贵州省桐梓县表层土壤硒地球化学特征及影响因素分析

2020-11-06张钟华季国松王小洪潘有良罗建均王华斌

贵州地质 2020年3期

关键词：母岩成土桐梓县

张钟华，季国松，王小洪，安泉，刘浩，潘有良，吴鹏，肖波，王艇，罗建均，王华斌

(1.贵州省地矿局117地质大队，贵州贵阳 550018；2.贵州省地矿局102地质大队，贵州遵义 563000)

1 引言

2 研究区概况

大地构造单元位于上扬子陆块黔北隆起区，全区出露地层由老到新为寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系与侏罗系。岩性主要为碳酸性岩与陆源碎屑岩。

3 研究方法

3.1 样品采集

土壤剖面样与岩石样依据表层土壤样分析结果，在表层土壤硒异常区进行采集，采集的土壤剖面深度以见到基岩为准，土壤剖面自上而下分腐殖层、淋溶层、淀积层与母质层，每层连续刻槽采集1件样品，重量≥1 kg，同时在底部基岩采集1件岩石样，岩石样采用连续打块法采样，覆盖全区主要时代地层，共采集土壤剖面样76件，成土母岩样19件。

3.2 分析测试

全部样品分析测试由贵州省地质矿产中心实验室完成，土壤与岩石样中Se采用原子荧光分光光度法(AFS)测定，Cu、Zn、Pb、Mn、Ni、P等元素采样电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)测定，Co、Mo、Cd等元素采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定，农作物中Se、Cd等采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定。以国家一级标准物质(GWB 系列)进行准确度和精密度监控，以重复样和重复分析进行重复性检验和分析误差评定。结果表明，全部样品的报出率为100%，准确度与精密度合格率均为100%，全部样品的重复性检查合格率、异常检查合格率均完全满足规范要求，样品分析质量符合土地质量地球化学调查评价规范(DZ/T 0295-2016)中样品处理与分析的规定，分析质量可靠。

3.3 数据处理

采用spss18.0软件与Excel2010软件统计地球化学特征参数等，用Geochem Studio软件生成硒元素地球化学图，用土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护(应用)子系统生成地球化学评价等级图。

4 结果与分析

4.1 土壤酸碱度与环境元素地球化学特征

对土壤酸碱度进行了丰缺度评价，强酸性、酸性、中性、碱性与强碱性分别占全县评价面积的 11.3%、61.24%、1.24%、19.35%、8.24%、0.03%，土壤总体为酸性环境。

依据土壤中8种环境元素的含量，对照《土壤环境质量农用土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)中的筛选值和管制值，将土壤风险程度分为三类(优先保护、安全利用、严格管控)。结果表明，表层土壤中Cd以优先保护类为主，占全县评价面积的66.7%，安全利用类占全县评价面积的31.16%，少量严格管控类耕地分布；Hg、Pb、Cr、Zn优先保护类面积占比大于99%，Cu优先保护类面积占比83.40%，As优先保护类面积占比96.57%，Ni优先保护类面积占比93.03%。总体而言，区内除Cd平均含量相对较高外，其余元素平均含量相对较低。土壤环境综合质量等级评价表明，优先保护类、安全利用类、严格管控类面积分别占全县评价面积的57.62%、40.23%、2.15%，土壤环境质量整体较好。

4.2 表层土壤硒元素地球化学特征

全县表层土壤硒含量平均值0.58 mg/kg，高于全国土壤A层硒平均含量0.29 mg/kg(刘铮，1996)，中值0.48 mg/kg，方差0.12 mg/kg，最小值0.02 mg/kg，最大值6.59 mg/kg，变异系数0.61，空间分布相对不均匀(表2)。

表1 表层土壤环境元素地球化学参数

表2 不同地质背景下表层土壤硒含量特征

续表

按照地域分布情况(图1)，硒元素高背景区主要集中分布在容光镇、花秋镇与燎原镇等乡镇，低背景区主要集中分布在夜郎镇、新站镇、高桥镇与水坝塘-芭蕉-狮溪镇一带。总体而言，表层土壤硒地球化学分布特征与地质背景(地层单元、成土母质)关系密切。

依据(谭建安等，1989)划分标准(表3)，对桐梓县表层土壤硒丰缺度进行了评价。发现桐梓县表层土壤硒含量以富硒等级为主，全县富硒面积70 535.52公顷，占总评价面积的70.92%，足硒面积占比27.77%。表层土壤富硒资源丰富，发展富硒产业前景广阔。

表3 土壤硒丰缺划分界限值

4.3 成土母岩中硒地球化学特征

通过在区内不同成土母岩区采集的19件岩石样品(表4)，岩石样品基本覆盖了全区不同时代地层单元，其硒元素在不同成土母岩中含量特征简述如下：

与大陆地壳丰度值0.05 mg/kg相比，在寒武系娄山关组白云岩、奥陶系白云岩、志留系韩家店粘土岩与三叠系关岭组灰岩中，硒含量表现为亏损，其余成土母岩中整体表现为富集。

已有研究表明，如(徐春燕，2018)、(程湘，2019)等，认为湖北省富硒岩石主要为炭质页岩，炭质硅质岩等，富硒地层主要分布在寒武系、二叠系地层，富硒土壤与富硒地层、极高富硒土壤与富硒岩石相吻合。

桐梓县的极高富硒土壤同样分布在二叠系龙潭组地层，岩石硒含量最高的同样为富含炭质的岩石。从全区来看，在奥陶系、志留系等地层中，也含有炭质岩石，本次工作未采集，其余地层中富含炭质的岩石硒含量也可能较高。

4.4 母岩-土壤中硒含量变化特征

由图2可知，一般地，从腐殖层-淋溶层-淀积层-母质层到基岩，硒元素含量逐渐降低，除龙潭组炭质粘土岩发育的土壤中，母岩硒含量高于腐殖层外，其余不同成土母岩发育的土壤，母岩硒含量均低于腐殖层，硒在腐殖层中发生了不同程度的富集作用。岩石中硒含量最高为龙潭组炭质粘土岩，相应发育的土壤中硒含量也最高；其次茅口组灰岩发育的土壤中硒含量也相对较高，其腐殖层硒含量多大于1.0 mg/kg，可能与区内地形起伏较大，土壤多为残坡积物，土壤中风化残留有龙潭组成土母质有关。

图1 桐梓县表层土壤硒地球化学图

表4 桐梓县不同成土母岩硒含量统计表

图2 桐梓县耕地土壤与岩石中硒含量对比图

4.5 表层土壤硒含量影响因素

(1)土壤硒含量与成土母岩的关系

表层土壤中硒含量高低整体受控于成土母岩，母岩中硒含量较高，其发育的土壤中硒含量也较高，土壤中硒含量很大程度继承了母岩含量，并在土壤中发生了明显的富集作用，不同成土母岩发育的土壤，其富集贫化趋势不一。

(2)土壤硒含量与有机质、pH值等的关系

由全县表层样品聚类分析可知，硒与有机质、全氮、全磷元素间呈显著正相关；与pH值呈负相关(图3)。依据根系土样分析数据，硒还与铁、锰呈显著正相关(图4)。

以往研究也表明土壤硒含量与pH呈负相关关系，但相关程度有所差异(胡艳华等，2010)。硒与有机质呈显著正相关，表明有机质对硒具有一定的吸附与固结作用，研究表明，硒能够与腐殖质缔合的形态存在，在土壤中快速固定下来，土壤中约 80% 的硒与腐殖质结合，一般情况下，与富里酸结合的硒能被植物吸收，而与胡敏酸结合的硒植物难以吸收(王子健，1993)。

图3 桐梓县表层土壤样聚类分析图

表层土壤中硒含量与铁、锰呈正相关，表明土壤中铁锰氧化物对硒具有吸附作用。研究表明，在湿润和酸性土壤中 Se 主要以亚硒酸盐形式存在，且倾向于与铁、锰氧化物形成比较难溶的配合物和化合物，或被金属氢氧化物(特别是 Fe(OH)3)所捕获。因此，在富铁、锰等的酸性环境中，硒元素容易富集(杨忠芳等，2012)。

表层土壤中硒含量与全氮、全磷具有显著的正相关关系(P<0.05)，而表层土壤中全氮、全磷含量高低主要受人类生产活动影响。土壤全氮可通过影响有机质含量从而间接影响土壤硒含量(肖春艳等，2013)，土壤中无机磷多以磷灰石形式存在，磷灰石易吸附硒(杨忠芳等，2012)。说明表层土壤中氮、磷含量高低对硒也具有一定的富集作用。