江西于都县盘古山地区土壤中硒的分布特征及其影响因素

米振华，邹勇军，潘家永，李金燕，吴 炜

(1.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌 330013；2.江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 330001)

硒是人体所必需的微量元素之一，具有预防心血管疾病、抗肿瘤、增强免疫力、抗衰老等功效(李军等，2011；邹晓燕等，2011)。植物、动物和人体中的硒主要来源于土壤(杨生吉，2019)。现有研究成果表明，土壤中硒含量与多种因素相关，且影响因素呈现出地区差异性(宋明义等，2008)。迟凤琴等(2016)对黑龙江省土壤硒分布及影响因素的研究发现土壤硒含量与土壤pH值、黏粒含量和有机炭具有显著的相关性。杨忠芳等(2012)认为海南岛土壤中的铁锰氧化物、有机质、黏土矿物及土壤风化淋溶程度对土壤硒含量影响显著。曾庆良等(2018)发现湖北恩施地区表层土壤硒含量分布受控于地质背景，同时受土壤有机炭含量及海拔高度的影响。研究土壤中硒的分布规律、探讨其影响因素，对合理开发利用富硒土壤具有重要的指导意义(黄春雷等，2013；杨忠芳等，2012)。

2017年江西省煤田地质勘察研究院在于都县盘古山地区开展了1∶5万土地质量地球化学调查，笔者在此基础上，对研究区表层土壤中硒的分布特征及其影响因素进行研究，以期为合理开发和保护富硒土地资源提供依据。

1 研究区概况

研究区位于江西省南部的于都县盘古山地区，面积约150 km2，属亚热带季风湿润气候区，气候温和，雨量充沛，光照充足，四季分明。地貌以低山丘陵为主，土地利用方式主要为林地、水田、旱地、园地等。种植的农作物主要为谷类、脐橙、油菜、花生、大豆等。

研究区处于扬子陆块东南缘，华南褶皱带内，区内地质构造复杂，区域沉积盖层涵盖青白口纪至第四纪的各时代地层，局部有燕山期花岗岩出露。区内出露的地层主要有震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、侏罗系、白垩系、第四系，出露的岩浆岩主要为侏罗纪早世大埠超单元(图1)。

2 样品采集及分析测试

本次共采集1 255件表层土壤样品、10件土壤剖面样品，工作区范围见图1。表层土壤样品按照500 m×500 m网格化布点，采样深度为0～20 cm，采集密度为8 件/km2。采样位置具代表性，主要分布于农用地和果园等可开发利用的地块中间部位，且采样时间避开施肥期(邹勇军等，2019)。样品测试由国土资源部西安矿产资源监督检测中心完成。采样和分析测试(表1)严格按《土地质量地球化学评价规范》(中华人民共和国国土资源部，2016)要求操作。

表1 土壤样品各指标的分析方法及检出限Table 1 The analysis methods and detection limits of various indexes of soil samples

图1 研究区地质图Fig.1 Geological map of the study area

3 结果与讨论

3.1 土壤中硒的分布特征

3.1.1 土壤硒含量平面分布特征

依照《土地质量地球化学评价规范》(中华人民共和国国土资源部，2016)评价标准，对土壤中硒含量进行评价(表2)。结果表明，研究区表层土壤中Se平均含量为0.34 mg/kg，高于全国土壤背景值(0.29 mg/kg，中国土壤元素背景值编委会，1990)和区域土壤背景值(0.22 mg/kg)(1)米振华,李金燕,穆霆,等，2018.江西省于都县黄磷-祁禄山地区1∶5万土地质量地球化学调查成果报告[R]．(2)冯昌和，郄海满，汪凡，等，2015. 江西兴国—寻乌地区1∶25万区域地球化学调查报告[R].。研究区表层土壤硒含量以适量-高为主，其中富硒(>0.40 mg/kg)土壤面积占研究区总面积的39.30%，富硒土壤资源丰富。平面上硒含量高值区与低值区沿北东方向呈条带状分布(图2)。

图2 研究区表层土壤硒元素地球化学图Fig.2 Surface soil selenium geochemical map of the study area

表2 研究区表层土壤硒含量分布情况Table 2 Distribution of selenium content in the surface soil of the study area

3.1.2 土壤硒垂向分布特征

笔者在水田、林地中各施工1条土壤垂向剖面，并根据土壤垂向分层，连续刻槽采集土壤样品，每条剖面各采集5件土壤样品。

土壤剖面1(图3，表3)位于水稻田内，为耕作土壤剖面，根据土壤颜色、成分，从上至下共分为耕作层、犁底层、渗育层、潴育层、潜育层。土壤硒含量在垂向上分布有如下特征：①从耕作层至犁底层，土壤硒含量逐渐升高。犁底层位于耕作层之下，受犁的挤压和降雨，黏粒随水沉积影响，犁底层结构坚实，黏土矿物含量高，总孔隙度小且多毛管孔隙，为硒的富集提供有利条件，使得土壤硒含量增加。②犁底层至渗育层，土壤硒含量减少。渗育层颗粒较粗，黏粒含量减少，水分下渗，土壤硒元素和黏粒不断淋失下移，造成土壤硒元素含量降低。③从渗育层至潴育层，土壤硒含量升高。潴育层是地面水与地下水交互潴育作用下形成的发生层，上部土壤发生淋溶至此淀积的层位，上部土壤硒长期随水分和黏粒下渗迁移至潴育层淀积，使得硒含量达到最高。④从潴育层至潜育层，土壤硒含量逐渐减少，然后趋于稳定。

土壤剖面2(图3、表3)位于山坡上的林地内，坡度约5°～10°，为自然土壤剖面，从上至下分为覆盖层、淋溶层、淀积层、母质层。从土壤表层向下，土壤硒含量先增加后减少，最后趋于稳定，总体上地表浅层硒含量高于深部。可能由于山坡上雨水下渗作用弱，下渗深度较浅，淋溶作用较弱，表层土壤硒及黏粒经雨水淋溶，向下迁移深度较小后就淀积于表层土壤之下(陈锦平等，2019)。

表3 研究区土壤垂向剖面野外分层Table 3 Field stratification of vertical soil profile in the study area

图3 研究区土壤剖面硒元素垂向分布特征Fig.3 Vertical distribution characteristics of selenium element in soil profile in the study area

3.2 土壤硒含量影响因素

3.2.1 地质背景

土壤的元素组成受控于成土母质的化学组成，不同成土母质形成土壤的元素背景值有所差异。研究区不同地质背景的表层土壤分析结果(表4)显示，震旦系上统老虎塘组、石炭系下统梓山组、震旦系下统坝里组等地质单元发育的土壤中硒最为富集。其中震旦系上统老虎塘组岩性主要以厚层燧石岩、硅质板岩夹板岩、变余长石石英细砂岩与板岩互层或夹层为主，底部为石煤层；石炭系下统梓山组，岩性主要为细砂岩、粉砂岩、炭质页岩夹煤层；震旦系下统坝里组主要为变余中粒硬砂岩夹板岩，底部变余复成分砂砾岩；本区硒主要富集于石煤、页岩、炭质页岩夹煤层、板岩等黑色岩系为成土母质的地质单元内，这与张光弟等(2001)、杨良策等(2015)研究结果基本一致。

表4 研究区不同地质单元土壤中的硒含量Table 4 Contents of soil selenium content in different geological units in the study area /(mg·kg-1)

3.2.2 土壤成因

土壤成因影响硒元素的迁移和富集，研究区的土壤样品成因主要分为残积、坡积和冲积。本次测试结果(表5)表明，研究区残积土硒含量最高，变异系数最小，可能是因为残积土继承了母岩的硒元素，受地形和气候等外界条件影响较小，硒含量高、变异性小；坡积土硒含量次之，但总体偏差和变异系数最大，可能是因为坡积土继承了母岩中的部分硒，同时不同坡积物受地形和气候降雨条件影响较大，易使硒流失，故硒含量较残积土变小，变异性较大；冲积成因的土壤硒含量均值最小，可能主要是由于冲积土常年受水流冲刷，硒迁移流失较快，不易富集。

表5 不同成因土壤中的硒含量统计表Table 5 Statistical table of Se content in soil with different origins

3.2.3 土地利用方式

不同土地利用方式的土壤中硒含量存在较大差异(Pilon-Smits et al.，2017)。研究区不同土地利用方式的表层土壤硒含量统计结果(表6)显示，林地、园地中土壤硒含量水平明显高于旱地、水田。其原因主要包括自然和人类活动方面的因素。首先林地和园地土壤多为坡积或残积成因，旱地和水田多为冲积成因，而坡积或残积成因的土壤硒含量明显高于冲积成因的土壤。其次林地和园地植物根系深，可从深部吸收硒向上运转至植物体内，通过植物落叶返回地表，落叶经腐化后，硒聚集于地表而富集；旱地和水田因人类种植的农作物从地表吸收硒，农作物可食部分被人类收割利用而造成硒的流失。最后水田和旱地受水流冲刷和垂直下渗作用强烈也会造成地表硒的流失。

表6 研究区不同土地利用方式的表层土壤中的硒含量Table 6 Selenium content of surface soil in different land use modes in the study area

3.2.4 土壤主元素含量

49件土壤样品的主元素分析结果(表7)表明，研究区土壤成分以SiO2和Al2O3为主，两者约占总量的85.33%。通过相关性分析，研究区土壤硒含量与TFe2O3、CaO、Ti含量呈显著正相关，与SiO2含量呈显著负相关。土壤中的SiO2含量高低指示土壤的风化淋滤程度，土壤SiO2含量越高说明土壤受风化淋滤的程度越高，则更加容易导致土壤中硒的淋失(郑雄伟等，2019)。

表7 研究区表层土壤样品主元素含量及其与硒元素的相关系数Table 7 Major elements and their correlation coefficients with Se of surface soil samples in the study area

3.2.5 土壤理化性质及微量元素

利用SPSS软件对土壤硒含量与土壤有机质、酸碱度、土壤常量养分元素、微量元素、重金属元素含量进行相关性分析(表8)。结果表明土壤硒含量与土壤有机质、K、Mo、Co、V、S、Cu、Pb、Zn、As、Cd、Cr、Ni含量呈显著正相关性，与pH、P含量呈显著负相关性。土壤硒含量与有机质含量呈显著正相关(蔡子华等，2011；罗杰等，2012)，可能是由于有机质利于土壤中的硒进入腐殖质组分中，进而对土壤中的硒起吸附和固定作用(曾庆良等，2018；仝双梅等，2013)；土壤硒含量与pH值呈显著负相关性，表明土壤硒含量随着土壤酸度的增强而增加；土壤硒含量与土壤中Cu、Pb、Zn、As、Cd、Cr、Ni等重金属元素含量呈显著正相关性，表明土壤硒与土壤中重金属元素具有协同作用，开发富硒土地资源时应防止重金属元素超标。

表8 土壤Se含量与理化性质及微量元素相关系数统计表Table 8 Correlation coefficients between soil Se content, physical and chemical properties and trace elements

4 结论

(1)研究区表层土壤中硒的平均含量高于全国和区域土壤的背景值，存在较为丰富的富硒土壤资源，平面上硒含量高值区与低值区沿北东方向呈条带状分布，垂向上硒含量总体随深度增加呈“先增后减”的变化趋势。

(2)土壤硒元素主要富集于石煤、页岩、炭质页岩、煤层、板岩等黑色岩系为成土母质的地质单元内；残积土硒含量最高，冲积土硒含量最低；林地和园地土壤比水田和旱地土壤更易富集硒。

(3)土壤有机质和pH值对硒含量影响均较显著，表现为有机质对土壤中硒起吸附和固定作用，从而使硒更易富集在表层土壤中；土壤酸度的增强，表层土壤中硒含量具有增加的趋势。

(4)表层土壤硒含量与土壤中有机质、土壤黏粒含量、TFe2O3、CaO、Ti、S、K、Mo、Co、V、Cu、Pb、Zn、As、Cd、Cr、Ni等元素含量呈显著正相关，与砂粒含量、pH值、SiO2、P等含量呈显著负相关；开发富硒土地资源时要注意防止重金属元素的超标。