貴州省萬山區(qū)耕地土壤硒元素分布特征與相關(guān)性分析

涂飛飛，洪萬華，余萬澤，潘昌紅，蔣天銳，陳浩星，楊秀超

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局103地質(zhì)大隊，貴州 銅仁 554300)

1 引言

硒為硫族非金屬元素，化學(xué)性質(zhì)活潑，是環(huán)境中重要的生命元素，多年研究證實，硒有抗癌、抗衰老、抗氧化、增強人體免疫力、調(diào)節(jié)維生素的吸收與利用、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成、增強生育功能等多種功能，同時也是肌肉功能的重要成分，硒在人體不能合成，必須靠外界攝入，飲食是人體獲取硒的主要途徑，如果膳食中缺少硒攝入會嚴(yán)重影響人體的身體健康，同時硒過剩也會引起人體的不良反應(yīng)(張慶華 等，2019；趙成義，2004)。硒主要來源于土壤，并稀少的分布于地殼之中，在地殼中平均豐度為0.13 mg/kg(李杰 等，2012)，據(jù)統(tǒng)計，我國有72%的地區(qū)處于缺硒和低硒狀態(tài)(張寧飛 等，2017)。耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價是一項系統(tǒng)性、綜合性、技術(shù)性很強的工作，開展耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價是實現(xiàn)耕地社會價值、經(jīng)濟價值和生態(tài)價值的先決條件(侯現(xiàn)慧 等，2015)。貴州省萬山區(qū)于2017年開展1∶50000耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價發(fā)現(xiàn)，萬山區(qū)表層土壤硒含量較高，面積較大，具有較大的富硒耕地開發(fā)潛力。本文以《貴州省萬山區(qū)耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價》項目為支撐，從耕地土壤成土母巖、土壤類型、土地利用方式及等方面對土壤硒元素分布規(guī)律及相關(guān)性進行深入研究，研究成果為萬山區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和農(nóng)產(chǎn)品種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了理論支持。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)土壤主要分為黃壤、紅壤、粗骨土3個地帶性土壤和石灰土、水稻土2個非地帶性土壤，土壤面積196.12 km2，占土地總面積的23.30%。

3 樣品采集及分析方法

本次土壤全量分析工作由湖北省地質(zhì)實驗測試中心完成，為確保表層土壤樣品分析質(zhì)量，根據(jù)不同分析方法的質(zhì)量水平，本項目土壤中Co、Cu、Zn、Mo、Cd、Pb、Ge元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)；Mn、Ni、V元素采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)；K2O、Cr、P采用X射線熒光光譜法(XRF)；As、Hg、Se采用原子熒光光譜法(AFS)，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法(VOL)，土壤pH值采用電位法測定，本配套方案兼顧了多種大型儀器方法的準(zhǔn)確度、靈敏度和精密度各自優(yōu)勢，特殊元素選用有針對性的專用分析方法，以滿足項目成圖要求和圈找土壤地球化學(xué)異常的目的。

4 數(shù)據(jù)處理及制圖方法

本次調(diào)查研究，數(shù)據(jù)處理均采用樣點實測數(shù)據(jù)，按照調(diào)查區(qū)范圍、成土母質(zhì)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃及土壤類型分別統(tǒng)計了土壤樣品中23種元素或指標(biāo)的算術(shù)平均值、幾何平均值、算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差、變異系數(shù)、最大值、最小值等參數(shù)，以±3S剔除原始數(shù)據(jù)中的離群值后，計算各元素的平均值作為背景值。

本次調(diào)查以全國第二次土地調(diào)查圖斑為差值對象，對有實際采樣點的圖斑，以實測數(shù)據(jù)的平均值直接賦值該圖斑。多年的勘查地球化學(xué)實踐已經(jīng)證實，元素自然背景的空間分布是一個連續(xù)變化的曲面，為此利用已有調(diào)查數(shù)據(jù)構(gòu)建元素含量連續(xù)變化的數(shù)學(xué)表達模型進行插值，本次采用中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心研發(fā)的《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價管理與維護(應(yīng)用)子系統(tǒng)》軟件進行插值，對所有未采樣的二調(diào)圖斑進行賦值，作為其評價數(shù)據(jù)。

5 研究區(qū)土壤硒元素分布特征

依據(jù)《貴州省耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價總體設(shè)計》，將萬山區(qū)表層土壤劃分為7個區(qū)，細(xì)化富硒土壤等級分別為特級、一級、二級、三級富硒土壤，同時將<0.4 mg/kg以下分為“低硒、含硒”兩個段，將>3.0 mg/kg分為“過?！?，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 土壤硒等級劃分及圖示Table 1 Classification and diagram of soil selenium grade

對研究區(qū)1507個耕地土壤樣品中硒含量進行統(tǒng)計表2。

表2 萬山區(qū)土壤硒元素含量參數(shù)表Table 2 Soil selenium content parameters in Wanshan district

圖1 萬山區(qū)耕地土壤硒元素分布圖

圖2 萬山區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤硒元素平均含量Fig.2 The average content of selenium in cultivatedsoil of towns in Wanshan district

5.1 不同成土母巖區(qū)土壤硒含量

土壤是成土母巖經(jīng)風(fēng)化形成，萬山區(qū)基本以中高山地為主，母巖風(fēng)化搬運距離較近，坡積及殘坡積土壤分布，更多的繼承了母巖的元素地球化學(xué)特征，成土母巖直接制約著硒含量及其分布(鄧軍 等，2019)，萬山區(qū)的成土母巖主要為白云巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、碎屑巖、變質(zhì)巖，其風(fēng)化形成的土壤中硒含量情況見表3。從表3中可以看出，總體上不同成土母巖形成的土壤中硒含量均達到富硒標(biāo)準(zhǔn)，不同巖性形成的土壤硒含量存在差異，表現(xiàn)為白云巖>碎屑巖>白云質(zhì)灰?guī)r>灰?guī)r>變質(zhì)巖。

表3 萬山區(qū)不同成土母巖區(qū)土壤中硒元素含量Table 3 Selenium content in different soil forming rock in Wanshan district

5.2 不同土壤類型硒含量

表層土壤中的硒含量除與成土母質(zhì)有關(guān)外，還與氣候、風(fēng)化淋失、土壤質(zhì)地、地力耗竭等有關(guān)(王梅珠 等，1996)，根據(jù)全國第二次土地調(diào)查資料，本次萬山區(qū)采集的土壤樣主要集中在黃壤、紅壤、石灰土、粗骨土、水稻土，按土壤類型分別統(tǒng)計了不同土壤類型的硒含量(表4)。

表4 萬山區(qū)不同土壤類型中硒元素含量Table 4 Selenium content in different soil types in Wanshan district

從表4中可以看出，不同類型土壤的硒含量大小順序為：石灰土>水稻土>黃壤>紅壤>粗骨土。石灰土、水稻土、黃壤、紅壤總體上均達到了土壤富硒標(biāo)準(zhǔn)，其中石灰土、水稻土土壤硒含量較高，均高于萬山區(qū)耕地土壤硒含量平均值，含量分別為0.55 mg/kg、0.51 mg/kg。粗骨土硒含量最低，總體未達到土壤富硒標(biāo)準(zhǔn)，平均含量僅為0.38 mg/kg。

5.3 不同土地利用類型土壤硒含量

萬山區(qū)不同地類土壤中硒含量參數(shù)見表5，總體來看，萬山區(qū)表層土壤硒元素平均含量茶園>水田>旱地=林地=裸地>果園>其他園地。硒元素在各土地利用類型土壤中總體上均達到了富硒標(biāo)準(zhǔn)，其中在旱地、水田中的變幅較大，極差分別達到了7.88 mg/kg、7.85 mg/kg，在其余地類極差均在1 mg/kg以內(nèi)。

表5 萬山區(qū)不同土地利用類型中硒元素含量

6 土壤全量Se相關(guān)性統(tǒng)計

按照相關(guān)系數(shù)值分為強相關(guān)、中強相關(guān)、中等相關(guān)、弱相關(guān)、不相關(guān)、負(fù)相關(guān)6個級別，各元素在萬山區(qū)顯示出的基本相關(guān)性見表6。

表6 土壤Se回歸方程一覽表Table 6 List of soil Se regression equation

強相關(guān)性的元素(R≥0.8)：無。

負(fù)相關(guān)元素(R<-0.2)：無。

上述統(tǒng)計結(jié)果，反映萬山區(qū)土壤中硒元素與各元素之間的關(guān)系，按照擬合程度比較，硒與大部分元素之間不具有相關(guān)性，硒與SOM呈弱正相關(guān)性，表明有機質(zhì)豐富的情況會促使硒的富集。硒與Hg、Cd、Mo呈弱正相關(guān)性，這種元素相關(guān)組合屬于黑色巖系標(biāo)志性組合，反映了沖積帶硒的來源，由于地層長期受到構(gòu)造抬升風(fēng)化剝蝕，地表水及地下水結(jié)合將富硒母質(zhì)(特別是寒武系黑色巖系)向下游搬運，并不斷富集，最終形成硒富集區(qū)。

7 結(jié)論

(1)通過萬山區(qū)耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價項目研究，萬山區(qū)耕地表層土壤硒含量平均值為0.50 mg/kg，總體上達到富硒區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)對全國第二次土地調(diào)查圖斑通過《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價管理與維護(應(yīng)用)子系統(tǒng)》軟件進行插值估算，發(fā)現(xiàn)萬山區(qū)富硒耕地土壤資源豐富，萬山區(qū)富硒耕地面積22.78萬畝，占萬山區(qū)耕地總面積的77.43%，主要分布在魚塘鄉(xiāng)、大坪鄉(xiāng)、茶店街道辦事處。

(3)不同成土母巖、土壤類型、土地利用類型土壤中硒含量存在一定的差異，在成土母質(zhì)為白云巖的土壤中硒含量最高，變質(zhì)巖形成的土壤硒含量最低；土壤類型為石灰土中硒含量最高，粗骨土中硒含量最低；土地利用方式為茶園的土壤中硒含量最高，其他園地土壤中硒含量最低。

(4)萬山區(qū)土壤中硒元素與大部分全量其他元素之間不具有相關(guān)性，與Hg、Cd、Mo、SOM呈弱相關(guān)性，表明有機質(zhì)豐富的情況會促使硒的富集，富硒巖層尤其寒武系黑色巖系的風(fēng)化沉積是影響土壤硒含量的重要因素。