广西永福县表层土壤硒地球化学特征及其影响因素分析

2021-12-17范汝海倪战旭林清梅黄子龙李庚华

现代矿业 2021年11期

范汝海倪战旭林清梅黄子龙李庚华

（广西壮族自治区二七一地质队）

硒在医学界有着很特殊的地位，有“生命的火种”的美誉，对人体健康有至关重要的作用［1］，但是硒在土壤中分布并不均匀，全世界有40多个国家和地区缺硒［2］。近年来，全国各省陆续开展了土地质量调查专项工作，大量地质工作者和科研院校科研人员对土壤中硒的分布特征和规律、赋存状态及影响因素等进行了探讨［3］，但是永福县在这方面的研究成果还鲜有报道。根据调查，北上广等一线城市消费者对硒的认知率普遍较高，随着全国宣传的进一步加深，人们群众对硒的了解越来越普及，并且富硒农产品的销售价格明显要高于普通农产品［4］。因此富硒土地具有广阔的开发应用前景［5］。永福县开展土地质量地球化学评价调查专项工作，采集了3 888个表层土壤样品，分析发现研究区内土壤大面积富硒，富硒土地占比约为80%。在此基础上，对永福县境内主要农用地的表层土壤硒含量、分布特征及影响因素进行了总结、分析、探讨，以便为永福县发展富硒产业提供地质依据。

1 概况

研究区位于广西桂林市西南部，是广西乃至全国著名的长寿之乡，地理坐标为东经109°36′32″～110°10′07″，北纬24°46′33″～25°13′04″，覆盖面积约为796 km2；由2个区块组成，分布于永福县东西两侧，大致呈近南北向展布，中间为大崇山山脉自北而南相隔，涉及永福镇、罗锦镇、百寿镇、苏桥镇、三皇镇、堡里镇、广福乡、永安乡共8个乡镇。区内土壤以水稻土、红壤、石灰土为主，土地利用类型主要为耕地、园地和林地。气候上属中亚热带季风气候，历年平均气温为18.8℃，历年平均降水量为1 937.3 mm，是全国水资源丰富地区之一，亦是广西多雨中心之一。

在大地构造位置上，研究区位于华南准地台桂中—桂东凹陷东部，主要为沉积岩，其中寒武系以碎屑岩为主夹少量碳酸盐岩，沿研究区边缘分布，构成区内基底构造；泥盆系、石炭系广泛分布于区内，岩性以灰岩、白云岩、砂岩、页岩、硅质岩为主，为区内盖层主要地层；白垩系主要位于研究区东部永福县城一带，底部为紫红色砾岩，不整合于前白垩纪地层之上，中上部为紫红色粉砂岩、细砂岩夹泥岩，局部夹砾岩及泥灰岩；第四系主要沿洛清江和大小河沟谷地带分布，主要为黏土、砂土、砂砾层，局部富含铁锰质结核及夹泥炭层或风化残坡积碎石土。

2 样品采集及分析

调查采用面积性土壤地球化学测量的方法，执行《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）。样点根据评价图斑布设，主要布设于耕地和园地上，兼顾中间的林地、草地等，耕地平均采样密度为9样/km2，林地平均采样密度为3样/km2，采样深度为0～20 cm。采样按照代表性的原则进行，选择合理的采样位置，采集单元内主要的土壤类型。采样时以野外确定的采样点为中心，根据地形地貌、地块形状等实际情况，按照“S”形、“X”形或“棋盘”形布设分样点。采集的各分样点土壤用手掰碎，挑出杂物，将土壤混合均匀后，采取缩分法采集1～1.5 kg的样品。样品加工均在野外驻地进行，场地干净、开阔、通风、无污染，样品挂在样架上自然风干。风干后的样品用塑料棒敲碎，挑出杂物后土壤全部过10目塑料筛，以对角线缩分法称取200 g土壤作为样品送实验室。

样品测试分析工作由湖北省地质实验测试中心承担，分析质量按照相关规范进行，执行三级质量检查制度，采用原子荧光光谱法（AFS）对土壤硒含量进行测试，电位法（ISE）分析pH值，数据成果经过中国地质调查局区化样品测试质量检查组验收通过，质量可靠。

3 表层土壤硒的地球化学特征

3.1 硒的含量特征

根据区内采集的3 888个土壤样品统计，硒元素含量的变化范围为（0.15～8.73）×10-6，中值为0.52×10-6，众值为0.43×10-6，平均值为0.65×10-6，是全国土壤硒含量平均值（0.29×10-6）［6］的2.24倍，且90.92%的样品高于全国土壤硒含量平均值，表明硒在本区土壤中呈富集状态。参照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）硒丰缺的划分标准，将区内土壤硒等级划分为缺乏，边缘，适量，高和过剩，相应的含量范围依次是≤0.125×10-6，（0.125～0.175）×10-6，（0.175～0.4）×10-6，（0.4～3.0）×10-6，大于3.0×10-6；本区采集的表层土壤样品仅有一个样品硒含量为边缘等级，其余样品均达到适量等级以上，适量等级以上占总采集样品量的99.97%。其中，硒含量为过剩等级（＞3.0×10-6）的样品有33件，占总采集样品的0.85%；硒含量为高等级（（0.40～3.0）×10-6）的样品有2 607件，占总采集样品的67.05%；硒含量为适量等级（（0.175～0.4）×10-6）的样品有1 247件，占总采集样品的32.07%。

3.2 硒的分布特征

元素空间变异程度的大小，可以通过元素变异系数来反映，一般弱变异性变异系数小于0.1，中等变异性系数在0.1～0.7，强变异性系数大于0.7［7］，本区硒变异系数为0.81，反映出硒在本区土壤中为强变异性，呈不均匀状态分布。根据硒元素地球化学图（图1），研究区硒元素含量在区域上具有明显的地域性，总体上，西部区块分布相对较均匀，但高值浓集区则主要位于东部区块。其中东部区块西部高、东部低；西部区块中部高、北部低；在地貌上呈坡地高、河谷阶地低的特点。总体上，全区不缺硒，仅有个别地块硒位于边缘区，非富硒土壤主要沿河流流域呈长条状、带状间杂镶嵌于区内。

4 土壤中硒受控因素分析

根据广西永福县土地质量地球化学评价成果资料，对区内地质单元、土壤类型、地形地貌、pH、土地利用方式等因素进行了综合分析，发现本区表层土壤硒的含量、分布主要受地层影响，其他因素对土壤硒含量和分布也有一定的影响。

4.1 地质背景对硒含量的影响

表层土壤硒在不同地质单元中的含量变化较大，均值从高到低依次为石炭系区（0.71×10-6），泥盆系区（0.70×10-6），白垩系区（0.63×10-6），第四系区（0.47×10-6）（表1）。从土壤硒含量看，石炭系鹿寨组（C1lz）、泥盆系榴江组五指山组并层（D3l-w）地层中发育的土壤硒含量最高，平均含量分别达到1.01×10-6，0.97×10-6；其次为泥盆系东岗岭组（D2d），信都组（D2x），平均含量分别达到0.91×10-6，0.88×10-6；石炭系英塘组（C1yt）、第四系桂平组（Qhg），临桂组（Ql）含量水平较低，分别为0.49×10-6，0.48×10-6，0.47×10-6（图2）。由于不同地质单元的成岩物质来源、母岩种类不一致，加之所经历的构造运动、年代气候以及地形地貌和生物种类的差异，使得硒在各地层单元区内含量呈现不同的特征，但即使表层土壤硒含量均值最低的第四系区，也已超过富硒土壤标准（0.4×10-6），表现出本区普遍富硒的地质背景。

成土母质是岩石经过风化作用后，就地残积或搬运再沉积在地壳表层的，可形成未来土壤的疏松堆积物。因此，岩石中硒富集情况对土壤富硒具有重要的影响作用。本区石炭系鹿寨组（C1lz）岩性主要为灰黑色薄层泥岩、页岩夹硅质岩；泥盆系榴江组五指山组并层（D3l-w）岩性以灰—深灰色、浅褐色薄层硅质岩、硅质泥岩、扁豆状灰岩、泥晶灰岩等；研究表明“黑色岩系”与硒的富集具有十分密切的关联性［8-9］，而本区石炭系鹿寨组岩石中硒含量很高，平均值达到2.82×10-6；此外在石炭系鹿寨组（C1lz）地层区内采集的401个表层土壤样品硒含量平均值达到1.01×10-6，在泥盆系榴江组五指山组并层（D3l-w）地层区内采集的203个表层土壤样品硒含量平均值达到0.97×10-6，明显高于其他地层土壤硒含量和本区背景值。

4.2 地形地貌与硒含量的关系

从硒的地球化学图上看（图1），区内富硒土壤成片成带集中分布，仅在江河流域附近第四系中硒含量较低，远离江河流域的硒含量呈升高趋势。其中，硒含量低值区（浅色域）与河谷阶地分布密切相关，如在堡里乡沿茅江流域呈长条状分布，主要分布在冲积形成的第四系河谷阶地上；同时在罗锦镇龚村至木龙陂、罗锦村至山脚底村一带的河流以及百寿镇百寿河流域也出现类似情况，而在苏桥镇南部白垩系地层中的溪流一带也出现2个低值中心。高值区（深色域）主要分布在苏桥镇北东部以及广福乡南部的岩溶山区和丘陵区，总体沿南北向山脉呈带状展布。这一特征表明，区内岩溶山区、丘陵区域原地风化而成的土壤更多的继承了母岩的元素地球化学特征，为天然富硒的态势，而位于江河两岸一带的第四系冲洪积层形成的河谷阶地，在成土过程中硒发生了强烈的淋滤、溶解以至于丢失。

4.3 土壤类型与硒含量的关系

表层土壤硒的含量在不同土壤类型上也表现出较大的差异（表2），最高为紫色土、红壤，硒含量均值分别为0.79×10-6，0.71×10-6；最低为冲积土，硒含量均值为0.51×10-6。该区土壤类型分布是受到地质背景、气候、土壤质地和地形地貌等多种因素共同作用的结果。硒含量较高的紫色土、红壤一般分布在地势起伏较大的岩溶山区、丘陵坡地，土壤原地残积、残坡积而成，土壤中含有较多的黏粒。研究表明土壤黏粒对硒有吸附作用［10］，这与硒在本区红壤土中表现出的富集状态一致；而本区冲积土中砂粒含量较多，黏粒较少，一般为冲积物、冲洪积物，分布在江河流域一带，在搬运过程中存在硒丢失，加之永福为广西多雨中心之一，雨量充足，在一定程度上加强了土壤的淋滤作用，从而加速了硒的流失速度，导致硒含量相对较低。

4.4 土壤pH与硒含量的关系

土壤pH主要是通过控制土壤元素的活性进而影响土壤中元素的含量，是影响土壤硒含量的重要因素之一［11］。研究表明，在酸性土壤环境中，更利于矿质元素的富集，这是由于大多数的矿物在酸性土壤中被破坏、溶解，导致容易释放出各种化学元素［12］。通过对各土壤样品中pH与硒含量的线性关系分析，本区pH与硒含量的相关系数为-0.17，其中第四系区为-0.14、白垩系区为-0.22、石炭系区为-0.27、泥盆系区为-0.21，硒含量与pH之间的线性关系并不是很明显。本区强酸性土壤中硒含量均值高达0.78×10-6；明显高于碱性（0.58×10-6）、中性（0.63×10-6）、酸性（0.52×10-6）土壤，并且在强酸环境下，硒的负相关线性明显增强，相关系数为-0.37，而在碱性环境下也表现出一定的负相关性，相关系数为-0.29（图3）。以上结果说明，土壤在强酸性环境中对硒的活化富集有利，而在碱性环境中则对硒活化有抑制作用，这是由于硒酸物质在碱性环境中易与碱性物质发生反应而加速硒的溶解。同时，在一定范围内土壤硒的甲基化会随着pH的增加而加强，而甲基化会使硒的移动性和从表土中溢出的可能性增加［13-14］。

4.5 土地利用类型与硒含量的关系

根据研究区表层土壤硒含量进行统计分析，不同土地利用类型单元中硒平均含量表现：其他林地（1.04×10-6）>有林地（1.03×10-6）>其他园地（0.81×10-6）>灌木林地（0.78×10-6）>其他草地（0.76×10-6）>果园（0.56×10-6）>旱地（0.50×10-6）>水田（0.49×10-6）。硒在林地、草地中的含量均要高于耕地（表3），这主要是因为林地、草地受人为干扰因素要少于耕地，其枯枝落叶经腐殖化、矿化等过程循环利用，而耕地因长期耕种，土壤中的硒随着农作物的吸收被大量消耗，导致硒含量相对较低［15-16］。

5 结论

（1）研究区的表层土壤硒含量较高，平均值为0.65×10-6，是全国土壤硒平均值（0.29×10-6）的2.24倍，调查点有67.05%的土壤处于富硒水平（（0.4～3.0）×10-6），有0.85%的土壤处于过剩状态（＞3.0×10-6），有32.07%土壤处于足硒水平（（0.175～0.4）×10-6），仅有1个调查点土壤样品处于硒边缘状态（（0.125～0.175）×10-6），未发现硒缺乏土壤，即该地区存在大面积富硒和足硒土壤。