硒含量與pH相關(guān)性矩陣Table 6 Correlation matrix between selenium content and pH in surface soil

注：*為在置信度(雙測)0.01時,相關(guān)性是顯著的。

4 結(jié)論

(1) 周寧縣表層土壤硒資源較為豐富,含量0.082～1.214 mg/kg,平均值為0.303 mg/kg,是全國土壤硒含量(0.2 mg/kg)的1.515倍,等級以適量為主。

(2) 從土壤類型來看,潮土硒含量最高,但分布不均;紅壤和黃壤是本區(qū)主要的儲硒類型。從成土母質(zhì)來看,火山巖風(fēng)化物發(fā)育的土壤硒含量最高,本區(qū)為火山巖型富硒土壤。酸堿度與土壤硒含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

通過分析本區(qū)表層土壤硒含量分布特征及影響因素,可為富硒優(yōu)質(zhì)土地資源的開發(fā)和農(nóng)產(chǎn)品種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整,提供科學(xué)依據(jù),具有重大意義。