貴州省西秀區(qū)耕地土壤硒元素地球化學特征及成因分析

沈云飛

(貴州省煤田地質(zhì)局113隊，貴州 貴陽 550081)

1 引言

硒(Se)是地球上一種稀少且分散的元素，對維持人體正常生理功能至關重要， 具有保護心肌健康、抗氧化、防衰老、增強人體免疫力、重金屬解毒以及防癌、抗癌、治癌等功能(胡小娟 等，2019)(齊玉薇 等，2005)。Se含量直接決定了人體Se的營養(yǎng)水平，人體內(nèi)的Se最終來源于土壤(成曉夢 等，2019)，因此土壤中Se的分布、賦存狀態(tài)及土壤-農(nóng)產(chǎn)品系統(tǒng)中Se的遷移轉(zhuǎn)化特征等一直是關注的熱點(潘金德 等，2007)。我國總體是一個貧Se國家(鮑麗然 等，2018)。尋找并利用富Se土地資源，開發(fā)富Se農(nóng)產(chǎn)品，具有積極的經(jīng)濟價值和社會價值(林乃武，2019)。

2 研究區(qū)概況

3 樣品采集與分析測試

3.1 樣品采集

3.1.1 表層土壤樣品采集

3.1.2 農(nóng)作物樣品采集

3.2 分析測試

樣品測試由四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測試中心完成，按照土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范，土壤樣品分析 Se、有機質(zhì) 等元素和指標 23 項，農(nóng)作物樣品分析 Se、Zn、Cd 等指標 7項。其中 土壤樣品Se 元素含量采用原子熒光光譜法(AFS) 測定，檢出限0.01 mg / kg，分析檢測報出率、精密度均達 100%；農(nóng)作物樣品Se 元素含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS) 測定，檢出限0.005 mg / kg，分析檢測報出率、精密度均達 100% ，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用 SPSS 21.0 軟件，原始數(shù)據(jù)剔盡離群樣品( 均值 ± 3 倍標準離差) 后，統(tǒng)計其算術均值 、標準離差、變異系數(shù)等地球化學參數(shù)(況云所 等，2020；蔡大為 等，2020)。

4 Se元素地球化學特征

4.1 表層土壤硒地球化學特征

表1 土壤硒元素地球化學特征值表 (mg /kg)

4.2 表層土壤硒的空間分布特征

表2 土壤硒元素等級面積統(tǒng)計表Table 2 Statistics of grade and area of soil selenium element

5 土壤硒的成因分析

5.1 成土母質(zhì)

硒在環(huán)境中的分布受多種自然和人為因素的影響，而表層土壤硒則主要是母質(zhì)風化和植物富集作用的結果。巖石中硒含量受巖性的影響，已有研究表明，碳酸鹽巖以及磷酸鹽巖中的硒含量相對較高，在原生地質(zhì)環(huán)境中，硒的主要來源為富硒的沉積巖，如黑色頁巖和煤系地層(謝薇 等，2019)。研究區(qū)富硒耕地占全縣耕地總面積的89.40%，幾乎涵蓋研究區(qū)所有地層，說明富硒土壤的形成與地質(zhì)年代沒有明顯關系。研究區(qū)二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M巖石中的硒含量最高，該地層為頁巖、粉砂質(zhì)泥巖夾煤層及灰?guī)r；三疊系下統(tǒng)大冶組巖石中硒含量最低，該地層為砂質(zhì)頁巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r。

研究區(qū)土壤垂向剖面特征見圖2，各垂向剖面上Se含量的變化趨勢較相似，即由上而下總體表現(xiàn)為不斷下降的規(guī)律。區(qū)內(nèi)巖石硒含量和對應土壤硒含量沒有明顯的相關性，巖石硒含量較低的三疊系下統(tǒng)白云巖所對應的土壤硒含量反而較高，土壤中的硒含量遠大于其所在母巖中的硒含量。同時與深層土壤相比， 研究區(qū)表層土壤明顯富集硒(見圖2)?？梢娫搮^(qū)的土壤硒含量除了來源于母巖，有可能受其他外源因素的補給。

5.2 土壤類型

圖3 西秀區(qū)不同土壤類型硒含量平均值Fig.3 Average selenium content in different soil types in Xixiu district

5.3 土地利用方式

研究區(qū)不同土地利用方式硒含量平均值差異明顯，茶園硒含量平均值最高，高達0.76 mg/kg，其次是果園，水田和旱地硒含量平均值相差很小，分別為0.55 mg/kg、0.56 mg/kg，見圖4。

圖4 西秀區(qū)不同土地利用方式硒含量平均值Fig.4 Average selenium content in different land use types in Xixiu district

5.4 土壤理化性質(zhì)

5.4.1 土壤有機質(zhì)

土壤有機質(zhì)主要包括動植物殘體、微生物體、生物殘體的分解產(chǎn)物，以及腐殖質(zhì)等物質(zhì)，這些物質(zhì)和硒緊密結合形成有機結合態(tài)(朱建明 等，2008)。研究區(qū)土壤有機質(zhì)與土壤硒含量存在正相關性關系，見圖5。研究區(qū)有機質(zhì)平均含量為36.89g/kg，含量較豐富。有機質(zhì)對硒的影響主要表現(xiàn)為吸附和固定作用，有機質(zhì)含量越豐富的土壤，對于土壤中硒的吸附能力也就越強。

圖5 西秀區(qū)土壤有機質(zhì)與土壤硒含量的相關性Fig.5 Correlation between Soil Organic matter and soil selenium content in Xixiu district

5.4.2 pH

圖6 西秀區(qū)不同pH土壤硒含量平均值Fig.6 Average selenium content in different pH soils in Xixiu district

圖7 西秀區(qū)成土母巖龍?zhí)督M碎屑巖pH與土壤硒含量的相關性Fig.7 Correlation between pH of detrital rocks of Longtan formation and se content in soil in Xixiu district

5.4.3 重金屬元素

Cd、Hg、As、Zn等金屬礦床多由硫化物礦物組成，而硒和硫具有相似的化學性 質(zhì)，兩者易以類質(zhì)同象共存，所以原生礦物中硒與上述金屬元素存在著一定的伴生關系，雖在風化形成土壤時發(fā)生了一系列的崩解和分解作用，但由于土壤對成土母質(zhì)的繼承性，土壤中硒往往與Cd、Hg、As、Zn等重金屬元素表現(xiàn)一定的正相關關系(劉道榮 等，2019；賈十軍，2013)。研究區(qū)Mo、Cd、As、Zn的相關性如圖8所示，土壤中的重金屬與硒含量均具有正相關關系，相關系數(shù)均低于0.50，也進一步說明硒對成土母質(zhì)具有一定的繼承性，同時也受外源的補給。

圖8 西秀區(qū)土壤Se含量與Mo、Cd、As、Zn含量的相關性 (Mo元素來自龍?zhí)督M碎屑巖、其他元素來自楊柳井組碳酸鹽巖)Fig.8 Correlation between Se content and Mo, Cd, As, Zn content in Xixiu district soil (Mo element comes from clastic rocks of the Longtan formation and other elements come from carbonate rocks of the Yangliujing formation)

6 硒的生態(tài)效應評價

調(diào)查區(qū)農(nóng)作物中Se元素特征見表8，生物富集系數(shù)可以體現(xiàn)對元素的積累效應(周俊，2014)。生物富集系數(shù)計算公式為：

生物體對Se元素的富集作用主要表現(xiàn)為茶葉的富集系數(shù)最大，高達19.628%，其次是油菜，水稻的富集系數(shù)最小。各富集系數(shù)大小與各農(nóng)作物中硒元素含量大小一致。油菜全部富硒，水稻、茶葉富硒率均為62.50%(詳見表3)。

表3 西秀區(qū)農(nóng)作物富硒情況及富集系數(shù)統(tǒng)計Table 3 Statistics of selenium-enriched crops and enrichment coefficient in Xixiu district

7 結語

(1)在該區(qū)域內(nèi)耕地土壤中硒元素總體平均含量為0.56 mg/kg，是中國土壤(A 層) 中值的2.71倍，富硒(大于0.4 mg/kg)耕地面積為64 673.01公頃(96.96萬畝)，占全縣耕地總面積的89.40%。

(2)土壤中的硒含量遠大于其所在母巖中的硒含量，兩者沒有明顯的相關性，同時與深層土壤相比，表層土壤明顯富集硒。

(3)研究區(qū)土壤硒含量受土壤類型、土地利用方式和有機質(zhì)含量的影響，而且在一定范圍內(nèi)硒含量與pH值呈負相關關系，與Mo、Cd、As、Zn等重金屬均具有正相關關系，相關系數(shù)均低于0.50，也進一步說明硒對成土母質(zhì)具有一定的繼承性，同時也受外源的補給。

(4)富硒耕地分布區(qū)產(chǎn)出有富硒水稻、富硒茶葉、富硒油菜，富硒率分別為62.5%、62.5%和100%，顯示了富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Α?/p>