福建周宁县表层土壤硒含量分布及影响因素

2019-03-21杨生吉

资源环境与工程 2019年1期

杨生吉

(福建省煤田地质勘查院,福建福州 350005)

硒作为人体必需的一种微量元素,缺乏或过剩都会影响人类健康[1]。硒主要分布在自然界岩石、土壤、大气、水和食物中,而人体中的硒主要通过摄取食物获得,食物中的硒与土壤有着密切关系。周宁县作为闽东地区重要的农业县,加快发展特色农业产业显得尤为重要,因此有必要对土壤中硒的分布及其影响因素做进一步的研究。在福建省(福州局部、屏南—邵武)1∶25万多目标地球化学调查与评价、周宁县农业地质调查评价项目基础上,对周宁县土壤硒的分布特征和影响因素进行探讨,研究成果可为周宁县土壤硒资源开发利用、土地规划和特色农产品的开发提供指导意义。

1 区域概况

周宁县位于福建省东北部,隶属宁德市管辖,属中亚热带季风山地气候。全县总面积1 035 km2,下辖6个镇和3个乡。地处洞宫山脉南端,鹫峰山脉东部,平均海拔约800 m,多为中山丘陵地带。作为福建省海拔最高的县城,凭借得天独厚的地理气候条件,孕育出品质极佳的高山云雾茶和马铃薯,享有“全国产茶重点县”和“高山明珠”之称(图1)。

周宁县分属北武夷地层分区闽中小区,地层出露简单,主要为火山碎屑岩、变质岩和冲洪积层,分布有南华系龙北溪(岩)组、晚侏罗统南园组、早白垩统小溪组、早白垩统石帽山群、第四系全新统。

成土母质以中生代的火山岩和侵入岩为主,自然土壤中土壤母质以残积母质为主,残积物多为基岩在原地久经风化的残留物,主要分布在山体的上部;农业土壤以坡积母质为主,坡积物系山坡或山顶上的母岩风化物,受自然因素的影响搬运至坡麓处或山垅、山谷和低洼处滞积。根据周宁县第二次土壤普查结果[2],本区土壤共分5个大类,14个亚类,分布有红壤、黄壤、水稻土、潮土和紫色土。

2 样品采集和测试

2.1 土壤样品采集

按照《福建省农业地质调查评价工作手册》[注]福建省国土资源厅,福建省农业地质调查评价工作手册,2016。要求,在土地利用现状图耕地图斑基础上,划分评价单元,土壤样品布置在评价单元中部面积较大的地块中(2016)。根据本区连片耕地面积,土壤样品采样密度为9个样/km2,采样深度为20 cm。采样时,先扒开地表植物残体和杂物,用化探锄挖坑,然后在坑的一侧自地表垂直向下20 cm连续均匀采集,上下厚度要基本一致。采用多点组合形式采集样品,在采样点位50 m范围内采集3～5个子样,等量混合组成1个样品,所有子样都不靠近田埂。样品重量1 000～1 500 g,同时按照总样品数2%采取重复样。本研究共收集周宁县土壤硒数据910个。

图1 研究区交通位置图Fig.1 Traffic location map of research area

2.2 样品分析测试

样品测试由福建省地质测试研究中心完成,执行《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)、《福建省农业地质调查评价工作技术指南》、《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》(DD 2005—03)等有关规程规范。

野外采样人员将样品进行初加工后送至实验室,测试单位将送来的风干样品仔细挑出根茎及各种新生体和侵入体,进行重新混匀。对于硒元素的测定步骤为:样品无污染加工至200目(粒径0.074 mm),取0.25 g于25 ml聚四氟乙烯坩埚中,用少量水润湿,经加热分解,冷却稀释,摇匀澄清后,然后用原子荧光光谱仪进行测定。

3 结果与讨论

3.1 土壤硒含量分布特征

福建省福州局部、屏南—邵武1∶25万多目标地球化学调查与评价结果表明[注]周云龙、欧阳辉、陈腾等,福建福州局部、屏南县—邵武市1∶25万多目标区域生态地球化学调查报告,福建省地质调查研究院,2017。,区域上表层土壤硒元素含量平均值为0.31 mg/kg。从表1中可以看出,全县表层土壤硒含量0.082～1.214 mg/kg,硒含量中值为0.260 mg/kg,平均值为0.303 mg/kg,与区域土壤硒含量持平,是全国土壤硒含量(0.2 mg/kg)的1.515倍。

表1 周宁县土壤硒含量特征Table 1 Characteristics of selenium content in soil of Zhouning County

按照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)中对土壤硒等级的划分标准,共分成5个等级:缺乏(≤0.125 mg/kg)、边缘(0.125～0.175 mg/kg)、适量(0.175～0.40 mg/kg)、高(0.40～3.0 mg/kg)、过剩(>3.0 mg/kg)。对周宁县表层土壤硒元素含量等级进行统计,结果如图2所示。

从图2中可以看出,周宁县土壤硒含量以适量等级为主,占比66.6%;高硒和边缘等级样品,分别占比17.8%、13.4%,剩下均为缺乏等级样品,无过剩土壤硒样品。

图2 土壤硒元素(Se)含量分级统计直方图Fig.2 Statistical histogram of selenium content classification in soil

3.2 土壤硒含量影响因素分析

土壤硒的生物有效性及其影响因素研究已成为当下的热点问题,前人为此做了大量的研究[3-8]。结果表明,不同地区土壤硒含量及其影响因素差异较大。主要从不同土壤类型、成土母质、土壤pH值等方面分析对土壤硒含量的影响。

3.2.1 土壤类型

本区共有5种类型的土壤:红壤、黄壤、水稻土、潮土和紫色土。从表2可以看出,占比最大的水稻土表层土壤硒平均含量最低,分析其原因可能是水稻土是经长期水耕熟化而形成的一种泛域性土壤,是农作物耕种的主要土壤。前人研究表明,土壤硒含量受有机质影响及控制。由于长期反复耕种,人类活动加速了土壤有机质的分解,导致有机质含量减少,进而造成土壤硒含量不高。从变异系数看,水稻土表层土壤硒含量变异系数较大,说明硒元素分布的不均匀性,分异显著,这也与长期受人类活动的影响相吻合。潮土土壤母质多为溪流冲击物,含砂量大,保水性能较弱,供肥性能较强,硒含量最高,但由于保水性能不好,硒元素会随着流水进行迁移,导致分布不均匀。县域内红壤和黄壤是发展林业的主要土壤,二者土层厚,酸性强,腐殖质积累较丰富,同时林地受人类活动的影响较小,导致土壤硒含量适中。紫色土是由不同地质时期的紫色母岩发育而成,矿物养分丰富,剔除离群数据后,土壤硒含量整体较高。

表2 不同土壤类型下表层土壤硒含量Table 2 Selenium content in surface soil under different soil types

3.2.2 成土母质

本区出露以火山岩为主,其次为第四系冲洪积层,出露小面积的花岗(斑)岩。从表3可以看出,火山岩风化物成土母质发育的土壤硒含量最高,花岗岩风化物成土母质发育的次之,与冲洪积土壤硒含量相当,整体土壤硒含量较高。这是因为本区位于福建政和—大浦断裂以东,岩浆活动频繁,出露大面积的侏罗系南园组火山岩、白垩系小溪组火山岩和石帽山群,为本区提供了丰富的土壤硒来源。对比表4区域不同地质背景区土壤地球化学背景值,二者分布趋势一致。同时,由于区内地貌景观以丘陵、山地为主,土壤多为采样点上方或附近岩石风化产物,迁移距离较短,因此土壤中多种元素受地质背景控制较为明显。从福州局部、屏南县—邵武市1∶25万多目标区域生态地球化学调查研究结果来看,Se元素分布主要受火山岩控制。

根据对土壤硒等级的划分标准,土壤硒含量>0.40 mg/kg的富硒样品为162个,占总样品数(910个)的17.8%,富硒土壤面积19.79 km2,占总面积的17.68%。从富硒土壤的地质背景来看,发现富硒土壤主要分布在火山岩地层上,占比64.7%;其次为侵入岩体,占比33.9%,这也说明本区为火山岩型富硒土壤。

表3 不同成土母质下表层土壤硒含量Table 3 Selenium content in surface soil under different parent materials

表4 区域内不同地质背景区Se元素背景值Table 4 Selenium background values of different geological background areas in the region

3.2.3 土壤pH

表5可以看出,周宁县土壤呈强酸—酸性,且全县土壤酸碱度差异不大。通过对土壤硒含量与pH进行相关性分析,结果表明:土壤硒含量与pH呈现负相关(r=-0.222,p<0.01)。

表5 表层土壤酸碱度(pH)统计Table 5 pH statistics of surface soil

土壤中硒的赋存状态是决定土壤硒生物有效性的重要因素[9],主要有元素态硒、硒酸盐和亚硒酸盐态、金属硒化物、有机态和挥发态等。元素态硒不溶于水,植物不能直接吸收利用;硒酸盐态硒活性高且易溶于水,在碱性土壤中含量较高,易迁移转化;亚硒酸盐态硒是水溶性的,在酸性或中性土壤中含量较高,易被粘土矿物及胶体吸附,导致活性降低;硒化物大多不溶于水,不能为植物吸收;有机态硒是土壤有效硒的重要组成部分,与有机质含量密切相关;土壤中挥发性硒一般含量极少。pH是影响土壤硒价态变化的主要因素之一,有关研究表明,随着pH值升高,土壤对亚硒酸盐态硒的吸附能力降低,导致水溶性硒增多,活性增强,进而容易遭受淋失,使得土壤硒含量减少。