廣西崇左市江州區(qū)土壤中硒元素的物質(zhì)來(lái)源與控制因素分析

（廣西地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530023）

崇左市江州區(qū)位于廣西西南部，位于左江中上游，地勢(shì)南北高，中、東部低，整體地勢(shì)由西北向東南傾斜，總面積2 901 km2。崇左市江州區(qū)處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，陽(yáng)光充足，交通便利。研究小組通過(guò)對(duì)該區(qū)域土地質(zhì)量的地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)，查明了富硒土壤的分布特征及其規(guī)律，發(fā)現(xiàn)富硒土壤面積2 079.43 km2，其中包括富硒水田103.22 km2、富硒旱地922.07 km2以及富硒果園地35.25 km2。開展廣西崇左市江州區(qū)土壤硒元素的地球化學(xué)特征研究，摸清其含量來(lái)源及其影響因素，可為該區(qū)開發(fā)天然富硒優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品提供科技支撐。

1 材料與方法

研究小組采用廣西崇左市江州區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)（1 ∶5萬(wàn)）成果的數(shù)據(jù)，包括表層土壤樣品16 554件，深層土壤樣品54件，水稻樣品98件。研究方法包括采集農(nóng)耕地及農(nóng)耕地間林地的表層土壤，耕地平均布樣密度為10.42件/km2，林地平均布樣密度為4.65件/km2；在布設(shè)的采樣點(diǎn)上，以GPS定位點(diǎn)為中心，在30～50 m范圍內(nèi)向四周輻射確定4～6個(gè)分樣點(diǎn)，等份組合成一個(gè)混合樣，各分樣點(diǎn)的采樣深度為0～20 cm；以單點(diǎn)采樣的方法在部分地區(qū)采集深層土壤，采樣深度為180～200 cm，分析指標(biāo)包括硒、重金屬以及營(yíng)養(yǎng)有益元素等，樣品分析質(zhì)量符合《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250 000）》（DZ/T0258-2014）及《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析方法和技術(shù)要求》（DD2005-03）的要求。

2 崇左市江州區(qū)土壤硒元素的物質(zhì)來(lái)源與遷移機(jī)制

2.1 土壤硒元素的物質(zhì)來(lái)源

崇左市江州區(qū)位于廣西西南部、左江中上游。研究區(qū)域的北部主要岀露泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系碳酸鹽巖及第四系臨桂組和望高組砂粘土層，南部主要發(fā)育二疊系碳酸鹽巖、三疊系、侏羅系碎屑巖以及三疊系火成巖等。

研究區(qū)域16 554件土壤的硒元素含量變幅范圍為0.037～12.1×10-6，平均值為0.92×10-6，是全國(guó)A層土壤平均值（0.29×10-6）的3.17倍，按平均值加減3倍的標(biāo)準(zhǔn)差，反復(fù)剔除異常值（125個(gè)）后，其背景值為0.91×10-6，是全國(guó)A層土壤均值的3.14倍。這表明研究區(qū)域表層土壤中硒元素的含量呈明顯的富集特征。

研究區(qū)域土壤中硒元素含量高值區(qū)（含量值＞1.08×10-6）相對(duì)連片，面積相對(duì)較廣，主要分布在研究區(qū)域西部的新和鎮(zhèn)、北部的左州鎮(zhèn)、馱盧鎮(zhèn)以及東南部的板利鄉(xiāng)、瀨湍鎮(zhèn)一帶。硒元素含量低值區(qū)（含量值＜0.57×10-6）分布面積相對(duì)較小，主要呈連片分布在研究區(qū)域南部、西南部以及左江流域兩岸，其余地區(qū)的硒元素含量主要為背景區(qū)（硒元素含量值為0.57～1.08×10-6）。

研究小組通過(guò)對(duì)比研究區(qū)域的成土母質(zhì)與硒元素含量的空間分布特征后發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域表層土壤中硒元素與成土母質(zhì)和有林地區(qū)具有良好的空間耦合關(guān)系。研究區(qū)域土壤中硒元素高值區(qū)主要與泥盆系、石炭系、二疊系碳酸鹽巖母質(zhì)以及第四系砂粘土層相對(duì)應(yīng)（見圖1）。另外，崇左市江州區(qū)羅白鄉(xiāng)附近表生地球化學(xué)作用較強(qiáng)烈的有林地區(qū)硒元素的含量異常高，含量值＞1.44×10-6，這表明研究區(qū)域土壤中硒元素除了受成土母質(zhì)直接影響外，還與表生環(huán)境中硒元素的遷移循環(huán)過(guò)程有關(guān)[1]；研究區(qū)域土壤中硒元素的低值區(qū)主要為侏羅系碎屑巖以及三疊系火成巖母質(zhì)區(qū)。由此可以推斷，研究區(qū)域土壤中硒元素主要源于泥盆系、石炭系和二疊系碳酸鹽巖母質(zhì)、第四系望高組砂粘土層，以及微生物、植物的表生地球化學(xué)的富集作用。

圖1 研究區(qū)不同成土母質(zhì)中硒元素含量曲線圖

2.2 土壤中硒元素的遷移機(jī)制

運(yùn)用遷移系數(shù)（TF）估算成土母巖中i元素殘留在土壤中的質(zhì)量公式為[2]：

式（1）中，TFi為i元素的遷移系數(shù)；Xi和Xref分別為i元素和Ti元素在表層土壤中的含量；Yi和Yref分別為i元素和Ti元素在深層土壤的含量。當(dāng)TFi＞1時(shí)，表明成土過(guò)程中，i元素在土壤中發(fā)生富集；而當(dāng)TFi＜1時(shí)，表明成土過(guò)程中，i元素發(fā)生虧損。

圖2 研究區(qū)域表層土壤中硒元素的遷移系數(shù)圖

研究小組對(duì)研究區(qū)域的54組表深層土壤的硒元素的遷移系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算（見圖2）。從圖2可以看出，54組表深層土壤中硒元素的遷移系數(shù)范圍為0.44～5.87，平均值為2.09；僅有4組剖面的遷移系數(shù)＜1，其中遷移系數(shù)最小為0.44，其余50組的遷移系數(shù)均＞1，遷移系數(shù)最大為5.87。從不同成土母質(zhì)的TF值來(lái)看（見表1），各成土母質(zhì)的TF值沒(méi)有明顯的規(guī)律，TF值的最低值和最高值對(duì)應(yīng)的成土母質(zhì)為三疊系中性火成巖。因此可知，研究區(qū)域中表層土壤的硒元素在遷移過(guò)程中主要受表生、次生富集作用影響，受成土母質(zhì)的影響相對(duì)較小。

3 研究區(qū)域土壤中硒元素的受控因素分析

研究表明，研究區(qū)域土壤中硒元素含量受成土母質(zhì)和成土過(guò)程的影響，受土壤的礦物組成、有機(jī)質(zhì)含量和pH值等理化性質(zhì)的影響，以及受土壤硒淋濾作用的地形環(huán)境和降雨量等因素影響。研究小組統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)域的土壤中的硒元素與氧化物、有機(jī)碳、pH值等指標(biāo)的相關(guān)性（見圖3、表2）。

國(guó)內(nèi)相關(guān)研究表明，土壤的礦物成分，尤其是赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、鋁土礦、針鐵礦含Mo礦物，能有效吸附土壤的硒元素，尤其是土壤中的鐵鋁氧化物在酸性環(huán)境下對(duì)硒元素的吸收能力較強(qiáng)[3]。從表2中可以看出，研究區(qū)域土壤中硒元素含量與TFe2O3、Al2O3、Mo、Cu含量具有明顯的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.548、0.617、0.664和0.444，這說(shuō)明研究區(qū)域的土壤中硒元素含量隨著TFe2O3、Mo含量的增大而增大，含F(xiàn)e、Al、Cu礦物和含Mo礦物是硒元素的有效吸附劑。

圖3與表2的分析結(jié)果顯示，土壤中硒元素含量與pH值呈負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明了在一定程度上，研究區(qū)域內(nèi)土壤中硒元素含量隨著土壤中pH值的升高而降低，研究區(qū)域土壤的酸堿度是控制土壤中硒元素含量的重要因素。土壤中硒元素與Corg含量表現(xiàn)在0.05水平上相關(guān)系數(shù)為0.22，表明土壤中硒元素的含量有隨著土壤中有機(jī)質(zhì)的增大而增大的趨勢(shì)，研究區(qū)土壤中硒元素的含量受到土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響。有關(guān)研究表明，土壤中的有機(jī)質(zhì)對(duì)硒元素具有較好的吸附作用，并且與硒元素以腐殖質(zhì)締合的形態(tài)存在，能快速固定土壤中的硒元素，起到富集硒元素的作用，從而提高了土壤中硒元素的含量。

表1 研究區(qū)域各剖面成土母質(zhì)的TF 值表

圖3 研究區(qū)域表層土壤硒元素含量與土壤的pH值、Corg、K2O、MgO相關(guān)性散點(diǎn)圖

研究區(qū)域土壤中的硒元素與MgO、K2O、SiO2呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.249、0.403和0.534（見表2），與CaO和Na2O呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。這表明研究區(qū)域的土壤中的硒元素含量在一定程度上受成巖氧化物風(fēng)化作用的影響。

4 農(nóng)作物硒元素的累積效應(yīng)

土壤中硒元素向農(nóng)作物遷移轉(zhuǎn)化并逐漸累積是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，生物富集系數(shù)（F）可以反映植物對(duì)硒元素的累積效應(yīng)，計(jì)算公式為：

表2 研究區(qū)土壤中其他元素與硒元素的相關(guān)性表

研究小組對(duì)研究區(qū)域的98件稻米樣品硒生物富集系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示硒元素的生物富集系數(shù)范圍為3.33%～42.42%，平均值為9.29%，變異系數(shù)為0.58。這表明研究區(qū)域內(nèi)稻米中硒元素的生物累積系數(shù)空間分布不均勻，可能與受控因素較多有關(guān)，如土壤的理化性質(zhì)、農(nóng)業(yè)施肥、農(nóng)藥、大氣、灌溉水等。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）廣西崇左市江州區(qū)土壤中的硒元素主要源于泥盆系、石炭系、二疊系碳酸鹽巖母質(zhì)、第四系望高組砂粘土層以及動(dòng)植物的次生富集。

（2）在遷移過(guò)程中土壤中的硒元素以表生次生富集作用為主。

（3）土壤中的硒元素的含量受土壤酸堿度與有機(jī)質(zhì)的影響，土壤中的硒元素含量與土壤的pH值呈負(fù)相關(guān)性，而與有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)性。

（4）土壤中的硒元素的含量在一定程度上受成巖氧化物風(fēng)化作用的影響。

（5）廣西崇左市江州區(qū)的稻米中硒元素的平均生物富集系數(shù)為9.29%，在空間地域上分布不集中。