贵州玉屏油茶示范园区富硒耕地土壤特征及成因探讨

林泽渊，周宗赞，张锡贵，杨贵龙

贵州玉屏油茶示范园区富硒耕地土壤特征及成因探讨

林泽渊，周宗赞，张锡贵，杨贵龙

（贵州省地质矿产勘查开发局一0一地质大队，贵州 凯里 556000）

通过对玉屏油茶示范园区土壤、岩石和油茶样品的系统采集，测定各指标含量，评价发现大面积富硒耕地土壤。总结富硒耕地土壤地球化学特征表明，表层土壤硒含量为0.26～0.75mg·kg－1，平均含量为0.48mg·kg－1。富硒耕地土壤面积占90%，pH值、有机质、Cd、Hg等指标对硒地球化学行为有重要影响。土壤硒来源于黑色岩系，热卤水沿深大断裂萃取成矿热液中的硒并运移至地表，经风化成土作用形成富硒耕地土壤。

富硒耕地土壤；黑色岩系；地质背景；玉屏油茶示范园区

以1∶5万贵州省玉屏县耕地质量地球化学调查评价数据为基础，结合区域地质背景，分析玉屏油茶示范园区耕地土壤硒的来源及其影响因素，以期为园区富硒耕地土壤的安全利用提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

玉屏油茶示范园区位于贵州省东部，铜仁市东南部的玉屏县朱家场镇，是贵州省100个高效农业示范园区之一。地处云贵高原向湘西低山丘陵过渡带，低山多丘陵间平地，海拔600～800m，园区面积28.79km2，其中耕地和园地16.27km2。年均气温17.1℃，年均降水量1174.1mm，属中亚热带季风湿润气候。

园区区域出露古生界及白垩系地层，构造线呈北北东向及北东向，为加里东、印支、燕山、喜山期运动多期次运动叠加形成。园区内出露寒武系中统高台组及石冷水组（∈3g+sh），岩性为白云岩，发育耕地土壤有黄壤、水稻土、红壤及石灰土。园区位于铜凤向斜和松桃盘山背斜及保铜玉深大断裂、红石断裂和三阳断裂带构造控制的张家界-铜仁铅锌锰成矿区及湘黔汞矿带南端，形成一系列铅锌矿床、汞矿床（图1）。

图1 玉屏地区地质及矿床分布图（据周彬等，2017）

1.白垩系；2.上古生界；3.下古生界；4.元古宇；5.铅锌矿床点；6.汞矿床点；7.主要断裂带；8.向斜；9.背斜；10.地质界线；11.不整合界线；12.省界；13.研究区

1.2 样品采集及制备

对玉屏油茶示范园区的油茶林和耕地分布范围，采集表层土壤样品171件，岩石样品3件，土壤垂向剖面4条，油茶果实19件。

样品采集：表层土壤样空间分布均匀，兼顾土地利用类型。采样深度0～20cm，每个样点由“S”或“X”形分布的4～6个子样组成，子样点要求土地利用类型、土壤类型一致，在中心样点20～50m内。将各子样点土壤样品掰碎，挑出根系、秸秆、石块、虫体等杂物，充分混合后用四分法留取1.0～1.5kg装入干净的样品袋。采样点避开沟渠、林带、田埂、路边、旧房基、粪堆及微地形高低不平代表性差地段。垂向土壤剖面布设于有代表性的自然荒地；按照腐殖层、淋溶层、淀积层、母质层划分，每层采集并采用四分法取大于2.0kg样品。实地调查并记录影响耕地质量的土壤厚度、排灌情况、土壤颜色等指标，用GPS定位及记录中心样点坐标和高程并保存采样航迹信息。

样品前处理：将野外采回土壤样品悬挂于干净整洁、室内通风处自然风干，注意防止雨淋及酸、碱等气体和灰尘污染。风干过程中，适时翻动，将大土块用木棒敲碎加速干燥，剔除土壤以外杂物。风干的样品平铺在制样板上，用木棍碾压，将植物残体、石块等侵入体和新生体剔除干净。压碎土样要全部通过2mm孔径尼龙筛，未过筛土粒重新碾压过筛，直至全部样品通过为止。过筛后土壤样品混匀，取200g装入牛皮纸袋送实验室做进一步处理和化学分析，另取至少300g装入干净副样瓶保存。

1.3 样品分析

委托湖北省地质实验测试中心完成。分析测试方法参照《DZ/T0295—2016土地质量地球化学评价规范》要求。

样品分析测试过程中采用国家一级标准物质（12个）的测试结果进行准确度（相对误差，RE）检验。土壤样品按5%的比例随机抽取9个土壤样品进行重复检测(精密度检验)。样品分析测试结果准确度和精密度均符合或优于《DZ/T 0295—2016土地质量地球化学评价规范》要求，数据质量可靠。

1.4 数据处理

采用Excel 2007进行数据处理，IBM SPSS Statistics 19进行描述性统计,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）进行土壤地球化学评价。

2 富硒耕地土壤地球化学特征

2.1 富硒耕地土壤分布特征

通过土壤地球化学评价，圈定富硒耕地土壤面积14.58km2（21855亩），占耕地和园地面积90%，集中于南西部，中部及北东部含量稍低（图2）。

图2 园区耕地土壤硒含量空间分布图

2.2 富硒耕地土壤硒含量分布特征

2.2.1 表层土壤硒含量特征

表层土壤硒含量0.26～0.75mg·kg-1，均值0.48mg·kg-1，标准离差0.10，变异系数0.22，偏度0.69，说明园区存在富硒程度较低的富硒耕地土壤（0.4～3.0mg·kg-1）。高于贵州乌蒙山区（0.42mg/kg-1）（何邵麟等，2017），低于湖北恩施（0.6mg·kg－1）（郭宇，2012）、陕西安康市（0.57mg·kg-1）（王浩东等，2013）。

园区富硒区土壤的多数元素含量的平均值与全国土壤背景值的0.75～6.05倍（表1），含量显著偏高元素有Hg、Pb（比值＞4），相对较高元素有Cd、As、N、Zn（比值2～4），相对较低元素有P、I、K（比值小于0.85），显著偏低元素有K（比值0.75）。富硒区Hg、Pb、Cd、As、N、Zn、Cr、V、Co、Mo、Se等元素含量较高，尤其Hg、Pb含量偏高，P、I、K等元素含量较低，其他微量元素含量较丰富。

表1 园区富硒区主要元素含量与全国土壤背景值对比

注：全国土壤A层背景值引自中国环境监测总站（1990），pH值为无量纲，N、P、K、有机质含量单位为g/kg，其他元素含量单位为mg/kg

2.2.2 表层土壤硒元素组合特征

用SPSS软件系统聚类分析所得的谱系图（图3）显示，在类间距离17处，可分为3大类：第一类Cr、V、I、Se四种元素，说明这些元素有较强的伴生关系，一定程度指示了黑色岩系特征（候东壮，2011）。第二类Co、F、Mn、As、Hg、Zn、Pb等元素，可能与土壤中黏土矿物有关。由于成土过程中淋溶作用，黏土矿物对Co、Pb及Mn等有较强吸附作用。第三类N、P、Cd及有机质，N、P为大量营养元素，与人工施肥有关，大量施用有机肥致土壤Cd 含量升高（徐明岗等，2010）。

2.2.3 垂向剖面硒含量特征

土壤剖面全量硒及其他元素垂向变化（图4）显示，3个剖面都表现土壤表层富硒，表层至深层，硒含量呈递减，均大于0.4 mg·kg-1，1m以下土壤中硒含量约占表层土壤50%，变化幅度较小。表明表层土壤硒含量普遍高于成土母质，一方面反映成土过程中硒趋向于在高铁铝和腐殖质的表层土壤中富集，另方面可能有外源硒输入，如大气沉降（李家熙等，2000）。

图3 土壤元素系统聚类分析图

2.2.4 硒的生态效应评价

园区19件油茶硒含量范围为0.027～0.069mg·kg-1，平均值为0.046mg·kg-1。参照陕西省《富硒食品与其相关产品硒含量标准》（DB61/T 556—2012）和《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017），油茶样品硒含量均未达到富硒标准（0.075～0.50mg·kg-1），污染物也不超标；可能由于土壤呈酸性，Hg、Cd背景值含量较高，降低硒的生态效应。

为提高土壤硒的生物有效性，降低重金属对农作物危害，可施适量石灰、白云石粉降低土壤酸碱度（刘晓波等，2017），同时施用有机肥提升土壤中有机质、N、P等含量（詹翼达等，2019）。土壤中As、Cd、Hg、Pb、Zn等元素含量都小于土壤环境质量管制值，为开发天然富硒油茶提供了有利条件。

3 富硒成因探讨

3.1 沉积古地理条件

研究表明（花永丰和崔敏中，1995；贵州省地质调查院，2017），寒武纪时期的园区处于台地前缘斜坡相，坡度较缓且岩石组合复杂，经历一次大的海侵和海退过程。海侵是海平面和氧化-还原界面同步上升的过程。随着海平面上升，还原环境空间不断增大，有利于有机硒保存。在浅部海域，海洋生物不断增加，有利吸收海水中更多游离Se4+和Se6+，将其转化成有机硒而进一步聚集（刘才泽等，2018）。大量海洋生物死亡使有机硒等以固态形式赋存于黑色岩系，为土壤富硒提供最初的硒源。

3.2 硒源运移

园区位于万山-凤凰汞和湘西-鄂西铅锌矿带南段，矿带、含矿地质体和矿体的分布和产出主要受湘黔边境北北东向的保靖-铜仁-玉屏大断裂构造控制，属层控低温热液矿床（周彬等，2017）。矿床形成中，热卤水沿断裂构造向上运移加热并溶滤、萃取矿源层中的汞、硒、锌、铅等矿质演化为成矿热液，含Hg、含Se矿物为同质多象变体，成分中Hg可被Zn等类质同象替代，S可被Se取代，形成HgS-HgSe类质同象系列（鲍珏敏等，1999）；同时，在一定条件下，矿源层中的汞和锌以硫氢络合物运移，而铅不被搬运（梁惠敏等，2016）。在有利成矿的生、储、盖条件下，汞以辰砂形式成矿，锌则转变为氯络合物而继续迁移，成矿层中铅也可作为氯络合物一同汞、硒、锌运移，寒武系白云岩裂隙、晶洞发育，提供热液滞留空间并在此固结，形成高硒成土母质。

3.3 风化成土作用

研究表明，碳酸盐岩风化早期主要是碳酸盐矿物的溶蚀和带出，硅酸盐矿物和其他较稳定矿物相对富集，风化成土后期是酸不溶组分风化分解（孙承兴等，2002）；硒与有机质有很好相关性，土壤硒富集与贫化受控于土壤中有机质含量和气候条件（王金达等，2000）；碳酸盐岩风化早期，Ca、Mg等元素流失，土壤呈中性或碱性，植物、动物、细菌等形成有机质降解释放出硒，植物根系吸收土壤中硒，硒进入土壤—作物—土壤生态循环系统；在常年温度较高且雨水丰富条件下，脱硅富铝作用明显，Al2O3含量较高，有机质降解作用释放出大量腐殖酸形成酸性环境，硒多以亚硒酸盐形式被Al2O3固定而不利于淋溶迁移（杨琼等，2016；刘晓波等，2017），生物有效性较低（李家熙等，2000），造成表层土壤富硒但油茶不富硒。

图4 土壤Se及其它元素垂向变化特征

4 结语

（1）园区富硒耕地土壤资源丰富，硒含量平均值0.48mg/kg，是全国土壤Se含量均值的1.72倍。成土过程中硒多富集在表层，并有向深部逐渐降低的趋势。

（2）土壤硒含量主要受沉积古地理条件、成土母质和风化成土作用等地质背景影响，黑色岩系是土壤中硒的主要来源。土壤理化性质有机质、N含量及pH值也是影响土壤硒含量的重要因素。土壤有机质、N含量越高，硒含量越高，而随pH 值的减小土壤硒含量增加。垂向上，土壤硒含量主要受有机质和pH影响．

（3）园区表层土壤富硒面积大，但农作物油茶不富硒，需对土壤进行改良试验，提高硒的生物有效性，研究开发富硒农产品的技术路径。

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Characteristics and Geological Background of Se-rich Soil in the Yuping Camellia Oleifera Demonstration Park, Guizhou

LIN Ze-yuan ZHOU Zong-zan ZHANG Xi-gui YANG Gui-long

(The 101st Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Kaili, Guizhou 556000)

Large area of soil rich in selenium is found in the Yuping Camellia Oleifera Demonstration Park, Guizhou. The topsoil contains Se of 0.26-0.75 ppm with the average of 0.48 ppm. Area of the Se-rich soil makes up 90% of the total area. pH value, organic matter, Cd and Hg have an important effect on geochemistry behavior of selenium. Selenium in soil was derived from black rock series.

Se-rich soil; black rock series; geological background; Yuping Camellia Oleifera Demonstration Park

S153

A

1006-0995（2022）01-0123-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.024

2021-02-24

贵州玉屏油茶产业示范园区土壤地球化学特征研究项目（黔地矿科合[2018]8号）和贵州省玉屏县耕地质量地球化学调查评价项目（黔地矿耕调2017-10）联合资助

林泽渊（1987— ），男，贵州锦屏人，侗族，工程师，主要从事地质资源勘查工作

周宗赞（1986— ），男，贵州三穗人，侗族，高级工程师，主要从事地质资源勘查工作