福建周寧縣表層土壤硒含量分布及影響因素

楊生吉

(福建省煤田地質勘查院,福建 福州 350005)

硒作為人體必需的一種微量元素,缺乏或過剩都會影響人類健康[1]。硒主要分布在自然界巖石、土壤、大氣、水和食物中,而人體中的硒主要通過攝取食物獲得,食物中的硒與土壤有著密切關系。周寧縣作為閩東地區重要的農業縣,加快發展特色農業產業顯得尤為重要,因此有必要對土壤中硒的分布及其影響因素做進一步的研究。在福建省(福州局部、屏南—邵武)1∶25萬多目標地球化學調查與評價、周寧縣農業地質調查評價項目基礎上,對周寧縣土壤硒的分布特征和影響因素進行探討,研究成果可為周寧縣土壤硒資源開發利用、土地規劃和特色農產品的開發提供指導意義。

1 區域概況

周寧縣位于福建省東北部,隸屬寧德市管轄,屬中亞熱帶季風山地氣候。全縣總面積1 035 km2,下轄6個鎮和3個鄉。地處洞宮山脈南端,鷲峰山脈東部,平均海拔約800 m,多為中山丘陵地帶。作為福建省海拔最高的縣城,憑借得天獨厚的地理氣候條件,孕育出品質極佳的高山云霧茶和馬鈴薯,享有“全國產茶重點縣”和“高山明珠”之稱(圖1)。

周寧縣分屬北武夷地層分區閩中小區,地層出露簡單,主要為火山碎屑巖、變質巖和沖洪積層,分布有南華系龍北溪(巖)組、晚侏羅統南園組、早白堊統小溪組、早白堊統石帽山群、第四系全新統。

成土母質以中生代的火山巖和侵入巖為主,自然土壤中土壤母質以殘積母質為主,殘積物多為基巖在原地久經風化的殘留物,主要分布在山體的上部;農業土壤以坡積母質為主,坡積物系山坡或山頂上的母巖風化物,受自然因素的影響搬運至坡麓處或山垅、山谷和低洼處滯積。根據周寧縣第二次土壤普查結果[2],本區土壤共分5個大類,14個亞類,分布有紅壤、黃壤、水稻土、潮土和紫色土。

2 樣品采集和測試

2.1 土壤樣品采集

按照《福建省農業地質調查評價工作手冊》[注]福建省國土資源廳,福建省農業地質調查評價工作手冊,2016。要求,在土地利用現狀圖耕地圖斑基礎上,劃分評價單元,土壤樣品布置在評價單元中部面積較大的地塊中(2016)。根據本區連片耕地面積,土壤樣品采樣密度為9個樣/km2,采樣深度為20 cm。采樣時,先扒開地表植物殘體和雜物,用化探鋤挖坑,然后在坑的一側自地表垂直向下20 cm連續均勻采集,上下厚度要基本一致。采用多點組合形式采集樣品,在采樣點位50 m范圍內采集3～5個子樣,等量混合組成1個樣品,所有子樣都不靠近田埂。樣品重量1 000～1 500 g,同時按照總樣品數2%采取重復樣。本研究共收集周寧縣土壤硒數據910個。

圖1 研究區交通位置圖Fig.1 Traffic location map of research area

2.2 樣品分析測試

樣品測試由福建省地質測試研究中心完成,執行《土地質量地球化學評價規范》(DZ/T 0295—2016)、《福建省農業地質調查評價工作技術指南》、《生態地球化學評價樣品分析技術要求(試行)》(DD 2005—03)等有關規程規范。

野外采樣人員將樣品進行初加工后送至實驗室,測試單位將送來的風干樣品仔細挑出根莖及各種新生體和侵入體,進行重新混勻。對于硒元素的測定步驟為:樣品無污染加工至200目(粒徑0.074 mm),取0.25 g于25 ml聚四氟乙烯坩堝中,用少量水潤濕,經加熱分解,冷卻稀釋,搖勻澄清后,然后用原子熒光光譜儀進行測定。

3 結果與討論

3.1 土壤硒含量分布特征

福建省福州局部、屏南—邵武1∶25萬多目標地球化學調查與評價結果表明[注]周云龍、歐陽輝、陳騰等,福建福州局部、屏南縣—邵武市1∶25萬多目標區域生態地球化學調查報告,福建省地質調查研究院,2017。,區域上表層土壤硒元素含量平均值為0.31 mg/kg。從表1中可以看出,全縣表層土壤硒含量0.082～1.214 mg/kg,硒含量中值為0.260 mg/kg,平均值為0.303 mg/kg,與區域土壤硒含量持平,是全國土壤硒含量(0.2 mg/kg)的1.515倍。

表1 周寧縣土壤硒含量特征Table 1 Characteristics of selenium content in soil of Zhouning County

按照《土地質量地球化學評價規范》(DZ/T 0295—2016)中對土壤硒等級的劃分標準,共分成5個等級:缺乏(≤0.125 mg/kg)、邊緣(0.125～0.175 mg/kg)、適量(0.175～0.40 mg/kg)、高(0.40～3.0 mg/kg)、過剩(>3.0 mg/kg)。對周寧縣表層土壤硒元素含量等級進行統計,結果如圖2所示。

從圖2中可以看出,周寧縣土壤硒含量以適量等級為主,占比66.6%;高硒和邊緣等級樣品,分別占比17.8%、13.4%,剩下均為缺乏等級樣品,無過剩土壤硒樣品。

圖2 土壤硒元素(Se)含量分級統計直方圖Fig.2 Statistical histogram of selenium content classification in soil

3.2 土壤硒含量影響因素分析

土壤硒的生物有效性及其影響因素研究已成為當下的熱點問題,前人為此做了大量的研究[3-8]。結果表明,不同地區土壤硒含量及其影響因素差異較大。主要從不同土壤類型、成土母質、土壤pH值等方面分析對土壤硒含量的影響。

3.2.1 土壤類型

本區共有5種類型的土壤:紅壤、黃壤、水稻土、潮土和紫色土。從表2可以看出,占比最大的水稻土表層土壤硒平均含量最低,分析其原因可能是水稻土是經長期水耕熟化而形成的一種泛域性土壤,是農作物耕種的主要土壤。前人研究表明,土壤硒含量受有機質影響及控制。由于長期反復耕種,人類活動加速了土壤有機質的分解,導致有機質含量減少,進而造成土壤硒含量不高。從變異系數看,水稻土表層土壤硒含量變異系數較大,說明硒元素分布的不均勻性,分異顯著,這也與長期受人類活動的影響相吻合。潮土土壤母質多為溪流沖擊物,含砂量大,保水性能較弱,供肥性能較強,硒含量最高,但由于保水性能不好,硒元素會隨著流水進行遷移,導致分布不均勻。縣域內紅壤和黃壤是發展林業的主要土壤,二者土層厚,酸性強,腐殖質積累較豐富,同時林地受人類活動的影響較小,導致土壤硒含量適中。紫色土是由不同地質時期的紫色母巖發育而成,礦物養分豐富,剔除離群數據后,土壤硒含量整體較高。

表2 不同土壤類型下表層土壤硒含量Table 2 Selenium content in surface soil under different soil types

3.2.2 成土母質

本區出露以火山巖為主,其次為第四系沖洪積層,出露小面積的花崗(斑)巖。從表3可以看出,火山巖風化物成土母質發育的土壤硒含量最高,花崗巖風化物成土母質發育的次之,與沖洪積土壤硒含量相當,整體土壤硒含量較高。這是因為本區位于福建政和—大浦斷裂以東,巖漿活動頻繁,出露大面積的侏羅系南園組火山巖、白堊系小溪組火山巖和石帽山群,為本區提供了豐富的土壤硒來源。對比表4區域不同地質背景區土壤地球化學背景值,二者分布趨勢一致。同時,由于區內地貌景觀以丘陵、山地為主,土壤多為采樣點上方或附近巖石風化產物,遷移距離較短,因此土壤中多種元素受地質背景控制較為明顯。從福州局部、屏南縣—邵武市1∶25萬多目標區域生態地球化學調查研究結果來看,Se元素分布主要受火山巖控制。

根據對土壤硒等級的劃分標準,土壤硒含量>0.40 mg/kg的富硒樣品為162個,占總樣品數(910個)的17.8%,富硒土壤面積19.79 km2,占總面積的17.68%。從富硒土壤的地質背景來看,發現富硒土壤主要分布在火山巖地層上,占比64.7%;其次為侵入巖體,占比33.9%,這也說明本區為火山巖型富硒土壤。

表3 不同成土母質下表層土壤硒含量Table 3 Selenium content in surface soil under different parent materials

表4 區域內不同地質背景區Se元素背景值Table 4 Selenium background values of different geological background areas in the region

3.2.3 土壤pH

表5可以看出,周寧縣土壤呈強酸—酸性,且全縣土壤酸堿度差異不大。通過對土壤硒含量與pH進行相關性分析,結果表明:土壤硒含量與pH呈現負相關(r=-0.222,p<0.01)。

表5 表層土壤酸堿度(pH)統計Table 5 pH statistics of surface soil

土壤中硒的賦存狀態是決定土壤硒生物有效性的重要因素[9],主要有元素態硒、硒酸鹽和亞硒酸鹽態、金屬硒化物、有機態和揮發態等。元素態硒不溶于水,植物不能直接吸收利用;硒酸鹽態硒活性高且易溶于水,在堿性土壤中含量較高,易遷移轉化;亞硒酸鹽態硒是水溶性的,在酸性或中性土壤中含量較高,易被粘土礦物及膠體吸附,導致活性降低;硒化物大多不溶于水,不能為植物吸收;有機態硒是土壤有效硒的重要組成部分,與有機質含量密切相關;土壤中揮發性硒一般含量極少。pH是影響土壤硒價態變化的主要因素之一,有關研究表明,隨著pH值升高,土壤對亞硒酸鹽態硒的吸附能力降低,導致水溶性硒增多,活性增強,進而容易遭受淋失,使得土壤硒含量減少。

表6 表層土壤硒含量與pH相關性矩陣Table 6 Correlation matrix between selenium content and pH in surface soil

注：*為在置信度(雙測)0.01時,相關性是顯著的。

4 結論

(1) 周寧縣表層土壤硒資源較為豐富,含量0.082～1.214 mg/kg,平均值為0.303 mg/kg,是全國土壤硒含量(0.2 mg/kg)的1.515倍,等級以適量為主。

(2) 從土壤類型來看,潮土硒含量最高,但分布不均;紅壤和黃壤是本區主要的儲硒類型。從成土母質來看,火山巖風化物發育的土壤硒含量最高,本區為火山巖型富硒土壤。酸堿度與土壤硒含量呈顯著負相關。

通過分析本區表層土壤硒含量分布特征及影響因素,可為富硒優質土地資源的開發和農產品種植結構的調整,提供科學依據,具有重大意義。