湖北省隨縣三里崗地區(qū)富硒土壤分布規(guī)律探討

陳 婕, 吳康生, 楊文兵, 渠 婧

(湖北省地質局 第八地質大隊,湖北 襄陽 441002)

根據硒的生物學作用研究,硒有保護機體免受氧化物損害的功能。研究表明,硒能改善動物機體的免疫力,提高人體抗癌能力,抑制鎘、砷、汞、銀等重金屬毒性[1-2]。缺硒可引起克山病、大骨節(jié)病等地方病。因此研究富硒土壤的分布規(guī)律,對指導下一步尋找富硒土壤具有重要意義。

1 研究區(qū)背景

三里崗鎮(zhèn)位于湖北省隨縣南部,隸屬隨州市,距隨州城區(qū)57 km,面積320 km2,三里崗鎮(zhèn)地處大洪山東部,地形以低山、丘陵、崗地為主,全鎮(zhèn)海拔約在170～450 m之間。三里崗鎮(zhèn)山脈為大洪山余脈,由南向北山勢逐漸降低,山的相對高度100～300 m之間。

研究區(qū)土壤環(huán)境質量良好,酸堿度適中,種類齊全,適宜多種作物、林木、果樹、食用菌生長。土壤成土母質有第四紀粘土,近代河流沖積物和石灰?guī)r、板巖、砂頁巖、巖漿巖等風化物。全區(qū)土壤分為2個土類,6個亞類,主要土壤類型為水稻土和黃棕壤。水稻土分為淹育型水稻土(0.28%)和潴育型水稻土(23.63%),黃棕壤分為酸性結晶巖黃棕壤土(3.61%)、紅砂巖黃棕壤土(20.63%)、泥質巖黃棕壤性土(49.75%)和基性結晶巖黃棕壤性土(2.10%)。

本次研究區(qū)大地構造位置屬揚子準地臺京山臺褶束(Ⅱ11),北北西向的中、新生代斷陷盆地將該臺褶束分割為二凸二凹的構造格局。

區(qū)內主要斷裂以襄樊—廣濟大斷裂構造帶為代表,是一條區(qū)域性的推覆型斷裂構造,亦是本區(qū)桐柏—大別造山帶與揚子地臺前陸過渡帶的分界線,具多旋回發(fā)展的歷史。該斷裂大致分布在三里崗常安村—尚店村一帶,呈北西西—南東東向展布,在三里崗一帶,斷裂破碎帶寬達3 km,沿斷裂帶碎裂巖、角礫巖、糜棱巖、硅化巖發(fā)育,多期活動特征明顯。

研究區(qū)內出露地層(圖1)主要為中元古界、震旦系、寒武系、志留系、白堊系和第四系地層。震旦系和寒武系為主要富硒地層。

震旦系(Z)地層主要出露于研究區(qū)北部,主要地層為陡山沱組和燈影組,主要巖性由一套泥質巖及硅質碳酸鹽巖、碳酸鹽巖、磷酸鹽巖等組成。

寒武系(∈)在南秦嶺、揚子地層區(qū)均有分布,主要分布于襄樊—廣濟斷裂北部,為一套淺海相碳酸鹽及泥質巖為主的沉積。早寒武世主要為淺海相黑色頁巖、砂巖及石灰?guī)r為主,中、晚寒武世主要是淺海和淺海近巖的白云巖、白云質灰?guī)r、炭質頁巖、石煤及炭質泥質灰?guī)r等。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集

依據土地質量地球化學評價規(guī)范要求,以1∶1萬土地利用圖作為野外手圖,按照圖斑結合方里網格布樣,根據樣點預布圖,利用手持式GPS定點,進行表層土壤取樣,平均采樣密度為5.19個點/km2。采集樣品以木鍬為械具,標準化地采集地表0～20 cm的原始新鮮土壤。去除雜草、草根、礫石、磚塊、肥料團塊等雜物。為增加土壤樣品的代表性,采樣時以1處為主(作為定點位置),在采樣點周圍50 m范圍內多點采集3～5個子樣組合為一個樣品。樣品原始重量應≥1 000 g,每個樣品要保證截取的粒級樣品<20目部分,重達550 g。

圖1 隨縣三里崗地區(qū)地質圖Fig.1 Geological map of Sanligang area in Suixian

1.第四紀;2.白堊紀;3.泥盆紀;4.二疊紀—三疊紀;5.志留紀;6.奧陶紀—志留紀;7.寒武紀;8.震旦紀;9.元古代。

2.2 樣品分析

土壤Se元素分析方法為原子熒光光譜法(AFS),檢出限為0.01×10-6,報出率100%,合格率100%;土壤有機質分析方法為氧化還原法,檢出限為0.02×10-6,報出率100%,合格率100%。

3 三里崗地區(qū)硒元素的分布特征

3.1 土壤硒元素含量及豐缺分布

研究區(qū)內Se元素含量為0.1～17.8 mg/kg,最高值點位于黃家河村西北角南天門處。全區(qū)Se元素平均含量達到0.37 mg/kg。全區(qū)Se元素變異系數達到1.57,呈顯著分異分布。具體分布特征見圖2。

由Se元素地球化學圖可以看到,研究區(qū)中Se元素主要富集于北部常安村—新集—何家店村一帶,古廟及八一橋村亦有零星分布。

圖2 隨縣三里崗地區(qū)土壤硒豐缺分布圖Fig.2 Geochemical map of selenium of Sanligang area in Suixian1.富硒區(qū)(硒含量>0.40 mg/kg);2.足硒區(qū)(硒含量0.175～0.40 mg/kg);3.缺硒區(qū)(硒含量<0.175 mg/kg);4.村界及名稱;5.河流水系。

3.2 硒元素在不同土壤類型中的分布

不同的土壤類型對Se元素含量也有影響,表1為研究區(qū)中各類土壤Se元素含量平均值。

三里崗地區(qū)主要土壤類型為黃棕壤性第四紀粘土泥田(12a)、第四紀粘土黃棕壤(71a)、紅砂巖黃棕壤

表1 隨縣三里崗地區(qū)各土壤硒元素含量特征表Table 1 The selenium content characteristics table of each soil in

注:12a為黃棕壤性第四紀粘土泥田,12b為潮土田,12c為灰潮土田,13a為青泥田,71a為第四紀粘土黃棕壤,71b為紅砂巖黃棕壤,71c為玄武巖黃棕壤。

(71b),表中Se元素含量依次為71a>12a>71b。其中,71b主要為白堊系紅砂巖風化而成的紅土層,其低

分布狀況與白堊系地層有關;而水稻土中Se元素含量低于粘土黃棕壤,說明成土后的風化淋溶作用與人為耕作活動對表土中的Se元素含量造成了一定的影響。

3.3 土壤硒元素垂直向上的分布

硒元素在深層土壤中的分布特征為:全區(qū)垂直剖面中除PM05與PM08外,表層土壤(0～20 cm)中的Se元素均大于第二深度層(20～50 cm),不同土壤垂直剖面不同深度土壤硒含量見表2,且除常安村區(qū)域外,其余地點Se元素在垂直向上的形態(tài)均為倒U型,以PM01、PM12、PM17為例(圖3)。

表2 不同土壤垂直剖面不同深度土壤硒含量表Table 2 The selenium content table of different soil vertical profiles with different depths of soil selenium content

圖3 垂向剖面Se含量變化特征Fig.3 Vertical sectional selenium content variation

土壤中的Se元素由表土至深部有先降低再升高的趨勢,呈現表層富集—中部貧化—底部含量高的變化規(guī)律[3]。深層土壤中的高含硒量受成土母質及土壤淋溶、黏化作用所影響;而表層土壤中出現了Se元素的次生富集。

3.4 不同地層單元中硒元素含量變化

Se元素主要集中于震旦系—寒武系地層中,各地層中Se元素的含量特征見表3。

可以看到,研究區(qū)中Se元素含量依次為震旦系、寒武系、泥盆系、第四系、元古界、白堊系、侵入巖、奧陶系—志留系,即Se元素在震旦系、寒武系地層中出現富集,而在奧陶系—志留系、白堊系與侵入巖中出現虧缺。

3.5 不同巖性硒元素含量變化

巖石作為成土母源,為其表土中元素含量的豐富或缺乏提供了物質基礎和地球化學背景。巖石剖面樣品巖性特征及硒元素含量見表4。

表3 研究區(qū)各地層硒元素含量統(tǒng)計特征表Table 3 The statistical characteristics table of selenium content of each stratum in the study area

表4 研究區(qū)不同地層單元巖石硒元素含量表Table 4 The selenium content table of rocks in different stratigraphic units in the study area

研究區(qū)內表層土壤中元素含量雖受多種因素的影響,但在很大程度上取決于成土母質的組成和特質,土壤中的元素含量與其母質、母巖密切相關,在某些情況下,這種相關性尤為顯著。圖4為地層單元巖石Se元素含量變化情況。

地層單元巖石中Se元素出現明顯的地層關聯性。

圖4 研究區(qū)地層單元巖石硒元素含量對比圖Fig.4 The comparison chart of selenium content of rocks in different stratigraphic units in the study area

通過對研究區(qū)中的巖石揀塊樣化驗結果統(tǒng)計發(fā)現,工區(qū)中震旦系(0.48 mg/kg)、寒武系地層(0.26 mg/kg)硒元素明顯大于其他地層(0.04 mg/kg);從巖石剖面上看,震旦系地層巖石硒元素含量明顯大于寒武系,且隨地層由老到新,硒元素含量逐漸降低,但在更老的元古界地層中硒元素含量極低;由此推斷,該工區(qū)巖石中硒元素富集時期可能為震旦紀。

4 富硒土壤與地質背景關系

4.1 富硒地層巖石與富硒土壤的關系

巖石剖面中,Se元素富集于震旦系白云巖中,各巖石樣品中Se元素含量依次為:白堊系巖石0.025 25 mg/kg、震旦系巖石0.48 mg/kg、元古界巖石0.004 3 mg/kg、寒武系巖石0.26 mg/kg、奧陶系—志留系巖石0.000 5 mg/kg,其含量變化趨勢與表層土壤樣一致。

圖5 Se元素土壤—巖石含量變化圖Fig.5 The variation diagram of selenium content from soil to rock

圖5反映了成土母質對表層土壤中元素含量的影響。在一定范圍內,可以認為表層土壤中元素含量形態(tài)與地層一致時,其元素異常范圍及來源主要受成土

母源及自然地質作用控制。

4.2 富硒地層巖石與區(qū)域斷裂構造的關系

穿過Se元素的濃集區(qū),測制了10條土壤水平剖面,以常安店村土壤剖面PM03為例,剖面為東北走向,與表層土壤樣一致,共分析了29種常量元素。按有害、有益、營養(yǎng)元素分為三組做元素變化趨勢圖,見圖6。水平剖面穿過震旦系與寒武系,區(qū)域內斷裂構造發(fā)育,3號、8號、14號樣點均落于斷裂線上。由剖面地化曲線可知,該剖面1～13號樣點元素含量變化較為劇烈,14號樣點以后土壤元素含量較為穩(wěn)定,各元素起伏較小,剖面上各元素含量高值點均在PM0308樣點附近,說明其表層土壤元素含量與地質構造及成土母巖的相關密切。各元素含量與地貌、土壤類型、土地利用現狀等關聯性相對較小,體現了地球化學元素或指標的空間相關性和變異性。

圖6 常安店村土壤地球化學剖面圖Fig.6 The soil geochemical profile in Changandian village

5 結論與建議

研究區(qū)為低山丘陵地貌,區(qū)內無大江大河,土壤主要為母巖風化形成,硒元素受成土母源控制明顯,各地層內土壤元素含量差異顯著。震旦、寒武系地層Se元素富集系數高,其平均含量達到0.59 μg/g、0.51 μg/g。震旦、寒武紀富硒地層區(qū)這個特殊的地質環(huán)境形成了具有特定元素組合的第四紀高背景地質體,是形成該區(qū)富硒土壤的物質基礎。

表層土壤中元素含量形態(tài)與地層一致時,其元素異常范圍及來源主要受成土母源及自然地質作用控制。

表層土壤元素含量與地質構造及成土母巖相關密切。各元素含量與地貌、土壤類型、土地利用現狀等關聯性相對較小。

研究區(qū)土壤富硒主要與震旦系、寒武系高背景地層有關,母巖風化沉積對硒元素在表層土壤的富集起到重要作用。建議今后在黑色巖系中尋找富硒土壤。

[1] 李家熙,張光第,葛曉云,等.人體硒缺乏與過剩的地球化學環(huán)境特征及其預測[M].北京:地質出版社,2000.

[2] 陳亮,李桃.元素硒與人體健康[J].微量元素與健康研究,2004,21(3):58.

[3] 嚴向軍,馮久林,楊文兵,等.湖北省隨縣土地質量地球化學評價(一期)成果報告[R].襄陽:湖北省地質局第八地質大隊,2015.