典型地球化学景观区硒地球化学特征及生态效应

刘庆宇

摘 要：硒是人体和动物身体所必需的重要微量元素，倘若其摄入不足就会导致身体免疫力急剧下降，而发生一些缺硒的疾病。我国在世界范围内是一个贫硒国家，低硒与缺硒地区占国土面积的72%，全国人口中约有2/3长期硒摄入过低。近年来，我国以及世界范围内对于土壤硒地球化学特征及生态效应的研究越来越重视。下文笔者针对河南省焦作市、湖北省仙桃市、四川省绵竹市几个典型富硒景观区1：5万土地质量地球化学调查资料进行硒地球化学特征分析和研究。现具体分述如下：

关键词：典型景观区；硒；地球化学特征；生态效应

1 土壤中硒的含量与分布

世界土壤硒含量一般在0.1-2.0mg/kg，平均0.2mg/kg。我国表层土壤硒含量范围0.006-9.130mg/kg，算术平均值为0.29mg/kg。我国存在一条从东北地区的暗棕壤、黑土向西南方向经过黄土高原的褐土、黑垆土到川滇地区的棕壤性紫色土、红褐壤，再向西南延伸到西藏高原东部和南部的亚高山草甸土和黑毡土的低硒带，带内土壤硒含量均值仅0.1mg/kg，显著低于其他地区的土壤硒含量。西北方向为干旱地区富硒环境，东南方向为湿润地区富硒环境，因此中国土壤中硒分布形成了以中间低，东南和西北地区高的马鞍型趋势。

2 土壤中硒的赋存形态及转化

土壤硒的赋存形态因分类方法而异，按原子价态可分为元素硒、硒化合物、亚硒酸盐、硒酸盐及有机硒和挥发硒。土壤中硒形态随外界条件变化而转化。此外，土壤中各种形态硒因酸碱度、氧化还原电位等的变化而发生转化。土壤中硒以不同形态存在，对植物的有效性各异。植物能吸收利用的硒，包括部分有机硒（占水溶态硒的30%～95%）、硒酸盐和亚硒酸盐。

3 硒生态地球化学特征研究

根据地质背景、地形地貌、地质背景、地球化学特征、土壤类型等条件合理布设采样点，在河南省焦作市、湖北省仙桃市、四川省绵竹市3个研究区共240km2调查区范围内，采集表层土壤样917件，作物样318件，根系土壤329件，垂8向剖面土壤样6件，岩石样17件，共计1587件样品。分析三个研究区在不同地质背景、土壤类型、土地利用条件下根系土-作物硒富集系数规律，结合典型农作物（小麦、水稻）中硒元素含量等特征，研究不同硒元素在根系土-作物這一生物转化体系中的迁移富集规律，对比不同农作物的元素作物富集能力，研究探寻具有发展潜力的富硒农产品产出环境，为富硒土壤的开发利用提供资料。

3.1样品采集与加工

3.1.1表层土壤样

在研究区内按照4个点/km2密度，网格状均匀布点。在布设的采样点上，以GPS定位点为中心，向四周辐射5米-20米确定分样点，采集3个以上子样组合成一个混合样。每个分样点的采样部位、深度及重量要求一致，样品重量大于2kg。采集蔬菜地土壤混合样品时，一个混合土壤样应在同一具有代表性的蔬菜地或设施类型里采集。采样时避开沟渠、林带、田埂、路边、旧房基、粪堆及微地形高低不平等无代表性地段。

3.1.2土柱剖面样

采用洛阳铲打孔或铁铲开挖浅井的方式采样，剖面深度一般应大于1.6m，按照等深间隔采集土壤样，如自地表开始每20cm采集一件土壤样。垂直剖面土壤样重量不少于500g。

3.1.3根系土-作物样

根系土及作物样选择在作物收获期进行野外采样，在采样点15m半径范围内采集5个子样组成1件样品，根据耕作层深度采集根系土样品，同点位采集作12物样。作物样采样时避开株体过大过小、遭受病虫害或机械损伤以及田边路旁的植株。

根系土壤样采集重量大于1500g，要求样品干燥后过10目/2mm筛重量大于1000g。作物样品重量（个数）根据作物类型确定。例如，水稻样在选定的田块内布设5～10个采集点，每点取植株10株～20株，稻谷、麦粒的穗重大于1000g。植物样采集后，在野外驻地称取鲜重，晾晒干。采样过程中同样需要避免污染。

在采样同时记录根系土和作物样品特征及采样点环境特征（地形地貌、当时作物种类、耕作方式、可能的污染源等）。

3.1.4岩石样

在研究区内有岩石出露的采样点，则根据地质图，按照地层单元及其岩性类型，以连续拣块法采集5-7块新鲜岩石组成1件样品，控制区内出露的主要岩性。样品的重量大于1000g。

3.2分析测试方法与质量评述

各类样品的加工、保存、送样、分析方法及质量要求执行《DZT0295-2016土地质量地球化学评价规范》、《DZT0258-2014多目标区域地球化学调查规范》、《DD2005-03生态地球化学评价样品分析技术要求》及国家、行业相关标准。样品由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室完成分析测试工作。

研究区表层土壤样品、根系土样品、作物样品、土壤垂向剖面样品及岩石样品分析测试的所有元素准确度及精密度、报出率都达到100%，元素一级标准物质合格率都达到100%，重复样合格率除了Cd、Cr及F为98.5%外，其余全部达到100%。在样品分析过程中用国家一级岩石标准物质（GSR系列）及国家一级土壤标准物质（GSS系列）控制准确度，用重复性分析控制精密度，方法的检出限、样品分析结果的报出率、标样和内检分析质量等质量参数满足《DZT0258-2014多目标区域地球化学调查规范》的规定要求。

3.3结果

（1）焦作博爱县研究区土壤中CaO、MgO等主要受北部岩石风化影响，SiO2等主要受南部黄河冲洪积物控制，Se元素呈现北高南低的特征，主要受到北部基岩风化、成土次生富集和人类活动污染影响；（2）仙桃张沟镇研究区土壤元素主要受东荆河控制，SiO2、Na2O在离河近的区域含量高，Al2O3、TFe2O3等在远离河道的区域含量较高，Se元素高背景区位于研究区中部及东南角，源自于上游恩施紫阳等地经由长江、汉水搬运沉积；（3）绵竹齐天镇研究区元素分布主要受西北部高背景以及秀水河、绵远河、石亭江及其支流冲洪积物的影响，Se元素呈西北高、东南低的分布态势。

研究区小麦及水稻富硒率高，Se含量高于0.04mg/kg的样品占99.4%；土壤理化条件对作物Se的富集系数有显著影响，小麦和水稻中Se含量与根系土Se含量无显著相关性，三个研究区作物富集系数与根系土Na2O、SiO2、pH呈正相关性，而与根系土S、P、有机碳呈负相关性。说明偏碱性、砂质含量高的土壤有利于水稻对硒的吸收累积。