廣東徐聞土壤中硒元素含量的空間分布特征及其影響因素

張小連

（廣東煤炭地質局，廣東廣州 510000）

0 引言

硒是人體生命活動所必需微量元素之一，其含量與人體健康有著密切關系［1-3］。土壤是硒的基本來源，土壤中硒的含量影響著植物對硒的吸收狀況，進而影響人體健康［4-6］。同時，人體必需元素“硒”對現代健康農業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的聯系。因此，富硒特色土地資源的開發(fā)利用受到重視。土壤母質是影響土壤中硒元素含量的主要因素，在母巖、氣候等宏觀因子的影響下，土壤中硒元素含量的空間分布具有明顯的空間自相關［7-10］。然而土壤類型、土壤性質以及土地利用的人類活動的異質性使得其空間分布的可變性更大［11-12］。因此，研究土壤中硒元素的分布特征，以及影響因素，是合理進行富硒土地資源開發(fā)利用的基礎。

近年來，關于土壤中硒元素的含量、空間分布特征及其影響因素展開了一系列研究，不同環(huán)境背景和空間尺度下，土壤中硒元素的含量和空間分布特征明顯不同，成土母質、土壤類型、土壤理化性質以及土地利用方式均會對土壤中硒元素含量產生不同程度的影響。章海波等對香港地區(qū)的研究表明成土母質是影響香港區(qū)域土壤中硒元素分布的主要因素［8］；羅海怡、張麗在西南地區(qū)的研究也表明土壤中硒元素主要來源于母巖［13-14］；涂飛飛、時章亮的研究認為除成土母質外，土壤中硒元素與土壤類型、土地利用方式密切相關［15-16］。

本研究基于傳統(tǒng)的土壤屬性空間預測方法，對樣點數據進行克里金空間內插的方法分析土壤中硒元素含量的空間分布特征，并探討其影響因素。對區(qū)域土地資源利用，發(fā)揮生態(tài)特色土地資源的優(yōu)勢提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣

徐聞縣地處中國內陸最南部，南臨瓊州海峽，是廣東省湛江市的所在地。該地屬于熱帶季風地區(qū)，年平均溫度為23.3°C，年平均降水為1 364 mm。

采用隨機抽樣調查，每個采樣點由3～5 個混合采樣點組成，采集的土樣深度為0～20cm 的表層土壤。研究樣本采集于2022年7月進行，涉及19個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和區(qū)域，共采集了113個土壤樣品（圖1）。

圖1 土壤采樣點分布Figure 1 Soil sampling point distribution

1.2 樣品處理與測定

樣品的處理與各指標測定，均在華北水利水電大學環(huán)境與市政工程學院試驗中心參照標準規(guī)程完成［17-20］。

1.3 數據分析

數據用Excel 表格記錄處理數據，用ArcGIS 軟件繪制采樣點分布，在用普通克里格插值法繪制硒含量空間分布形態(tài)曲線。運用單因素分析法分析各影響因素對硒含量空間分布的影響。

2 結果與討論

2.1 耕地土壤中硒元素含量與空間分布特征

2.1.1 含量特征

對數據進行分析和統(tǒng)計可知，土壤中硒元素含量為0.04～0.82mg/kg，平均值為0.32mg/kg。標準差為0.15mg/kg，方差為0.06，偏度為0.53，峰度為0.05。從統(tǒng)計結果可知，研究區(qū)農田土壤中硒的標準差和方差都比較低，說明農田土壤中硒含量比較密集，樣本數據波動比較平穩(wěn)。

根據表層土壤中硒元素豐缺劃分界限值［21］，通過各含量等級樣品數除以樣品總數，得出了各含量等級樣品所占比例。如圖2 所示，缺硒和臨界土壤含硒量的比例并不高，僅占總數的17.7%，研究區(qū)大部分的土壤含硒量所占比例大于0.175mg/kg，說明該區(qū)域的農業(yè)土壤整體上含硒量適宜。

圖2 表層土壤各等級硒元素含量占比Figure 2 Proportion of selenium content in surface soil by grade

2.1.2 空間分布特征

采用克里金插值法對徐聞縣耕地表層硒含量進行分析，得出徐聞縣土壤中硒元素含量的空間分布圖。由圖3 可知，在徐聞縣西部、南部和中部方面，其整體表現為東北部和西南部的遞減趨勢。

圖3 表層土壤中硒元素含量空間分布Figure 3 Spatial distribution of selenium content in surface soil

2.2 土壤類型對耕地土壤中硒元素含量的影響

徐聞縣的土壤類型主要以淺紅壤、赤紅壤（細分為暗黃棕壤、黃紅壤、黃色淺紅壤）、水稻土3類為主［22］，還包括淹育水稻土、潛育水稻土、鹽漬水稻土和濱海風沙土等。由于淹育水稻土（1 個樣品）、潛育水稻土（2個樣品）、鹽漬水稻土（1個樣品）和濱海風沙土（1 個樣品）含量較少且采樣數量少于3 個不計入統(tǒng)計，其他區(qū)域不同土壤類型的土壤中硒元素要素含量統(tǒng)計參見表1，不同土壤類型的土壤中硒元素含量分布如圖4所示。

表1 不同土壤類型硒元素含量統(tǒng)計Table 1 Statistical analysis of selenium content in different soil types

圖4 不同土壤類型硒元素含量分布Figure 4 Distribution of selenium content in different soil types

從表1可知，土壤中硒元素含量的變異系數都是中性變化的，黃色淺紅壤土表層硒含量的變異因子最大。不同土壤類型的耕地平均硒含量有較大差異（圖4），其中以暗黃棕壤土壤中硒元素平均水平為最大，黃紅壤土壤中硒元素含量明顯比黃色淺紅壤土高，各類土壤中硒元素平均含量的差別明顯。

2.3 不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤中硒元素元素的分布特征

不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地土壤中硒元素含量存在明顯的差異。由表2 可知，南山鎮(zhèn)的土壤中硒元素平均含量最高，為0.51 mg/kg；而新寮鎮(zhèn)的土壤中硒元素平均含量最低，為0.15 mg/kg。在本地區(qū)，富硒地區(qū)主要分布在徐聞縣的徐城街道、城北鎮(zhèn)、南山鎮(zhèn)、五一農場。而硒適量耕地土壤主要分布在紅星農場、曲界鎮(zhèn)、華海公司、錦和鎮(zhèn)、新寮鎮(zhèn)和和安鎮(zhèn)等鎮(zhèn)。徐城街道、城北鎮(zhèn)、南山鎮(zhèn)、海安鎮(zhèn)、龍?zhí)伶?zhèn)、友好農場、南華廣場、五一農場8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤中硒元素含量均高于廣東省土壤中硒元素背景值。

表2 不同區(qū)域表層土壤硒元素含量Table 2 Selenium content in surface soil by different regions

3 土壤中硒元素含量的影響因素

土壤中的硒含量受多種因素影響，包括母質、地形和土壤pH 值等［23-24］。這些因素對土壤都會產生明顯的影響。由表3 可知，不同母質類型的土壤中硒元素含量存在明顯不同。濱海沖積物的平均硒含量最高，達到0.35 mg/kg，其次為玄武巖開發(fā)的耕地平均硒含量為0.30mg/kg。

表3 不同類型成土母質發(fā)育土壤中硒元素含量Table 3 Selenium content in soil developed from different parent materials by type

變異系數的大小反映了人類活動的強度。通過表3 可以看出，研究區(qū)不同母質類型土壤中硒元素含量的變異系數在10%～100%，屬于中等變異性。

此外，土壤中硒元素的溶解性與吸附/解吸反應以及土壤和沉積物中的溶解度有關［25-28］。

土壤中硒主要以硒化物、有機硒化物、亞硒酸、硒酸鹽等形式存在，且土壤pH 值是亞硒酸鹽和硒酸鹽轉化的主要因素［29-30］。而土壤中的有機物對硒的生物地球化學性質也有著重要的影響，硒可以與有機物結合或進入低分子量的腐殖質中與金屬腐殖質形成無機絡合狀態(tài)，從而在土壤中固定［31-33］。有機物對硒有一定的吸附固定作用［34］。

4 結論

1）徐聞縣土壤土壤中硒元素含量在0.175 ～0.40 mg/kg 的比例為52.5%。而土壤中硒元素含量在0.40 ～3.00 mg/kg 的比例為29.7%，該區(qū)域的農業(yè)土壤整體上含硒量適宜。

2）徐聞縣的南山鎮(zhèn)、徐城街道和城北鄉(xiāng)，土壤中硒元素含量分別達到，0.51、0.41 和0.42mg/kg，均達到富硒水平，并且土壤中硒元素含量呈現由南向北遞減趨勢。

3）土壤中的硒含量受多種因素影響，土壤類型和土壤母質可能是影響硒含量分布重要因素，具體影響機制有待進一步探討。