貴州省長順縣耕地土壤硒元素分布及其影響因素分析

令狐燕艷，李大吉，張雪梅

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局物化探總隊，貴州 都勻 558004)

1 引言

硒為土壤養(yǎng)分元素，對植物的生長及人體健康具有重要影響(袁思莉 等，2014；萬海英 等，2014，Rayman，2005)。我國土壤硒元素分布極不均勻，表層土壤硒平均含量為0.217 mg/kg(王銳 等，2017)，近3/4的國土為缺硒、低硒地區(qū)(Wang et al.，2001；王幻麒 等，2020)。整體上看，貴州屬于表層土壤硒含量較高地區(qū)(廖金鳳，1990；童建川，2009；蔡大為 等，2020)，背景值為0.298 4 mg/kg(中國環(huán)境監(jiān)測總站，1990)，其中，黔南州硒含量平均值為0.495 mg/kg，遠高于全國表層土壤硒平均含量。土壤中硒的來源廣泛，成土母質是其主要來源(陸楓，2010)。前人已對土壤中硒的影響因素進行了多角度多層次的研究(陳顯著 等，2016；章海波 等，2005；徐強 等，2015)，成土母質、土壤pH及有機質是主要影響因素，此外，土壤理化性質、土壤類型及土地利用方式、大氣濕沉降等因素對土壤硒的含量也造成不同程度的影響(蔡立梅 等，2019；李杰 等，2012；陳杜軍，2012)。

參照《DZ/T 0295-2016 土地質量地球化學評價規(guī)范》(全國國土資源標準化技術委員會，2016)要求，耕地質量地球化學調(diào)查評價結果顯示，長順縣分布大面積富硒土壤，占全縣耕地面積的85.89%。依托該項目，結合貴州省多個縣市硒元素研究成果(胡秋 等，2020；麻杰磊 等，2020；張鐘華 等，2020；周文龍 等，2020；田文明 等，2020)，有效利用耕地質量地球化學調(diào)查成果，多角度分析長順縣土壤中的硒分布特征及影響因素，為長順縣土地資源規(guī)劃、管理和開發(fā)等提供了地球化學參考依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

長順縣位于貴州省中南部，地處黔中兩級剝夷面向廣西丘陵傾斜的斜坡面上，苗嶺山系橫亙縣北部；整體地勢北高南低，中間高，兩邊低，從而形成三級階梯，相對高差937.5 m；地貌以溶蝕-侵蝕地貌為主。研究區(qū)屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫16℃左右，相對濕度81%左右；年平均降雨量1 303.2 mm，全年84.86%的降水量集中在4月到9月。

區(qū)內(nèi)出露地層有泥盆系、石碳系、二疊系、三疊系及白堊系。以石碳系(C)碳酸鹽巖出露最廣，約占全縣總面積的50%；次為頁巖和砂巖等。構造復雜，以南北構造為主，地層走向大致與主要構造方向一致。長順縣耕地利用類型主要為茶園、果園、裸地、旱地、水澆地、水田等六類，旱地及水田占比最大；土壤類型以巖成土壤石灰土為主，占耕地面積48%，其次為地帶性土壤黃壤(24.07%)和水耕熟化形成的水稻土(18.7%)；其它土壤少量分布，棕壤分布面積最小。

3 數(shù)據(jù)來源及處理

3.1 數(shù)據(jù)來源

長順縣耕地質量地球化學調(diào)查評價面積約為426 km2，運用“3S”技術以及現(xiàn)代生態(tài)地球化學理論和方法采集表層土壤樣品3960件(含76件重復樣)，元素異常成因調(diào)查樣200件，土壤垂向剖面樣60件，成土母巖樣20件，灌溉水樣23件，大氣干濕沉降物3件，農(nóng)作物及配套根系樣75件，土壤有機農(nóng)藥殘留樣3件，并選擇多種分析方法配套完成樣品分析測試，數(shù)據(jù)可靠。

3.2 數(shù)據(jù)處理

采用中國地質調(diào)查局發(fā)展研究中心《土地質量地球化學評價管理與維護(應用)子系統(tǒng)》10.0及對應ArcGIS10.0軟件聯(lián)合處理繪制耕地質量地球化學評價圖件，在MapGIS中完成地球化學圖的繪制，利用SPSS19.0、Oringin2017和Excel2016完成樣品23項化學指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

4 硒含量及分布特征

4.1 土壤硒含量

圖1 長順縣表層土壤Se含量頻數(shù)分布圖Fig.1 Frequency distribution chart of surface soil Se in Changshun county

不同成土母巖土壤的Se平均值含量變化差異相對較小，整體來看，碎屑巖中硒含量(0.73 mg/kg)略高于碳酸鹽巖硒含量(0.60 mg/kg)。不同耕地利用類型裸地、旱地、水田中硒平均含量差別較小，分別為0.62 mg/kg、0.63 mg/kg、0.65 mg/kg。不同耕地利用類型中Se平均值含量變化差異相對較小，黃壤Se含量最高(0.69 mg/kg)，其次為水稻土(0.67 mg/kg)，石灰土與粗骨土含量相同(0.59 mg/kg)。此外，酸性土壤硒含量明顯高于堿性土壤中硒含量。

4.2 空間分布特征

統(tǒng)計計算長順縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)Se含量平均值，結果顯示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)Se含量變化差異相對較??；在硒含量劃分標準的基礎上，結合研究區(qū)表層硒含量范圍，將本區(qū)土壤硒含量細化為過剩、特級、一級、二級、三級、含硒、低硒7等(表1)；聯(lián)合ArcGIS和GeoIPAS繪制表層土壤Se地球化學圖(圖2)。

由表1可知，區(qū)內(nèi)存在土壤硒過剩(硒中毒)區(qū)域，但分布面積極小，僅占全區(qū)土壤面積的0.04%；足硒及富硒地區(qū)占全區(qū)土壤面積的85.88%。由圖2可知，高值區(qū)主要分布在新寨鄉(xiāng)-廣順、擺所-中壩-鼓揚、代化-睦化一帶，Se含量高于背景值0.58 mg/kg，富硒土壤整體呈南北向帶狀展布，可能與安順組(T1-2a)、大冶組(T1d)、祥擺組、上司組(C1x-sh)、茅口組(P2m)、吳家坪組、長興祖(P3w+c)、望城坡組、五指山組(D3w+wz)地層有關；低值區(qū)主要集中在南部代化-交麻一帶呈東西向展布，其次為長順縣北部、威遠鎮(zhèn)南部一帶，可能與惠水組(K2h)、邊陽組(T2b)、新苑組(T2x)、擺佐組(C1b)地層有關。

表1 土壤Se含量分級面積Table 1 Classification area of soil Se

圖2 耕地土壤硒(Se)地球化學圖Fig.2 Se geochemical map of cultivated land1—惠水組；2—邊陽組；3—新苑組；4—夜郎組、永寧鎮(zhèn)組；5—大冶組；6—大冶組、安順組；7—安順組；8—吳家坪組、長興組；9—茅口組；10—棲霞組；11—馬坪群、黃龍群合并；12—馬坪組；13—黃龍組；14—擺佐組；15—祥擺組、上司組；16—高坡場組；17—高坡場組第一至二段；18—望城坡組、五指山組；19—獨山組；20—正斷層；21—不明斷層；22—平移斷層；23—地質界線；24—巖相變化

4.3 垂向分布特征

利用垂向剖面樣品硒含量數(shù)據(jù)繪制土壤垂向剖面，反映Se元素在A1層→A2層→B層→C層→基巖的垂向變化規(guī)律。圖3表明，Se主要富集在耕作層(A層)，隨深度增加土壤層中Se元素含量逐漸減少，采集的基巖中Se元素含量低于土壤層含量。

圖3 土壤垂向剖面Se元素含量變化Fig.3 Se variation in the vertical soil section1—泥巖夾碎屑；2—灰?guī)r；3—泥巖；4—灰?guī)r夾白云巖；5—頁巖；6—泥質砂巖

5 硒含量的影響因素

土壤中硒含量及其變化和分布是因素復雜多樣。長順縣不同土壤類型和土地利用類型中表層土壤硒含量差異較小，本文著重從以下三個方面分析。

5.1 成土母質

成土母巖是土壤硒元素的主要物質來源，是土壤形成的基礎。硒屬于親硫元素，土壤硒主要來源于富硒巖石、煤系巖層(李嘉熙，2000)和具有高硒背景的炭質頁巖、硅質巖(宋明義，2009；楊良策 等，2015)。3960件表層土壤樣品硒含量與土壤其它組分含量做相關性分析，相關系數(shù)統(tǒng)計見表2。

表2 長順縣表層土壤Se含量與土壤其它組分相關系數(shù)統(tǒng)計Table 2 Related coefficient statistics of surface Se and other component in Changshun county

結果顯示，長順縣土壤Se含量與土壤金屬元素(V、Cr、Cu、Mo、Ni)含量具有顯著正相關性(P<0.01)。長順縣硒含量濃集中心巖性以碳酸鹽巖為主，巖石中硒含量較低，但碳酸鹽巖易受沉積環(huán)境影響發(fā)生風化、淋濾等作用，利于硒元素富集；其中，P3w+c地層巖性為灰?guī)r、燧石灰?guī)r，夾硅質巖和煤層，C1x-sh地層巖性為含煤系頁巖，結合圖3中剖面0MHPM1和0MHPM2基巖(C1x-sh)硒含量，區(qū)域上與富硒土壤分布區(qū)一致。低值區(qū)巖性以粘土巖、砂巖為主，表層土壤樣品Se含量與成土母巖無明顯相關性，不能片面地得出碎屑巖區(qū)土壤硒含量高于碳酸鹽巖地區(qū)硒含量的結論。

5.2 有機質

結合異常查證數(shù)據(jù)，區(qū)內(nèi)廣順鎮(zhèn)、擺所、睦化一帶Se元素異常主要是次生富集形成，分布平壩區(qū)或者谷地，有利于土壤或者其他物質保存，同時疊加人類活動，對于土壤耕作層中物質成分有一定程度的影響，如有機質等。研究區(qū)土壤中氧化物成分主要由Si、Al和Fe組成，根據(jù)垂向剖面中有機質、pH、Fe2O3、Si和Al礦物含量與土壤Se含量做相關性分析，見圖4。

圖4 土壤垂向剖面有機質、理化性質與Se元素的相關性Fig.4 Correlation of organic matter, physicochemical property and Se in vertical soil section

長順表層土壤有機質含量最小值為3.60 mg/kg，最大值為161.19 mg/kg，平均值為34.81 mg/kg。表2結果顯示土壤有機質含量與硒含量的相關系數(shù)為0.393，呈顯著正相關(P<0.01)。而不同土壤類型中水稻土有機質平均含量最高，為38.63 mg/kg；棕壤有機質平均含量最低，為23.79 mg/kg；與對應土壤類型中Se元素含量變化相符。說明熟化土壤中有機質豐富，有利于土壤吸附硒元素，從而使得水稻土中硒含量最高。

5.3 土壤理化性質

土壤pH、Fe2O3以及Si和Al礦物含量與Se含量關系呈線性相關(圖4)，一定程度上影響著硒含量變化。

6 結論

(2)足硒及富硒地區(qū)占全區(qū)土壤面積的85.88%，分布較為集中，高值區(qū)主要分布在新寨鄉(xiāng)-廣順、擺所-中壩-鼓揚、代化-睦化一帶，整體呈南北向帶狀展布；垂向上整體隨深度增加Se含量逐漸減少，且基巖內(nèi)Se元素含量低于地表耕作層Se元素含量。

(3)空間上，富硒土壤分布與易風化的碳酸鹽巖，特別是含煤系地層及硅質巖的地層分布一致。

(4)長順縣土壤Se含量與土壤金屬元素(V、Cr、Cu、Mo、Ni)、有機質含量具有顯著正相關性，與土壤pH呈負相關，與鐵氧化物及硅鋁氧化物皆有線性相關性。