贵州铜仁碧江区耕地土壤硒富集分布特征及影响因素研究

沈小庆，洪万华，涂飞飞，杨炳南，张德实，韩姚飞，余万泽

(贵州省地矿局103地质大队，贵州 铜仁 554300)

硒广泛分布于自然环境中，是人体必需的微量元素(Jing W et al.2013)。硒缺乏可引发多种病症，如克山病、大骨节病等，而硒过剩则会导致硒中毒，适量的硒可以改善人体的免疫能力，提高人体抗癌抗衰老等能力(薛瑞玲 等，2011；Schomburg L，2010)。人体内硒主要通过食物获取，土壤是食物中硒的主要来源(张晓荆，1991)。土壤中硒的丰缺和空间分布状况与人体健康密切相关，因此研究土壤硒对人体健康安全及区域特色农业的规划具有重要意义。影响土壤硒含量和分布的主要因素有成土母质、土地利用类型、pH值、有机质等(章海波 等，2005)。由于不同区域环境条件的差异，影响土壤硒富集分布的主控因素有所不同(蔡立梅 等，2019)。

碧江区是典型的山地特色城市，立足于山地特色资源，大力发展现代山地特色高效农业。区内拥有省级高效农业示范园区、优质蔬菜基地、高效水果基地、水稻示范基地等，土壤硒分布特征及理化性质状况对区内发展现代山地特色农业至关重要。本文借助于碧江区耕地质量地球化学调查评价成果，对区内耕地土壤硒元素分布特征、富硒耕地分布状况、土壤硒影响因素等内容进行分析探讨，以期为碧江区特色农业发展提供理论参考。

1 研究区概况

图1 碧江区土地利用现状及土壤类型图(左为土地利用现状图，右为土壤类型图)

2 样品采集与分析测试

2.1 样品采集与处理

2.2 样品分析与测定

表层土壤样品共分析测试N、P、K、Hg、Se、Mn、pH值、有机质等23项元素或指标。土壤样品中硒含量采用原子荧光光谱法(AFS)进行测定；有机质含量采用容量法(VOL)进行测定；pH值采用电位法(ISE)进行测定。为保证精度和准确性，按照相关规范要求插入一级标准物质和精密度控制样品，分系统计各元素合格率均为100%。采用具有较低检出限的分析方法用于测试各元素或指标报出率均为100%。试样的重复性检验总体合格率为99.07%，异常点的重复性检验总体合格率为99.05%。

3 土壤硒含量分布特征

图2 碧江区耕地土壤硒元素地球化学图Fig.2 Geochemical map of soil selenium in Bijiang district

表1 碧江区与其他地区表层土壤硒含量对比表Table 1 Comparison of surface soil selenium contentbetween Bijiang district and other areas

3.1 不同成土母岩土壤硒含量特征

土壤中硒含量与成土母岩类型关系密切(杨忠芳 等，2012)，表2为碧江区不同成土母岩及其形成的不同土壤类型表层土壤硒含量特征，图3为不同成土母岩土壤硒含量箱线图。由表2可见，不同成土母岩形成的土壤硒含量平均值变化顺序为：炭质页岩>碳酸盐岩>碎屑岩>变质岩。图3可见，变质岩、碎屑岩和碳酸盐岩上四分位数至下四分位数之间的宽度(“箱子”宽度)明显小于炭质页岩“箱子”宽度，表明成土母岩为炭质页岩所形成的土壤中硒元素离散程度较大。不同成土母岩土壤硒含量中位数的变化顺序表现为炭质页岩>碳酸盐岩>碎屑岩、变质岩，与平均值变化顺序较为相似。土壤中的硒元素来源主要为成土母岩，在原生环境中硒的主要来源为富硒的沉积岩，如寒武系牛蹄塘组黑色炭质页岩。区内富硒成土母质长期受风化剥蚀，硒元素被搬运至地势低洼的沟谷和平坝沉淀富集。

图3 不同成土母岩土壤硒含量箱线图(mg/kg)Fig.3 Boxplot of soil selenium content in differentparent rocks (mg/kg)

表2 不同成土母岩形成的土壤硒含量对比(mg/kg)Table 2 Comparison of soil selenium content formed bydifferent parent rocks (mg/kg)

3.2 不同pH值土壤硒含量特征

根据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)，土壤酸碱度(pH值)分级从强酸性到强碱性共分五级，详见表3。

表3 土壤酸碱度分级标准Table 3 Soil pH grading standard

经统计，区内强酸性土壤硒含量平均值最高，达到0.63 mg/kg(表4)，强碱性土壤样品仅有1件，不具统计意义。不同pH值土壤硒含量变异系数较大，表明土壤硒含量数据分布较为离散。不同pH值土壤硒含量平均值变化顺序为：强酸性>碱性>中性>酸性。由此可见，随着pH值增大或减小土壤硒含量平均值波动变化。一般而言，硒在土壤中的赋存形式主要有硒酸盐、亚硒酸盐、元素硒及硒化合物等，土壤pH 值对硒的赋存形式起着重要作用。在pH值为4-8的土壤环境中，硒的主要赋存形式为亚硒酸盐，由于迁移淋溶作用较弱，容易造成硒的富集(蔡立梅 等，2019)。由此可见，pH值对区内土壤硒的富集有一定影响，但不是主控因素。绝大多数的研究都表明，土壤pH值可以在一定程度上影响其硒含量(周骏，2016)。

表4 不同酸碱度等级土壤硒含量对比(mg/kg)Table 4 Comparison of soil selenium content at different ph levels (mg/kg)

3.3 不同土地利用类型土壤硒含量特征

研究区不同土地利用类型土壤硒平均含量差异不大，水田中硒含量平均值最高，为0.56 mg/kg，水浇地中硒含量平均值最低，为0.42 mg/kg。水田硒含量变异系数高，硒含量数据分布离散，不同点位硒含量差异大。碧江区云场坪地区富硒土壤主要受到汞矿分布影响，对母岩具有很强的继承性。该地区土地利用类型大部分为水田，采用水旱轮作的耕种方式，成土母质和人为耕作模式是导致水田中硒含量平均值高的主要因素。

表5 不同土地利用类型土壤硒含量对比(mg/kg)Table 5 Comparison of soil selenium content in different land use types (mg/kg)

3.4 富硒耕地分布特征

按照贵州省耕地质量调查评价办公室统一制定的全省硒元素地球化学分级划分标准(表6)，碧江区全区耕地土壤养分硒元素以三级为主，面积为19.296 3万亩，占区内耕地面积的56.09%，广泛分布于各乡镇；过剩面积0.149 6万亩，占比0.43%，主要分布于坝黄镇、漾头镇和云场坪镇；特等面积0.386 9万亩，占比1.12%，主要分布于坝黄镇、云场坪镇、漾头镇；一级面积0.305 0万亩，占比0.89%，主要分布于坝黄镇、瓦屋乡、云场坪镇；二级面积9.288 5万亩，占比27%，主要分布于坝黄镇和瓦屋乡，其它乡镇分布相对较少；含硒面积 4.854 5万亩，占比14.11%，各乡镇均有分布；低硒面积0.120 9万亩，占比0.35%，主要分布于和平乡、坝黄镇、川硐街道。研究区富硒耕地面积合计29.426 8万亩，占比85.54%，富硒耕地资源丰富。

表6 硒元素地球化学分级划分标准(mg/kg)Table 6 Geochemical classification standard for selenium (mg/kg)

4 土壤硒影响因素探讨

土壤中硒主要来源于成土母质及人为因素，其中成土母质是最重要的来源(王锐 等，2017)。由于岩石的岩性和形成时代差异，硒元素在不同类型岩石中含量也大不相同。研究表明，硒循环的物质来源主要为火成岩，硅质岩、中深变质岩中的硒含量也较高(Girling C A，1984)。在原生地质环境中，硒的主要来源为富硒的沉积岩(Wang Z，Gao Y，2001)，如寒武系黑色岩系。土壤中硒含量除了受成土母质决定外，其他如成土过程、风化淋失、地形地貌、有机质含量等因素也会带来一定的影响，人为因素也是耕地土壤硒的重要影响因素。

4.1 硒元素相关性分析

按照相关系数值分为极强相关(r≥0.8)、强相关(r=0.6-0.8)、中等程度相关(r=0.4-0.6)、弱相关(r=0.2-0.4)、不相关(r=0-0.2)以及负相关(r≤-0.2)。硒元素与其他元素相关性统计见表7。

图4 碧江区耕地土壤养分硒元素评价等级图Fig.4 Soil nutrient selenium evaluation grade in Bijiang Area

表7 土壤硒相关系数及回归方程一览表Table 7 List osf correlation coefficient and regression equation of soil selenium

按照拟合程度比较，硒元素与汞、钼、铊元素成中等程度相关；与有机质、镉、氮、钒元素成弱相关；与其余分析元素不相关。硒与有机质、氮元素具正相关，表明了硒在表层土壤环境中具有生物学富集的因素，在土壤有机质丰富的情况下也促使硒的富集。硒与汞的显著相关性反映了两者有着较强的伴生关系。硒与钼、铊、钒、镉的正相关性在一定程度上反映了黑色岩系的特征(余涛 等，2018)。黑色岩系是含有机碳及硫化物较多的深灰-黑色的硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩及其变质岩石的组合体系，已有学者对高硒黑色岩系中层状硅质岩地球化学特征进行了研究(温汉捷 等，2003)。

4.2 土壤硒与成土母质的关系

碧江区云场坪镇北东部硒元素高值异常区分布有多处汞矿点，硒元素高值异常区与汞元素高值异常区叠合较好。坝黄镇北西部高硒异常区与寒武系牛蹄塘组黑色岩系分布范围较吻合。硒属于一种非金属亲硫元素，其化学性质与硫相似，在岩石中通常取代硫元素与重金属元素(如汞、钼)相结合形成化合物。而在岩石风化形成土壤过程中，硒与重金属一同被释放。无论是聚类分析还是相关性分析上都确定了重金属与硒的关系(图5、图6)，在汞含量小于20 mg/kg时，硒与汞的相关系数值R为2.4。因此可以从一定程度上分析认为研究区表层土壤硒来源于成土母质。

图5 元素聚类分析图

图6 硒元素与汞元素相关性图

4.3 土壤硒与土壤理化性质的关系

笔者主要以pH值和有机质两方面探索土壤硒含量与其理化性质的关系，通过在不同酸碱度等级条件下，寻求有机质含量与硒元素含量变化关系。图7可见，在强酸性条件下，土壤中有机质含量与硒元素含量成弱相关，相关系数为0.31；在酸性条件下，土壤有机质含量与硒元素含量成弱相关，相关系数为0.26，相对于强酸性条件相关性减弱；在中性条件下，土壤有机质含量与硒元素含量成弱相关，相关系数为0.27，与酸性条件相关性变化不大；当土壤酸碱度等级变为强碱性时，土壤有机质含量与硒元素含量仍成弱相关，但相关系数显著增大至0.35。因此认为，有机质与土壤硒为弱相关性关系，在不同酸碱度条件下相关系数波动变化，在强碱性条件下，有机质含量对土壤硒含量影响最大。pH值对土壤硒含量有一定程度较弱的影响。

图7 不同酸碱度等级有机质含量与硒元素含量相关性图

5 结论

(1)研究区土壤硒含量平均值为0.50 mg/kg，高于贵州和全国含量水平。区内超过85%的耕地富硒，丰富的富硒耕地资源为发展山地特色农业提供了基础条件。

(2)耕地土壤硒含量富集分布特征与成土母岩、pH值、土地利用类型等因素密切相关，特别是不同成土母岩对土壤硒含量影响最大，其含量平均值变化顺序为：炭质页岩>碳酸盐岩>碎屑岩>变质岩。

(3)成土母质是土壤中硒元素的主要来源及影响因素。土壤中硒元素的含量还受到土壤pH值、有机质、土壤质地等理化条件的影响因素。同时，人为因素也是耕地土壤硒元素的重要影响因素。