安徽省南陵地區土壤Se分布特征及評價研究

吳正，梁紅霞，陳富榮，李明輝，劉超，李楊

(安徽省地質調查院(安徽省地質科學研究所)，安徽 合肥 230001)

0 引言

Se是具有多功能的生命必需微量元素，國內外大量醫學臨床試驗證明，人體缺硒會造成重要器官機能失調，適量補充硒對癌癥、心臟病、肝臟等幾十種疾病有較好的預防和輔助治療作用，而過量硒則會對人體產生明顯的毒害[1]。隨著社會經濟的發展、生活質量的提高，人類健康逐漸成為社會關注的熱點，富硒土壤作為一種特殊的地質資源，必將得到有效地開發利用和保護[2]。

該文選取安徽省南陵地區，對區內土壤Se的含量及空間分布特征進行研究，為當地合理有效的開發利用富硒土地資源提供地球化學依據。

1 研究區概況

研究區位于安徽省東南部，地處經濟發達的長江三角洲地帶，交通位置便捷，行政區劃涉及許鎮鎮、籍山鎮、弋江鎮、家發鎮等8個鄉鎮(圖1)。區內四季分明，氣候溫和，光照充足，雨量充沛，屬典型的北亞熱帶濕潤性季風氣候區[3]。區內河湖交織，相互串通，港汊密布，水體流向多變。

研究區位于江南隆起帶和下揚子坳陷帶2個Ⅲ級構造單元的結合部位，跨太平坳褶帶、江南過渡帶、江南前陸反向褶沖帶3個Ⅳ級構造單元，構造變動極為發育[4]。成土母質以河流沖積物母質為主，紅色碎屑巖類風化物母質和晚更新世黃土母質次之[5]。土壤類型主要為水稻土，其次分布紅壤、紫色土、潮土等[6]。

1—平原；2—崗地；3—丘陵；4—低山；5—工作區范圍圖1 研究區地貌景觀圖

2 研究方法

2.1 樣品采集

土壤樣品平均采樣密度為10.3個點/km2，采樣單元按全國第二次土地調查圖斑進行布設，根據1km2范圍內二調圖斑多少不同，樣品數有所不同，在考慮樣品代表性的同時兼顧均勻性與合理性，最大限度控制調查單元，均勻采集0～20cm的土壤柱[7]。

全區共完成1∶5萬土壤測量面積550km2，采集表層土壤樣品5803件(含重復樣125件)，布置土壤垂向剖面47條，采集剖面土壤樣品233件，采集農作物及根系土壤樣品151件。

2.2 樣品分析

樣品分析測試工作由安徽省地質實驗研究所承擔。以中國地質調查局地質調查技術標準《多目標區域地球化學調查規范(1∶250000)》為依據，結合《生態地球化學評價樣品分析外部檢查質量控制暫行規定》和《生態地球化學評價樣品分析技術要求補充規定》等相關技術標準，選擇使用X射線熒光光譜法(XRF)測定13種元素(MgO,SiO2,P,K2O,CaO,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Pb,Zn)，電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)測定2種元素(Mo,Cd)，發射光譜法(ES)、原子熒光法(AFS)、離子選擇性電極法(ISE)測定7種元素(As,Hg,B,Se,Corg,N,pH)的分析方法配套方案(表1)。

3 結果與討論

表1 土壤樣品分析測試方法

3.1 硒元素含量及分布特征

3.1.1 硒元素含量特征

研究區土壤Se含量區間為0.01～0.98mg/kg，平均含量0.32mg/kg，比安徽省已完成多目標區域地球化學調查的Se含量平均值0.27mg/kg[8-10]高出0.05mg/kg；Se的分布在地域上不存在明顯差異，許鎮土壤Se平均含量略高，家發鎮略低(圖2)。

不同土壤類型中Se含量也有所不同(表2)，各類土壤中Se含量平均值由高到低依次為：石灰土(0.43mg/kg)>粗骨土(0.353mg/kg)>紫色土(0.352mg/kg)>紅壤(0.343mg/kg)>潛育水稻土(0.338mg/kg)>潴育型水稻土(0.323mg/kg)>側漂型水稻土(0.296mg/kg)>黃棕壤(0.29mg/kg)>潮土(0.253mg/kg)。

變異系數可反映土壤硒含量的離散程度。硒元素在各類土壤類型中的變異系數范圍為16.22%～44.91%。表2結果顯示，側漂型、潛育水和潴育型3種水稻土中的變異系數大致相等，而達到富硒土壤樣品的比例差距明顯，主要是由于水稻土的形成受人為活動影響大，土壤水耕熟化程度高，并且不同地段土壤質地因水耕分選作用而有所差異，從而造成不同地域上水稻土Se含量存在較大差異。

圖2 研究區土壤Se地球化學圖

按照全區地質背景進行統計，各地層單元Se含量平均值差異不明顯，最高的是二疊-三疊紀地層，平均值0.36mg/kg，最低的是第四紀下蜀組地層，平均含量0.30mg/kg，反映出二疊-三疊紀地層表層土壤Se含量相對較高；Se空間變異較大的則是晚侏羅-早白堊紀地層分布區，變異系數為48.96%；各地質單元內富硒土壤比例較高的為侏羅紀赤山組，為34.81%，二疊-三疊紀次之，為33.63%(表3)。

綜上所述，Se元素含量一定程度上與土壤類型及地質背景有關。石灰石、紅壤和紫色土3種類型土壤中Se平均含量較高，變異系數也較高，說明局部富Se段可能較多分布在這3種土壤類型中，分析認為，3種土壤類型中均含有較高的有機質，而有機質能吸附較多的含硒化合物，形成高值點[11]；石灰石主要分布在二疊-三疊紀地質單元中，變異系數較大，可能與地質背景存在一定的關系。

3.1.2 硒元素分布特征

研究區土壤Se總體呈背景含量分布，主要的含量區間為0.28～0.35mg/kg，青弋江沿岸主要分布低背景土壤，高背景區主要沿孤峰河、埂上陳、黃墓鎮以北、葛林橋等地分布，高值異常分布較為零星。

表2 不同土壤類型土壤Se元素地球化學參數統計

表3 不同地質單元土壤Se元素地球化學參數統計

根據區內土壤垂向剖面調查結果(圖3)，各地層Se分布具有逐層富集特征，晚更新世黃土母質發育的土壤Se含量整體偏低，且表深層Se含量值差異較小。

圖3 區內Se不同深度含量變化 及不同母質土壤剖面Se分布圖

3.2 富硒土壤資源評價

3.2.1 富硒土壤劃分標準

土壤Se含量分級不但要考慮調查區Se含量地區化學分布特征，還應考慮Se缺乏或過量對人體健康的影響程度，而富硒土壤的界定應具有明顯的生物有效性[12]。研究區富硒土壤劃分主要參照《土地質量地球化學調查規范》(DZ/T0295-2016)中富硒土壤標準，同時依據安徽省已完成的多目標地球化學調查表層土壤Se含量特征及調查中富硒農產品樣品與根系土Se含量特性，劃定該區域Se劃分標準(表4)。

表4 土壤硒等級劃分標準值

3.2.2 調查區富硒土壤資源評價

依據以上Se劃分標準，研究區富硒土壤面積為21.29km2，占研究區總面積的3.53%，足硒土壤面積131.50km2，占總面積的21.90%(圖4)。

圖4 研究區富硒土壤資源分布圖

3.2.3 不同土地利用方式土壤富硒資源

經統計，獲取不同土地利用方式土壤Se參數(表5)，土壤Se含量最大值和最小值均出現在水田，園地平均值最大。

按照劃定的區域富硒土壤標準，得出區內Se含量大于0.35mg/kg的土壤樣品共1669件，占研究區總樣品數的29.39%，其中耕地內分布有1461件富硒樣品，占富硒土壤樣品數的87.54%，其次為林地，占11.50%(表6)。

表5 不同土地利用方式土壤Se參數統計

表6 不同土地利用方式富硒土壤點統計

注：按Se≥0.35mg/kg統計

3.3 硒元素有效性評價

3.3.1 土壤硒元素有效性評價

該次調查共采集了水稻樣品150件，玉米樣品1件，配套采集根系土，分析了根系土Se全量、有效量及多元素全量(表7)。

表7 根系土Se、有效硒與其他元素相關系數統計

表7顯示，土壤Se與有效硒、P,Cr,Ni,Cu,Zn,Pb,As,Co,V,N、有機質、速效鉀、堿解氮、有效硼、有效銅、有效鋅之間達到了0.01水平的極顯著正相關，與K2O，pH、有效磷、有效錳之間達到了極顯著負相關；與Hg、Cd之間呈顯著正相關(0.05的水平)，與SiO2之間達到了0.05水平的顯著負相關。

土壤有效硒與MgO，P，K2O，Zn，Cd、鉬、N、有機質、速效鉀、堿解氮、有效銅、有效鋅之間呈極顯著正相關(0.01水平)，與B，pH、有效錳之間呈極顯著負相關，與N、有效鉬之間呈顯著性正相關，SiO2、有效硅之間呈顯著負相關(0.05水平)。

從各元素之間的相關性看出，土壤中的有效硒含量隨著Se含量的增加而增加，土壤Se與Cr,Cd,Ni,Cu,Zn,Pb,As亦表現出顯著的相關性，說明土壤Se與重金屬相伴生，是富硒土壤開發的不利因素。土壤有效硒與其他指標相關性要差于Se，僅與Zn,Cd、有效銅、有效鋅之間呈顯著正相關[13-15]。

以土壤有效硒所占土壤Se比例衡量Se有效度，區內全部水稻根系土壤樣品Se有效度為1.57%～6.15%，平均值3.29%。

3.3.2 硒元素生物有效性評價

調查區水稻樣品Se含量與土壤Se、有效硒含量相關分析顯示(表8)，作物中Se與土壤中Se相關性較差，與土壤中N、B、有效錳以及作物中Cd之間呈極顯著相關關系，與P、Mn、V、鉬、有機質、pH、堿解氮、有效鉬、有效銅、有效性以及作物籽實中Cr之間呈顯著相關關系(0.05的水平)[16]。

表8 生物樣品Se含量與根系土壤元素全量、有效量以及以生物樣品中其他素相關關系

注：統計樣本151件，**，*在0.01，0.05水平(雙側)顯著相關，置信度95%。

4 結論

研究區土壤Se含量區間0.01～0.98mg/kg，平均含量0.32mg/kg，各鄉鎮差異不明顯，石灰土中Se平均含量最高，潮土中最低，二疊-三疊紀地層區Se含量稍高；區內土壤Se總體呈背景含量分布，少量的低背景土壤分布于青弋江沿岸，其含量與人為活動、土壤類型和地質單元存在一定的關系；初步圈定區內富硒土壤面積152.79km2，占研究區耕地面積的25.43%，具有一定的富硒土壤開發潛力；土壤Se常與重金屬伴生，而有效硒與重金屬相關性不明顯，土壤有效硒隨Se含量的增加而增加。