贵州省万山区耕地土壤硒元素分布特征与相关性分析

涂飞飞，洪万华，余万泽，潘昌红，蒋天锐，陈浩星，杨秀超

(贵州省地质矿产勘查开发局103地质大队，贵州 铜仁 554300)

1 引言

硒为硫族非金属元素，化学性质活泼，是环境中重要的生命元素，多年研究证实，硒有抗癌、抗衰老、抗氧化、增强人体免疫力、调节维生素的吸收与利用、调节蛋白质的合成、增强生育功能等多种功能，同时也是肌肉功能的重要成分，硒在人体不能合成，必须靠外界摄入，饮食是人体获取硒的主要途径，如果膳食中缺少硒摄入会严重影响人体的身体健康，同时硒过剩也会引起人体的不良反应(张庆华 等，2019；赵成义，2004)。硒主要来源于土壤，并稀少的分布于地壳之中，在地壳中平均丰度为0.13 mg/kg(李杰 等，2012)，据统计，我国有72%的地区处于缺硒和低硒状态(张宁飞 等，2017)。耕地质量地球化学调查评价是一项系统性、综合性、技术性很强的工作，开展耕地质量地球化学调查评价是实现耕地社会价值、经济价值和生态价值的先决条件(侯现慧 等，2015)。贵州省万山区于2017年开展1∶50000耕地质量地球化学调查评价发现，万山区表层土壤硒含量较高，面积较大，具有较大的富硒耕地开发潜力。本文以《贵州省万山区耕地质量地球化学调查评价》项目为支撑，从耕地土壤成土母岩、土壤类型、土地利用方式及等方面对土壤硒元素分布规律及相关性进行深入研究，研究成果为万山区农业产业规划和农产品种植结构调整提供了理论支持。

2 研究区概况

研究区土壤主要分为黄壤、红壤、粗骨土3个地带性土壤和石灰土、水稻土2个非地带性土壤，土壤面积196.12 km2，占土地总面积的23.30%。

3 样品采集及分析方法

本次土壤全量分析工作由湖北省地质实验测试中心完成，为确保表层土壤样品分析质量，根据不同分析方法的质量水平，本项目土壤中Co、Cu、Zn、Mo、Cd、Pb、Ge元素采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)；Mn、Ni、V元素采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)；K2O、Cr、P采用X射线荧光光谱法(XRF)；As、Hg、Se采用原子荧光光谱法(AFS)，土壤有机质采用重铬酸钾容量法(VOL)，土壤pH值采用电位法测定，本配套方案兼顾了多种大型仪器方法的准确度、灵敏度和精密度各自优势，特殊元素选用有针对性的专用分析方法，以满足项目成图要求和圈找土壤地球化学异常的目的。

4 数据处理及制图方法

本次调查研究，数据处理均采用样点实测数据，按照调查区范围、成土母质、乡镇行政区划及土壤类型分别统计了土壤样品中23种元素或指标的算术平均值、几何平均值、算术标准偏差、变异系数、最大值、最小值等参数，以±3S剔除原始数据中的离群值后，计算各元素的平均值作为背景值。

本次调查以全国第二次土地调查图斑为差值对象，对有实际采样点的图斑，以实测数据的平均值直接赋值该图斑。多年的勘查地球化学实践已经证实，元素自然背景的空间分布是一个连续变化的曲面，为此利用已有调查数据构建元素含量连续变化的数学表达模型进行插值，本次采用中国地质调查局发展研究中心研发的《土地质量地球化学评价管理与维护(应用)子系统》软件进行插值，对所有未采样的二调图斑进行赋值，作为其评价数据。

5 研究区土壤硒元素分布特征

依据《贵州省耕地质量地球化学调查评价总体设计》，将万山区表层土壤划分为7个区，细化富硒土壤等级分别为特级、一级、二级、三级富硒土壤，同时将<0.4 mg/kg以下分为“低硒、含硒”两个段，将>3.0 mg/kg分为“过剩”，划分标准见表1。

表1 土壤硒等级划分及图示Table 1 Classification and diagram of soil selenium grade

对研究区1507个耕地土壤样品中硒含量进行统计表2。

表2 万山区土壤硒元素含量参数表Table 2 Soil selenium content parameters in Wanshan district

图1 万山区耕地土壤硒元素分布图

图2 万山区各乡镇耕地土壤硒元素平均含量Fig.2 The average content of selenium in cultivatedsoil of towns in Wanshan district

5.1 不同成土母岩区土壤硒含量

土壤是成土母岩经风化形成，万山区基本以中高山地为主，母岩风化搬运距离较近，坡积及残坡积土壤分布，更多的继承了母岩的元素地球化学特征，成土母岩直接制约着硒含量及其分布(邓军 等，2019)，万山区的成土母岩主要为白云岩、灰岩、白云质灰岩、碎屑岩、变质岩，其风化形成的土壤中硒含量情况见表3。从表3中可以看出，总体上不同成土母岩形成的土壤中硒含量均达到富硒标准，不同岩性形成的土壤硒含量存在差异，表现为白云岩>碎屑岩>白云质灰岩>灰岩>变质岩。

表3 万山区不同成土母岩区土壤中硒元素含量Table 3 Selenium content in different soil forming rock in Wanshan district

5.2 不同土壤类型硒含量

表层土壤中的硒含量除与成土母质有关外，还与气候、风化淋失、土壤质地、地力耗竭等有关(王梅珠 等，1996)，根据全国第二次土地调查资料，本次万山区采集的土壤样主要集中在黄壤、红壤、石灰土、粗骨土、水稻土，按土壤类型分别统计了不同土壤类型的硒含量(表4)。

表4 万山区不同土壤类型中硒元素含量Table 4 Selenium content in different soil types in Wanshan district

从表4中可以看出，不同类型土壤的硒含量大小顺序为：石灰土>水稻土>黄壤>红壤>粗骨土。石灰土、水稻土、黄壤、红壤总体上均达到了土壤富硒标准，其中石灰土、水稻土土壤硒含量较高，均高于万山区耕地土壤硒含量平均值，含量分别为0.55 mg/kg、0.51 mg/kg。粗骨土硒含量最低，总体未达到土壤富硒标准，平均含量仅为0.38 mg/kg。

5.3 不同土地利用类型土壤硒含量

万山区不同地类土壤中硒含量参数见表5，总体来看，万山区表层土壤硒元素平均含量茶园>水田>旱地=林地=裸地>果园>其他园地。硒元素在各土地利用类型土壤中总体上均达到了富硒标准，其中在旱地、水田中的变幅较大，极差分别达到了7.88 mg/kg、7.85 mg/kg，在其余地类极差均在1 mg/kg以内。

表5 万山区不同土地利用类型中硒元素含量

6 土壤全量Se相关性统计

按照相关系数值分为强相关、中强相关、中等相关、弱相关、不相关、负相关6个级别，各元素在万山区显示出的基本相关性见表6。

表6 土壤Se回归方程一览表Table 6 List of soil Se regression equation

强相关性的元素(R≥0.8)：无。

负相关元素(R<-0.2)：无。

上述统计结果，反映万山区土壤中硒元素与各元素之间的关系，按照拟合程度比较，硒与大部分元素之间不具有相关性，硒与SOM呈弱正相关性，表明有机质丰富的情况会促使硒的富集。硒与Hg、Cd、Mo呈弱正相关性，这种元素相关组合属于黑色岩系标志性组合，反映了冲积带硒的来源，由于地层长期受到构造抬升风化剥蚀，地表水及地下水结合将富硒母质(特别是寒武系黑色岩系)向下游搬运，并不断富集，最终形成硒富集区。

7 结论

(1)通过万山区耕地质量地球化学调查评价项目研究，万山区耕地表层土壤硒含量平均值为0.50 mg/kg，总体上达到富硒区标准。

(2)对全国第二次土地调查图斑通过《土地质量地球化学评价管理与维护(应用)子系统》软件进行插值估算，发现万山区富硒耕地土壤资源丰富，万山区富硒耕地面积22.78万亩，占万山区耕地总面积的77.43%，主要分布在鱼塘乡、大坪乡、茶店街道办事处。

(3)不同成土母岩、土壤类型、土地利用类型土壤中硒含量存在一定的差异，在成土母质为白云岩的土壤中硒含量最高，变质岩形成的土壤硒含量最低；土壤类型为石灰土中硒含量最高，粗骨土中硒含量最低；土地利用方式为茶园的土壤中硒含量最高，其他园地土壤中硒含量最低。

(4)万山区土壤中硒元素与大部分全量其他元素之间不具有相关性，与Hg、Cd、Mo、SOM呈弱相关性，表明有机质丰富的情况会促使硒的富集，富硒岩层尤其寒武系黑色岩系的风化沉积是影响土壤硒含量的重要因素。