桂中北岩溶山区土壤硒地球化学特征及影响因素浅析

李兆谊，韦文胜，王磊，卢小霞，李伟

摘要：本研究对广西柳城县1/5万土地质量地球化学评价表层土壤硒含量进行分析，结果表明：研究区土壤总硒量变幅为0.09～2.90 mg/kg，平均含量为0.56 mg/kg，高于全国土壤平均硒含量水平，大部分土壤硒含量达到足硒富硒水平。土壤硒含量分布较为均匀，成土母质以第四系沉积物及二叠系、石炭系灰岩类形成的土壤硒含量相对较高，土壤类型中石灰土硒含量相对较高，土地利用类型中园地类土壤硒含量相对较高，农耕地中水田地土壤硒含量相对较低。土壤硒含量受成土母质、pH值、有机质及土地利用方式等因素的影响，其中成土母质及土地利用方式是影响研究区表层土壤硒含量的主要因素。

关键词：柳城县；富硒土壤；成土母质；影响因素

中图分类号： S153 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.14.053

硒是人体和动物所必需的一种微量元素，能提高人体抗癌、抗衰老能力和动物机体免疫力，对镉、砷、汞、银等重金属毒性具有明显的拮抗作用。缺硒会引起人体和动物发生白肌病、克山病、大骨节病等多种疾病。人体需要的硒主要通过食物链从土壤中获取。因此，土壤中硒含量高低、迁移转化规律、存在形态及其影响因素一直都是研究的热点[1-3]。本文以广西柳城县土地质量地球化学评价工作区为例，分析土壤硒含量地球化学分布特征、成因来源及影响因素，为富硒土地的开发利用提供地球化学依据。

1 研究区概况

研究区位于广西柳州市柳城县中西部及东部一带，西与河池市罗城县、宜州区接壤，南与柳州市城区、柳江区相连，行政区划涉及冲脉、六塘、龙头、马山、东泉、太平、洛崖、柳城华侨农场等12个乡镇，调查面积950km2，见图1。柳城县区域上处于一个低丘谷地岩溶低山交错的半丘陵地区，东部为丘陵和山地， 西部为岩溶石山和丘陵交错地区。区内属亚热带季风区，气候温和，光热充足，雨量充沛，年平均气温20.7℃，年平均降水量1095mm，水热条件优越，属于水稻一年两熟亚热带农业气候区。

研究区内地质背景主要以泥盆系、石炭系、二叠系、白垩系、第四系为主，多为碳酸盐岩类，其次为砂质岩及第四系松散岩类。成土母质以碳酸盐类风化物为主，其次为碎屑岩类风化物。土壤类型主要以石灰岩土、红壤和水稻土为主。土地利用类型主要以评价农耕地和园地为主，其次为林地和草地等其他用地。区内交通条件较好，为富硒土壤资源的开发利用提供了便利条件。

2 材料与方法

2.1 样品采集

分析材料为柳城县1/5土地质量地球化学评价采集的表层（20cm）土壤样品。农耕地、园地面积性土壤样品采集平均采样密度为10点/km2，林地、草地等其他地类平均采样密度为5点/km2。样品采集采用“X”形或“S”形采取5个样点等量混合成一个样品。土壤样品自然风干后过10目样筛，采用四分法进行缩分取样送实验室。样品测试由广西壮族自治区地质矿产测试研究中心分析。

2.2 分析方法

土壤全硒的测定采用原子荧光光谱法（AFS），称取0.2000克过200目筛的土壤试样，用（1+1）王水在沸水浴中消解，水稀释定容至25mL，取硒原液，以硼氢化钾作氢化物发生剂进行测定。

3 土壤Se地球化学特征

柳城县研究区表层土壤Se含量最大值为2.90mg/kg，最小值为0.09mg/kg，算术平均值为0.56mg/kg，数据变幅标准差为0.24，变异系数CV为42.0%，土壤中Se元素含量分布均匀；元素含量背景值为0.52mg/kg，是全国土壤（A层）背景值（ 0.29mg/kg）的1.79倍，土壤中Se含量呈强烈富集；通过半方差函数分析[4-5]，研究区土壤Se元素含量最佳拟合模型为指数模型，决定系数（R2）为0.613，块金系数（NV）为11.81%，变程（A）为950m，其块金系数NV<25%，表现为强烈的空间自相关性，表明土壤Se含量变异分布特征与自然影响因素密切相关。

根据最新土地质量评价规范（DZT0295-2016）富硒土壤划分标准，柳城县研究区表层土壤Se 含量总体上属于富硒，占研究区总面积的76.43% ，足硒状态占23. 5%，硒反应不足和潜在硒不足面积占总面积的0.07%，含量过高可能会产生Se 中毒的地区为0.0%，表明柳城县研究区大部分土壤富硒，富硒土壤资源丰富。

3.1 不同成土母质形成的土壤Se地球化学特征

土壤硒来源于各种母质母岩，硒含量大小在很大程度上决定于母质母岩本身的硒含量，土壤中Se 含量水平与成土母质类型关系密切。研究区地层单元分布主要是第四系沉积物、白垩系、二叠系、石炭系和泥盆系，岩性主要是砂岩、灰岩、硅质岩和页岩等。

研究区不同岩类成土母质形成的土壤Se平均含量（算术平均值，mg/kg，下同）最高的是第四系沉积物（0.57mg/kg），最低的是砂岩类成土母质（0.51 mg/kg），土壤中Se含量分布较为均匀。各岩类成土母质土壤中Se含量变化顺序为：第四系沉积物（0.57）>灰岩（0.56）>页岩（0.55）>硅质岩（0.54）>砂岩（0.51）。研究区广泛分布的第四系沉积物及灰岩类成土母质土壤Se含量普遍偏高，有利于大面积富硒土地的开发利用。

在同一时期地层单元中不同岩类成土母质形成的土壤Se 含量变化顺序为：灰岩（0.56）>页岩（0.55）>硅質岩（0.54）>砂岩（0.51）；同一成土母质不同时期形成的土壤Se 含量变化顺序为：白垩系（砂岩类母质，0.52mg/kg）>石炭系（0.46mg/kg），二叠系（灰岩类母质，0.59mg/kg）>石炭系（0.56mg/kg）>泥盆系（0.40mg/kg）。二叠系硅质岩母质形成的土壤Se平均含量最高，为0.90mg/kg，但样品数过低30件不计入统计，其次广泛分布的第四系碎屑沉积物、石炭系灰岩及硅质岩，土壤中Se含量最低为泥盆系灰岩。可见，研究区不同地层单元从新到老不同时期成土母质形成的土壤Se含量明显升高。

3.2 不同土壤类型Se地球化学特征

土壤中Se含量在不同土壤类型之间存在较为明显差异，最大值（2.90 mg/kg）与最小值（0.09 mg/kg）均出现在石灰土中，具体表现为（算术平均值，mg/kg）：石灰土（0.64）> 红壤（0.62）>裸岩（0.58）> 冲积土（0.54）> 紫色土（0.51）>水稻土（0.44）。可见，土壤Se含量在不同土壤类型中石灰土最高，水稻土最低，表明由石灰岩母质发育的土壤Se含量较高，而水稻土可能经过水耕熟化和氧化还原等过程造成硒酸盐、亚硒酸盐类物质的迁移与流失，使土壤中Se含量总体偏低。

3.3 不同土地利用类型Se地球化学特征

研究区主要评价以耕地（主要水田和旱地）、园地、林地和草地为主，主要评价地类中土壤Se 含量（mg/kg）变化顺序为：园地（0.69）> 林地（0.63）>旱地（0.62）> 草地（0.61）> 水田（0.38）。可见，在园地、林地和草地等人为活动影响较小的地类中土壤Se含量总体较高，而耕地类水田、旱地等由于受到人类生产活动的影响，土壤Se含量总体偏低，但土壤Se含量仍可达到足硒（0.175 mg/kg）、富硒土壤（0.4mg/kg）水平。

4 影响土壤中硒含量的因素分析

4.1 成土母质对Se含量的影响

土壤在成土过程中受到各种自然因素的影响，成土母岩是其决定性因素。土壤的主要组成物质是成土母岩风化后的残留物质，母岩中各元素含量决定了土壤中各元素的含量，硒元素在土壤形成和发育过程中逐渐积累，表现出土壤中硒含量高于成土母岩硒含量的特征[6-8]。研究区中第四沉积物土壤Se平均含量均比各时期主要成土母质土壤Se含量要高，是硒元素在土壤形成和发育过程中逐渐积累的结果。

将表层土壤（20cm）与其对应的深层土壤（200cm）硒含量进行相关回归分析（Se表=0.78Se深+0.306（r2=0.400，n=59，P<0.05）来看，表层土壤Se含量与深层土壤Se含量具有显著的线性相关关系，这表明表层土壤Se含量受控于深层土壤Se含量，表层土壤Se含量在很大程度上继承了成土母岩（或深层土壤）的Se含量，进一步说明土壤中富硒主要来源于原富硒成土母质，是影响土壤Se含量最主要的影响因素。

4.2 土壤pH值对硒含量的影响

土壤pH值是指示土壤酸碱度的指标，也是影响土壤硒含量的重要因素[9-12]。研究区内土壤大部分呈酸性，pH值平均值为5.62。对研究区内Se含量与pH值作相关分析得出相关系数为-0.459（置信度P<0.05），土壤Se元素含量与pH值存在一定的线性负相关关系（如图2），pH值在4.5～5.5间土壤pH值越低，土壤Se含量总体大幅升高。可见，土壤pH值也是影响着土壤Se含量的重要因素。

4.3 有机质C.org对硒含量的影响

土壤中有机质的影响主要在于对硒的固定，也直接关系到土壤硒的含量。一般来说，有机质含量丰富的土壤，对于土壤中硒的吸附能力也就越强，相对的土壤中含硒量也就越高。研究区内对Se含量有机质C.org作相关分析得出相关系数为-0.03（置信度P<0.01）， 有机质C.org含量与土壤中Se含量线性相关不显著（如图3），可能与土壤中有机质含量过低有关，但土壤中有机质C.org含量在1%～2%之间土壤Se含量总体较高。

4.4 土地利用方式对硒含量的影响

土地利用方式对土壤硒含量的影响是多方面的。在不同的土地利用方式下，硒在土壤中的物理、化学以及生物过程都存在极大的差异，进而引起硒的严重变异。在不同土地利用方式中林地和草地中的硒转化形式主要为风化-植物吸收-腐殖化-有机物矿化，在转化过程中硒由于树叶、草叶等在土壤表层腐烂堆积而富集于表层；而在耕地中的硒以腐殖质化为主，有助于植物吸收，在长期耕作过程中由于硒大量支出而导致土壤硒含量减少，致使土壤硒收支失衡，形成低硒土壤[13-14]。因此，研究区园地、林地和草地土壤Se含量总体偏高，而耕地土壤Se含量总体偏低，很大程度上与土地利用方式密切相关。

除以上所述的影响因素外，气候、地形地貌、土壤理化性质、人为施肥灌溉等因素也不同程度地影响着土壤硒的含量。

5 结论

研究区（柳城县）农业土壤硒含量变幅为0.090～ 2.90mg/kg，算术平均值为0.56mg/kg，高于全国土壤平均水平，土壤硒含量分布均匀，富硒土壤资源丰富，可以考虑富硒农产品的进一步开发与推广。

不同土壤类型中石灰土硒含量最高，水稻土最低；成土母质以第四系沉积物发育的土壤硒含量最高，砂岩类成土母质最低；在不同土地利用方式下，农业用地中园地、旱地硒含量略高于水田地，为富硒土地的开发利用方式提供了依据。

富硒土壤影响因素分析表明：土壤硒含量受控于成土母质硒含量，灰岩类成土母质、第四系沉积物母质是土壤富硒的主要来源；土壤pH值、有机质含量与土壤硒含量均呈一定的线性负相关，对土壤硒含量具有一定的影响；在不同土地利用方式下，土壤硒经过水热交替、物理化学及生物过程等作用下发生迁移贫化或富集，是影响土壤硒含量的重要因素之一。

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作者简介：李兆谊，硕士，工程师，研究方向：物化探矿产勘查及环境地球化学调查研究。