安徽省南陵地区土壤Se分布特征及评价研究

吴正，梁红霞，陈富荣，李明辉，刘超，李杨

(安徽省地质调查院(安徽省地质科学研究所)，安徽 合肥 230001)

0 引言

Se是具有多功能的生命必需微量元素，国内外大量医学临床试验证明，人体缺硒会造成重要器官机能失调，适量补充硒对癌症、心脏病、肝脏等几十种疾病有较好的预防和辅助治疗作用，而过量硒则会对人体产生明显的毒害[1]。随着社会经济的发展、生活质量的提高，人类健康逐渐成为社会关注的热点，富硒土壤作为一种特殊的地质资源，必将得到有效地开发利用和保护[2]。

该文选取安徽省南陵地区，对区内土壤Se的含量及空间分布特征进行研究，为当地合理有效的开发利用富硒土地资源提供地球化学依据。

1 研究区概况

研究区位于安徽省东南部，地处经济发达的长江三角洲地带，交通位置便捷，行政区划涉及许镇镇、籍山镇、弋江镇、家发镇等8个乡镇(图1)。区内四季分明，气候温和，光照充足，雨量充沛，属典型的北亚热带湿润性季风气候区[3]。区内河湖交织，相互串通，港汊密布，水体流向多变。

研究区位于江南隆起带和下扬子坳陷带2个Ⅲ级构造单元的结合部位，跨太平坳褶带、江南过渡带、江南前陆反向褶冲带3个Ⅳ级构造单元，构造变动极为发育[4]。成土母质以河流冲积物母质为主，红色碎屑岩类风化物母质和晚更新世黄土母质次之[5]。土壤类型主要为水稻土，其次分布红壤、紫色土、潮土等[6]。

1—平原；2—岗地；3—丘陵；4—低山；5—工作区范围图1 研究区地貌景观图

2 研究方法

2.1 样品采集

土壤样品平均采样密度为10.3个点/km2，采样单元按全国第二次土地调查图斑进行布设，根据1km2范围内二调图斑多少不同，样品数有所不同，在考虑样品代表性的同时兼顾均匀性与合理性，最大限度控制调查单元，均匀采集0～20cm的土壤柱[7]。

全区共完成1∶5万土壤测量面积550km2，采集表层土壤样品5803件(含重复样125件)，布置土壤垂向剖面47条，采集剖面土壤样品233件，采集农作物及根系土壤样品151件。

2.2 样品分析

样品分析测试工作由安徽省地质实验研究所承担。以中国地质调查局地质调查技术标准《多目标区域地球化学调查规范(1∶250000)》为依据，结合《生态地球化学评价样品分析外部检查质量控制暂行规定》和《生态地球化学评价样品分析技术要求补充规定》等相关技术标准，选择使用X射线荧光光谱法(XRF)测定13种元素(MgO,SiO2,P,K2O,CaO,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Pb,Zn)，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定2种元素(Mo,Cd)，发射光谱法(ES)、原子荧光法(AFS)、离子选择性电极法(ISE)测定7种元素(As,Hg,B,Se,Corg,N,pH)的分析方法配套方案(表1)。

3 结果与讨论

表1 土壤样品分析测试方法

3.1 硒元素含量及分布特征

3.1.1 硒元素含量特征

研究区土壤Se含量区间为0.01～0.98mg/kg，平均含量0.32mg/kg，比安徽省已完成多目标区域地球化学调查的Se含量平均值0.27mg/kg[8-10]高出0.05mg/kg；Se的分布在地域上不存在明显差异，许镇土壤Se平均含量略高，家发镇略低(图2)。

不同土壤类型中Se含量也有所不同(表2)，各类土壤中Se含量平均值由高到低依次为：石灰土(0.43mg/kg)>粗骨土(0.353mg/kg)>紫色土(0.352mg/kg)>红壤(0.343mg/kg)>潜育水稻土(0.338mg/kg)>潴育型水稻土(0.323mg/kg)>侧漂型水稻土(0.296mg/kg)>黄棕壤(0.29mg/kg)>潮土(0.253mg/kg)。

变异系数可反映土壤硒含量的离散程度。硒元素在各类土壤类型中的变异系数范围为16.22%～44.91%。表2结果显示，侧漂型、潜育水和潴育型3种水稻土中的变异系数大致相等，而达到富硒土壤样品的比例差距明显，主要是由于水稻土的形成受人为活动影响大，土壤水耕熟化程度高，并且不同地段土壤质地因水耕分选作用而有所差异，从而造成不同地域上水稻土Se含量存在较大差异。

图2 研究区土壤Se地球化学图

按照全区地质背景进行统计，各地层单元Se含量平均值差异不明显，最高的是二叠-三叠纪地层，平均值0.36mg/kg，最低的是第四纪下蜀组地层，平均含量0.30mg/kg，反映出二叠-三叠纪地层表层土壤Se含量相对较高；Se空间变异较大的则是晚侏罗-早白垩纪地层分布区，变异系数为48.96%；各地质单元内富硒土壤比例较高的为侏罗纪赤山组，为34.81%，二叠-三叠纪次之，为33.63%(表3)。

综上所述，Se元素含量一定程度上与土壤类型及地质背景有关。石灰石、红壤和紫色土3种类型土壤中Se平均含量较高，变异系数也较高，说明局部富Se段可能较多分布在这3种土壤类型中，分析认为，3种土壤类型中均含有较高的有机质，而有机质能吸附较多的含硒化合物，形成高值点[11]；石灰石主要分布在二叠-三叠纪地质单元中，变异系数较大，可能与地质背景存在一定的关系。

3.1.2 硒元素分布特征

研究区土壤Se总体呈背景含量分布，主要的含量区间为0.28～0.35mg/kg，青弋江沿岸主要分布低背景土壤，高背景区主要沿孤峰河、埂上陈、黄墓镇以北、葛林桥等地分布，高值异常分布较为零星。

表2 不同土壤类型土壤Se元素地球化学参数统计

表3 不同地质单元土壤Se元素地球化学参数统计

根据区内土壤垂向剖面调查结果(图3)，各地层Se分布具有逐层富集特征，晚更新世黄土母质发育的土壤Se含量整体偏低，且表深层Se含量值差异较小。

图3 区内Se不同深度含量变化 及不同母质土壤剖面Se分布图

3.2 富硒土壤资源评价

3.2.1 富硒土壤划分标准

土壤Se含量分级不但要考虑调查区Se含量地区化学分布特征，还应考虑Se缺乏或过量对人体健康的影响程度，而富硒土壤的界定应具有明显的生物有效性[12]。研究区富硒土壤划分主要参照《土地质量地球化学调查规范》(DZ/T0295-2016)中富硒土壤标准，同时依据安徽省已完成的多目标地球化学调查表层土壤Se含量特征及调查中富硒农产品样品与根系土Se含量特性，划定该区域Se划分标准(表4)。

表4 土壤硒等级划分标准值

3.2.2 调查区富硒土壤资源评价

依据以上Se划分标准，研究区富硒土壤面积为21.29km2，占研究区总面积的3.53%，足硒土壤面积131.50km2，占总面积的21.90%(图4)。

图4 研究区富硒土壤资源分布图

3.2.3 不同土地利用方式土壤富硒资源

经统计，获取不同土地利用方式土壤Se参数(表5)，土壤Se含量最大值和最小值均出现在水田，园地平均值最大。

按照划定的区域富硒土壤标准，得出区内Se含量大于0.35mg/kg的土壤样品共1669件，占研究区总样品数的29.39%，其中耕地内分布有1461件富硒样品，占富硒土壤样品数的87.54%，其次为林地，占11.50%(表6)。

表5 不同土地利用方式土壤Se参数统计

表6 不同土地利用方式富硒土壤点统计

注：按Se≥0.35mg/kg统计

3.3 硒元素有效性评价

3.3.1 土壤硒元素有效性评价

该次调查共采集了水稻样品150件，玉米样品1件，配套采集根系土，分析了根系土Se全量、有效量及多元素全量(表7)。

表7 根系土Se、有效硒与其他元素相关系数统计

表7显示，土壤Se与有效硒、P,Cr,Ni,Cu,Zn,Pb,As,Co,V,N、有机质、速效钾、碱解氮、有效硼、有效铜、有效锌之间达到了0.01水平的极显著正相关，与K2O，pH、有效磷、有效锰之间达到了极显著负相关；与Hg、Cd之间呈显著正相关(0.05的水平)，与SiO2之间达到了0.05水平的显著负相关。

土壤有效硒与MgO，P，K2O，Zn，Cd、钼、N、有机质、速效钾、碱解氮、有效铜、有效锌之间呈极显著正相关(0.01水平)，与B，pH、有效锰之间呈极显著负相关，与N、有效钼之间呈显著性正相关，SiO2、有效硅之间呈显著负相关(0.05水平)。

从各元素之间的相关性看出，土壤中的有效硒含量随着Se含量的增加而增加，土壤Se与Cr,Cd,Ni,Cu,Zn,Pb,As亦表现出显著的相关性，说明土壤Se与重金属相伴生，是富硒土壤开发的不利因素。土壤有效硒与其他指标相关性要差于Se，仅与Zn,Cd、有效铜、有效锌之间呈显著正相关[13-15]。

以土壤有效硒所占土壤Se比例衡量Se有效度，区内全部水稻根系土壤样品Se有效度为1.57%～6.15%，平均值3.29%。

3.3.2 硒元素生物有效性评价

调查区水稻样品Se含量与土壤Se、有效硒含量相关分析显示(表8)，作物中Se与土壤中Se相关性较差，与土壤中N、B、有效锰以及作物中Cd之间呈极显著相关关系，与P、Mn、V、钼、有机质、pH、碱解氮、有效钼、有效铜、有效性以及作物籽实中Cr之间呈显著相关关系(0.05的水平)[16]。

表8 生物样品Se含量与根系土壤元素全量、有效量以及以生物样品中其他素相关关系

注：统计样本151件，**，*在0.01，0.05水平(双侧)显著相关，置信度95%。

4 结论

研究区土壤Se含量区间0.01～0.98mg/kg，平均含量0.32mg/kg，各乡镇差异不明显，石灰土中Se平均含量最高，潮土中最低，二叠-三叠纪地层区Se含量稍高；区内土壤Se总体呈背景含量分布，少量的低背景土壤分布于青弋江沿岸，其含量与人为活动、土壤类型和地质单元存在一定的关系；初步圈定区内富硒土壤面积152.79km2，占研究区耕地面积的25.43%，具有一定的富硒土壤开发潜力；土壤Se常与重金属伴生，而有效硒与重金属相关性不明显，土壤有效硒随Se含量的增加而增加。