貴州省金沙縣耕地土壤硒含量特征及其影響因素分析

麻杰磊，史寶平，陳 群，李向平，謝江濤，祖正江

(貴州省地礦局115地質(zhì)大隊，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

硒(Se)在健康飲食與疾病防治上發(fā)揮著重要作用，許多疾病如癌癥、心血管疾病、糖尿病、克山病、大骨節(jié)病等都與硒元素存在聯(lián)系(李基文，2006；Rayman，2000，2012；譚見安，1989；王子健，1993)，由于硒有抑制癌癥及重金屬的害傷、阻斷活性氧和自由基的致病等作用(劉瓊，2009)，素有“長壽元素”之稱；此外，我國72%的縣市存在不同程度缺硒(鄭達(dá)賢，1982；王子健，1993)，使硒成為眾多學(xué)者共同關(guān)注的對象。值此，本文利用貴州省金沙縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價項目成果，探討了研究區(qū)耕地土壤硒含量特征及其影響因素，期望為研究區(qū)現(xiàn)代山地特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供支撐。

1 研究區(qū)概況

金沙縣位于貴州省西北部，屬云貴高原東部階梯狀大斜坡巖溶地貌，以低中山地、中丘為主。區(qū)域出露地層除泥盆系、白堊系、古近系、新近系缺失外，自震旦系至第四系均有出露(圖1)，縣境內(nèi)碳酸鹽巖類分布占總土地面積67.95%，陸源碎屑巖類占總土地面積32.05%；境內(nèi)分布有黃壤、石灰土、紫色土、水稻土、潮土共5個土類，分別占縣國土面積的46.2%、31.18%、14.19%、8.3%、0.12%。

2 樣品采集與分析測試

樣品采集：樣點布設(shè)采用網(wǎng)格加圖斑，充分考慮樣點典型性與代表性，全區(qū)按平均9點/km2布設(shè)，共采集基本土壤樣品8199件，稻谷31件及其對應(yīng)根系土樣，巖石樣品48件。

樣品分析：所有樣品分析均由貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實驗室完成，采用原子熒光譜法(AFS)測定Se，容量法(VOL)測定有機(jī)質(zhì)，電位法(ISE)測定pH，分析方法檢出限均能滿足相關(guān)規(guī)范要求，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

3 硒含量特征

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)1∶20萬區(qū)域地質(zhì)圖，修改)

表1 金沙縣耕地土壤硒(Se)含量特征表

表2 貴州省富硒土壤評價分級標(biāo)準(zhǔn)(試行)

4 硒含量影響因素分析

土壤中硒含量的影響因素一直是研究的熱點問題之一，圍繞土壤中硒含量的決定因素，硒的表生地球化學(xué)過程，眾多學(xué)者展開了大量研究，張光弟(1998)等、楊良策(2015)等、余濤(2018)等對湖北恩施地區(qū)硒的地球化學(xué)背景研究中發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)背景是表土硒分布的主要控制因素；夏學(xué)齊(2012)等認(rèn)為黑龍江省松嫩平原南部土壤中硒的主要來源為大氣干濕沉降；楊忠芳(2012)等對海南島農(nóng)田土壤研究發(fā)現(xiàn)粘土礦物、有機(jī)碳、鐵錳氧化物及風(fēng)化淋溶程度對硒的地球化學(xué)行為有重要影響，表層土壤硒含量在一定程度上繼承于成土母巖；陳武(2015)等提出了貴州省兩個富硒地層即寒武系牛蹄塘組和二疊系龍?zhí)督M；朱建明(2007)等對湖北恩施及遵義松林富硒巖石中的硒存在形態(tài)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，寒武系牛蹄塘組碳質(zhì)硅質(zhì)巖中的硒主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)和硫化物態(tài)硒為主；整體而言，前人對縣域尺度尤其是在縣域尺度上高密度采樣的研究相對較少。

為查明研究區(qū)成土母巖對土壤硒來源的貢獻(xiàn)，將研究區(qū)耕地表層土壤之下的基巖作母巖進(jìn)行統(tǒng)計，共統(tǒng)計不同時代主要的成土母巖26項(表3)，結(jié)果顯示，巖石中硒含量最高為牛蹄塘組陸源碎屑巖，其均值達(dá)6.98 mg/kg，其次為龍?zhí)督M煤層，為2.12 mg/kg；土壤硒含量以煤層、碳質(zhì)巖類形成土壤硒含量最高，均值達(dá)2.24 mg/kg，最低為侏羅系遂寧組陸源碎屑巖形成土壤，均值為0.27 mg/kg。土壤與母巖中硒含量對比整體上呈共消長關(guān)系(圖2)，然而，以牛蹄塘組為基巖的土壤中，硒含量并未呈現(xiàn)出明顯富集現(xiàn)象，這可能與區(qū)內(nèi)牛蹄塘組的出露面積小有關(guān)(圖1)，基巖之上的土壤發(fā)生搬運遷移而呈多來源性。從各地層形成土壤硒的空間分布看(圖3)，土壤中硒含量與成土母巖分布密切相關(guān)，硒含量高、低值區(qū)與地層分布密切套合，高值區(qū)主要集中于二疊系分布區(qū)，極高值區(qū)與煤系出露區(qū)可相套合。由此表明，研究區(qū)耕地表層土壤硒主要繼承于成土母巖，土壤硒含量高低是成土母巖分布在自然狀態(tài)下的呈現(xiàn)，可能因母巖出露面積、坡度、成因類型而發(fā)生變化。

圖2 巖石-土壤硒(Se)含量折線圖

表3 金沙縣巖石-土壤硒(Se)含量均值表

續(xù)表

圖3 金沙縣土壤硒地球化學(xué)圖

圖4 土壤硒-高程關(guān)系散點圖

選取研究區(qū)出露面積較廣的三疊系嘉陵江組碳酸鹽巖與夜郎組陸源碎屑巖，在特定的成土母巖環(huán)境下，探討土壤硒含量變化隨高程及其成因類型關(guān)系，結(jié)果顯示(圖4)，土壤硒含量具有隨高程增高而增大的趨勢，表明在特定的成土母巖環(huán)境下，母巖風(fēng)化成壤過程中，搬運遷移或風(fēng)化淋濾作用可能會對土壤硒造成一定的損失。在確定的地貌景觀區(qū)，土壤表生地球化學(xué)作用過程中，元素地球化學(xué)行為往往取決于其化學(xué)性質(zhì)及土壤有機(jī)質(zhì)、pH、黏土礦物等環(huán)境因素(成杭新，2019)。同樣選取研究區(qū)出露面積較廣的三疊系嘉陵江組碳酸鹽巖與夜郎組陸源碎屑巖，探討土壤硒含量隨有機(jī)質(zhì)、pH、土壤質(zhì)地的變化情況，結(jié)果顯示，土壤硒含量與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(表4)，在嘉陵江組及夜郎組為母巖的土壤中相關(guān)系數(shù)分別為0.539(p<0.01)，0.726(p<0.01)；土壤硒含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)，兩者分別為-0.409(p<0.01)，-0.341(p<0.01)；兩種母巖環(huán)境下的土壤硒含量與質(zhì)地關(guān)系均表現(xiàn)為黏土>壤土>砂土(圖5)，表明在特定的成土母巖環(huán)境下，土壤中與有機(jī)質(zhì)相關(guān)的硒是總硒的主要部分，硒可能賦存于腐殖質(zhì)與黏土中，土壤硒總量會隨pH的增大而降低。

表4 硒與有機(jī)質(zhì)、pH偏相關(guān)系數(shù)表

圖5 土壤硒-土壤質(zhì)地分組箱式圖

表5 稻谷硒生物富集系數(shù)與根系土有機(jī)質(zhì)、pH偏相關(guān)系數(shù)表

5 結(jié)論

(2)研究區(qū)耕地土壤硒主要繼承于成土母巖；在特定母巖環(huán)境下，土壤中與有機(jī)質(zhì)相關(guān)的硒是土壤總硒的主要部分，硒可能賦存于腐殖質(zhì)與黏土中，土壤硒總量隨土壤pH的增大而降低，而搬運遷移或風(fēng)化淋濾作用可能會對土壤硒造成一定的損失。

(3)通過對稻谷中硒的生物富集系數(shù)與根系土中pH、有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分析顯示，研究區(qū)水稻土中有機(jī)質(zhì)含量的升高會使稻谷對硒的吸收利用率降低，推測研究區(qū)水稻土中有機(jī)硒主要以胡敏酸硒形式存在，且占了土壤總硒含量的絕大部分。