重慶侏羅紀(jì)地層區(qū)土壤硒含量分異：以江津和石柱地區(qū)為例

劉永林，趙家宇，劉 怡，吳 梅，肖慧嫻，劉丁慧，田興磊

(1.重慶師范大學(xué)GIS應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401331；2.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 401331；3.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引 言

土壤是硒生態(tài)循環(huán)中最重要的環(huán)節(jié)，土壤缺硒可能引起的人體健康問題已被廣泛報(bào)道[1-4]。我國(guó)存在一條與大骨節(jié)病區(qū)和克山病病區(qū)高度吻合的自東北至西南分布的土壤低硒帶，處于這條低硒帶上的多數(shù)地區(qū)人群硒攝入量嚴(yán)重不足[2，5-6]；相反，土壤硒過量引起的硒中毒也已被證實(shí)[7-8]。人體主要通過食物鏈與土壤硒建立密切聯(lián)系[9-12]，而土壤硒含量水平，特別是土壤硒的生物有效性決定了食物鏈中硒循環(huán)強(qiáng)弱[10，13-15]。因此，研究土壤硒含量及其生物有效性的空間分布規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以期調(diào)控居民硒營(yíng)養(yǎng)，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的現(xiàn)實(shí)問題，意義重大而深遠(yuǎn)。

土壤硒含量的富集及其生物有效性的地域分異機(jī)制是地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)、地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)和地球化學(xué)等學(xué)科長(zhǎng)期以來(lái)亟待解答的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。近幾十年來(lái)，多學(xué)科學(xué)者對(duì)土壤硒空間分異及其控制因素開展了廣泛研究，取得了許多重要的認(rèn)識(shí)。如：大尺度上我國(guó)存在一條自東北至西南走向的土壤低硒帶[2，5]；土壤硒含量富集及其生物有效性的空間分布受到成土母巖、土壤理化性質(zhì)、氣候、地形地貌和土地利用等因素影響[11，16-18]；此外，受小尺度地理環(huán)境影響，在土壤低硒帶的局部地區(qū)也存在富硒土壤，指示小尺度地理環(huán)境對(duì)土壤硒的地域分異影響更加顯著[17，19-23]。為此，需探討在相似地質(zhì)背景，即相同地質(zhì)構(gòu)造單元，成土母巖相似條件下，土壤硒含量及其生物有效性的分異機(jī)制。

紅層指中生代陸相紅色碎屑巖[24]，是典型低硒成土母巖，而四川盆地是紅層發(fā)育典型地區(qū)，位于我國(guó)東北至西南低硒帶的西南部，歷史和現(xiàn)今都分布有克山病病區(qū)[25]，其中石柱縣是重慶市克山病重點(diǎn)防治區(qū)，土壤貧硒[25]，但同位于四川盆地紅層區(qū)的江津區(qū)歷史上未流行大骨節(jié)病和克山病等地方性疾病[26]，且土壤硒含量總體處于富硒水平[27]。為此，本文選取同位于四川地區(qū)中生代前陸盆地，并且成土母巖同為侏羅紀(jì)陸相紅色碎屑巖的江津區(qū)和石柱縣為研究區(qū)，比較研究土壤硒含量及其生物有效性分異特征，并初步探討土壤硒的分異機(jī)制。研究成果可為進(jìn)一步揭示土壤硒的分異富集機(jī)制提供新的科學(xué)依據(jù)和研究思路。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江津區(qū)于2012年被中國(guó)老年學(xué)會(huì)授予“長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)”稱號(hào)，富硒土壤廣布[27]。江津區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫18.4 ℃，年均降水量1001 mm。區(qū)內(nèi)總體地勢(shì)南高北低，境內(nèi)地貌類型分為河谷階地、丘陵和中低山。江津區(qū)位于川東褶皺帶華鎣山梳狀褶皺束延伸西南的向東分支——重慶弧群區(qū)，為“川東褶皺”和“川黔南北構(gòu)造帶”的過渡帶(圖1)；江津區(qū)地質(zhì)構(gòu)造受三疊紀(jì)印支運(yùn)動(dòng)，尤其是晚白堊世燕山運(yùn)動(dòng)第三期的影響，形成多個(gè)北東—南西向背斜和向斜平行相間排列(圖2(a)和(b))?？傮w構(gòu)造特點(diǎn)表現(xiàn)為向斜開闊，背斜緊密。區(qū)內(nèi)白堊紀(jì)(K)地層主要分布于南部倒置中低山區(qū)，巖性為河湖相的砂巖夾泥巖；侏羅紀(jì)(J)地層為主要成土母巖，分布于向斜丘陵谷地，巖性為淺水湖相和湖河相的泥巖、粉砂巖及砂巖；三疊紀(jì)(T)地層全部分布于北部背斜低山地區(qū)，巖性為湖沼相的碎屑巖沉積和淺海相的碳酸鹽巖夾石膏。

圖1 四川盆地及鄰區(qū)大地構(gòu)造圖(a)和重慶市江津區(qū)和石柱縣地理位置(b)Fig.1 Topographic map showing tectonic units of the Sichuan Basin and its adjacent regions (a)and geographic map of Jiangjin district and Shizhu County in Chongqing (b)

圖2 江津區(qū)和石柱縣構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a)(c)及其對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)分布(b)(d)Fig.2 Structural sketches (a)(c)and related sampling location (b)(d)of Jiangjin district and Shizhu County K1w.下白堊統(tǒng)窩頭山組；J3p.上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組；J3sn.上侏羅統(tǒng)遂寧組；J2s.中侏羅統(tǒng)沙溪廟組；J1-2Z-xt.中—下侏羅統(tǒng)自流井群與新田溝組并層；J1Z.下侏羅統(tǒng)自流井群；T3xj.上三疊統(tǒng)須家河組；T2l.中三疊統(tǒng)雷口坡組；T1j.下三疊統(tǒng)嘉陵江組；T1d-j.下三疊統(tǒng)嘉陵江組與大冶組并層；T1f.下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組；P3w.上二疊統(tǒng)吳家坪組；P2-3q-w.中—上二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組和吳家坪組并層；P1-2l-m.中—下二疊統(tǒng)梁山組、棲霞組和茅口組并層；D2yt.中泥盆統(tǒng)云臺(tái)觀組；S2-3l-hx.中—上志留統(tǒng)羅惹坪組與回星組并層；S1x-m.下志留統(tǒng)新灘組與馬腳組并層；OS.奧陶系與志留系并層；O2g-b.中奧陶統(tǒng)牯牛潭組與寶塔組并層；O1n-dw.下奧陶統(tǒng)南津關(guān)組與大灣組并層；∈O.寒武系與奧陶系并層；∈2g-p.中寒武統(tǒng)高臺(tái)組與平井組并層；∈1.下寒武統(tǒng)；Z.震旦系

石柱縣是克山病重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)[25]，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫16.5 ℃，年均降水量1100 mm。該區(qū)地勢(shì)東高西低，整體地勢(shì)受地質(zhì)構(gòu)造控制，“兩山夾一槽”為其主要地貌特征(圖2(c))。在地質(zhì)構(gòu)造上，石柱縣屬于川東褶皺帶東緣部分，自東向西由七曜山背斜、石柱向斜、方斗山背斜及忠縣向斜組成(圖2(c)和(d))，呈北東—南西向近似平行排列。區(qū)域內(nèi)地層出露較完整，震旦紀(jì)和古生代地層出露于七曜山背斜核部及東南翼，而中生代地層出露于石柱向斜、忠縣背斜核部和方斗山背斜核部及兩翼(圖2(d))。中生代地層在石柱區(qū)域出露面積最大，其中三疊系為淺海相碳酸鹽巖和湖沼相的碎屑巖；侏羅系為湖河相的泥巖、粉砂巖及砂巖，分布于石柱向斜核部。石柱縣克山病病村僅分布于侏羅紀(jì)地層出露區(qū)。

1.2 樣品采集和測(cè)試分析

以侏羅紀(jì)地層為采樣基本單元(圖2(c)和(d))，兼顧土壤類型和土地利用方式，共采集土壤樣品232件，其中江津157件、石柱75件。將所采集表層土壤樣品放入樣品袋，帶回實(shí)驗(yàn)室備用。土壤樣品室內(nèi)自然風(fēng)干，同時(shí)剔除植物根莖、小石子等雜質(zhì)。過2.0 mm孔徑篩(10目)，充分混勻，四分法取部分10目土樣用瑪瑙研磨儀研磨，過0.15 mm孔徑篩(100目)，裝入磨口瓶中保存待測(cè)。

按照區(qū)域地球化學(xué)樣品分析方法DZ/T 0279—2016進(jìn)行測(cè)試，以超純水為浸提液，玻璃電極法測(cè)定土壤pH；重鉻酸鉀滴定法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量(SOM)；取100 mg 100目土壤樣品，采用氫氟酸、濃硝酸和高氯酸(體積比為3:3:1)消解樣品。電感耦合等離子體光譜儀(ICP-OES)測(cè)定土壤主量元素(Ca、Mg、Na、K、Al、Fe、Mn、Ti和P)；濃硝酸和高氯酸(體積比5:1)消解土壤樣品，氫化物發(fā)生原子熒光光譜儀(HG-AFS)測(cè)定土壤總硒(TSe)。磷酸鹽提取態(tài)硒(ASe)用以表征土壤中有效態(tài)硒[11，13]，用磷酸鹽緩沖劑(K2HPO4-KH2PO4，pH=7)提取土壤中生物有效態(tài)硒，并用HG-AFS測(cè)定磷酸鹽提取態(tài)硒含量。實(shí)驗(yàn)過程中，每批樣品均設(shè)兩份空白樣品，兩組土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GSS-1、GSS-3和GSS-6其中之二)[20]與樣品同時(shí)消解和分析測(cè)試，并每檢測(cè)10件樣品隨機(jī)抽取一個(gè)進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，以控制實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，相對(duì)誤差小于10%，加標(biāo)回收率93%～106%。

1.3 數(shù)據(jù)結(jié)果處理

土壤風(fēng)化淋溶系數(shù)(BA)用于表征土壤的風(fēng)化程度[27]。BA值越小，指示可溶鹽基離子淋溶越強(qiáng)烈；相反，BA值越大，表明可溶鹽基離子淋溶越弱。其計(jì)算公式為：

式中：CaO=土壤中CaO的質(zhì)量含量/CaO的物質(zhì)的量，其它與此同。

SPSS 20.0用于相關(guān)性分析和非參數(shù)檢驗(yàn)；Mann-Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn)分別用于兩個(gè)獨(dú)立樣本分析。ArcGIS 10.2、OriginLab 2016和CorelDRAW X7軟件用于繪制各種圖形。

2 結(jié)果分析

2.1 表土硒含量對(duì)比

江津區(qū)發(fā)育于侏羅紀(jì)地層上的表土TSe含量為0.07×10-6～1.50×10-6，算術(shù)平均值0.32×10-6，而石柱縣表土TSe含量為0.07×10-6～0.62×10-6，算術(shù)平均值0.21×10-6(表1，圖3)。經(jīng)Mann-Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn)(P=0.000<0.01)，江津區(qū)表土總硒含量顯著高于石柱縣。依據(jù)Tan等[5，28]，可將表土硒含量分為缺硒(Se<0.125×10-6)、邊緣硒(0.125×10-6≤Se<0.175×10-6)、足硒(0.175×10-6≤Se<0.3×10-6)、潛在富硒(0.3×10-6≤Se<0.4×10-6)、富硒(0.4×10-6≤Se<3.0×10-6)和高硒(Se≥3.0×10-6)等6個(gè)等級(jí)。因此，從算術(shù)平均值角度，江津區(qū)處于潛在富硒，而石柱縣表土為足硒，這與謝君等[25]認(rèn)為石柱區(qū)土壤為缺硒狀態(tài)不一致。圖3顯示，江津區(qū)和石柱縣均無(wú)高硒土壤，兩地區(qū)缺硒至富硒等級(jí)土壤占比分別為8.9%和12.0%、8.9%和21.3%、36.3%和45.3%、24.8%和13.3%以及21.0%和8.0%，綜上發(fā)現(xiàn)，同分布于侏羅紀(jì)地層上的土壤，江津區(qū)相對(duì)石柱縣更加富集硒元素。

表1 江津區(qū)和石柱縣表土化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征

圖3 江津區(qū)和石柱縣表土總硒箱型圖(a)與不同硒含量占比(b)Fig.3 Box plot of total Se content (a)in soils and proportion of Se level (b)between Jiangjin district and Shizhu County

2.2 表土磷酸鹽提取態(tài)硒對(duì)比

江津區(qū)表土ASe含量0.003×10-6～0.10×10-6，算術(shù)平均值0.033×10-6，而石柱縣表土ASe含量為0.002×10-6～0.09×10-6，算術(shù)平均值0.02×10-6。經(jīng)Mann-Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn)(P=0<0.01)，江津區(qū)表土磷酸鹽提取態(tài)硒含量顯著高于石柱縣(圖4)。江津區(qū)表土ASe占TSe比為1.13%～33.3%，算術(shù)平均值11.2%，石柱縣為3.20%～27.4%，算術(shù)平均值9.9%。整體而言，江津區(qū)發(fā)育在侏羅紀(jì)地層上的土壤中生物有效態(tài)硒含量及占比均顯著高于石柱縣的含量。

圖4 江津區(qū)和石柱縣表土磷酸鹽提取態(tài)硒含量(a)和占比(b)Fig.4 Comparison of phosphate Se content (a)and proportion (b)in topsoil between Jiangjin district and Shizhu County

2.3 表土硒與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

地球化學(xué)數(shù)據(jù)為成分?jǐn)?shù)據(jù)，具有閉合效應(yīng)[29]，為此采用中心對(duì)數(shù)比值變換(centered-logratio transformation，clr)對(duì)研究區(qū)表土化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。江津區(qū)表土TSe、ASe與pH值相關(guān)系數(shù)為r=-0.216(P<0.01)和r=-0.227(P<0.01)，而石柱縣為r=-0.272(P<0.01)和r=-0.416(P<0.01)，表明與pH均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，且石柱縣與pH相關(guān)系數(shù)略高于江津區(qū)(圖5)。江津區(qū)表土TSe、ASe與SOM相關(guān)系數(shù)為r=0.424(P<0.01)和r=0.329(P<0.01)，而石柱縣為r=0.336(P<0.05)和r=0.398(P<0.01)，表明與SOM均呈顯著正相關(guān)(圖5)。江津區(qū)和石柱區(qū)表土TSe與ASe相關(guān)系數(shù)分別為r=0.555(P<0.01)和r=0.567(P<0.01)。這些數(shù)據(jù)均表明，江津區(qū)和石柱縣表土硒與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)程度具有一定的差異，但差異不大。

圖5 江津區(qū)和石柱縣表土硒與土壤理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)矩陣(*指P<0.05；**指P<0.01)Fig.5 Correlation coefficient matrix of selenium in topsoil and soil physicochemical properties in Jiangjin and Shizhu areas TSe.表土總硒；ASe.磷酸鹽提取態(tài)硒；ASe/TSe.磷酸鹽提取態(tài)硒占總硒比；BA.土壤風(fēng)化淋溶系數(shù)[27]

2.4 表土硒含量空間分布特征

江津區(qū)侏羅紀(jì)地層出露區(qū)表土TSe含量呈現(xiàn)北部和中部地區(qū)較高，而西部和東部地區(qū)較低的分布趨勢(shì)。石柱縣侏羅紀(jì)地層出露區(qū)表土較高TSe含量分布于西北部地區(qū)，但出露面積遠(yuǎn)小于江津區(qū)(圖6(a)和(b))。江津區(qū)和石柱縣侏羅紀(jì)地層出露區(qū)表土ASe含量分布類似于TSe，但分布面積均小于TSe(圖6(c)和(d))。與TSe和ASe空間分布不同，江津區(qū)侏羅紀(jì)地層出露區(qū)表土ASe/TSe在西部和東部較高，而中部和北部較低(圖6(e))。石柱縣表土ASe/TSe較高區(qū)分布于東南部(圖6(f))。

圖6 江津區(qū)(a)(c)(e)和石柱縣(b)(d)(f)侏羅紀(jì)地層出露區(qū)表土硒含量分布特征Fig.6 Distributions of topsoil Se content in the Jurassic strata in Jiangjin (a)(c)(e)and Shizhu (b)(d)(f)areas TSe.表土總硒；ASe.磷酸鹽提取態(tài)硒；ASe/TSe.磷酸鹽提取態(tài)硒占總硒比例

3 討 論

3.1 侏羅紀(jì)巖性對(duì)表土TSe和ASe差異的影響

成土母巖對(duì)土壤Se含量及其生物有效性具有顯著影響。前人研究表明[8，21，30-31]，發(fā)育在黑色巖系(炭質(zhì)板巖、黑色硅質(zhì)巖和石煤等)之上的土壤TSe多為富硒水平，甚至高于3.0×10-6，而發(fā)育在低硒巖石(陸相紅色碎屑巖、基性巖漿巖等)之上的土壤TSe含量較低[2，22]。兩個(gè)研究區(qū)成土母巖均為侏羅紀(jì)陸相紅色碎屑巖(紅層)，但江津區(qū)發(fā)育在侏羅紀(jì)地層之上的表土TSe含量(0.32×10-6，算術(shù)平均值，下同)高于中國(guó)土壤背景值(0.235×10-6)[32]和渝西地區(qū)土壤背景值(0.25×10-6)[33]，但石柱縣TSe含量(0.21×10-6)都低于中國(guó)和渝西土壤背景值。兩地區(qū)對(duì)比可知，TSe含量高于0.3×10-6和0.4×10-6的土樣占比，江津區(qū)顯著高于石柱縣(圖3)，因此，相對(duì)石柱縣，江津區(qū)侏羅紀(jì)陸相紅色碎屑巖上發(fā)育的土壤更加富集硒元素。

成土母巖也影響表土ASe含量。Xu等[17]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)育在石灰?guī)r之上的土壤ASe含量及ASe/TSe都顯著高于碎屑巖區(qū)，這是因?yàn)椴煌瑤r性礦物成分具有顯著差異，從而影響其上發(fā)育的土壤理化特性而間接影響土壤硒的有效性。本文中兩研究區(qū)成土母巖均為侏羅紀(jì)陸相紅色碎屑巖，但結(jié)果顯示江津區(qū)表土ASe和ASe/TSe均顯著高于石柱縣。

發(fā)育在相同地質(zhì)構(gòu)造單元、相同地質(zhì)時(shí)代地層之上的土壤TSe和ASe具有顯著差異，可能原因是在地質(zhì)時(shí)期物源和微古地理環(huán)境差異導(dǎo)致雖然巖性相同，但巖石中元素組合具有差異。兩個(gè)研究區(qū)主要采樣地層為中侏羅世，此地質(zhì)時(shí)期四川盆地為炎熱多雨氣候環(huán)境，盆周山系強(qiáng)烈抬升，導(dǎo)致沉積環(huán)境由早期湖泊相為主轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿鳝h(huán)境，物源區(qū)由盆北大巴山轉(zhuǎn)變?yōu)榕栉鼾堥T山，致使盆地沉積物粒徑整體呈現(xiàn)“西粗東細(xì)，南粗北細(xì)”特征[34]。石柱縣位于盆地東部，而江津區(qū)位于盆地西南部，因此兩地區(qū)在地質(zhì)時(shí)期古地理環(huán)境的微弱差異導(dǎo)致巖性中元素組合具有顯著差異[22，24]，這可能是造成兩地區(qū)相同地質(zhì)時(shí)代地層巖性發(fā)育的土壤TSe和ASe具有顯著差異的原因之一。

3.2 土壤物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)表土TSe和ASe的影響

隨著成土過程進(jìn)行[13，18，27]，成土母巖對(duì)土壤硒含量的影響會(huì)逐漸減弱，而土壤基本物理化學(xué)性質(zhì)等對(duì)土壤硒遷移、富集和轉(zhuǎn)化的影響會(huì)逐漸加強(qiáng)。pH是重要的土壤基本性質(zhì)之一，其對(duì)土壤硒含量富集、遷移轉(zhuǎn)化的影響已被多數(shù)學(xué)者證實(shí)[11，35-36]。pH通過控制土壤硒的賦存形態(tài)和吸附，而間接影響土壤中硒富集和遷移[37]。酸性條件下，土壤中硒以亞硒酸鹽為主；土壤pH向堿性環(huán)境轉(zhuǎn)變，則土壤硒賦存形態(tài)逐漸以硒酸鹽為主。亞硒酸鹽易于吸附而富集，硒酸鹽易于淋溶而流失。因此，一般在酸性條件下土壤硒含量較高，在堿性條件下土壤硒含量較低，但硒易于流失和被植物吸收。江津區(qū)表土pH均值6.00(4.10～7.68)顯著低于石柱縣(均值6.58，范圍4.33～8.76)，表明石柱縣表土多為中性和弱堿性土壤，而江津區(qū)多為弱酸性土壤。因此，江津區(qū)偏酸性土壤相對(duì)富集硒素，而石柱縣偏堿性土壤中硒素易于流失，不利于硒素富集。江津區(qū)ASe/TSe與TSe呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.406，P<0.05)，而石柱縣ASe/TSe與TSe呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.480，P<0.01)，表明隨土壤TSe增高，石柱縣ASe提取量下降速率顯著快于江津區(qū)，這可能是由于石柱縣土壤主要呈堿性且pH值變化范圍較大，以及土壤總硒含量較低所致。

土壤SOM對(duì)土壤硒富集和遷移轉(zhuǎn)化具有雙重影響。硒是親生物元素，易于被有機(jī)質(zhì)吸附，從而減弱硒的遷移能力[29，36]。江津區(qū)和石柱縣表土TSe與SOM都呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，但江津區(qū)(r=0.424，P<0.01)相關(guān)程度高于石柱縣(r=0.336，P<0.05)，而江津區(qū)SOM(0.69×10-3～ 45.5×10-3，均值15.0×10-3)顯著低于石柱縣(4.05×10-3～ 66.5×10-3，均值22.4×10-3)，可能是由于成土母質(zhì)供硒能力不足，導(dǎo)致石柱縣有機(jī)質(zhì)富硒能力較弱。另一方面，有機(jī)酸結(jié)合態(tài)硒在有機(jī)碳分解過程中向水溶態(tài)硒和可交換態(tài)硒轉(zhuǎn)化，可有效提高土壤ASe含量水平[13-14，38]。江津區(qū)和石柱縣ASe與SOM均呈顯著正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較小，表明土壤硒本底值的偏低導(dǎo)致SOM吸附的硒向有效態(tài)硒轉(zhuǎn)化也偏低，其次有機(jī)質(zhì)含量較高也會(huì)阻礙有效態(tài)硒的提取[39-40]。

土壤風(fēng)化淋溶系數(shù)(BA)可在一定程度上反映區(qū)域土壤發(fā)育強(qiáng)弱，BA值越小，則風(fēng)化淋溶強(qiáng)度越大[11]。江津區(qū)BA值(0.19～1.33，均值0.51)與石柱縣BA值(0.20～0.90，均值0.49)并無(wú)顯著性差異，表明兩地區(qū)同發(fā)育在侏羅紀(jì)地層之上的土壤風(fēng)化程度相似。但BA與兩地區(qū)表土TSe、ASe均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5)，表明隨著風(fēng)化淋溶增強(qiáng)，土壤TSe和ASe顯著增高，這與Xu等[11]結(jié)果一致。李金哲等[39]基于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)數(shù)據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)方程擬合土壤風(fēng)化強(qiáng)度與硒背景值間關(guān)系，表明風(fēng)化程度強(qiáng)的樣品總體上具有較高的Se地球化學(xué)背景值。這是因?yàn)殡S著化學(xué)風(fēng)化作用的增強(qiáng)，黏土礦物和Fe-Mn氧化物含量增加，從而對(duì)硒的吸附能力也增強(qiáng)[39-41]。

3.3 侏羅紀(jì)地層土壤硒的分異機(jī)制初探

巖石是土壤形成的原始物質(zhì)基礎(chǔ)，其化學(xué)成分和礦物組分決定了土壤的化學(xué)組成，而土壤理化性質(zhì)可反映土壤的發(fā)育程度和形成過程。前人研究表明，同一地質(zhì)構(gòu)造區(qū)相同地質(zhì)時(shí)代巖性相同的地層和沉積物中化學(xué)成分和礦物組分的含量和分布規(guī)律相近，特別是在地臺(tái)地區(qū)[42-43]。江津區(qū)和石柱縣地貌上均屬于四川盆地川東平行嶺谷區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造單元均位于四川中生代前陸盆地[22，44]，兩地區(qū)侏羅紀(jì)地層巖性同為淺水湖相和湖河相的泥巖、粉砂巖及砂巖，均分布于向斜核部和兩翼(圖2)，因此兩地區(qū)成土母巖化學(xué)成分和礦物組分具有相似性。江津區(qū)和石柱縣表土BA值相近且無(wú)顯著差異，也進(jìn)一步說(shuō)明兩地區(qū)的成土母巖成分相近，土壤發(fā)育程度相近。但由于古地理環(huán)境的微差異，可造成同一地質(zhì)構(gòu)造單元的沉積物在物源上具有一定差異，進(jìn)而影響相同地質(zhì)時(shí)期地層巖性中元素組合的微差異，尤其是微量元素[8，42，44]。石柱縣表土SOM顯著高于江津區(qū)，但表土TSe含量顯著低于江津區(qū)，也從側(cè)面說(shuō)明兩地區(qū)成土母巖供硒能力具有顯著差異。那么，同一地質(zhì)構(gòu)造單元相同地質(zhì)時(shí)期的古地理環(huán)境之間具有哪些差異？這種差異形成的巖性相近的成土母巖如何影響現(xiàn)今土壤硒賦存形態(tài)？這些需要進(jìn)一步研究。

土壤pH、SOM和BA可反映土壤形成速率、形成過程和發(fā)育程度，可控制土壤中硒的遷移轉(zhuǎn)化和富集。酸性和富含有機(jī)質(zhì)的土壤不利于硒的遷移，TSe與pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與SOM呈顯著正相關(guān)關(guān)系，也說(shuō)明了這一點(diǎn)。反之，偏堿性土壤有利于硒的遷移，但石柱縣表土ASe含量和ASe/TSe均顯著低于偏酸性土壤的江津地區(qū)，可能原因：(1)石柱縣表土SOM含量顯著高于江津區(qū)，導(dǎo)致強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)硒比例較高，不利于硒遷移轉(zhuǎn)化；(2)石柱縣地形起伏程度和降水量均略高于江津區(qū)(圖2)，導(dǎo)致石柱縣土壤易于淋溶流失，而不利于土壤中硒的富集和減少了硒的生物有效性占比。

總之，同發(fā)育在相同地質(zhì)構(gòu)造單元侏羅紀(jì)陸相紅色碎屑巖之上的土壤，江津區(qū)硒含量及其生物有效性顯著高于石柱縣，可能是成土母巖化學(xué)成分的微差異導(dǎo)致供硒能力以及土壤成分存在差異，加之微地形地貌和微氣候等地理環(huán)境差異影響了土壤形成速率和發(fā)育程度，從而共同導(dǎo)致發(fā)育其上的土壤硒及其生物有效性具有顯著差異。為此，要厘清相似地質(zhì)環(huán)境下土壤硒分異的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，需進(jìn)一步開展以下工作：(1)明確相同地質(zhì)構(gòu)造單元相同地質(zhì)時(shí)代成土母巖的化學(xué)成分、礦物組分、形成時(shí)的物源和沉積環(huán)境的差異，以及與不同剖面層位土壤中元素組分關(guān)系；(2)明確土壤與下伏成土母巖之間的繼承性關(guān)系，以定量揭示土壤硒的來(lái)源比；(3)明確相同成土母巖下土壤發(fā)育程度和風(fēng)化速率差異；(4)提取小流域尺度下高精度地形參數(shù)，厘清相同成土母巖下土壤元素組合與微地形的關(guān)系。

4 結(jié) 論

(1)同發(fā)育在侏羅紀(jì)地層上的土壤，江津區(qū)表土TSe(0.07×10-6～1.50×10-6，算術(shù)平均值0.32×10-6)顯著高于石柱縣(0.07×10-6～0.62×10-6，算術(shù)平均值0.21×10-6)。江津區(qū)和石柱縣不同硒含量等級(jí)土壤占比分別為8.9%和12.0%、8.9%和21.3%、36.3%和45.3%、24.8%和13.3%、21.0%和8.0%，因此江津區(qū)相對(duì)石柱縣更加富集硒元素。

(2)江津區(qū)表土ASe(算術(shù)平均值0.03×10-6，下同)顯著高于石柱縣(0.02×10-6)，江津區(qū)表土ASe/TSe(11.2%)也顯著高于石柱縣(9.9%)，表明，江津區(qū)發(fā)育在侏羅紀(jì)地層上的土壤中磷酸鹽提取態(tài)硒含量及占比均顯著高于石柱縣內(nèi)發(fā)育在侏羅紀(jì)地層上的土壤。

(3)成土母巖成分的差異導(dǎo)致供硒能力以及土壤成分差異，加之微地形地貌和微氣候等地理環(huán)境差異影響了土壤發(fā)育程度，可能是導(dǎo)致雖成土母巖巖性相近但其上發(fā)育的土壤硒及其生物有效性具有顯著差異的原因。為此，需從成土母巖形成時(shí)的物源和古地理環(huán)境角度，結(jié)合現(xiàn)今地理環(huán)境進(jìn)行分析以揭示相似地質(zhì)環(huán)境下土壤硒的分異機(jī)制。

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