贵州省长顺县耕地土壤硒元素分布及其影响因素分析

2020-03-03令狐燕艳李大吉张雪梅

贵州地质 2020年4期

令狐燕艳，李大吉，张雪梅

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队，贵州都匀 558004)

1 引言

硒为土壤养分元素，对植物的生长及人体健康具有重要影响(袁思莉等，2014；万海英等，2014，Rayman，2005)。我国土壤硒元素分布极不均匀，表层土壤硒平均含量为0.217 mg/kg(王锐等，2017)，近3/4的国土为缺硒、低硒地区(Wang et al.，2001；王幻麒等，2020)。整体上看，贵州属于表层土壤硒含量较高地区(廖金凤，1990；童建川，2009；蔡大为等，2020)，背景值为0.298 4 mg/kg(中国环境监测总站，1990)，其中，黔南州硒含量平均值为0.495 mg/kg，远高于全国表层土壤硒平均含量。土壤中硒的来源广泛，成土母质是其主要来源(陆枫，2010)。前人已对土壤中硒的影响因素进行了多角度多层次的研究(陈显著等，2016；章海波等，2005；徐强等，2015)，成土母质、土壤pH及有机质是主要影响因素，此外，土壤理化性质、土壤类型及土地利用方式、大气湿沉降等因素对土壤硒的含量也造成不同程度的影响(蔡立梅等，2019；李杰等，2012；陈杜军，2012)。

参照《DZ/T 0295-2016 土地质量地球化学评价规范》(全国国土资源标准化技术委员会，2016)要求，耕地质量地球化学调查评价结果显示，长顺县分布大面积富硒土壤，占全县耕地面积的85.89%。依托该项目，结合贵州省多个县市硒元素研究成果(胡秋等，2020；麻杰磊等，2020；张钟华等，2020；周文龙等，2020；田文明等，2020)，有效利用耕地质量地球化学调查成果，多角度分析长顺县土壤中的硒分布特征及影响因素，为长顺县土地资源规划、管理和开发等提供了地球化学参考依据。

2 研究区概况

长顺县位于贵州省中南部，地处黔中两级剥夷面向广西丘陵倾斜的斜坡面上，苗岭山系横亘县北部；整体地势北高南低，中间高，两边低，从而形成三级阶梯，相对高差937.5 m；地貌以溶蚀-侵蚀地貌为主。研究区属中亚热带季风湿润气候区，年平均气温16℃左右，相对湿度81%左右；年平均降雨量1 303.2 mm，全年84.86%的降水量集中在4月到9月。

区内出露地层有泥盆系、石碳系、二叠系、三叠系及白垩系。以石碳系(C)碳酸盐岩出露最广，约占全县总面积的50%；次为页岩和砂岩等。构造复杂，以南北构造为主，地层走向大致与主要构造方向一致。长顺县耕地利用类型主要为茶园、果园、裸地、旱地、水浇地、水田等六类，旱地及水田占比最大；土壤类型以岩成土壤石灰土为主，占耕地面积48%，其次为地带性土壤黄壤(24.07%)和水耕熟化形成的水稻土(18.7%)；其它土壤少量分布，棕壤分布面积最小。

3 数据来源及处理

3.1 数据来源

长顺县耕地质量地球化学调查评价面积约为426 km2，运用“3S”技术以及现代生态地球化学理论和方法采集表层土壤样品3960件(含76件重复样)，元素异常成因调查样200件，土壤垂向剖面样60件，成土母岩样20件，灌溉水样23件，大气干湿沉降物3件，农作物及配套根系样75件，土壤有机农药残留样3件，并选择多种分析方法配套完成样品分析测试，数据可靠。

3.2 数据处理

采用中国地质调查局发展研究中心《土地质量地球化学评价管理与维护(应用)子系统》10.0及对应ArcGIS10.0软件联合处理绘制耕地质量地球化学评价图件，在MapGIS中完成地球化学图的绘制，利用SPSS19.0、Oringin2017和Excel2016完成样品23项化学指标数据统计分析。

4 硒含量及分布特征

4.1 土壤硒含量

图1 长顺县表层土壤Se含量频数分布图Fig.1 Frequency distribution chart of surface soil Se in Changshun county

不同成土母岩土壤的Se平均值含量变化差异相对较小，整体来看，碎屑岩中硒含量(0.73 mg/kg)略高于碳酸盐岩硒含量(0.60 mg/kg)。不同耕地利用类型裸地、旱地、水田中硒平均含量差别较小，分别为0.62 mg/kg、0.63 mg/kg、0.65 mg/kg。不同耕地利用类型中Se平均值含量变化差异相对较小，黄壤Se含量最高(0.69 mg/kg)，其次为水稻土(0.67 mg/kg)，石灰土与粗骨土含量相同(0.59 mg/kg)。此外，酸性土壤硒含量明显高于碱性土壤中硒含量。

4.2 空间分布特征

统计计算长顺县各乡镇Se含量平均值，结果显示各乡镇Se含量变化差异相对较小；在硒含量划分标准的基础上，结合研究区表层硒含量范围，将本区土壤硒含量细化为过剩、特级、一级、二级、三级、含硒、低硒7等(表1)；联合ArcGIS和GeoIPAS绘制表层土壤Se地球化学图(图2)。

由表1可知，区内存在土壤硒过剩(硒中毒)区域，但分布面积极小，仅占全区土壤面积的0.04%；足硒及富硒地区占全区土壤面积的85.88%。由图2可知，高值区主要分布在新寨乡-广顺、摆所-中坝-鼓扬、代化-睦化一带，Se含量高于背景值0.58 mg/kg，富硒土壤整体呈南北向带状展布，可能与安顺组(T1-2a)、大冶组(T1d)、祥摆组、上司组(C1x-sh)、茅口组(P2m)、吴家坪组、长兴祖(P3w+c)、望城坡组、五指山组(D3w+wz)地层有关；低值区主要集中在南部代化-交麻一带呈东西向展布，其次为长顺县北部、威远镇南部一带，可能与惠水组(K2h)、边阳组(T2b)、新苑组(T2x)、摆佐组(C1b)地层有关。

表1 土壤Se含量分级面积Table 1 Classification area of soil Se

图2 耕地土壤硒(Se)地球化学图Fig.2 Se geochemical map of cultivated land1—惠水组；2—边阳组；3—新苑组；4—夜郎组、永宁镇组；5—大冶组；6—大冶组、安顺组；7—安顺组；8—吴家坪组、长兴组；9—茅口组；10—栖霞组；11—马坪群、黄龙群合并；12—马坪组；13—黄龙组；14—摆佐组；15—祥摆组、上司组；16—高坡场组；17—高坡场组第一至二段；18—望城坡组、五指山组；19—独山组；20—正断层；21—不明断层；22—平移断层；23—地质界线；24—岩相变化

4.3 垂向分布特征

利用垂向剖面样品硒含量数据绘制土壤垂向剖面，反映Se元素在A1层→A2层→B层→C层→基岩的垂向变化规律。图3表明，Se主要富集在耕作层(A层)，随深度增加土壤层中Se元素含量逐渐减少，采集的基岩中Se元素含量低于土壤层含量。

图3 土壤垂向剖面Se元素含量变化Fig.3 Se variation in the vertical soil section1—泥岩夹碎屑；2—灰岩；3—泥岩；4—灰岩夹白云岩；5—页岩；6—泥质砂岩

5 硒含量的影响因素

土壤中硒含量及其变化和分布是因素复杂多样。长顺县不同土壤类型和土地利用类型中表层土壤硒含量差异较小，本文着重从以下三个方面分析。

5.1 成土母质

成土母岩是土壤硒元素的主要物质来源，是土壤形成的基础。硒属于亲硫元素，土壤硒主要来源于富硒岩石、煤系岩层(李嘉熙，2000)和具有高硒背景的炭质页岩、硅质岩(宋明义，2009；杨良策等，2015)。3960件表层土壤样品硒含量与土壤其它组分含量做相关性分析，相关系数统计见表2。

表2 长顺县表层土壤Se含量与土壤其它组分相关系数统计Table 2 Related coefficient statistics of surface Se and other component in Changshun county

结果显示，长顺县土壤Se含量与土壤金属元素(V、Cr、Cu、Mo、Ni)含量具有显著正相关性(P<0.01)。长顺县硒含量浓集中心岩性以碳酸盐岩为主，岩石中硒含量较低，但碳酸盐岩易受沉积环境影响发生风化、淋滤等作用，利于硒元素富集；其中，P3w+c地层岩性为灰岩、燧石灰岩，夹硅质岩和煤层，C1x-sh地层岩性为含煤系页岩，结合图3中剖面0MHPM1和0MHPM2基岩(C1x-sh)硒含量，区域上与富硒土壤分布区一致。低值区岩性以粘土岩、砂岩为主，表层土壤样品Se含量与成土母岩无明显相关性，不能片面地得出碎屑岩区土壤硒含量高于碳酸盐岩地区硒含量的结论。

5.2 有机质

结合异常查证数据，区内广顺镇、摆所、睦化一带Se元素异常主要是次生富集形成，分布平坝区或者谷地，有利于土壤或者其他物质保存，同时叠加人类活动，对于土壤耕作层中物质成分有一定程度的影响，如有机质等。研究区土壤中氧化物成分主要由Si、Al和Fe组成，根据垂向剖面中有机质、pH、Fe2O3、Si和Al矿物含量与土壤Se含量做相关性分析，见图4。

图4 土壤垂向剖面有机质、理化性质与Se元素的相关性Fig.4 Correlation of organic matter, physicochemical property and Se in vertical soil section

长顺表层土壤有机质含量最小值为3.60 mg/kg，最大值为161.19 mg/kg，平均值为34.81 mg/kg。表2结果显示土壤有机质含量与硒含量的相关系数为0.393，呈显著正相关(P<0.01)。而不同土壤类型中水稻土有机质平均含量最高，为38.63 mg/kg；棕壤有机质平均含量最低，为23.79 mg/kg；与对应土壤类型中Se元素含量变化相符。说明熟化土壤中有机质丰富，有利于土壤吸附硒元素，从而使得水稻土中硒含量最高。