贵州省西秀区耕地土壤硒元素地球化学特征及成因分析

沈云飞

(贵州省煤田地质局113队，贵州 贵阳 550081)

1 引言

硒(Se)是地球上一种稀少且分散的元素，对维持人体正常生理功能至关重要， 具有保护心肌健康、抗氧化、防衰老、增强人体免疫力、重金属解毒以及防癌、抗癌、治癌等功能(胡小娟 等，2019)(齐玉薇 等，2005)。Se含量直接决定了人体Se的营养水平，人体内的Se最终来源于土壤(成晓梦 等，2019)，因此土壤中Se的分布、赋存状态及土壤-农产品系统中Se的迁移转化特征等一直是关注的热点(潘金德 等，2007)。我国总体是一个贫Se国家(鲍丽然 等，2018)。寻找并利用富Se土地资源，开发富Se农产品，具有积极的经济价值和社会价值(林乃武，2019)。

2 研究区概况

3 样品采集与分析测试

3.1 样品采集

3.1.1 表层土壤样品采集

3.1.2 农作物样品采集

3.2 分析测试

样品测试由四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心完成，按照土地质量地球化学评价规范，土壤样品分析 Se、有机质 等元素和指标 23 项，农作物样品分析 Se、Zn、Cd 等指标 7项。其中 土壤样品Se 元素含量采用原子荧光光谱法(AFS) 测定，检出限0.01 mg / kg，分析检测报出率、精密度均达 100%；农作物样品Se 元素含量采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS) 测定，检出限0.005 mg / kg，分析检测报出率、精密度均达 100% ，数据统计分析使用 SPSS 21.0 软件，原始数据剔尽离群样品( 均值 ± 3 倍标准离差) 后，统计其算术均值 、标准离差、变异系数等地球化学参数(况云所 等，2020；蔡大为 等，2020)。

4 Se元素地球化学特征

4.1 表层土壤硒地球化学特征

表1 土壤硒元素地球化学特征值表 (mg /kg)

4.2 表层土壤硒的空间分布特征

表2 土壤硒元素等级面积统计表Table 2 Statistics of grade and area of soil selenium element

5 土壤硒的成因分析

5.1 成土母质

硒在环境中的分布受多种自然和人为因素的影响，而表层土壤硒则主要是母质风化和植物富集作用的结果。岩石中硒含量受岩性的影响，已有研究表明，碳酸盐岩以及磷酸盐岩中的硒含量相对较高，在原生地质环境中，硒的主要来源为富硒的沉积岩，如黑色页岩和煤系地层(谢薇 等，2019)。研究区富硒耕地占全县耕地总面积的89.40%，几乎涵盖研究区所有地层，说明富硒土壤的形成与地质年代没有明显关系。研究区二叠系上统龙潭组岩石中的硒含量最高，该地层为页岩、粉砂质泥岩夹煤层及灰岩；三叠系下统大冶组岩石中硒含量最低，该地层为砂质页岩、灰岩、泥灰岩。

研究区土壤垂向剖面特征见图2，各垂向剖面上Se含量的变化趋势较相似，即由上而下总体表现为不断下降的规律。区内岩石硒含量和对应土壤硒含量没有明显的相关性，岩石硒含量较低的三叠系下统白云岩所对应的土壤硒含量反而较高，土壤中的硒含量远大于其所在母岩中的硒含量。同时与深层土壤相比， 研究区表层土壤明显富集硒(见图2)。可见该区的土壤硒含量除了来源于母岩，有可能受其他外源因素的补给。

5.2 土壤类型

图3 西秀区不同土壤类型硒含量平均值Fig.3 Average selenium content in different soil types in Xixiu district

5.3 土地利用方式

研究区不同土地利用方式硒含量平均值差异明显，茶园硒含量平均值最高，高达0.76 mg/kg，其次是果园，水田和旱地硒含量平均值相差很小，分别为0.55 mg/kg、0.56 mg/kg，见图4。

图4 西秀区不同土地利用方式硒含量平均值Fig.4 Average selenium content in different land use types in Xixiu district

5.4 土壤理化性质

5.4.1 土壤有机质

土壤有机质主要包括动植物残体、微生物体、生物残体的分解产物，以及腐殖质等物质，这些物质和硒紧密结合形成有机结合态(朱建明 等，2008)。研究区土壤有机质与土壤硒含量存在正相关性关系，见图5。研究区有机质平均含量为36.89g/kg，含量较丰富。有机质对硒的影响主要表现为吸附和固定作用，有机质含量越丰富的土壤，对于土壤中硒的吸附能力也就越强。

图5 西秀区土壤有机质与土壤硒含量的相关性Fig.5 Correlation between Soil Organic matter and soil selenium content in Xixiu district

5.4.2 pH

图6 西秀区不同pH土壤硒含量平均值Fig.6 Average selenium content in different pH soils in Xixiu district

图7 西秀区成土母岩龙潭组碎屑岩pH与土壤硒含量的相关性Fig.7 Correlation between pH of detrital rocks of Longtan formation and se content in soil in Xixiu district

5.4.3 重金属元素

Cd、Hg、As、Zn等金属矿床多由硫化物矿物组成，而硒和硫具有相似的化学性 质，两者易以类质同象共存，所以原生矿物中硒与上述金属元素存在着一定的伴生关系，虽在风化形成土壤时发生了一系列的崩解和分解作用，但由于土壤对成土母质的继承性，土壤中硒往往与Cd、Hg、As、Zn等重金属元素表现一定的正相关关系(刘道荣 等，2019；贾十军，2013)。研究区Mo、Cd、As、Zn的相关性如图8所示，土壤中的重金属与硒含量均具有正相关关系，相关系数均低于0.50，也进一步说明硒对成土母质具有一定的继承性，同时也受外源的补给。

图8 西秀区土壤Se含量与Mo、Cd、As、Zn含量的相关性 (Mo元素来自龙潭组碎屑岩、其他元素来自杨柳井组碳酸盐岩)Fig.8 Correlation between Se content and Mo, Cd, As, Zn content in Xixiu district soil (Mo element comes from clastic rocks of the Longtan formation and other elements come from carbonate rocks of the Yangliujing formation)

6 硒的生态效应评价

调查区农作物中Se元素特征见表8，生物富集系数可以体现对元素的积累效应(周俊，2014)。生物富集系数计算公式为：

生物体对Se元素的富集作用主要表现为茶叶的富集系数最大，高达19.628%，其次是油菜，水稻的富集系数最小。各富集系数大小与各农作物中硒元素含量大小一致。油菜全部富硒，水稻、茶叶富硒率均为62.50%(详见表3)。

表3 西秀区农作物富硒情况及富集系数统计Table 3 Statistics of selenium-enriched crops and enrichment coefficient in Xixiu district

7 结语

(1)在该区域内耕地土壤中硒元素总体平均含量为0.56 mg/kg，是中国土壤(A 层) 中值的2.71倍，富硒(大于0.4 mg/kg)耕地面积为64 673.01公顷(96.96万亩)，占全县耕地总面积的89.40%。

(2)土壤中的硒含量远大于其所在母岩中的硒含量，两者没有明显的相关性，同时与深层土壤相比，表层土壤明显富集硒。

(3)研究区土壤硒含量受土壤类型、土地利用方式和有机质含量的影响，而且在一定范围内硒含量与pH值呈负相关关系，与Mo、Cd、As、Zn等重金属均具有正相关关系，相关系数均低于0.50，也进一步说明硒对成土母质具有一定的继承性，同时也受外源的补给。

(4)富硒耕地分布区产出有富硒水稻、富硒茶叶、富硒油菜，富硒率分别为62.5%、62.5%和100%，显示了富硒产业发展潜力。