广西崇左市江州区土壤中硒元素的物质来源与控制因素分析

2021-03-06

南方自然资源 2021年2期

（广西地质调查院，广西南宁 530023）

崇左市江州区位于广西西南部，位于左江中上游，地势南北高，中、东部低，整体地势由西北向东南倾斜，总面积2 901 km2。崇左市江州区处于亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，阳光充足，交通便利。研究小组通过对该区域土地质量的地球化学调查评价，查明了富硒土壤的分布特征及其规律，发现富硒土壤面积2 079.43 km2，其中包括富硒水田103.22 km2、富硒旱地922.07 km2以及富硒果园地35.25 km2。开展广西崇左市江州区土壤硒元素的地球化学特征研究，摸清其含量来源及其影响因素，可为该区开发天然富硒优质农产品提供科技支撑。

1 材料与方法

研究小组采用广西崇左市江州区土地质量地球化学评价（1 ∶5万）成果的数据，包括表层土壤样品16 554件，深层土壤样品54件，水稻样品98件。研究方法包括采集农耕地及农耕地间林地的表层土壤，耕地平均布样密度为10.42件/km2，林地平均布样密度为4.65件/km2；在布设的采样点上，以GPS定位点为中心，在30～50 m范围内向四周辐射确定4～6个分样点，等份组合成一个混合样，各分样点的采样深度为0～20 cm；以单点采样的方法在部分地区采集深层土壤，采样深度为180～200 cm，分析指标包括硒、重金属以及营养有益元素等，样品分析质量符合《多目标区域地球化学调查规范（1∶250 000）》（DZ/T0258-2014）及《生态地球化学评价样品分析方法和技术要求》（DD2005-03）的要求。

2 崇左市江州区土壤硒元素的物质来源与迁移机制

2.1 土壤硒元素的物质来源

崇左市江州区位于广西西南部、左江中上游。研究区域的北部主要岀露泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系碳酸盐岩及第四系临桂组和望高组砂粘土层，南部主要发育二叠系碳酸盐岩、三叠系、侏罗系碎屑岩以及三叠系火成岩等。

研究区域16 554件土壤的硒元素含量变幅范围为0.037～12.1×10-6，平均值为0.92×10-6，是全国A层土壤平均值（0.29×10-6）的3.17倍，按平均值加减3倍的标准差，反复剔除异常值（125个）后，其背景值为0.91×10-6，是全国A层土壤均值的3.14倍。这表明研究区域表层土壤中硒元素的含量呈明显的富集特征。

研究区域土壤中硒元素含量高值区（含量值＞1.08×10-6）相对连片，面积相对较广，主要分布在研究区域西部的新和镇、北部的左州镇、驮卢镇以及东南部的板利乡、濑湍镇一带。硒元素含量低值区（含量值＜0.57×10-6）分布面积相对较小，主要呈连片分布在研究区域南部、西南部以及左江流域两岸，其余地区的硒元素含量主要为背景区（硒元素含量值为0.57～1.08×10-6）。

研究小组通过对比研究区域的成土母质与硒元素含量的空间分布特征后发现，研究区域表层土壤中硒元素与成土母质和有林地区具有良好的空间耦合关系。研究区域土壤中硒元素高值区主要与泥盆系、石炭系、二叠系碳酸盐岩母质以及第四系砂粘土层相对应（见图1）。另外，崇左市江州区罗白乡附近表生地球化学作用较强烈的有林地区硒元素的含量异常高，含量值＞1.44×10-6，这表明研究区域土壤中硒元素除了受成土母质直接影响外，还与表生环境中硒元素的迁移循环过程有关[1]；研究区域土壤中硒元素的低值区主要为侏罗系碎屑岩以及三叠系火成岩母质区。由此可以推断，研究区域土壤中硒元素主要源于泥盆系、石炭系和二叠系碳酸盐岩母质、第四系望高组砂粘土层，以及微生物、植物的表生地球化学的富集作用。

图1 研究区不同成土母质中硒元素含量曲线图

2.2 土壤中硒元素的迁移机制

运用迁移系数（TF）估算成土母岩中i元素残留在土壤中的质量公式为[2]：

式（1）中，TFi为i元素的迁移系数；Xi和Xref分别为i元素和Ti元素在表层土壤中的含量；Yi和Yref分别为i元素和Ti元素在深层土壤的含量。当TFi＞1时，表明成土过程中，i元素在土壤中发生富集；而当TFi＜1时，表明成土过程中，i元素发生亏损。

图2 研究区域表层土壤中硒元素的迁移系数图

研究小组对研究区域的54组表深层土壤的硒元素的迁移系数进行了计算（见图2）。从图2可以看出，54组表深层土壤中硒元素的迁移系数范围为0.44～5.87，平均值为2.09；仅有4组剖面的迁移系数＜1，其中迁移系数最小为0.44，其余50组的迁移系数均＞1，迁移系数最大为5.87。从不同成土母质的TF值来看（见表1），各成土母质的TF值没有明显的规律，TF值的最低值和最高值对应的成土母质为三叠系中性火成岩。因此可知，研究区域中表层土壤的硒元素在迁移过程中主要受表生、次生富集作用影响，受成土母质的影响相对较小。

3 研究区域土壤中硒元素的受控因素分析

研究表明，研究区域土壤中硒元素含量受成土母质和成土过程的影响，受土壤的矿物组成、有机质含量和pH值等理化性质的影响，以及受土壤硒淋滤作用的地形环境和降雨量等因素影响。研究小组统计了研究区域的土壤中的硒元素与氧化物、有机碳、pH值等指标的相关性（见图3、表2）。

国内相关研究表明，土壤的矿物成分，尤其是赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、铝土矿、针铁矿含Mo矿物，能有效吸附土壤的硒元素，尤其是土壤中的铁铝氧化物在酸性环境下对硒元素的吸收能力较强[3]。从表2中可以看出，研究区域土壤中硒元素含量与TFe2O3、Al2O3、Mo、Cu含量具有明显的正相关性，相关系数分别为0.548、0.617、0.664和0.444，这说明研究区域的土壤中硒元素含量随着TFe2O3、Mo含量的增大而增大，含Fe、Al、Cu矿物和含Mo矿物是硒元素的有效吸附剂。

图3与表2的分析结果显示，土壤中硒元素含量与pH值呈负相关性，说明了在一定程度上，研究区域内土壤中硒元素含量随着土壤中pH值的升高而降低，研究区域土壤的酸碱度是控制土壤中硒元素含量的重要因素。土壤中硒元素与Corg含量表现在0.05水平上相关系数为0.22，表明土壤中硒元素的含量有随着土壤中有机质的增大而增大的趋势，研究区土壤中硒元素的含量受到土壤有机质含量的影响。有关研究表明，土壤中的有机质对硒元素具有较好的吸附作用，并且与硒元素以腐殖质缔合的形态存在，能快速固定土壤中的硒元素，起到富集硒元素的作用，从而提高了土壤中硒元素的含量。