安徽省南陵地區(qū)土壤Se分布特征及評(píng)價(jià)研究

吳正，梁紅霞，陳富榮，李明輝，劉超，李楊

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院(安徽省地質(zhì)科學(xué)研究所)，安徽 合肥 230001)

0 引言

Se是具有多功能的生命必需微量元素，國(guó)內(nèi)外大量醫(yī)學(xué)臨床試驗(yàn)證明，人體缺硒會(huì)造成重要器官機(jī)能失調(diào)，適量補(bǔ)充硒對(duì)癌癥、心臟病、肝臟等幾十種疾病有較好的預(yù)防和輔助治療作用，而過量硒則會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生明顯的毒害[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生活質(zhì)量的提高，人類健康逐漸成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，富硒土壤作為一種特殊的地質(zhì)資源，必將得到有效地開發(fā)利用和保護(hù)[2]。

該文選取安徽省南陵地區(qū)，對(duì)區(qū)內(nèi)土壤Se的含量及空間分布特征進(jìn)行研究，為當(dāng)?shù)睾侠碛行У拈_發(fā)利用富硒土地資源提供地球化學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省東南部，地處經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長(zhǎng)江三角洲地帶，交通位置便捷，行政區(qū)劃涉及許鎮(zhèn)鎮(zhèn)、籍山鎮(zhèn)、弋江鎮(zhèn)、家發(fā)鎮(zhèn)等8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(圖1)。區(qū)內(nèi)四季分明，氣候溫和，光照充足，雨量充沛，屬典型的北亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候區(qū)[3]。區(qū)內(nèi)河湖交織，相互串通，港汊密布，水體流向多變。

研究區(qū)位于江南隆起帶和下?lián)P子坳陷帶2個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元的結(jié)合部位，跨太平坳褶帶、江南過渡帶、江南前陸反向褶沖帶3個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元，構(gòu)造變動(dòng)極為發(fā)育[4]。成土母質(zhì)以河流沖積物母質(zhì)為主，紅色碎屑巖類風(fēng)化物母質(zhì)和晚更新世黃土母質(zhì)次之[5]。土壤類型主要為水稻土，其次分布紅壤、紫色土、潮土等[6]。

1—平原；2—崗地；3—丘陵；4—低山；5—工作區(qū)范圍圖1 研究區(qū)地貌景觀圖

2 研究方法

2.1 樣品采集

土壤樣品平均采樣密度為10.3個(gè)點(diǎn)/km2，采樣單元按全國(guó)第二次土地調(diào)查圖斑進(jìn)行布設(shè)，根據(jù)1km2范圍內(nèi)二調(diào)圖斑多少不同，樣品數(shù)有所不同，在考慮樣品代表性的同時(shí)兼顧均勻性與合理性，最大限度控制調(diào)查單元，均勻采集0～20cm的土壤柱[7]。

全區(qū)共完成1∶5萬(wàn)土壤測(cè)量面積550km2，采集表層土壤樣品5803件(含重復(fù)樣125件)，布置土壤垂向剖面47條，采集剖面土壤樣品233件，采集農(nóng)作物及根系土壤樣品151件。

2.2 樣品分析

樣品分析測(cè)試工作由安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所承擔(dān)。以中國(guó)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)》為依據(jù)，結(jié)合《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析外部檢查質(zhì)量控制暫行規(guī)定》和《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求補(bǔ)充規(guī)定》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選擇使用X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定13種元素(MgO,SiO2,P,K2O,CaO,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Pb,Zn)，電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定2種元素(Mo,Cd)，發(fā)射光譜法(ES)、原子熒光法(AFS)、離子選擇性電極法(ISE)測(cè)定7種元素(As,Hg,B,Se,Corg,N,pH)的分析方法配套方案(表1)。

3 結(jié)果與討論

表1 土壤樣品分析測(cè)試方法

3.1 硒元素含量及分布特征

3.1.1 硒元素含量特征

研究區(qū)土壤Se含量區(qū)間為0.01～0.98mg/kg，平均含量0.32mg/kg，比安徽省已完成多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的Se含量平均值0.27mg/kg[8-10]高出0.05mg/kg；Se的分布在地域上不存在明顯差異，許鎮(zhèn)土壤Se平均含量略高，家發(fā)鎮(zhèn)略低(圖2)。

不同土壤類型中Se含量也有所不同(表2)，各類土壤中Se含量平均值由高到低依次為：石灰土(0.43mg/kg)>粗骨土(0.353mg/kg)>紫色土(0.352mg/kg)>紅壤(0.343mg/kg)>潛育水稻土(0.338mg/kg)>潴育型水稻土(0.323mg/kg)>側(cè)漂型水稻土(0.296mg/kg)>黃棕壤(0.29mg/kg)>潮土(0.253mg/kg)。

變異系數(shù)可反映土壤硒含量的離散程度。硒元素在各類土壤類型中的變異系數(shù)范圍為16.22%～44.91%。表2結(jié)果顯示，側(cè)漂型、潛育水和潴育型3種水稻土中的變異系數(shù)大致相等，而達(dá)到富硒土壤樣品的比例差距明顯，主要是由于水稻土的形成受人為活動(dòng)影響大，土壤水耕熟化程度高，并且不同地段土壤質(zhì)地因水耕分選作用而有所差異，從而造成不同地域上水稻土Se含量存在較大差異。

圖2 研究區(qū)土壤Se地球化學(xué)圖

按照全區(qū)地質(zhì)背景進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各地層單元Se含量平均值差異不明顯，最高的是二疊-三疊紀(jì)地層，平均值0.36mg/kg，最低的是第四紀(jì)下蜀組地層，平均含量0.30mg/kg，反映出二疊-三疊紀(jì)地層表層土壤Se含量相對(duì)較高；Se空間變異較大的則是晚侏羅-早白堊紀(jì)地層分布區(qū)，變異系數(shù)為48.96%；各地質(zhì)單元內(nèi)富硒土壤比例較高的為侏羅紀(jì)赤山組，為34.81%，二疊-三疊紀(jì)次之，為33.63%(表3)。

綜上所述，Se元素含量一定程度上與土壤類型及地質(zhì)背景有關(guān)。石灰石、紅壤和紫色土3種類型土壤中Se平均含量較高，變異系數(shù)也較高，說明局部富Se段可能較多分布在這3種土壤類型中，分析認(rèn)為，3種土壤類型中均含有較高的有機(jī)質(zhì)，而有機(jī)質(zhì)能吸附較多的含硒化合物，形成高值點(diǎn)[11]；石灰石主要分布在二疊-三疊紀(jì)地質(zhì)單元中，變異系數(shù)較大，可能與地質(zhì)背景存在一定的關(guān)系。

3.1.2 硒元素分布特征

研究區(qū)土壤Se總體呈背景含量分布，主要的含量區(qū)間為0.28～0.35mg/kg，青弋江沿岸主要分布低背景土壤，高背景區(qū)主要沿孤峰河、埂上陳、黃墓鎮(zhèn)以北、葛林橋等地分布，高值異常分布較為零星。

表2 不同土壤類型土壤Se元素地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表3 不同地質(zhì)單元土壤Se元素地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)區(qū)內(nèi)土壤垂向剖面調(diào)查結(jié)果(圖3)，各地層Se分布具有逐層富集特征，晚更新世黃土母質(zhì)發(fā)育的土壤Se含量整體偏低，且表深層Se含量值差異較小。

圖3 區(qū)內(nèi)Se不同深度含量變化 及不同母質(zhì)土壤剖面Se分布圖

3.2 富硒土壤資源評(píng)價(jià)

3.2.1 富硒土壤劃分標(biāo)準(zhǔn)

土壤Se含量分級(jí)不但要考慮調(diào)查區(qū)Se含量地區(qū)化學(xué)分布特征，還應(yīng)考慮Se缺乏或過量對(duì)人體健康的影響程度，而富硒土壤的界定應(yīng)具有明顯的生物有效性[12]。研究區(qū)富硒土壤劃分主要參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》(DZ/T0295-2016)中富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)依據(jù)安徽省已完成的多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查表層土壤Se含量特征及調(diào)查中富硒農(nóng)產(chǎn)品樣品與根系土Se含量特性，劃定該區(qū)域Se劃分標(biāo)準(zhǔn)(表4)。

表4 土壤硒等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)值

3.2.2 調(diào)查區(qū)富硒土壤資源評(píng)價(jià)

依據(jù)以上Se劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)富硒土壤面積為21.29km2，占研究區(qū)總面積的3.53%，足硒土壤面積131.50km2，占總面積的21.90%(圖4)。

圖4 研究區(qū)富硒土壤資源分布圖

3.2.3 不同土地利用方式土壤富硒資源

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，獲取不同土地利用方式土壤Se參數(shù)(表5)，土壤Se含量最大值和最小值均出現(xiàn)在水田，園地平均值最大。

按照劃定的區(qū)域富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)，得出區(qū)內(nèi)Se含量大于0.35mg/kg的土壤樣品共1669件，占研究區(qū)總樣品數(shù)的29.39%，其中耕地內(nèi)分布有1461件富硒樣品，占富硒土壤樣品數(shù)的87.54%，其次為林地，占11.50%(表6)。

表5 不同土地利用方式土壤Se參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表6 不同土地利用方式富硒土壤點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

注：按Se≥0.35mg/kg統(tǒng)計(jì)

3.3 硒元素有效性評(píng)價(jià)

3.3.1 土壤硒元素有效性評(píng)價(jià)

該次調(diào)查共采集了水稻樣品150件，玉米樣品1件，配套采集根系土，分析了根系土Se全量、有效量及多元素全量(表7)。

表7 根系土Se、有效硒與其他元素相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)

表7顯示，土壤Se與有效硒、P,Cr,Ni,Cu,Zn,Pb,As,Co,V,N、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、堿解氮、有效硼、有效銅、有效鋅之間達(dá)到了0.01水平的極顯著正相關(guān)，與K2O，pH、有效磷、有效錳之間達(dá)到了極顯著負(fù)相關(guān)；與Hg、Cd之間呈顯著正相關(guān)(0.05的水平)，與SiO2之間達(dá)到了0.05水平的顯著負(fù)相關(guān)。

土壤有效硒與MgO，P，K2O，Zn，Cd、鉬、N、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、堿解氮、有效銅、有效鋅之間呈極顯著正相關(guān)(0.01水平)，與B，pH、有效錳之間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與N、有效鉬之間呈顯著性正相關(guān)，SiO2、有效硅之間呈顯著負(fù)相關(guān)(0.05水平)。

從各元素之間的相關(guān)性看出，土壤中的有效硒含量隨著Se含量的增加而增加，土壤Se與Cr,Cd,Ni,Cu,Zn,Pb,As亦表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，說明土壤Se與重金屬相伴生，是富硒土壤開發(fā)的不利因素。土壤有效硒與其他指標(biāo)相關(guān)性要差于Se，僅與Zn,Cd、有效銅、有效鋅之間呈顯著正相關(guān)[13-15]。

以土壤有效硒所占土壤Se比例衡量Se有效度，區(qū)內(nèi)全部水稻根系土壤樣品Se有效度為1.57%～6.15%，平均值3.29%。

3.3.2 硒元素生物有效性評(píng)價(jià)

調(diào)查區(qū)水稻樣品Se含量與土壤Se、有效硒含量相關(guān)分析顯示(表8)，作物中Se與土壤中Se相關(guān)性較差，與土壤中N、B、有效錳以及作物中Cd之間呈極顯著相關(guān)關(guān)系，與P、Mn、V、鉬、有機(jī)質(zhì)、pH、堿解氮、有效鉬、有效銅、有效性以及作物籽實(shí)中Cr之間呈顯著相關(guān)關(guān)系(0.05的水平)[16]。

表8 生物樣品Se含量與根系土壤元素全量、有效量以及以生物樣品中其他素相關(guān)關(guān)系

注：統(tǒng)計(jì)樣本151件，**，*在0.01，0.05水平(雙側(cè))顯著相關(guān)，置信度95%。

4 結(jié)論

研究區(qū)土壤Se含量區(qū)間0.01～0.98mg/kg，平均含量0.32mg/kg，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)差異不明顯，石灰土中Se平均含量最高，潮土中最低，二疊-三疊紀(jì)地層區(qū)Se含量稍高；區(qū)內(nèi)土壤Se總體呈背景含量分布，少量的低背景土壤分布于青弋江沿岸，其含量與人為活動(dòng)、土壤類型和地質(zhì)單元存在一定的關(guān)系；初步圈定區(qū)內(nèi)富硒土壤面積152.79km2，占研究區(qū)耕地面積的25.43%，具有一定的富硒土壤開發(fā)潛力；土壤Se常與重金屬伴生，而有效硒與重金屬相關(guān)性不明顯，土壤有效硒隨Se含量的增加而增加。