涟源富硒土壤研究与湖南省富硒土壤分布初探*

林治家，王珍英，胡航，朱泽球，宋江涛

（湖南省地质调查院，湖南 长沙 410116）

涟源富硒土壤研究与湖南省富硒土壤分布初探*

林治家*，王珍英，胡航，朱泽球，宋江涛

（湖南省地质调查院，湖南 长沙 410116）

在部省合作“湖南省娄邵盆地多目标地球化学调查”项目的资助下，系统地采集测试了涟源市耕地和园地的表层土壤样品。调查发现该地区发育了大量的富硒土壤，富硒土壤的来源主要与震旦系上统—寒武系下统和二叠系中上统的黑色岩系有关。上述黑色岩系分布区域的表层土壤具有全区最高的硒含量，均大于1 mg/kg，部分甚至达到硒过量的水平。经文献研究和综合评价，推断黑色岩系风化物质扩散堆积形成的山间盆地是湖南省快速高效的寻找富硒土壤的理想靶区。

富硒土壤；多目标地球化学调查；娄邵盆地；黑色岩系

土壤中的硒主要来源于地壳物质，硒的克拉克值为0.05 ppm。地壳中各种岩石矿物中的硒是土壤中硒的主要天然来源。研究表明，硒在自然环境中非常活泼，易于迁移，分布很不均匀。据统计，世界上有70%以上的地区缺硒，中国有72%的县市不同程度的缺硒，其中1/3为严重缺硒区[1]。

近年来，国内很多学者对各地土壤硒含量及其分布规律和富硒作物进行了研究。湖北恩施渔塘坝号称世界硒都，是目前世界发现的唯一的沉积型独立硒矿床。张光弟等[2]、朱建明等[3,4]、冯彩霞等[5]、樊海峰等[6]相继对渔塘坝地区的硒地质成因、地球化学特征、表生地球化学活动性等开展了研究。郦逸根等[7,8]对浙江富硒土壤资源及土壤中硒赋存形态进行了调查研究，发现富硒土壤主要分布于富硒岩石和煤系地层区；有机结合态硒是富硒红壤和富硒水稻土中硒的主要赋存形态。宋明义等[9～11]研究了浙江富硒土壤的成因分类和富硒土壤中的重金属分布情况，发现高镉地质环境下的富硒土壤依旧可以产出绿色富硒农产品。王玮祺等[12]研究了陕西紫阳富硒核心区土壤中硒的赋存形态，发现硫化物/硒化物态和有机结合态硒为紫阳富硒核心区周边土壤中硒的主要赋存形态，可交换态在水稻土中含量也很高，水稻土的有机结合态远高于旱地土，旱地土的硫化物/硒化物态硒是水稻土的3.64倍。李娟等[13]研究了贵州开阳地区富硒土壤的地球化学特征。任海利等[14,15]研究确定了贵州开阳地区的主要富硒地层及其沉积环境，并发现风化土壤元素地球化学特征具有对基岩的继承和风化富集的双重特征。

湖南土壤中硒的有关研究始于20世纪80年代的“湖南土壤背景值研究”项目[16]。该项目实施过程中，全省共布置了430个土壤剖面，结果发现湖南表层土壤平均含硒0.27 mg/kg，其中山地草甸土（0.62）＞山地黄棕壤（0.53）＞红壤=石灰土（0.30）＞黄壤（0.27）＞水稻土（0.22）＞紫色土（0.17）＞潮土（0.14）（单位为mg/kg）。并且母岩对土壤硒含量影响较大，以红壤为例，土壤中硒按母质的顺序是：玄武岩（0.46）＞砂页岩（0.37）＞石灰岩（0.35）＞花岗岩（0.29）＞第四纪红色粘土=板页岩（0.25）（单位均为mg/kg）[16]。

由于上述研究采样量太少，研究结果与实际情况存在较大出入。大规模的富硒土壤调查研究在2003年开始的洞庭湖地区多目标地球化学调查才正式成型，随后在衡阳盆地、湘江流域南部等多个地区的调查中发现了大量的富硒土壤，并促使新田县脱颖而出成为全国富硒土壤开发的典型[17]。

娄邵盆地是湖南省三大产粮区之一，区内多数县市还属于贫困县。从地质背景看，娄邵盆地分布有其它地区发现过的富硒地层，具备发育大面积富硒土壤的潜力。

1 研究数据来源

本研究采用的基本数据资料来源于2014～ 2015年完成的中国地质调查局与湖南省共同资助的地质大调查项目“湖南省娄邵盆地多目标地球化学调查”。该项目采用1∶50000比例尺，在项目所在县的耕地和园地系统采集表层土壤样品。所有样品采用竹制采样工具采集，风干，用尼龙筛过筛，最后装牛皮纸袋送交实验室进行测试，副样采用聚乙烯塑料瓶保存，尽最大可能避免外源重金属污染。

所有样品送到湖南省地质测试研究院完成测试，共测试了pH、有机质、全氮、铵态氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、B、Mo、Mn、Zn、Cu、Se、Co、Cd、Pb、Cr、Ni、Hg、As、V等22项指标。

2 结果与讨论

涟源市共采集测试了6168个表层土壤样品，硒含量范围为0.06～12.04 mg/kg，算术平均值为0.73 mg/kg，中位数0.61 mg/kg，标准差0.61 mg/ kg，变异系数83.56%。涟源市与相关富硒地区土壤硒含量的比较见表1。从表1可以看出，与国内最有名的几个富硒地区相比，涟源市表层土壤的硒含量也相对较高，并明显高于全国大部分地区的平均含量。

表1 涟源市与其它地区土壤中硒含量的比较Table 1 Selenium content comparison between Lianyuan and the rest area

2.1 涟源市表层土壤富硒性评价

按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/ T 0295-2016）制定的评价等级，对涟源市耕地和园地的表层土壤硒含量进行了评价，评价结果见表2。以采样点数量统计，涟源市表层土壤达到富硒标准的占总采样点数的88.41%，硒适量的点数比例占10.20%，可见涟源市耕地和园地整体的富硒程度很好。

2.2 硒地球化学图与地质背景

表2 涟源市富硒土壤评价Table 2 Evaluation of selenium-rich soil in Lianyuan county

图1是涟源市硒元素地球化学图，图2是涟源市地质图。从图中可以看出，硒元素含量与地质背景密切相关，高硒含量土壤的分布与某些地层的展布吻合。

图1 涟源市Se元素地球化学图Fig.1 Se geochemical map in Lianyuan

2.3 不同土壤类型的硒含量

不同土壤类型的硒含量见图3。水稻土含量最高，其次是红壤，紫色土与石灰岩土含量最低。涟源市分布面积最广的土壤类型是水稻土和红壤，图4和图5分别展示了红壤和水稻土不同土属的硒含量。

图4得知，耕型板页岩红壤和砂泥质红壤的硒含量最高，耕型第四纪红土红壤和耕型石灰岩黄红壤的硒含量最低。图5得知，白鳝泥、黄泥田、紫泥田和浅黄泥的硒含量最高，浅灰泥田、矿毒田和浅黄砂泥田的硒含量最低。

图2 涟源市地质图1.第四系；2.白垩系；3.三叠系；4.二叠系上统；5.二叠系中统；6.二叠系下统；7.石炭系；8.泥盆系；9.寒武系；10.震旦系；11.南华系Fig.2 Generalized geological map of the Lianyuan1.Quaternary; 2.Cretaceous; 3.Triassic; 4.Upper Permian; 5.Middle Permian; 6.Lower Permian; 7.Carbonic; 8.Devonian; 9.Cambrian; 10.Sinian; 11.Nanhua System

图3 涟源市不同土壤类型的硒含量统计Fig.3 Selenium content in various soil types in Lianyuan

2.4 硒的来源探讨

图4 涟源市不同红壤土属的硒含量统计Fig.4 Selenium content in various soil genus of red soil in Lianyuan

图5 涟源市不同水稻土土属的硒含量统计Fig.5 Selenium content in various soil genus of paddy soil in Lianyuan

从前文得知，涟源市表层土壤中硒元素含量与地质背景密切相关，图6展示了涟源市各个地层区表层土壤硒的含量，地层展布从下往上是从老到新。由于地质历史时期的剥蚀导致本区缺失志留纪地层。从图中可以看出，整个地质历史上出现了两个富硒高峰，一个是晚震旦世—早寒武世的留茶坡组、牛蹄塘组和污泥塘组，其中留茶坡组的岩性为硅质岩、条带状硅质岩夹硅质板岩，牛蹄塘组的岩性为黑色页岩夹薄层硅质岩、含碳质粉砂质页岩，污泥塘组的岩性为页岩夹石英粉砂岩、泥晶灰岩。这个与温汉捷等[21,22]在湖北渔塘坝（下寒武统水井沱组）、湘西北天门山（下寒武统牛蹄塘组）、陕西紫阳（下寒武统鲁家坪组和剪竹坝组）、湘黔地区（下寒武统留茶坡组、九门冲组）、西秦岭南亚带（下寒武统牙相组、希格组和拉尔玛组）完成的研究结果相一致。硒的来源于与硅质岩密切相关，硒的富集则与地层中高有机质含量密切相关。此外，宋明义[23]在浙江、雒昆利和姜继圣[24]陕西、任海利和杨瑞东[15]在贵州完成的研究同样发现早古生代地层中明显的富集硒元素。

另一个富硒高峰是二叠纪小江边组、茅口组、龙潭组、吴家坪组和大隆组。其中小江边组岩性主要为钙质页岩、泥灰岩，茅口组岩性主要为含泥质灰岩、含泥质云质灰岩夹泥灰岩，龙潭组岩性主要为砂质泥岩、粘土岩、粉砂质岩夹细砂岩、含煤，吴家坪组岩性主要为灰质、硅质灰岩与灰岩，大隆组岩性主要为硅质岩夹硅质灰岩。这一结果与雒昆利等[25]在我国西南地区、牛志军等[26]在湖北建始、温汉捷等[27]在湖北渔塘坝、朱建明等[28～32]在湖北渔塘坝完成的研究结果一致。

以上结果与图3至图5中不同土壤类型和土属中的硒含量分布结果是一致的，即灰岩并不是通常认为的本区最富硒的成土母质。泥页岩、板岩、硅质岩等才是最富硒的成土母质，这些成土母质风化后形成的土壤通常为耕型板页岩红壤、砂土质黄红壤、黄泥田、浅黄泥田等。

图6 涟源市不同地层区表层土壤硒含量Fig.6 Selenium content in top soils of various strata in Lianyuan

对分布样品数量大于30的富硒土壤所在地层绘制了按含量分布的直方图（图7）。

图7 不同地层区表层土壤硒含量分布Fig.7 Selenium content histogram in selenium-rich stratas

从图7可以看出，硒均值较高样品在大隆组、龙潭组、吴家坪组和茅口组呈现明显的双峰或偏态分布（据未发表数据，其它地层区土壤样品的硒含量呈正态分布）。这种结果说明这些地区土壤中的硒有多个来源，或者说该成土母质中不同组分的硒含量差别很大。这点与前人的研究结果相似，如张光弟等[2]发现恩施地区硅质炭质页岩的硒含量最高，其次是含炭硅质页岩，硅质白云岩硒含量最低。任海利等[33]在贵州开阳地区同样发现高炭页岩硒含量最高，炭质泥岩、白云岩等次之。雒昆利和姜继圣[24]在陕西紫阳的研究同样发现黑色含炭硅质页岩比灰岩、泥晶灰岩、板岩等的硒含量更高。

3 湖南省富硒地质单元与富硒土壤分布

基于文献综合研究和涟源市的实际调查成果，有理由认为湖南省震旦—寒武的留茶坡组、牛蹄塘组、污泥塘组与二叠纪小江边组、茅口组、龙潭组、吴家坪组和大隆组等富硒地层分布区是非常有潜力的富硒土壤分布区域。图8展示了上述地层在湖南省地质图中的分布。

从前文分析看，高硒含量与硅质岩密切相关，而硅质岩相对其它岩石组分更耐风化，最终形成相对较高的地形地貌。将湖南省晚震旦世—早寒武世的留茶坡组、牛蹄塘组、污泥塘组与二叠纪小江边组、茅口组、龙潭组、吴家坪组、大隆组等高硒地层分布区叠加到地形图上，可以明显的看出大部分富硒地层的分布与高地形密切吻合（图9）。

图8 湖南省富硒地层分布1.富硒地层；2.其他地层Fig.8 Distribution of selenium-rich strata in Hunan1.Selenium-rich strata; 2.Other strata

图9 湖南省富硒地层与地形叠加图Fig.9 Superposition of selenium-rich strata and topographic map of Hunan

硒元素主要来源于地壳的风化，在富硒地层分布区的表层土壤具有天然富硒的特征。从图8和图9可以看出，富硒地层的分布与地层岩性特征及地形特征密切吻合，而较高地形的地层风化物质扩散后在地势较低处堆积形成区域性分布的富硒土壤。湖南省特殊的地质背景和构造运动历史形成了大量的褶皱，富硒地层独特的岩性特征使得自身在经历风化作用后形成山脉，而山间盆地正是富硒土壤集中分布的区域，也是湖南省下一步快速高效寻找富硒土壤资源的理想靶区。

4 结论

（1）涟源市富硒土壤的分布与黑色岩系的分布密切相关，其中硅质岩组分是最富硒的成土母质。

（2）水田和水浇地土壤中的硒含量明显高于茶园、果园和旱地土壤。

（3）不同土壤类型的硒含量特征是：水稻土＞红壤＞紫色土＞石灰岩土。水稻土和红壤中与黑色岩系成土母质密切相关的耕型板页岩红壤、砂泥质红壤、白鳝泥、黄泥田、紫泥田和浅黄泥等土属的硒含量最高。

（4）湖南省高硒含量的地层一般分布在地势相对较高处，风化物质堆积形成的山间盆地是快速高效的寻找富硒土壤的理想靶区。

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Selenium-rich Soil Research in Lianyuan County and Preliminary Study for Distribution of Selenium-rich Soil in Hunan

Lin Zhijia, Wang Zhenying, Hu Hang, Zhu Zeqiu, Song Jiangtao
(Hunan Institute of Geological Survey, Changsha Hunan 410116)

Top soil samples of Lianyuan farmland and garden plot were calculated when multi-purpose geochemical survey project of Loushao basin executing.Based on testing results, it can be concluded that, existing so many selenium-rich soils which derived from weathering of black rock series in upper Sinian System-lower Cambrian and upper Permian.And the average selenium content of top soils in these selenium-rich strata more than 1 mg/kg, even selenium excess on some samples.Results of literature research and comprehensive research make clear the selenium-rich characteristics of the intermountain basin which compiled weathering products of the above selenium-rich strata, and a preliminary study of distribution of selenium-rich strata and soils in Hunan was completed.

selenium-rich soils; multi-purpose geochemical survey; Loushao basin; black rock series

P618.76

A

1672-5603（2016）04-050-6

*中国地质调查 “湖南省娄邵盆地多目标地球化学调查（12120114062701）”项目资助。

*第一作者简介 林治家，男，1980年生，研究方向：环境地球化学、农业与环境地质。E-mail: 9672935@qq.com

2016-10-16；改回日期：2016-11-16。