安徽省金寨县土壤硒分布特征及影响因素研究

董 旭，姜明亮，汤 明

(安徽金联地矿科技有限公司，安徽 合肥 230002)

硒(Se)是一种人体必需的微量元素(迟凤琴等，2016)，地壳中其丰度为0.13 mg·kg-1(Rudnick et al.，2003)。环境中硒的含量水平与人体健康密切相关，对人体生长发育起着至关重要作用(Ben et al.，2011)。硒具有双重性，适量硒不仅能够增强抗衰老、抗氧化及抗癌能力，而且还具有清除体内自由基，加强心肌能，增强免疫力等功效(Kolachi et al.，2011；Heath et al.，2011)；缺硒会诱发很多疾病如大骨节病、克山病等(谭见安，1996)；同样摄入过量的硒或者长时间摄入硒，会导致硒中毒(Wang et al.，2013；Dinh et al.，2018)，如脱甲病(戴慧敏等，2015)。随着人民生活水平提高，硒元素的营养保健作用逐渐受到重视，并且天然富硒农产品具有安全、科学、有效的特性，因此富硒农产品开发具有较好前景和重要经济意义(郑涛等，2017；王秋爽等，2018)。安徽省地质调查院首次在金寨县铁冲乡—全军乡—梅山镇—白塔畈乡一带、麻埠镇东部及天堂寨等区域发现约195 km2的富硒土壤(1)安徽省地质调查院，2019.皖西阜阳—六安地区1∶25万土地质量地球化学调查综合研究报告[R].。为了进一步查清金寨县富硒土壤分布情况及影响因素，笔者基于2019—2020年在研究区开展的1∶50 000土地质量地球化学调查成果数据，总结分析金寨县富硒土壤的分布情况，并探讨富硒土壤的影响因素，为该地区精准扶贫、农业分区及富硒资源开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

金寨县位于安徽省西部大别山，处于鄂、豫、皖三省交界处，土地面积3 918 km2，是一个集库区、山区、革命老区为一体的国家级扶贫工作重点县。该县素有“八山半水半分田，一分道路和庄园”之称。耕地面积为400.32 km2，占全区面积的10.22%，园地面积为331.23 km2，占全区面积的8.46%，林地面积为2 700.40 km2，占全区面积的68.92%。其境内山峦起伏，地势变化较大，自西南向东北倾斜，地貌类型主要为侵蚀中山、低山和侵蚀剥蚀丘陵及部分堆积剥蚀波状平原和冲积平原。海拔1 000 m以上的山峰有120余座，最高峰为皖鄂边界上的天堂寨，海拔高达1 729.13 m。该地属北亚热带湿润温暖季风性气候区，雨量充沛，多年平均降水量1 409.70 mm，平均气温为15.7 ℃。该区光照充足，年蒸发量为1 190.19 mm，平均无霜期228天，属于季风气候区，主导风向夏季多西南风，冬季多偏北风。该地主要经济作物有水稻、小麦、玉米，特色农作物有茶叶、板栗、油茶、毛竹及中药材等。土壤偏酸性，成土母质类型主要有下蜀黄土、黄土剥蚀沉积物、河流冲积物、紫色岩类风化物、碳酸岩类风化物、泥质岩类风化物、石英岩类风化物、基性结晶岩类风化物、中性结晶岩类风化物、酸性结晶岩类风化物等。土壤类型主要有粗骨土、石灰土、紫色土、棕壤、黄棕壤、潮土、水稻土等。

1.2 样品采集与测试

本次对整个金寨县域开展1∶50 000土地质量地球化学调查评价工作，样品点布置采用1 km×1 km网格叠加图斑的方式，在网格内以耕地优先的原则下，结合地质背景进行布设。本次土壤调查以耕地为主，林地适当部署少量样点。本次采集表层土壤样品6 079 件，采样深度为0～20 cm，耕地采样密度为8.3 件/km2，园地采样密度为4.1 件/km2，林地采样密度为0.30 件/km2。

土壤样品经自然风干、人工磨碎后过10目尼龙筛，称取200 g正样装牛皮纸袋内送至安徽省地质实验研究所进行检测分析，称取450 g副样装塑料瓶内，放入库房留作备用。土壤硒含量采用酸熔-原子荧光光谱法(AFS)进行检测分析。

1.3 质量监控及数据处理

采用重复样品及标准控制物进行质量控制，要求标准样品符合DZ/T 0295—2016《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)的误差要求，内检样品合格率不小于90%。

数据处理采用土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护(应用)子系统、GeoChem Studio1.5.8及WPS2018进行整理与统计分析，剔除异常值后统计地球化学特征参数，采用ArcMap 10.2软件中Kring泛克里格法网格化模型绘制土壤硒元素地球化学图及含量等级评价图。

2 结果与讨论

2.1 土壤硒含量特征

对金寨县6 079 件表层土壤进行统计分析，硒含量为0.040～1.254 mg·kg-1，平均值为0.233 mg·kg-1，标准差为0.110，变异系数为0.473，斜差为0.062，峰态为0.210。各级硒含量的对数分布频率基本符合正态分布(图1)。表层土壤中硒含量平均值高于安徽省江淮流域中的平均值(0.100 mg·kg-1，陈兴仁等，2012)；略低于全国平均值(0.290 mg·kg-1，刘铮，1996)。

图1 金寨县表层土壤硒含量频数分布图Fig.1 Frequency distribution of selenium content in topsoil in Jinzhai county

根据谭见安(1991)对中国土壤硒含量等级划分标准，金寨县表层土壤硒的分布存在不均匀性(表1)，大部分区域以足硒为主，面积比例为64.82%，富硒及边缘次之，面积比为24.75%，极少部分区域存在缺硒情况，面积比例仅为0.89%(本次面积统计扣除了水域和城镇等非评价区)。

表1 金寨县表层土壤硒含量划分界限值Table 1 Boundary values for selenium content in topsoil in Jinzhai county

利用ArcMap 10.2软件中Kring泛克里格法网格化模型绘制金寨县土壤硒元素地球化学图(图2)及金寨县土壤硒元素含量等级评价图(图3)。根据图2和图3可以看出，金寨县表层富硒土壤主要集中在铁冲乡—全军乡—梅山镇—白塔畈乡一带及麻埠镇东部和长岭乡南部等区域，硒适量土壤分布于全县大部分区域，硒缺乏土壤主要分布在人为活动较密切的区域，其他区域零星分布。在土壤硒含量低于0.175 mg·kg-1的区域，可以采取人为干预的措施，给当地的农作物使用含硒肥料，人为补充农作物硒含量，以保障当地居民的身体健康，减少缺硒导致的疾病。

图2 金寨县土壤硒元素地球化学图Fig.2 Geochemistry of selenium in topsoil in Jinzhai county

图3 金寨县土壤硒元素含量等级评价图Fig.3 Assessment map of selenium levels in topsoil in Jinzhai county

2.2 土壤硒含量的影响因素

2.2.1 成土母质

土壤是由成土母质风化而形成的，成土母质的含硒量直接影响土壤硒的含量及分布，且土壤中硒含量与成土母质中硒含量成正比。通过对金寨县成土母质的研究发现，表层土壤中的硒含量与成土母质中的硒含量呈极显著正相关性，紫色岩类风化物中硒的平均值最高(0.280 mg·kg-1)，基性结晶岩类风化物中的硒含量平均值最低(0.053 mg·kg-1)。由于研究区内地形地貌较复杂，局部成土母质中硒含量存在一定的差异性(表2)。

表2 金寨县不同成土母质硒元素富集情况统计表Table 2 Statistical table of Se enrichment in different parent materials in Jinzhai county

2.2.2 土壤pH值、全氮、Fe2O3和有机质

土壤主要是由地形、气候、水系、生物、母质及时间等成土因素共同作用下形成的(王晓杰等，2016；邹勇军等，2019；周强强等，2019)，其理化性质在不同区域具有明显差异，并直接或间接影响土壤中硒的含量。为研究金寨县表层土壤理化性质对硒含量及分布产生的影响，本次利用土地质量地球化学调查与评价数据管理与维护(应用)子系统软件对表层土壤中硒含量与pH值、全氮、Fe2O3和有机质进行相关性分析(表3)。

表3 土壤硒含量与pH值、全氮、Fe2O3和有机质的相关性Table 3 Correlation of soil selenium content with pH, total nitrogen, Fe2O3 and organic matter

结果表明，土壤硒含量与土壤pH值有显著负相关性，相关系数为-0.468。这可能由于pH值升高，硒在土壤中的形态由难溶解的亚硒酸盐(SeO32-)向着易溶解的硒酸态(SeO42-)转化，土壤中的硒易受水淋失而导致含量下降。土壤pH值可以改变土壤中硒的迁移能力，pH值越高，硒流失越严重，土壤中硒的含量越低。土壤硒含量与土壤全氮之间呈显著正相关关系，相关系数为0.389，推测土壤全氮含量高的地区土壤硒浓度也会相对较高。土壤硒含量与Fe2O3含量有极显著正相关关系，相关系数为0.764，可能由于铁氧化物对硒具有较大的吸附作用。同时研究发现Fe2O3与pH之间具有极显著正相关关系，相关系数为0.741，pH=4～6时，铁氧化物对硒的吸附量较大(王秋爽等，2018)，可以推断出pH会影响铁氧化物对硒的吸附能力。

土壤硒含量与有机质含量呈显著正相关性，相关系数为0.392。研究发现有机质作为黏粒时，对硒的吸附固定作用增强，促使土壤中的硒循环加强，进而增加硒的有效性；当有机质作为阴离子时，可能成为硒在土壤传输过程中的屏障，使硒在土壤中富集(李永华等，2002)。因此土壤中硒含量随有机质含量增加而增加。

2.2.3 土壤类型

本次研究区土壤类型分为粗骨土、石灰土、紫色土、棕壤、黄棕壤、潮土、水稻土等7类。通过调查发现，硒在不同土壤类型中分布是不同的，最大值(1.254 mg·kg-1)和最小值(0.040 mg·kg-1)均出现在粗骨土中(表4)。总体上看，研究区内所有土壤类型中硒含量差别不是很大，平均值为0.209 ～0.327 mg·kg-1，大小顺序为潮土>紫色土>水稻土>石灰土>粗骨土>黄棕壤>棕壤，其中潮土的硒含量相对较高，平均值为0.327 mg·kg-1，变异系数为0.501，属于中等变异，棕壤的硒含量相对较低，平均值为0.209 mg·kg-1，变异系数为0.488，属于中等变异。

表4 金寨县不同土壤类型中硒的富集情况统计表Table 4 Statistical table of Se enrichment in different soil types in Jinzhai county

2.2.4 土地利用类型

不同的土地利用方式对土壤中硒含量的影响不同，主要是通过改变土壤肥力和土壤性质来影响土壤中硒含量。本次研究将金寨县土地利用方式分为耕地、园地、林地和草地，并分别统计了这4种土地利用方式中土壤硒的含量(表5)。其中林地土壤硒含量均值最高(0.304 mg·kg-1)；园地的硒含量平均值次之(0.259 mg·kg-1)；草地土壤硒含量平均值为0.216 mg·kg-1；耕地土壤的硒含量均值最少(0.199 mg·kg-1)。通过研究发现，耕地土壤硒含量低，可能与农作物对硒的吸收能力及每年收割处理有关。耕地土壤的硒长期被农作物吸收去除，降低了土壤硒的含量，出现低于草地的现象。园地土壤的硒含量略高于耕地，可能是由于园地所在的区域海拔高于耕地且距母源较近造成的。林地土壤硒含量最大值为1.167 mg·kg-1，平均值最高，这可能与林地受人类干扰影响较小，环境中的硒通过风化、腐殖化、吸收、有机物矿化等作用，逐步向表层土壤累积，因林地植被茂盛，水土流失减少，进而减少了土壤中硒的流失，从而使得土壤硒富集。草地土壤中硒含量略高于耕地，低于园地和林地。植被给土壤提供遮阴的作用，可有效减少土壤中硒的流失，因此推断可能因为草本植物对土地遮阴作用小于乔木及灌木，从而使草地土壤中硒含量流失较多，残留在土壤中的硒较少。

表5 金寨县不同土地利用类型土壤硒含量Table 5 Soil total selenium contents under different land use types in Jinzhai county

2.2.5 海拔

本次采集的土壤样品海拔为47～1 185 m，利用土地质量地球化学调查与数据管理与维护(应用)子系统软件进行海拔与土壤硒含量相关性分析。结果表明，表层土壤硒含量与海拔高度(300 m以上)呈极显著正相关关系，海拔高度对表层土壤硒含量影响较大(表6)。

表6 金寨县不同海拔高度土壤硒含量Table 6 Total selenium contents in soil under different altitudes in Jinzhai county

海拔0～300 m以下土壤硒含量反而比海拔300～600 m的高。推断原因，一是山区海拔较低造成硒含量累积；二是海拔300～600 m的区域以农作物种植为主，可能是农作物对硒元素的吸收，使硒含量降低。总体上看，硒含量随海拔高度增加而增加，推测可能因为海拔的增高，温度降低，有机质分解变慢，表层土壤中的硒通过有机质的影响被吸附和固定，进而减少表层土壤中硒的流失，同时气候变冷，植物生长缓慢，减少了植物对表层土壤中硒的吸收。

3 结论

(1)金寨县土壤硒含量为0.040～1.254 mg·kg-1，平均值为0.233 mg·kg-1，略低于全国平均值(0.290 mg·kg-1)，以硒适量土壤为主，富硒土壤和边缘土壤次之，仅少部分地区为硒缺乏土壤。为了精准扶贫，合理开发富硒土壤，在确保土壤环境安全的条件下，可以考虑加大对富硒土壤的高效开发并推广富硒农产品。

(2)成土母质以紫色岩类风化物中硒的平均值最高(0.280 mg·kg-1)，基性结晶岩类风化物中的硒含量平均值最低(0.053 mg·kg-1)。不同的土壤类型中，最大值(1.254 mg·kg-1)和最小值(0.040 mg·kg-1)均出现在粗骨土中，不同土壤类型中硒含量差别不是很大，平均值为0.209～0.327 mg·kg-1；含硒量大小顺序为潮土>紫色土>水稻土>石灰土>粗骨土>黄棕壤>棕壤。土地利用方式中以林地土壤硒含量均值最高(0.304 mg·kg-1)，园地的硒含量为0.259 mg·kg-1，草地土壤硒含量为0.216 mg·kg-1，耕地土壤的硒含量最少(0.199 mg·kg-1)。

(3)土壤硒含量与pH值呈显著的负相关性，土壤硒含量随pH值降低而增加；与土壤全氮、Fe2O3和有机质含量呈显著正相关性，土壤硒含量随土壤全氮、Fe2O3、有机质含量增加而增加。土壤硒含量与海拔高度(300 m以上)呈极显著正相关关系，土壤中硒含量随海拔高度增加而增加。