漢陰縣土壤硒的分布特征

王麗，張建東，王浩東

（安康學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，陜西安康725000）

漢陰縣土壤硒的分布特征

王麗，張建東，王浩東

（安康學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，陜西安康725000）

為了探討漢陰縣土壤硒含量水平及分布特征，采集了550個(gè)表層土壤樣品，用原子熒光檢測(cè)了硒含量，在地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS＋中構(gòu)建了變異函數(shù)，用GIS軟件繪制了漢陰縣土壤全硒含量分布圖，同時(shí)分析了該區(qū)土壤硒含量水平、分布特征以及與地層的關(guān)系。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤硒含量最低0.004 9 mg/kg，最高9.770 0 mg/kg，平均值0.49 mg/kg，變異系數(shù)2.03，土壤硒含量服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，變程R＝2 328 m，塊金值為0.08，空間異質(zhì)性指數(shù)為0.4，說明研究區(qū)土壤硒含量的變異主要是由結(jié)構(gòu)性因素引起的，空間自相關(guān)性較強(qiáng)；土壤中硒含量變化范圍較大，分布不均勻，南北高，中間較低，呈現(xiàn)出2條連續(xù)分布的富硒區(qū)，占漢陰縣總面積的71.7%，富硒區(qū)分布與寒武—奧陶—志留系（除梅子埡組）的黑色含碳巖系分布一致，是富硒區(qū)土壤硒的主要來源。

土壤硒含量；分布特征；GS+；ArcGIS；漢陰縣

硒是人體和動(dòng)物必需的一種微量元素，能提高人體抗癌抗衰老能力[1-3]，缺硒可引起人體和動(dòng)物發(fā)生白肌病、克山病、大骨節(jié)病、心血管病和關(guān)節(jié)炎等多種疾病[4-9]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)缺硒，我國(guó)有72%的地區(qū)處于缺硒和低硒狀態(tài)，在我國(guó)，土壤硒的分布形成了中間低、東南和西北高的馬鞍形趨勢(shì)[10]。土壤在土壤—植物—?jiǎng)游铮ㄈ耍┑纳鷳B(tài)系統(tǒng)中是最基本的因素，土壤中的硒含量通過食物鏈最終影響人體健康[11-12]，安康市享有“中國(guó)硒谷”之美譽(yù)，是國(guó)內(nèi)外知名的高硒區(qū)，在安康市雙安鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)了硒中毒癥[13-14]。但是以前有關(guān)漢陰縣土壤中硒含量的研究比較少。漢陰土壤中的硒含量水平如何？是否處處富硒？有什么樣的分布規(guī)律？影響土壤硒含量分布的主要因素是什么？這些都有待研究。

本研究在漢陰縣采集了550個(gè)表層土壤，采用氫化物發(fā)生原子熒光（HG-AFS）測(cè)定了樣品硒含量，在地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+中構(gòu)建變異函數(shù)，用Ar-cGIS軟件繪制出土壤硒含量的分布圖，給人們提供直觀的漢陰土壤硒的分布狀況；在此基礎(chǔ)上，分析了漢陰縣土壤硒的分布規(guī)律，土壤硒分布差異的原因，為合理開發(fā)利用當(dāng)?shù)馗晃Y源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

漢陰縣境地處秦巴腹地，北枕秦嶺，南倚巴山，鳳凰山橫亙東西，漢江、月河分流其間，是南水北調(diào)中線工程重要的水源保護(hù)地，316國(guó)道、十天高速和陽安鐵路穿境而過。除月河川道外，大部分為低山丘陵，境內(nèi)最高處鳳凰山主峰海拔2 128 m，最低處漩渦鎮(zhèn)海拔290 m。屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫15.1℃，降水量782 mm，盛產(chǎn)油料作物和水稻等。地層主要分布和發(fā)育著早古生代地層，以海相細(xì)碎屑巖、碳板巖和碳酸鹽類為主，夾有多層碳質(zhì)巖和石煤，由于受斷層和褶曲的影響，不同時(shí)代的地層呈條狀多次重復(fù)出現(xiàn)，沿北西—南東向分布。

1.2 土壤樣品的采集與測(cè)定

采用隨機(jī)加典型取樣的方法獲取表層土壤土樣550個(gè)，按土壤類型分布進(jìn)行采樣，一般1 km2取5個(gè)混合樣，每個(gè)混合樣由9～20個(gè)采樣點(diǎn)組成，布點(diǎn)線路以鋸齒型分布。采樣點(diǎn)一般布設(shè)在遠(yuǎn)離公路的農(nóng)田、園地、林地、草地及山地丘陵土層較厚的地帶，采樣深度0～20 cm，每份土樣質(zhì)量300～500 g，記錄坐標(biāo)位置、土壤類型及地面的農(nóng)作物等。采樣點(diǎn)的分布如圖1所示。采集的土樣全部交由陜西省富硒食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心測(cè)定，采用氫化物發(fā)生原子熒光（HG-AFS）分析儀器測(cè)定待測(cè)溶液中硒的含量[15-16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與制圖方法

數(shù)據(jù)處理和制圖采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS技術(shù)相結(jié)合的方法處理，其中半方差分析采用GS＋3.7軟件，確定合適的模型和參數(shù)后運(yùn)用ArcGIS 10.0軟件OK法繪制土壤硒含量分布。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤硒含量水平分析

通過對(duì)550個(gè)土壤樣本的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出（表1），漢陰縣土壤硒含量平均值高出全國(guó)土壤全硒含量（0.29 mg/kg）[17]和陜西省土壤全硒含量的均值（0.118 mg/kg）[18]。按照譚見安教授[13]的劃分標(biāo)準(zhǔn)，漢陰縣土壤硒含量數(shù)據(jù)有38%屬于足硒水平，有18%屬于富硒水平（圖2）。

表1 土壤硒含量統(tǒng)計(jì)特征值

2.2 變異函數(shù)構(gòu)建

因原始數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，經(jīng)過對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布（圖3），可用OK法構(gòu)建土壤硒含量分布圖[19-21]。

將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GS＋軟件，構(gòu)建各向同性的變異函數(shù)及其擬合的最佳理論模型，經(jīng)分析指數(shù)模型擬合效果最佳，塊金效應(yīng)C0＝0.08，基臺(tái)值C0＋C＝0.22，變程R＝2 328 m，空間異質(zhì)性指數(shù)C0/（C0＋C）＝0.4，表現(xiàn)為較強(qiáng)的空間相關(guān)性，用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS方法分析和繪制土壤硒含量分布是有優(yōu)勢(shì)的（圖4）。同時(shí)也表明，土壤中硒的空間變異主要是由母質(zhì)、地形及土壤類型等結(jié)構(gòu)性因子引起的。許多調(diào)查研究也表明，地質(zhì)背景是土壤硒分布的主要控制因素[22]，成土母質(zhì)對(duì)土壤中硒含量有顯著影響，特別是沖積母質(zhì)上發(fā)育的土壤硒含量較低[23]。

2.3 土壤硒含量分布特征

根據(jù)所得的半方差函數(shù)模型和參數(shù)，在ArcGIS 10.0中用OK法選用指數(shù)模型，設(shè)置塊金效應(yīng)、變程和空間異質(zhì)性等高級(jí)參數(shù)，繪制漢陰縣土壤硒含量分布圖，按照譚見安教授[13]的分類標(biāo)準(zhǔn)將研究區(qū)土壤硒含量劃分為5類（圖5）。研究區(qū)土壤硒含量分布從西北部到南部邊緣呈現(xiàn)出連續(xù)分布的土壤富硒帶，中東部較低；漢陰縣92%的土壤硒含量達(dá)到足硒及以上水平，其中有608.16 km2的土壤分布屬于富硒水平，占漢陰縣總面積的45%；硒中毒區(qū)域主要分布在平梁鎮(zhèn)中北部，占研究區(qū)總面積的0.35%。

2.4 影響土壤硒含量分布的地質(zhì)因素

土壤母質(zhì)的硒含量與其時(shí)代和巖石類型密切相關(guān)[24-27]，而土壤的硒含量與其分布區(qū)地層的原始含硒量和化學(xué)活動(dòng)性密切相關(guān)[28-32]。漢陰縣分布的土壤母質(zhì)主要為古生代地層，其含硒量有較大差別，對(duì)照漢陰縣地層圖，土壤硒含量分布和基巖的地層時(shí)代和巖石類型的分布有非常高的相關(guān)性，硒含量大于0.4 mg/kg的土壤分布和晚前寒武紀(jì)-早寒武世的魯家坪組、中晚寒武世地層、奧陶系和志留系（除梅子埡組，梅子埡組表層土硒含量處于中硒）含碳較高的黑色巖系分布是一致的，這些黑色巖系主要以晚前寒武紀(jì)-早古生代地層中海相的碳硅質(zhì)巖、炭質(zhì)板巖、碳酸巖和頁巖為主，夾有多層的碳質(zhì)巖和石煤[24-26]，說明漢陰縣晚前寒武紀(jì)-早古生代地層的海相黑色含碳巖系不但是富硒土壤中硒的主要來源，也是控制土壤中硒分布的主要因素。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，土壤硒含量服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，表現(xiàn)為較強(qiáng)的空間相關(guān)性，表明土壤中硒的空間變異主要是由結(jié)構(gòu)性因子引起的，用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS方法分析參數(shù)和繪制土壤硒含量分布圖是有優(yōu)勢(shì)的。

漢陰縣土壤硒含量均值高出全國(guó)土壤硒含量平均值，土壤硒含量分布總體上南北高，中間較低，有45%的面積屬于富硒區(qū)。

晚前寒武紀(jì)-早古生代地層的海相黑色含碳巖系不但是富硒土壤中硒的主要來源，也是控制土壤中硒分布的主要因素。

志謝：本研究在土壤樣品采集過程中得到了安康市科學(xué)技術(shù)局及漢陰縣科學(xué)技術(shù)局的大力支持與幫助，在此感謝！

參考文獻(xiàn)：

［1］Ben Amara I，Troudi A，Garoui E，et al.Protective effects of selenium on methimazole nephrotoxicity in adult rats and their offspring[J]. Exp Toxicol Pathol，2011，63（6）：553-561.

［2］Kolachi NF，Kazi TG，Wadhwa S K，et al.Evaluation of selenium in biological sample of arsenic exposed female skin lesions and skin cancer patients with related to non-exposed skin cancer patients[J]. Science of the Total Environment，2011，409（17）：3902-3907.

［3］Heath J C，Banna K M，Reed M N，et al.Dietary selenium protects against selected signs of aging and methyl mercury exposure[J].Neurotoxicology，2010，31（2）：169-179.

［4］譚見安.環(huán)境生命元素與克山病[M].北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，1996.

［5］李家熙，張光弟，葛曉立.人體硒缺乏與過剩的地球化學(xué)環(huán)境特征及其預(yù)測(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，2000.

［6］張麗珊，朱巖.東北大骨節(jié)病區(qū)主要土壤腐殖酸與大骨節(jié)病關(guān)系的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1990，1（4）：333-337.

［7］Adams A K，Wermuth E O，Mcbride P E.Antioxidant vitamins and the prevention of coronary heart disease[J].American Family Physician，1999，60（3）：859-904.

［8］Rayman MP.The importance of selenium to human health[J].The Lancet，2000，356：233-241.

［9］Ohlendorf H M，Hoffman D J，Saiki MK，et al.Embryonic mortality and abnormalities of aquatic birds：Apparent impacts of selenium from irrigation drain water[J].Science Total Environ，1986，52：49-63.

［10］寧嬋娟，吳國(guó)良.微量元素硒與人體健康及我國(guó)富硒食品的開發(fā)狀況[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（5）：88-90.

［11］Tan J A.The atlas of endemic diseases and their environment in the People's Republic of China[M].Beijing：Science Press，1989.

［12］朱建明，左維，秦海波，等.恩施硒中毒區(qū)土壤高硒的成因：自然硒的證據(jù)[J].礦物學(xué)報(bào)，2008，28（4）：397-400.

［13］譚見安.中華人民共和國(guó)地方病與環(huán)境圖集[M].北京：科學(xué)出版社，1991.

［14］梅紫青.我國(guó)發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)高硒區(qū)[J].中國(guó)地方病學(xué)雜志，1985（4）：61-66.

［15］瞿建國(guó)，徐伯興，龔書椿.氫化物發(fā)生—無色散原子熒光光度法測(cè)定土壤中有效態(tài)硒和總硒[J].土壤通報(bào)，1998，29（1）：47-50.

［16］唐玉霞，王慧敏，劉巧玲，等.原子熒光法測(cè)定小麥中硒含量的研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2009，24（S1）：218-220.

［17］魏復(fù)盛，楊國(guó)治，蔣德珍，等.中國(guó)土壤元素背景值基本統(tǒng)計(jì)量及其特征[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，1984，7（1）：1-6.

［18］陳代中.陜西地區(qū)土壤中的硒[J].土壤學(xué)報(bào)，1984，21（3）：245-256.

［19］王政權(quán).地統(tǒng)計(jì)學(xué)及在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1999.

［20］湯國(guó)安，楊昕.Arc GIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2006：363-428.

［21］馬友平.恩施土壤全硒含量分布的研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2010，24（3）：580-584.

［22］唐將，李勇，鄧富銀，等.三峽庫區(qū)土壤中硒、碳、氟分布特征與規(guī)律研究[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2005，14（4）：491-495.

［23］章海波，駱永明，吳龍華，等.香港土壤研究Ⅱ.土壤硒的含量、分布及其影響因素[J].土壤學(xué)報(bào)，2005，42（3）：404-410.

［24］雒昆利，潘云唐，王五一，等.南秦嶺早古生代地層含硒量及硒的分布規(guī)律[J].地質(zhì)論評(píng)，2001，47（2）：211-217.

［25］溫漢捷，裘愉卓，凌宏文，等.中國(guó)早古生代若干高硒黑色巖系中層狀硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征及其成因意義[J].沉積學(xué)報(bào)，2003，21（4）：619-626.

［26］Luo K，Xu L，Tan J，et al.Selenium source in the selenosis area of the daba region，South Qinling Mountain，China[J].Environmental Geology，2004，45：426-432.

［27］張光弟，葛曉立，張綺玲，等.湖北恩施硒中毒區(qū)土壤硒的分布及其控制因素[J].中國(guó)地質(zhì)，2001，8（9）：27-40.

［28］雒昆利，譚見安，王五一，等.大巴山區(qū)早古生代地層和石煤中硒的化學(xué)活動(dòng)性的初步研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（1）：86-91.

［29］朱建明，秦海波，羅泰義，等.西南寒武、二疊系富硒碳質(zhì)巖中硒結(jié)合態(tài)的比較研究[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007，13（1）：69-74.

［30］朱建明，梁小兵.環(huán)境中硒存在形式的研究現(xiàn)狀[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2003，22（1）：75-81.

［31］王世杰，季宏兵，歐陽自遠(yuǎn)，等.碳酸鹽巖風(fēng)化成土作用的初步研究[J].中國(guó)科學(xué)（D輯），1999，29（5）：442-449.

［32］李永華，王五一，雒昆利，等.大巴山區(qū)土壤中的硒和氟[J].土壤學(xué)報(bào)，2004，41（1）：61-67.

Study on the Distribution Characteristics of Soil Total Selenium Content in Hanyin，Shaanxi

WANGLi，ZHANGJiandong，WANGHaodong
（College of Tourism and Resources and Environment，Ankang University，Ankang725000，China）

To study the distribution characteristics of selenium in Hanyin,Shaanxi,we collected 859 samples of surface soils,using Hydride Generation Atomic Fluorescence Spectrometry（HG-AFS）analyzed its selenium content.The variation function was constructed in the GS+,distribution map of soil total selenium content in Hanyin was drawn by Arc GIS,and analyzed the level of soil selenium content in the area,distribution characteristics and relationship with the formation.The results showed that the soil selenium content ranges was 0.004 9-9.770 0 mg/kg,average value of0.49 mg/kg,coefficient of variation 2.03,conform to lognormal distribution.The rang（R）was 2 328 m,the nugget was 0.08 and the spatial heterogeneity index was 0.4.This indicated that the variation in total selenium content mainly contributed to the structure factor,and there was a strong spatial autocorrelation.Soil selenium content in the range was larger,north-south high and middle lower.There were two continuous distribution of selenium-rich area,account for 71.7%of the total area of Hanyin.The distribution of black carbonaceous rocks in Cambrian-Ordovician-Silurian（except Meiziya group）were main source and consistent with selenium enriched area.

soil total selenium content;distribution characteristics;GS+;Arc GIS;Hanyin county

S153.6＋1

A

1002-2481（2016）10-1512-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.10.21

2016-07-26

陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（12JK0477）；安康市專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（2015AK05-05）；安康學(xué)院科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（2013AYQDZR13）

王麗（1981-），女，甘肅定西人，助教，碩士，主要從事區(qū)域資源開發(fā)與保護(hù)研究工作。