福建省永春县土壤中硒锌元素富集特征及其与农作物品质的相关性

林俊英

(福建省197地质大队，福建泉州 362011 )

永春县地处福建省东南部，经济以农业为主体，是著名的“中国芦柑之乡”，多年来一直是我国芦柑出口的第一大县，芦柑产业在推动永春县经济社会发展中做出了巨大贡献。然而近年来，由于布局不合理造成优势特色农产品品质低下的现象时有发生，直接损害农民的利益和生产积极性。从农业地质角度，在探明研究区地质特征及硒锌元素富集特征的基础上，分析永春县名特优农产品芦柑种植区的土壤地球化学特征，摸清地质背景对芦柑品质的影响，对永春县名特优农产品芦柑的规模化种植、品质产量提高具有重要现实意义。

1 地质特征

1.1 自然地理

永春县位于福建省东南部，晋江东溪上游，戴云山脉的南段，地势总体由西北向东南倾斜，以蓬壶马跳为界，西部地区地形地貌属中山地带，山地海拔从83～1 366m。

县内水系大体呈树枝状展布，均为晋江水系，其中东溪是山美水库最重要的汇水区，西溪是未来白濑水库重要的汇水区。主要河流有桃溪、一都溪、坑仔口溪、湖洋溪等，在主要水系流经蓬壶、达埔、岵山、湖洋等山间盆地呈串珠状分布，这些盆地均是本区主要农业耕作区。

1.2 构造

研究区在区域大地构造位于华南褶皱系的东南部，闽东火山断拗带的中南段。构造带是北东—南西方向展布。地质构造以北东向、北北东向、东西向构造为主。褶皱和断裂则以断裂和断块活动为主(图1)。

1.3 地层及含水层

永春县出露地层有白垩纪、侏罗纪、三叠纪、二叠纪和第四纪地层，并以侏罗纪火山岩地层为主。其中白垩纪地层岩性主要为粗碎屑岩和紫红色碎屑岩；侏罗纪地层岩性主要有流纹岩、安山质(流纹质)凝灰熔岩、英安流纹质(熔结)凝灰岩等；三叠纪地层岩性为角岩、鲕状灰岩、钙质砂泥岩、砂泥岩等；二叠纪岩性为灰色细砂岩、粉砂岩、泥岩夹煤层(线)、泥岩、粉砂岩等，第四纪全新世岩性主要成分为沙砾卵石、粘土、砂和淤泥。

2 锌、硒元素富集特征

2.1 赋存特征

2.1.1 不同成土母岩指标质量分数

统计分析不同土壤中元素质量分数时发现：二叠纪地层背景的土壤中元素指标质量分数高于侏罗纪、三叠纪地层背景；白垩纪地层背景的土壤中元素指标质量分数最低；硒元素在二叠纪地层中质量分数较高，锌元素指标在侏罗纪地层中质量分数较高(表1)。

从表2可以看出，侏罗纪石英闪长玢岩岩体中硒、锌质量分数较高，其次为侏罗纪碎斑熔岩岩体。

图1 研究区地质图Figure 1 Geological map of study area

地层指标元素白垩纪地层(22件)最大值最小值中值三叠纪地层(12件)最大值最小值中值二叠纪地层(26件)最大值最小值中值侏罗纪地层(954件)最大值最小值中值锌65.5016.6034.55123.0031.8055.90261.6027.6052.15303.007.0161.70硒0.850.160.340.660.140.441.740.120.572.530.060.29

表2 评价区不同侵入岩中硒/锌质量分数特征统计Table 2 Statistics of assessment area mass fraction features of selenium and zinc in different intrusive rocks mg·kg-1

2.1.2 不同土壤质地硒、锌指标质量分数

永春县土壤质地主要以壤土为主，包括红壤、黄壤等，占比93.19%；其次为沙土和黏土，占比12.38%。据统计，不同土壤质地中硒、锌质量分数均在壤土中较高(表3)。

土壤地质成因有残坡积和冲洪积。其中主要以残坡积为主，包括残积、坡积和残坡积，其次为冲洪积。不同土壤地质成因表层土壤中硒、锌质量分数基本持平(表4)。

2.2 空间分布特征

2.2.1 硒

评价区土壤硒质量分数在0.03～2.53 mg·kg-1，平均值0.30 mg·kg-1，中值0.27 mg·kg-1。评价区土壤硒质量分数中值高于全国土壤硒元素丰度值0.20 mg·kg-1。与全国丰度相比，具有相对丰富的表层土壤硒元素。从各乡镇分类统计分析，土壤硒质量分数中值均大于0.175 mg·kg-1，在0.21～0.36 mg·kg-1。其中外山乡、锦斗镇和仙夹镇土壤硒质量分数中值相对较高(中值/全县丰度Ki≥1.20)(图2)。

通过分析研究区土壤硒质量分数的空间分布情况，对土壤硒质量分数大于0.40 mg·kg-1的成片土地圈定为富硒区。从富硒土壤地质背景分析，富硒土壤主要分布在永春县中部的岩浆岩岩体，占比76.47%，面积达到34.72km2，其次为下洋镇翠屏山组，占比5%，面积为1.7 km2。

表3 评价区不同土壤质地中硒/锌元素质量分数特征统计Table 3 Statistics of assessment area mass fraction features of selenium and zinc in different quality soils mg·kg-1

表4 评价区不同地质成因土壤硒/锌元素质量分数特征统计Table 4 Statistics of assessment area mass fraction features of selenium and zinc in different geologic origin soils mg·kg-1

综合土壤养分和土壤环境状况分析，研究区富硒土壤质量较好，主要以“中等”为主，占比48.85%，土地面积为17.56 km2，其次为“良好”，占比24.55%，土地面积为9.71km2。“优质-中等”土壤占比合计79.28%，面积为29.65km2；研究区富硒区土壤质量“差等-劣等”土壤占比20.72%，面积为7.78 km2(表5)。

图2 永春县耕地表层土壤硒/锌丰缺分布Figure 2 Surface soil selenium and zinc abundance and shortage distributions in Yongchun County cultivated land

表5 研究区富硒土壤质量综合等级统计Table 5 Statistics of study area selenium rich soil quality comprehensive grades mg·kg-1

2.2.2 锌

评价区表层土壤中锌的质量分数为7.01～303.00 mg·kg-1，质量分数平均值69.49 mg·kg-1，中值64.30 mg·kg-1，评价区表层土壤锌质量分数略低于全国丰度值(68 mg·kg-1)，并明显低于一级自然背景值100 mg·kg-1，与全国丰度相比，表明具有中等富集的表层土壤锌元素。

评价区各乡镇土壤锌元素质量分数中值在41.00～97.20 mg·kg-1。评价区呈祥乡、东关镇、锦斗镇、石鼓镇、桃城镇、东平镇、吾峰镇、外山乡和仙夹镇的土壤锌元素质量分数相对较高(Ki≥1.20)通过分析研究区土壤锌质量分数的空间分布情况，对土壤锌质量分数大于84 mg·kg-1的成片土地圈定为富锌区。从富锌土壤地质背景分析，富锌土壤主要分布在永春县中部、中东部的岩浆岩岩体，占比82.25%，面积达到49.23km2。集中分布在锦斗镇、蓬壶镇、呈祥乡、石鼓镇和仙夹镇等。

综合土壤养分和土壤环境状况分析，研究区富锌土壤质量较好，主要以“中等”为主，占比46.50%，土地面积为28.01 km2，其次为“良好”，占比25.10%，土地面积为16.24km2。“优质-中等”土壤占比合计81.13%，面积为50.25km2；研究区富锌区土壤质量“差等-劣等”土壤占比18.87%，面积为10.29km2(表6)。

表6 研究区富锌土壤质量综合等级统计Table 6 Statistics of study area zinc rich soil quality comprehensive grades

3 农作物及土壤地球化学特征

3.1 农作物种植

芦柑种植遍及全县。芦柑种植面积超过1 350hm2的有湖洋镇，超过680hm2的有桃城镇，超过340hm2的有8个乡镇：达埔镇、岵山镇、东平镇、东关镇等。湖洋镇总产41 542t，位居各乡镇首位，超万吨的有桃城镇、五里街镇、蓬壶镇、石鼓镇、岵山镇、东平镇、东关镇7个乡镇。

3.2 芦柑园土壤指标质量分数

整体上，研究区芦柑配套土壤质量优异，局部零星土壤出现硼养分元素缺乏和零星出现土壤重金属轻度污染现象。

统计分析研究区122件芦柑-土壤配套样品，分析芦柑土壤指标元素质量分数特征，结果显示芦柑配套土壤样的养分元素质量分数状况为：除硼(中值：13.74 mg·kg-1)质量分数等级为“缺乏”外，其他养分元素均为“较丰富-丰富”，其中硒、锌元素芦柑配套土壤样养分地球化学综合等级为“较丰富-丰富”(表7)。

表7 研究区芦柑配套土壤养分硒/锌元素质量分数特征统计Table 7 Statistics of study area mandarin citrus mating soil nutrient selenium and zinc mass fraction features mg·kg-1

注：元素指标单位为mg·kg-1。

芦柑配套土壤样的环境元素质量分数状况：土壤总体呈强酸性，pH在3.21～6.74，中值4.47，pH<6.5占97.06%；锌元素质量分数中值为94.47 mg·kg-1，小于二级标准值的样品均为67件，占比98.53%，轻度污染的样品均为1件，无中度和重度污染；整体上，土壤环境状况良好，土壤环境地球化学综合等级为“清洁-尚清洁”，局部零星出现重金属轻度和中度污染现象。

3.3 芦柑果实微量元素质量分数

芦柑硒、锌元素质量分数为0.001～0.02mg·kg-1，中值0.004 mg·kg-1，富硒9件(综合参照江西省地方性标准【DBD36/T566-2009】和陕西省富硒食品硒质量分数分类标准【DB6124.01-2010】，富硒标准：0.01～0.05 mg·kg-1)，占比13.24%；锌元素质量分数为2.72～11.29 mg·kg-1，中值6.15mg·kg-1；钼元素质量分数为0.002～0.08 mg·kg-1，中值0.03mg·kg-1。研究区芦柑中汞、砷、铅和镉元素质量分数均符合国家标准，无重金属超标。

3.4 品质指标化验分析

统计分析研究区芦柑品质指标可食率、糖分、粗纤维和水分的质量分数特征，综合显示，永春芦柑果实水分充足，可食率高，糖分和粗纤维质量分数均较高，变异系数小，品质较稳定。

4 锌硒元素与芦柑的相关性

根据芦柑基岩与土壤微量元素相关性可知，Ca元素在基岩分化成土壤的过程中分化流失，土壤Cl和Mn元素受人为影响明显。Cr、Hg、Cu、Cd、Ni、Pb等重金属方面，基岩与土壤关系不明显，土壤质量分数受基岩和人为共同影响，而微量元素Se、Zn具有明显的迁移和富集现象(图3)。

从基岩、土壤与果实的堆积柱状图可以发现，微量元素Se、Zn具有明显迁移富集现象(图4)。

芦柑样与配套土壤样硒、锌有益元素指标相关显示，芦柑样品与配套土壤样硒、锌元素指标具有正相关关系，相关性函数分别为：y=0.004 8x+0.002 4、y=0.004 9x+5.1914，相关系数R2分别为0.114 8、0.009，其中芦柑样品与配套土壤样硒元素指标相关系数R2较大，显示出芦柑样与配套土壤样硒元素指标相关性显著，而锌元素指标相关系数R2较小，显示芦柑样与芦柑土壤样锌元素指标相关性不明显。

图3 芦柑基岩与土壤微量元素相关性Figure 3 Interdependency between mandarin citrus and trace elements in bedrock and soil

图4 基岩、土壤与芦柑内微量元素Zn、Se关系Figure 4 Relationship between bedrock, soil and trace elements zinc and selenium in mandarin citrus

5 结论

土壤中元素指标质量分数状况及其空间分布受区域成土母质、土壤类型及人为因素等影响较大。研究区芦柑园土地质量均为良好，本次调查发现富硒土壤37.57km2，富锌土壤60.54km2，建议在富硒富锌土壤区域优选芦柑种植区，利用土壤质量地球化学综合评价成果进行的施肥分区和农产品场地适宜性分区工作，可为永春县合理选择芦柑种植区提供重要基础依据。