安徽省金寨縣土壤硒分布特征及影響因素研究

董 旭，姜明亮，湯 明

(安徽金聯(lián)地礦科技有限公司，安徽 合肥 230002)

硒(Se)是一種人體必需的微量元素(遲鳳琴等，2016)，地殼中其豐度為0.13 mg·kg-1(Rudnick et al.，2003)。環(huán)境中硒的含量水平與人體健康密切相關，對人體生長發(fā)育起著至關重要作用(Ben et al.，2011)。硒具有雙重性，適量硒不僅能夠增強抗衰老、抗氧化及抗癌能力，而且還具有清除體內自由基，加強心肌能，增強免疫力等功效(Kolachi et al.，2011；Heath et al.，2011)；缺硒會誘發(fā)很多疾病如大骨節(jié)病、克山病等(譚見安，1996)；同樣攝入過量的硒或者長時間攝入硒，會導致硒中毒(Wang et al.，2013；Dinh et al.，2018)，如脫甲病(戴慧敏等，2015)。隨著人民生活水平提高，硒元素的營養(yǎng)保健作用逐漸受到重視，并且天然富硒農產品具有安全、科學、有效的特性，因此富硒農產品開發(fā)具有較好前景和重要經濟意義(鄭濤等，2017；王秋爽等，2018)。安徽省地質調查院首次在金寨縣鐵沖鄉(xiāng)—全軍鄉(xiāng)—梅山鎮(zhèn)—白塔畈鄉(xiāng)一帶、麻埠鎮(zhèn)東部及天堂寨等區(qū)域發(fā)現約195 km2的富硒土壤(1)安徽省地質調查院，2019.皖西阜陽—六安地區(qū)1∶25萬土地質量地球化學調查綜合研究報告[R].。為了進一步查清金寨縣富硒土壤分布情況及影響因素，筆者基于2019—2020年在研究區(qū)開展的1∶50 000土地質量地球化學調查成果數據，總結分析金寨縣富硒土壤的分布情況，并探討富硒土壤的影響因素，為該地區(qū)精準扶貧、農業(yè)分區(qū)及富硒資源開發(fā)提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

金寨縣位于安徽省西部大別山，處于鄂、豫、皖三省交界處，土地面積3 918 km2，是一個集庫區(qū)、山區(qū)、革命老區(qū)為一體的國家級扶貧工作重點縣。該縣素有“八山半水半分田，一分道路和莊園”之稱。耕地面積為400.32 km2，占全區(qū)面積的10.22%，園地面積為331.23 km2，占全區(qū)面積的8.46%，林地面積為2 700.40 km2，占全區(qū)面積的68.92%。其境內山巒起伏，地勢變化較大，自西南向東北傾斜，地貌類型主要為侵蝕中山、低山和侵蝕剝蝕丘陵及部分堆積剝蝕波狀平原和沖積平原。海拔1 000 m以上的山峰有120余座，最高峰為皖鄂邊界上的天堂寨，海拔高達1 729.13 m。該地屬北亞熱帶濕潤溫暖季風性氣候區(qū)，雨量充沛，多年平均降水量1 409.70 mm，平均氣溫為15.7 ℃。該區(qū)光照充足，年蒸發(fā)量為1 190.19 mm，平均無霜期228天，屬于季風氣候區(qū)，主導風向夏季多西南風，冬季多偏北風。該地主要經濟作物有水稻、小麥、玉米，特色農作物有茶葉、板栗、油茶、毛竹及中藥材等。土壤偏酸性，成土母質類型主要有下蜀黃土、黃土剝蝕沉積物、河流沖積物、紫色巖類風化物、碳酸巖類風化物、泥質巖類風化物、石英巖類風化物、基性結晶巖類風化物、中性結晶巖類風化物、酸性結晶巖類風化物等。土壤類型主要有粗骨土、石灰土、紫色土、棕壤、黃棕壤、潮土、水稻土等。

1.2 樣品采集與測試

本次對整個金寨縣域開展1∶50 000土地質量地球化學調查評價工作，樣品點布置采用1 km×1 km網格疊加圖斑的方式，在網格內以耕地優(yōu)先的原則下，結合地質背景進行布設。本次土壤調查以耕地為主，林地適當部署少量樣點。本次采集表層土壤樣品6 079 件，采樣深度為0～20 cm，耕地采樣密度為8.3 件/km2，園地采樣密度為4.1 件/km2，林地采樣密度為0.30 件/km2。

土壤樣品經自然風干、人工磨碎后過10目尼龍篩，稱取200 g正樣裝牛皮紙袋內送至安徽省地質實驗研究所進行檢測分析，稱取450 g副樣裝塑料瓶內，放入庫房留作備用。土壤硒含量采用酸熔-原子熒光光譜法(AFS)進行檢測分析。

1.3 質量監(jiān)控及數據處理

采用重復樣品及標準控制物進行質量控制，要求標準樣品符合DZ/T 0295—2016《土地質量地球化學評價規(guī)范》(中華人民共和國國土資源部，2016)的誤差要求，內檢樣品合格率不小于90%。

數據處理采用土地質量地球化學調查與評價數據管理與維護(應用)子系統(tǒng)、GeoChem Studio1.5.8及WPS2018進行整理與統(tǒng)計分析，剔除異常值后統(tǒng)計地球化學特征參數，采用ArcMap 10.2軟件中Kring泛克里格法網格化模型繪制土壤硒元素地球化學圖及含量等級評價圖。

2 結果與討論

2.1 土壤硒含量特征

對金寨縣6 079 件表層土壤進行統(tǒng)計分析，硒含量為0.040～1.254 mg·kg-1，平均值為0.233 mg·kg-1，標準差為0.110，變異系數為0.473，斜差為0.062，峰態(tài)為0.210。各級硒含量的對數分布頻率基本符合正態(tài)分布(圖1)。表層土壤中硒含量平均值高于安徽省江淮流域中的平均值(0.100 mg·kg-1，陳興仁等，2012)；略低于全國平均值(0.290 mg·kg-1，劉錚，1996)。

圖1 金寨縣表層土壤硒含量頻數分布圖Fig.1 Frequency distribution of selenium content in topsoil in Jinzhai county

根據譚見安(1991)對中國土壤硒含量等級劃分標準，金寨縣表層土壤硒的分布存在不均勻性(表1)，大部分區(qū)域以足硒為主，面積比例為64.82%，富硒及邊緣次之，面積比為24.75%，極少部分區(qū)域存在缺硒情況，面積比例僅為0.89%(本次面積統(tǒng)計扣除了水域和城鎮(zhèn)等非評價區(qū))。

表1 金寨縣表層土壤硒含量劃分界限值Table 1 Boundary values for selenium content in topsoil in Jinzhai county

利用ArcMap 10.2軟件中Kring泛克里格法網格化模型繪制金寨縣土壤硒元素地球化學圖(圖2)及金寨縣土壤硒元素含量等級評價圖(圖3)。根據圖2和圖3可以看出，金寨縣表層富硒土壤主要集中在鐵沖鄉(xiāng)—全軍鄉(xiāng)—梅山鎮(zhèn)—白塔畈鄉(xiāng)一帶及麻埠鎮(zhèn)東部和長嶺鄉(xiāng)南部等區(qū)域，硒適量土壤分布于全縣大部分區(qū)域，硒缺乏土壤主要分布在人為活動較密切的區(qū)域，其他區(qū)域零星分布。在土壤硒含量低于0.175 mg·kg-1的區(qū)域，可以采取人為干預的措施，給當地的農作物使用含硒肥料，人為補充農作物硒含量，以保障當地居民的身體健康，減少缺硒導致的疾病。

圖2 金寨縣土壤硒元素地球化學圖Fig.2 Geochemistry of selenium in topsoil in Jinzhai county

圖3 金寨縣土壤硒元素含量等級評價圖Fig.3 Assessment map of selenium levels in topsoil in Jinzhai county

2.2 土壤硒含量的影響因素

2.2.1 成土母質

土壤是由成土母質風化而形成的，成土母質的含硒量直接影響土壤硒的含量及分布，且土壤中硒含量與成土母質中硒含量成正比。通過對金寨縣成土母質的研究發(fā)現，表層土壤中的硒含量與成土母質中的硒含量呈極顯著正相關性，紫色巖類風化物中硒的平均值最高(0.280 mg·kg-1)，基性結晶巖類風化物中的硒含量平均值最低(0.053 mg·kg-1)。由于研究區(qū)內地形地貌較復雜，局部成土母質中硒含量存在一定的差異性(表2)。

表2 金寨縣不同成土母質硒元素富集情況統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of Se enrichment in different parent materials in Jinzhai county

2.2.2 土壤pH值、全氮、Fe2O3和有機質

土壤主要是由地形、氣候、水系、生物、母質及時間等成土因素共同作用下形成的(王曉杰等，2016；鄒勇軍等，2019；周強強等，2019)，其理化性質在不同區(qū)域具有明顯差異，并直接或間接影響土壤中硒的含量。為研究金寨縣表層土壤理化性質對硒含量及分布產生的影響，本次利用土地質量地球化學調查與評價數據管理與維護(應用)子系統(tǒng)軟件對表層土壤中硒含量與pH值、全氮、Fe2O3和有機質進行相關性分析(表3)。

表3 土壤硒含量與pH值、全氮、Fe2O3和有機質的相關性Table 3 Correlation of soil selenium content with pH, total nitrogen, Fe2O3 and organic matter

結果表明，土壤硒含量與土壤pH值有顯著負相關性，相關系數為-0.468。這可能由于pH值升高，硒在土壤中的形態(tài)由難溶解的亞硒酸鹽(SeO32-)向著易溶解的硒酸態(tài)(SeO42-)轉化，土壤中的硒易受水淋失而導致含量下降。土壤pH值可以改變土壤中硒的遷移能力，pH值越高，硒流失越嚴重，土壤中硒的含量越低。土壤硒含量與土壤全氮之間呈顯著正相關關系，相關系數為0.389，推測土壤全氮含量高的地區(qū)土壤硒濃度也會相對較高。土壤硒含量與Fe2O3含量有極顯著正相關關系，相關系數為0.764，可能由于鐵氧化物對硒具有較大的吸附作用。同時研究發(fā)現Fe2O3與pH之間具有極顯著正相關關系，相關系數為0.741，pH=4～6時，鐵氧化物對硒的吸附量較大(王秋爽等，2018)，可以推斷出pH會影響鐵氧化物對硒的吸附能力。

土壤硒含量與有機質含量呈顯著正相關性，相關系數為0.392。研究發(fā)現有機質作為黏粒時，對硒的吸附固定作用增強，促使土壤中的硒循環(huán)加強，進而增加硒的有效性；當有機質作為陰離子時，可能成為硒在土壤傳輸過程中的屏障，使硒在土壤中富集(李永華等，2002)。因此土壤中硒含量隨有機質含量增加而增加。

2.2.3 土壤類型

本次研究區(qū)土壤類型分為粗骨土、石灰土、紫色土、棕壤、黃棕壤、潮土、水稻土等7類。通過調查發(fā)現，硒在不同土壤類型中分布是不同的，最大值(1.254 mg·kg-1)和最小值(0.040 mg·kg-1)均出現在粗骨土中(表4)?？傮w上看，研究區(qū)內所有土壤類型中硒含量差別不是很大，平均值為0.209 ～0.327 mg·kg-1，大小順序為潮土>紫色土>水稻土>石灰土>粗骨土>黃棕壤>棕壤，其中潮土的硒含量相對較高，平均值為0.327 mg·kg-1，變異系數為0.501，屬于中等變異，棕壤的硒含量相對較低，平均值為0.209 mg·kg-1，變異系數為0.488，屬于中等變異。

表4 金寨縣不同土壤類型中硒的富集情況統(tǒng)計表Table 4 Statistical table of Se enrichment in different soil types in Jinzhai county

2.2.4 土地利用類型

不同的土地利用方式對土壤中硒含量的影響不同，主要是通過改變土壤肥力和土壤性質來影響土壤中硒含量。本次研究將金寨縣土地利用方式分為耕地、園地、林地和草地，并分別統(tǒng)計了這4種土地利用方式中土壤硒的含量(表5)。其中林地土壤硒含量均值最高(0.304 mg·kg-1)；園地的硒含量平均值次之(0.259 mg·kg-1)；草地土壤硒含量平均值為0.216 mg·kg-1；耕地土壤的硒含量均值最少(0.199 mg·kg-1)。通過研究發(fā)現，耕地土壤硒含量低，可能與農作物對硒的吸收能力及每年收割處理有關。耕地土壤的硒長期被農作物吸收去除，降低了土壤硒的含量，出現低于草地的現象。園地土壤的硒含量略高于耕地，可能是由于園地所在的區(qū)域海拔高于耕地且距母源較近造成的。林地土壤硒含量最大值為1.167 mg·kg-1，平均值最高，這可能與林地受人類干擾影響較小，環(huán)境中的硒通過風化、腐殖化、吸收、有機物礦化等作用，逐步向表層土壤累積，因林地植被茂盛，水土流失減少，進而減少了土壤中硒的流失，從而使得土壤硒富集。草地土壤中硒含量略高于耕地，低于園地和林地。植被給土壤提供遮陰的作用，可有效減少土壤中硒的流失，因此推斷可能因為草本植物對土地遮陰作用小于喬木及灌木，從而使草地土壤中硒含量流失較多，殘留在土壤中的硒較少。

表5 金寨縣不同土地利用類型土壤硒含量Table 5 Soil total selenium contents under different land use types in Jinzhai county

2.2.5 海拔

本次采集的土壤樣品海拔為47～1 185 m，利用土地質量地球化學調查與數據管理與維護(應用)子系統(tǒng)軟件進行海拔與土壤硒含量相關性分析。結果表明，表層土壤硒含量與海拔高度(300 m以上)呈極顯著正相關關系，海拔高度對表層土壤硒含量影響較大(表6)。

表6 金寨縣不同海拔高度土壤硒含量Table 6 Total selenium contents in soil under different altitudes in Jinzhai county

海拔0～300 m以下土壤硒含量反而比海拔300～600 m的高。推斷原因，一是山區(qū)海拔較低造成硒含量累積；二是海拔300～600 m的區(qū)域以農作物種植為主，可能是農作物對硒元素的吸收，使硒含量降低?？傮w上看，硒含量隨海拔高度增加而增加，推測可能因為海拔的增高，溫度降低，有機質分解變慢，表層土壤中的硒通過有機質的影響被吸附和固定，進而減少表層土壤中硒的流失，同時氣候變冷，植物生長緩慢，減少了植物對表層土壤中硒的吸收。

3 結論

(1)金寨縣土壤硒含量為0.040～1.254 mg·kg-1，平均值為0.233 mg·kg-1，略低于全國平均值(0.290 mg·kg-1)，以硒適量土壤為主，富硒土壤和邊緣土壤次之，僅少部分地區(qū)為硒缺乏土壤。為了精準扶貧，合理開發(fā)富硒土壤，在確保土壤環(huán)境安全的條件下，可以考慮加大對富硒土壤的高效開發(fā)并推廣富硒農產品。

(2)成土母質以紫色巖類風化物中硒的平均值最高(0.280 mg·kg-1)，基性結晶巖類風化物中的硒含量平均值最低(0.053 mg·kg-1)。不同的土壤類型中，最大值(1.254 mg·kg-1)和最小值(0.040 mg·kg-1)均出現在粗骨土中，不同土壤類型中硒含量差別不是很大，平均值為0.209～0.327 mg·kg-1；含硒量大小順序為潮土>紫色土>水稻土>石灰土>粗骨土>黃棕壤>棕壤。土地利用方式中以林地土壤硒含量均值最高(0.304 mg·kg-1)，園地的硒含量為0.259 mg·kg-1，草地土壤硒含量為0.216 mg·kg-1，耕地土壤的硒含量最少(0.199 mg·kg-1)。

(3)土壤硒含量與pH值呈顯著的負相關性，土壤硒含量隨pH值降低而增加；與土壤全氮、Fe2O3和有機質含量呈顯著正相關性，土壤硒含量隨土壤全氮、Fe2O3、有機質含量增加而增加。土壤硒含量與海拔高度(300 m以上)呈極顯著正相關關系，土壤中硒含量隨海拔高度增加而增加。