湖北省随县三里岗地区富硒土壤分布规律探讨

陈 婕, 吴康生, 杨文兵, 渠 婧

(湖北省地质局 第八地质大队,湖北 襄阳 441002)

根据硒的生物学作用研究,硒有保护机体免受氧化物损害的功能。研究表明,硒能改善动物机体的免疫力,提高人体抗癌能力,抑制镉、砷、汞、银等重金属毒性[1-2]。缺硒可引起克山病、大骨节病等地方病。因此研究富硒土壤的分布规律,对指导下一步寻找富硒土壤具有重要意义。

1 研究区背景

三里岗镇位于湖北省随县南部,隶属随州市,距随州城区57 km,面积320 km2,三里岗镇地处大洪山东部,地形以低山、丘陵、岗地为主,全镇海拔约在170～450 m之间。三里岗镇山脉为大洪山余脉,由南向北山势逐渐降低,山的相对高度100～300 m之间。

研究区土壤环境质量良好,酸碱度适中,种类齐全,适宜多种作物、林木、果树、食用菌生长。土壤成土母质有第四纪粘土,近代河流冲积物和石灰岩、板岩、砂页岩、岩浆岩等风化物。全区土壤分为2个土类,6个亚类,主要土壤类型为水稻土和黄棕壤。水稻土分为淹育型水稻土(0.28%)和潴育型水稻土(23.63%),黄棕壤分为酸性结晶岩黄棕壤土(3.61%)、红砂岩黄棕壤土(20.63%)、泥质岩黄棕壤性土(49.75%)和基性结晶岩黄棕壤性土(2.10%)。

本次研究区大地构造位置属扬子准地台京山台褶束(Ⅱ11),北北西向的中、新生代断陷盆地将该台褶束分割为二凸二凹的构造格局。

区内主要断裂以襄樊—广济大断裂构造带为代表,是一条区域性的推覆型断裂构造,亦是本区桐柏—大别造山带与扬子地台前陆过渡带的分界线,具多旋回发展的历史。该断裂大致分布在三里岗常安村—尚店村一带,呈北西西—南东东向展布,在三里岗一带,断裂破碎带宽达3 km,沿断裂带碎裂岩、角砾岩、糜棱岩、硅化岩发育,多期活动特征明显。

研究区内出露地层(图1)主要为中元古界、震旦系、寒武系、志留系、白垩系和第四系地层。震旦系和寒武系为主要富硒地层。

震旦系(Z)地层主要出露于研究区北部,主要地层为陡山沱组和灯影组,主要岩性由一套泥质岩及硅质碳酸盐岩、碳酸盐岩、磷酸盐岩等组成。

寒武系(∈)在南秦岭、扬子地层区均有分布,主要分布于襄樊—广济断裂北部,为一套浅海相碳酸盐及泥质岩为主的沉积。早寒武世主要为浅海相黑色页岩、砂岩及石灰岩为主,中、晚寒武世主要是浅海和浅海近岩的白云岩、白云质灰岩、炭质页岩、石煤及炭质泥质灰岩等。

2 样品采集与分析

2.1 样品采集

依据土地质量地球化学评价规范要求,以1∶1万土地利用图作为野外手图,按照图斑结合方里网格布样,根据样点预布图,利用手持式GPS定点,进行表层土壤取样,平均采样密度为5.19个点/km2。采集样品以木锹为械具,标准化地采集地表0～20 cm的原始新鲜土壤。去除杂草、草根、砾石、砖块、肥料团块等杂物。为增加土壤样品的代表性,采样时以1处为主(作为定点位置),在采样点周围50 m范围内多点采集3～5个子样组合为一个样品。样品原始重量应≥1 000 g,每个样品要保证截取的粒级样品<20目部分,重达550 g。

图1 随县三里岗地区地质图Fig.1 Geological map of Sanligang area in Suixian

1.第四纪;2.白垩纪;3.泥盆纪;4.二叠纪—三叠纪;5.志留纪;6.奥陶纪—志留纪;7.寒武纪;8.震旦纪;9.元古代。

2.2 样品分析

土壤Se元素分析方法为原子荧光光谱法(AFS),检出限为0.01×10-6,报出率100%,合格率100%;土壤有机质分析方法为氧化还原法,检出限为0.02×10-6,报出率100%,合格率100%。

3 三里岗地区硒元素的分布特征

3.1 土壤硒元素含量及丰缺分布

研究区内Se元素含量为0.1～17.8 mg/kg,最高值点位于黄家河村西北角南天门处。全区Se元素平均含量达到0.37 mg/kg。全区Se元素变异系数达到1.57,呈显著分异分布。具体分布特征见图2。

由Se元素地球化学图可以看到,研究区中Se元素主要富集于北部常安村—新集—何家店村一带,古庙及八一桥村亦有零星分布。

图2 随县三里岗地区土壤硒丰缺分布图Fig.2 Geochemical map of selenium of Sanligang area in Suixian1.富硒区(硒含量>0.40 mg/kg);2.足硒区(硒含量0.175～0.40 mg/kg);3.缺硒区(硒含量<0.175 mg/kg);4.村界及名称;5.河流水系。

3.2 硒元素在不同土壤类型中的分布

不同的土壤类型对Se元素含量也有影响,表1为研究区中各类土壤Se元素含量平均值。

三里岗地区主要土壤类型为黄棕壤性第四纪粘土泥田(12a)、第四纪粘土黄棕壤(71a)、红砂岩黄棕壤

表1 随县三里岗地区各土壤硒元素含量特征表Table 1 The selenium content characteristics table of each soil in

注:12a为黄棕壤性第四纪粘土泥田,12b为潮土田,12c为灰潮土田,13a为青泥田,71a为第四纪粘土黄棕壤,71b为红砂岩黄棕壤,71c为玄武岩黄棕壤。

(71b),表中Se元素含量依次为71a>12a>71b。其中,71b主要为白垩系红砂岩风化而成的红土层,其低

分布状况与白垩系地层有关;而水稻土中Se元素含量低于粘土黄棕壤,说明成土后的风化淋溶作用与人为耕作活动对表土中的Se元素含量造成了一定的影响。

3.3 土壤硒元素垂直向上的分布

硒元素在深层土壤中的分布特征为:全区垂直剖面中除PM05与PM08外,表层土壤(0～20 cm)中的Se元素均大于第二深度层(20～50 cm),不同土壤垂直剖面不同深度土壤硒含量见表2,且除常安村区域外,其余地点Se元素在垂直向上的形态均为倒U型,以PM01、PM12、PM17为例(图3)。

表2 不同土壤垂直剖面不同深度土壤硒含量表Table 2 The selenium content table of different soil vertical profiles with different depths of soil selenium content

图3 垂向剖面Se含量变化特征Fig.3 Vertical sectional selenium content variation

土壤中的Se元素由表土至深部有先降低再升高的趋势,呈现表层富集—中部贫化—底部含量高的变化规律[3]。深层土壤中的高含硒量受成土母质及土壤淋溶、黏化作用所影响;而表层土壤中出现了Se元素的次生富集。

3.4 不同地层单元中硒元素含量变化

Se元素主要集中于震旦系—寒武系地层中,各地层中Se元素的含量特征见表3。

可以看到,研究区中Se元素含量依次为震旦系、寒武系、泥盆系、第四系、元古界、白垩系、侵入岩、奥陶系—志留系,即Se元素在震旦系、寒武系地层中出现富集,而在奥陶系—志留系、白垩系与侵入岩中出现亏缺。

3.5 不同岩性硒元素含量变化

岩石作为成土母源,为其表土中元素含量的丰富或缺乏提供了物质基础和地球化学背景。岩石剖面样品岩性特征及硒元素含量见表4。

表3 研究区各地层硒元素含量统计特征表Table 3 The statistical characteristics table of selenium content of each stratum in the study area

表4 研究区不同地层单元岩石硒元素含量表Table 4 The selenium content table of rocks in different stratigraphic units in the study area

研究区内表层土壤中元素含量虽受多种因素的影响,但在很大程度上取决于成土母质的组成和特质,土壤中的元素含量与其母质、母岩密切相关,在某些情况下,这种相关性尤为显著。图4为地层单元岩石Se元素含量变化情况。

地层单元岩石中Se元素出现明显的地层关联性。

图4 研究区地层单元岩石硒元素含量对比图Fig.4 The comparison chart of selenium content of rocks in different stratigraphic units in the study area

通过对研究区中的岩石拣块样化验结果统计发现,工区中震旦系(0.48 mg/kg)、寒武系地层(0.26 mg/kg)硒元素明显大于其他地层(0.04 mg/kg);从岩石剖面上看,震旦系地层岩石硒元素含量明显大于寒武系,且随地层由老到新,硒元素含量逐渐降低,但在更老的元古界地层中硒元素含量极低;由此推断,该工区岩石中硒元素富集时期可能为震旦纪。

4 富硒土壤与地质背景关系

4.1 富硒地层岩石与富硒土壤的关系

岩石剖面中,Se元素富集于震旦系白云岩中,各岩石样品中Se元素含量依次为:白垩系岩石0.025 25 mg/kg、震旦系岩石0.48 mg/kg、元古界岩石0.004 3 mg/kg、寒武系岩石0.26 mg/kg、奥陶系—志留系岩石0.000 5 mg/kg,其含量变化趋势与表层土壤样一致。

图5 Se元素土壤—岩石含量变化图Fig.5 The variation diagram of selenium content from soil to rock

图5反映了成土母质对表层土壤中元素含量的影响。在一定范围内,可以认为表层土壤中元素含量形态与地层一致时,其元素异常范围及来源主要受成土

母源及自然地质作用控制。

4.2 富硒地层岩石与区域断裂构造的关系

穿过Se元素的浓集区,测制了10条土壤水平剖面,以常安店村土壤剖面PM03为例,剖面为东北走向,与表层土壤样一致,共分析了29种常量元素。按有害、有益、营养元素分为三组做元素变化趋势图,见图6。水平剖面穿过震旦系与寒武系,区域内断裂构造发育,3号、8号、14号样点均落于断裂线上。由剖面地化曲线可知,该剖面1～13号样点元素含量变化较为剧烈,14号样点以后土壤元素含量较为稳定,各元素起伏较小,剖面上各元素含量高值点均在PM0308样点附近,说明其表层土壤元素含量与地质构造及成土母岩的相关密切。各元素含量与地貌、土壤类型、土地利用现状等关联性相对较小,体现了地球化学元素或指标的空间相关性和变异性。

图6 常安店村土壤地球化学剖面图Fig.6 The soil geochemical profile in Changandian village

5 结论与建议

研究区为低山丘陵地貌,区内无大江大河,土壤主要为母岩风化形成,硒元素受成土母源控制明显,各地层内土壤元素含量差异显著。震旦、寒武系地层Se元素富集系数高,其平均含量达到0.59 μg/g、0.51 μg/g。震旦、寒武纪富硒地层区这个特殊的地质环境形成了具有特定元素组合的第四纪高背景地质体,是形成该区富硒土壤的物质基础。

表层土壤中元素含量形态与地层一致时,其元素异常范围及来源主要受成土母源及自然地质作用控制。

表层土壤元素含量与地质构造及成土母岩相关密切。各元素含量与地貌、土壤类型、土地利用现状等关联性相对较小。

研究区土壤富硒主要与震旦系、寒武系高背景地层有关,母岩风化沉积对硒元素在表层土壤的富集起到重要作用。建议今后在黑色岩系中寻找富硒土壤。

[1] 李家熙,张光第,葛晓云,等.人体硒缺乏与过剩的地球化学环境特征及其预测[M].北京:地质出版社,2000.

[2] 陈亮,李桃.元素硒与人体健康[J].微量元素与健康研究,2004,21(3):58.

[3] 严向军,冯久林,杨文兵,等.湖北省随县土地质量地球化学评价(一期)成果报告[R].襄阳:湖北省地质局第八地质大队,2015.