广西岑溪市富硒土壤地球化学特征及成因分析

刘华应，黄永聪，蒋宗林，唐列文

(1.广西第一地质队，广西 桂林 541100；2.广西区域地质调查研究院，广西 桂林 541003)

0 引言

硒(Se)是人体必需的微量元素，被尊称为“生命的火种”，享有“抗癌之王”、“长寿元素”等美誉，能提高人体免疫力，促进淋巴细胞的增殖及抗体和免疫球蛋白的合成，对癌症、心血管病等多种疾病具有显著治疗作用[3，17]。我国是一个缺硒大国，72%的地区属缺硒地区，约七亿人生活在缺硒地区。在研究区内采集了高密度表层土壤样品，基于土壤元素中硒的地球化学分布特征和物质成因的了解，为富硒土地利用和富硒农产品的开发提供依据。

1 研究区地质背景

研究区地处桂东南云开大山西北麓，位于广西东南部边境，地理位置坐标：东经110°43′10′′—111°22′10′′，北纬22°36′40′′—23°12′42′′。研究区地处亚热带季风气候区，地势东南高、西北低，形成了低山、中山、丘陵、平原、谷地、盆地等复杂地貌。出露地层主要有寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、第四系等。成土母质主要为冲洪积物、碎屑岩、硅质岩、基性—超基性侵入岩及中—酸性花岗岩；主要土壤类型为赤红壤、水稻土、紫色土、潮土等。

2 样品处理、分析与数据方法

2.1 样品的采集与处理

研究区采样控制点面积约1338.51 km2，采用网格化布点方法，共采集了5583个样品，采样深度为0～20 cm，采样密度为4.17点/km2。采样点大部分布设于水田、旱地、园地，少量布设于草地、林地等地类。采样时应避开沟渠、林带、田埂、路边、旧房基、粪堆及微地形高低不平无代表性地段。原始样品重量大于1 kg，采集好装入干净的棉布袋，做好相应的采集信息记录等。采集的样品充分晾干后，过200目筛，按要求采用对角线缩分法组合成的每个样品不低于300 g，送样测试分析。

2.2 样品测试与分析

本次样品的测试由山西省岩矿测试应用研究所承担，采用了电感耦合等离子体质谱法、X射线荧光光谱法联合分析17项元素，原子荧光法、粉末发射光谱法、离子电极法、容量法等分析9项元素或指标的分析方法配套方案，所选用的分析方法检出限均满足《规范》的要求，各元素的检出限、所采用的分析方法具体见(表1)。

表1 土壤样品分析方法及检出限Table 1 The analysis method and detection limits of soil samples

注：SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、Corg的量单位为%，其他元素量单位为μg/g，pH为无量纲。

2.3 数据的处理

数据统计前对所有数据进行异常剔除，采用地球化学勘查数据一体化处理系统软件中的构建三角剖分网直接绘制硒含量分布图，数据统计采用Excel 2010、SPSS 19.0及一体化软件完成。

3 分析结果及富硒土壤地球化学特征

3.1 富硒土壤空间分布特征

根据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295-2016)制定的硒养分地球化学等级划分标准见(表2)和谭见安[17]硒效应划分标准，编制表层土壤Se的地球化学等级图(图1)。

表2 土壤Se含量等级划分Table 2 Se content classification of the soil

注：Se元素量单位为mg/kg。

图1 研究区硒元素地球化学等级图Fig.1 Geochemical grade map of selenium element in the study area

由表3可知，岑溪市表层土壤中硒含量为0.056～12.20 mg/kg，平均值为0.55 mg/kg，变异系数为0.66，呈弱分异特征；而研究区内表层土壤硒含量平均值高于世界表层土壤平均值(0.20 mg/kg)[16]和全国土壤背景值(0.29 mg/kg)[1]，分别是其2.65和1.83倍，但与广西土壤背景值(0.702 mg/kg)[1]相比，相对较低，呈不均匀分布。

表3 硒含量地球化学参数统计Table 3 Statistical table of geochemical parameters of selenium content

注：K1=评价区平均值/广西背景值；

K2=评价区平均值/全国背景值；

K3=评价区平均值/世界背景值。

从空间分布上看，表成土壤和深层土壤硒含量具有一致性，从而表明表层土壤与深层土壤硒有一定的继承性。研究表明，硒受控于岩石地层母岩、成土过程、生物过程以及硒的地球化学性等多种因素影响，呈现出同一地层不同的采样点或不同的地层中土壤硒含量均存在一定的差异，总体上，研究区富硒土壤以片状分布在中部、东南部、西北部，其他地区零星分布，缺硒分布于北东部、南部、西南部地区。

3.2 富硒土壤与各元素含量相关性特征

对研究区5583个表层土壤样品进行相关性分析，得出Se元素与其他元素的相关系数。由表4可知，Se-Mo组合相关系数为0.598，表现为强相关；Se-Cu-TFe2O3-Cr-Ni-As组合相关系数大于0.3，表现为中等相关。而Mo、Cr、Cu、Fe2O3表现为亲铁、亲石，与花岗岩物源、碳酸盐岩有关。

4 富硒土壤成因分析

根据调查资料显示，研究区富硒土壤成因主要与成土母质、土壤类型、土地利用类型、大气沉降、地下水位埋深、灌溉水、地形、人工施肥等因素有关；研究区属典型亚热带季风气候区，雨量充沛，且该地区地形、地貌较为复杂。本次通过不同的成土母质、土壤类型、土地利用类型及土壤的理化性质对土壤中硒的成因及物质来源进行分析。

表4 表层土壤硒元素与其他组分的相关系数Table 4 Correlation coefficient of Se content and other components in the surface soil

注：**表示在0.01水平(双侧)上显著相关；*表示在0.05水平(双侧)上显著相关。

4.1 富硒与成土母质的关系

4.1.1 不同成土母质中硒含量的变化关系

根据浓集(变)系数的大小及元素分布的离散程度划分6个等级，研究区内不同成土母质特征参数见表5，由表5可知，硒在成土母质泥盆系硅质岩富集，在志留系砂泥岩、寒武系砂泥岩、古近系砾砂岩和第四系黏土呈高背景特征，在二叠纪花岗岩、泥盆系砂泥岩、混合岩、三叠纪花岗岩、三叠系灰岩、侏罗纪花岗岩、奥陶系砂泥岩、寒武纪花岗岩呈背景特征，其余的为低背景特征。总体上，在样品数相当的情况下，硒在同一成土母质中含量差异性不大，在泥盆系硅质岩呈分异特征，在志留系砂泥岩、第四系黏土、侏罗纪花岗岩、混合岩中呈弱分异特征，其余成土母质主要表现为不均匀分布特征。硒元素随着地质年代由老到新，含量呈现低—高—低—高不规律的特点，反映了沉积环境变化及第四系物质来源的复杂性。

表5 不同成土母质的表层土壤中硒含量特征统计Table 5 Statistical parameters of Se content in the surface soil of different parent materials

4.1.2 表层土壤Se含量与地层空间分布关系

由图2可知，富硒土壤主要分布于研究区内的中部及北部地区的糯垌镇、安平镇以及东部、筋竹镇至梨木一带，呈NW向不规则面状展布。地质背景主要为第四系冲积层、望高组、平桂组，泥盆系榴江组、东岗岭组、莲花山组，志留系古墓组，三叠系及二叠纪的花岗岩。低值区背景区主要集中分布在研究区西部南渡镇西南面、诚谏镇至大业一线、大隆镇至水汶镇一带，地质背景主要为志留纪及侏罗纪花岗岩、白垩系的火山岩以及碎屑岩，第四系黏土。从图2上看，无论是低值区还是高值区，其空间分布与地层走向均具有较好的套合性，由此推断，研究区表层土壤硒的来源与地层岩性有关。

图2 研究区硒含量与地层空间分布关系图Fig.2 Relationship between Se content and spatial distribution of the strata in the study area1—全新统冲积层 2—桂平组 3—望高组 4—凤凰山组 5—罗文组 6—西垌组 7—大坡组 8—新隆组 9—天堂组 10—榴江组 11—唐家湾 12—信都组 13—莲花山组 14—防城组 15—古墓组 16—大岗顶组 17—兰瓮组 18—东冲组 19—六陈组 20—凤凰顶单元 21—乾厢单元 22—罗马单元 23—荔枝单元 24—马丽山单元 25—尖竹顶单元 26—新村单元 27—谭福单元 28—新路单元 29—银顶山单元 30—乌洋山单元 31—屋面前单元 32—杨梅山单元 33—大平单元 34—高垠单元 35—大村单元 36—枫木根单元 37—双元单元 38—罗址单元 39—横山单元 40—岭头田单元 41—岩体边缘泥石岩 42—岭脚变粒岩组 43—黄陵变粒岩组 44—平政变粒岩组 45—地质界线 46—角度不整合界线 47—岩相界线 48—断层 49—研究区范围

4.1.3 不同地层垂向上硒含量的变化关系

由图3可知，表层土壤(0～40 cm)与深层土壤(60～200 cm)、泥盆系、第四系、志留系硒的含量明显高于其他地层硒的含量，均显示为表层土壤含量高，往深部含量逐渐变低并趋于平稳。志留系硒含量在20～80 cm深度大于1.0 mg/kg，往深部逐渐趋于平直；泥盆系硒含量值由浅至深部呈波状，变化趋势为高—低—高，含量值在1.12～1.36 mg/kg之间；二叠系、侏罗系总体趋于平直，硒含量值变化较小；三叠系、白垩系总体变化趋势为由浅部往深部逐渐降低；第四系由浅至深部呈半圆弧状，变化趋势为低—高—低，含量变化值在1.12～1.36～0.95 mg/kg之间。

另外，由图4可知，除第四系、二叠系，不同地层表层土壤(0～40 m)硒含量高于深部(60～200 cm)，变化趋势大体类似。综上，土壤剖面硒含量分布特征，表明硒多富集于表层土壤中，向深部具有迅速降低后呈缓坡上升的趋势。可能与在成土过程中硒趋向于在高铁铝、富泥炭和腐殖质的土壤中富集有关。不同地层由表层至深层硒含量变化存在差异，可能与成土母质的岩性差异有关。

4.2 富硒与土壤类型的关系

研究区土壤以赤红壤为主，次为潴育性水稻土、潜育性水稻土、漂洗水稻土、紫色土、潮土。由表6可知，不同土壤类型中硒土壤地球化学特征具有一定程度的差异性，硒在潴育性水稻土、潮土、淹育性水稻土、赤红壤中呈弱分异特征，其余土壤类型中呈现不均匀分布特征，离散度程度小。而硒在淹育性水稻土中背景值最高，赤红壤及潜育性水稻土、潴育性水稻土等次之，属于背景区；在紫色土中浓集系数小于0.8，呈低背景分布。总体上，虽然赤红壤中样品数最多，但变异系数也最大，研究区内几个高极值点均分布在赤红壤中，说明具有局部富集的可能。

图3 地层土壤剖面Se含量变化趋势图Fig.3 Variation trend of soil Se content in the stratum profile

图4 表层土壤与深层土壤Se含量关系图Fig.4 Relationship diagram between Se contents of the surface soil and deep soil

表6 不同土壤类型的表层土壤中硒含量特征统计Table 6 Statistical table of Se content in the surface soil of different types

4.3 富硒与土地利用类型的关系

由于土地利用类型以及耕作条件等的不同，土壤中生物、化学、物理变化过程呈现差异，导致了土壤在利用和发育过程中保硒能力也有较大差异，主要体现在硒元素的流失和富集。本次研究表明，由表7可知，硒在不同土地利用方式中变异系数大小的变化也存在一定的差异性，表现为林地>旱地>园地>草地>水田。硒在林地、旱地中空间分布离散性大，呈分异分布特征；水田、园地含量差异较小，属不均匀分布。而硒在各地类的浓集系数差别不大，在水田中呈背景区，旱地、林地为高背景区，园地为高背景富集区。

表7 不同土地利用硒的表层土壤中硒含量特征统计Table 7 Statistical parameters of Se content in the surface soil of different land use

4.3.1 土壤硒含量与土壤性质的相关性分析

利用土壤理化性质分析研究区内土壤硒含量的变化特征，通过对研究区土壤硒含量与土壤性质的相关分析(图5)，表明区内土壤硒含量与pH呈极显著负相关关系(P<0.01)，与有机质含量呈极显著负相关关系(P<0.01)。

图5 研究区土壤pH、有机质与硒含量的关系Fig.5 Relationship diagram of soil pH，organic matter and selenium content in the study area

pH是划分土壤理化性质重要指标之一，值的高低对土壤中硒含量的储存形式与有效性有着极其重要的影响因素。本次通过统计酸碱度土壤中硒的含量特征可知，在强酸性(pH<5.0)条件下，土壤硒的含量最高，为0.61 mg/kg，其次是碱性(7.5≤pH<8.5)条件，土壤硒含量为0.55 mg/kg，在酸性(5.0≤pH<6.5)、中性(6.5≤pH<7.5)条件下，土壤硒含量分别为0.49 mg/kg、0.42 mg/kg，其含量值相对较低，表明硒在南方多雨条件下在强酸—酸性性环境中易于活化。

土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分之一，是一个物质复杂系统，是土壤元素的载体，对土壤的理化性质影响较为重要，而有机质对硒含量的影响，主要表现为固定与吸附两方面的作用，土壤中有机质含量越丰富，表明土壤中硒的吸附能力越强，含量相对也越高。根据前人研究表明土壤有机质对硒含量有显著相关性的影响[13-15]。由表4可知，硒与有机质就在0.01水平(双侧)上具有显著相关性，表明有机质对硒具有一定的吸附和固定作用。

5 结论

1) 研究区表层土壤硒含量相对较高，硒含量平均值与世界和全国的平均值相比，是其2.65、1.83倍，属高富硒区，富硒土壤占比为65.63%。

2) 通过对研究区硒元素与其他元素相关性分析，可知，硒与土壤中Mo呈强相关，而与Cu、TFe2O3、Cr、Ni、As呈中等相关，其他元素呈负相关性。

3) 通过研究分析，研究区表层土壤富硒的原因，主要受控于成土母质、土壤类型、土地利用类型以及土壤理化性质。