林治家，王珍英，胡航，朱澤球，宋江濤

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長(zhǎng)沙 410116）

漣源富硒土壤研究與湖南省富硒土壤分布初探*

林治家*，王珍英，胡航，朱澤球，宋江濤

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長(zhǎng)沙 410116）

在部省合作“湖南省婁邵盆地多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查”項(xiàng)目的資助下，系統(tǒng)地采集測(cè)試了漣源市耕地和園地的表層土壤樣品。調(diào)查發(fā)現(xiàn)該地區(qū)發(fā)育了大量的富硒土壤，富硒土壤的來源主要與震旦系上統(tǒng)—寒武系下統(tǒng)和二疊系中上統(tǒng)的黑色巖系有關(guān)。上述黑色巖系分布區(qū)域的表層土壤具有全區(qū)最高的硒含量，均大于1 mg/kg，部分甚至達(dá)到硒過量的水平。經(jīng)文獻(xiàn)研究和綜合評(píng)價(jià)，推斷黑色巖系風(fēng)化物質(zhì)擴(kuò)散堆積形成的山間盆地是湖南省快速高效的尋找富硒土壤的理想靶區(qū)。

富硒土壤；多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查；婁邵盆地；黑色巖系

土壤中的硒主要來源于地殼物質(zhì)，硒的克拉克值為0.05 ppm。地殼中各種巖石礦物中的硒是土壤中硒的主要天然來源。研究表明，硒在自然環(huán)境中非常活潑，易于遷移，分布很不均勻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上有70%以上的地區(qū)缺硒，中國(guó)有72%的縣市不同程度的缺硒，其中1/3為嚴(yán)重缺硒區(qū)[1]。

近年來，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)各地土壤硒含量及其分布規(guī)律和富硒作物進(jìn)行了研究。湖北恩施漁塘壩號(hào)稱世界硒都，是目前世界發(fā)現(xiàn)的唯一的沉積型獨(dú)立硒礦床。張光弟等[2]、朱建明等[3,4]、馮彩霞等[5]、樊海峰等[6]相繼對(duì)漁塘壩地區(qū)的硒地質(zhì)成因、地球化學(xué)特征、表生地球化學(xué)活動(dòng)性等開展了研究。酈逸根等[7,8]對(duì)浙江富硒土壤資源及土壤中硒賦存形態(tài)進(jìn)行了調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)富硒土壤主要分布于富硒巖石和煤系地層區(qū)；有機(jī)結(jié)合態(tài)硒是富硒紅壤和富硒水稻土中硒的主要賦存形態(tài)。宋明義等[9～11]研究了浙江富硒土壤的成因分類和富硒土壤中的重金屬分布情況，發(fā)現(xiàn)高鎘地質(zhì)環(huán)境下的富硒土壤依舊可以產(chǎn)出綠色富硒農(nóng)產(chǎn)品。王瑋祺等[12]研究了陜西紫陽富硒核心區(qū)土壤中硒的賦存形態(tài)，發(fā)現(xiàn)硫化物/硒化物態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)硒為紫陽富硒核心區(qū)周邊土壤中硒的主要賦存形態(tài)，可交換態(tài)在水稻土中含量也很高，水稻土的有機(jī)結(jié)合態(tài)遠(yuǎn)高于旱地土，旱地土的硫化物/硒化物態(tài)硒是水稻土的3.64倍。李娟等[13]研究了貴州開陽地區(qū)富硒土壤的地球化學(xué)特征。任海利等[14,15]研究確定了貴州開陽地區(qū)的主要富硒地層及其沉積環(huán)境，并發(fā)現(xiàn)風(fēng)化土壤元素地球化學(xué)特征具有對(duì)基巖的繼承和風(fēng)化富集的雙重特征。

湖南土壤中硒的有關(guān)研究始于20世紀(jì)80年代的“湖南土壤背景值研究”項(xiàng)目[16]。該項(xiàng)目實(shí)施過程中，全省共布置了430個(gè)土壤剖面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)湖南表層土壤平均含硒0.27 mg/kg，其中山地草甸土（0.62）＞山地黃棕壤（0.53）＞紅壤=石灰土（0.30）＞黃壤（0.27）＞水稻土（0.22）＞紫色土（0.17）＞潮土（0.14）（單位為mg/kg）。并且母巖對(duì)土壤硒含量影響較大，以紅壤為例，土壤中硒按母質(zhì)的順序是：玄武巖（0.46）＞砂頁巖（0.37）＞石灰?guī)r（0.35）＞花崗巖（0.29）＞第四紀(jì)紅色粘土=板頁巖（0.25）（單位均為mg/kg）[16]。

由于上述研究采樣量太少，研究結(jié)果與實(shí)際情況存在較大出入。大規(guī)模的富硒土壤調(diào)查研究在2003年開始的洞庭湖地區(qū)多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查才正式成型，隨后在衡陽盆地、湘江流域南部等多個(gè)地區(qū)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了大量的富硒土壤，并促使新田縣脫穎而出成為全國(guó)富硒土壤開發(fā)的典型[17]。

婁邵盆地是湖南省三大產(chǎn)糧區(qū)之一，區(qū)內(nèi)多數(shù)縣市還屬于貧困縣。從地質(zhì)背景看，婁邵盆地分布有其它地區(qū)發(fā)現(xiàn)過的富硒地層，具備發(fā)育大面積富硒土壤的潛力。

1 研究數(shù)據(jù)來源

本研究采用的基本數(shù)據(jù)資料來源于2014～ 2015年完成的中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局與湖南省共同資助的地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目“湖南省婁邵盆地多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查”。該項(xiàng)目采用1∶50000比例尺，在項(xiàng)目所在縣的耕地和園地系統(tǒng)采集表層土壤樣品。所有樣品采用竹制采樣工具采集，風(fēng)干，用尼龍篩過篩，最后裝牛皮紙袋送交實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，副樣采用聚乙烯塑料瓶保存，盡最大可能避免外源重金屬污染。

所有樣品送到湖南省地質(zhì)測(cè)試研究院完成測(cè)試，共測(cè)試了pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、B、Mo、Mn、Zn、Cu、Se、Co、Cd、Pb、Cr、Ni、Hg、As、V等22項(xiàng)指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

漣源市共采集測(cè)試了6168個(gè)表層土壤樣品，硒含量范圍為0.06～12.04 mg/kg，算術(shù)平均值為0.73 mg/kg，中位數(shù)0.61 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差0.61 mg/ kg，變異系數(shù)83.56%。漣源市與相關(guān)富硒地區(qū)土壤硒含量的比較見表1。從表1可以看出，與國(guó)內(nèi)最有名的幾個(gè)富硒地區(qū)相比，漣源市表層土壤的硒含量也相對(duì)較高，并明顯高于全國(guó)大部分地區(qū)的平均含量。

表1 漣源市與其它地區(qū)土壤中硒含量的比較Table 1 Selenium content comparison between Lianyuan and the rest area

2.1 漣源市表層土壤富硒性評(píng)價(jià)

按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/ T 0295-2016）制定的評(píng)價(jià)等級(jí)，對(duì)漣源市耕地和園地的表層土壤硒含量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。以采樣點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)，漣源市表層土壤達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)的占總采樣點(diǎn)數(shù)的88.41%，硒適量的點(diǎn)數(shù)比例占10.20%，可見漣源市耕地和園地整體的富硒程度很好。

2.2 硒地球化學(xué)圖與地質(zhì)背景

表2 漣源市富硒土壤評(píng)價(jià)Table 2 Evaluation of selenium-rich soil in Lianyuan county

圖1是漣源市硒元素地球化學(xué)圖，圖2是漣源市地質(zhì)圖。從圖中可以看出，硒元素含量與地質(zhì)背景密切相關(guān)，高硒含量土壤的分布與某些地層的展布吻合。

圖1 漣源市Se元素地球化學(xué)圖Fig.1 Se geochemical map in Lianyuan

2.3 不同土壤類型的硒含量

不同土壤類型的硒含量見圖3。水稻土含量最高，其次是紅壤，紫色土與石灰?guī)r土含量最低。漣源市分布面積最廣的土壤類型是水稻土和紅壤，圖4和圖5分別展示了紅壤和水稻土不同土屬的硒含量。

圖4得知，耕型板頁巖紅壤和砂泥質(zhì)紅壤的硒含量最高，耕型第四紀(jì)紅土紅壤和耕型石灰?guī)r黃紅壤的硒含量最低。圖5得知，白鱔泥、黃泥田、紫泥田和淺黃泥的硒含量最高，淺灰泥田、礦毒田和淺黃砂泥田的硒含量最低。

圖2 漣源市地質(zhì)圖1.第四系；2.白堊系；3.三疊系；4.二疊系上統(tǒng)；5.二疊系中統(tǒng)；6.二疊系下統(tǒng)；7.石炭系；8.泥盆系；9.寒武系；10.震旦系；11.南華系Fig.2 Generalized geological map of the Lianyuan1.Quaternary; 2.Cretaceous; 3.Triassic; 4.Upper Permian; 5.Middle Permian; 6.Lower Permian; 7.Carbonic; 8.Devonian; 9.Cambrian; 10.Sinian; 11.Nanhua System

圖3 漣源市不同土壤類型的硒含量統(tǒng)計(jì)Fig.3 Selenium content in various soil types in Lianyuan

2.4 硒的來源探討

圖4 漣源市不同紅壤土屬的硒含量統(tǒng)計(jì)Fig.4 Selenium content in various soil genus of red soil in Lianyuan

圖5 漣源市不同水稻土土屬的硒含量統(tǒng)計(jì)Fig.5 Selenium content in various soil genus of paddy soil in Lianyuan

從前文得知，漣源市表層土壤中硒元素含量與地質(zhì)背景密切相關(guān)，圖6展示了漣源市各個(gè)地層區(qū)表層土壤硒的含量，地層展布從下往上是從老到新。由于地質(zhì)歷史時(shí)期的剝蝕導(dǎo)致本區(qū)缺失志留紀(jì)地層。從圖中可以看出，整個(gè)地質(zhì)歷史上出現(xiàn)了兩個(gè)富硒高峰，一個(gè)是晚震旦世—早寒武世的留茶坡組、牛蹄塘組和污泥塘組，其中留茶坡組的巖性為硅質(zhì)巖、條帶狀硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)板巖，牛蹄塘組的巖性為黑色頁巖夾薄層硅質(zhì)巖、含碳質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖，污泥塘組的巖性為頁巖夾石英粉砂巖、泥晶灰?guī)r。這個(gè)與溫漢捷等[21,22]在湖北漁塘壩（下寒武統(tǒng)水井沱組）、湘西北天門山（下寒武統(tǒng)牛蹄塘組）、陜西紫陽（下寒武統(tǒng)魯家坪組和剪竹壩組）、湘黔地區(qū)（下寒武統(tǒng)留茶坡組、九門沖組）、西秦嶺南亞帶（下寒武統(tǒng)牙相組、希格組和拉爾瑪組）完成的研究結(jié)果相一致。硒的來源于與硅質(zhì)巖密切相關(guān)，硒的富集則與地層中高有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)。此外，宋明義[23]在浙江、雒昆利和姜繼圣[24]陜西、任海利和楊瑞東[15]在貴州完成的研究同樣發(fā)現(xiàn)早古生代地層中明顯的富集硒元素。

另一個(gè)富硒高峰是二疊紀(jì)小江邊組、茅口組、龍?zhí)督M、吳家坪組和大隆組。其中小江邊組巖性主要為鈣質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r，茅口組巖性主要為含泥質(zhì)灰?guī)r、含泥質(zhì)云質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r，龍?zhí)督M巖性主要為砂質(zhì)泥巖、粘土巖、粉砂質(zhì)巖夾細(xì)砂巖、含煤，吳家坪組巖性主要為灰質(zhì)、硅質(zhì)灰?guī)r與灰?guī)r，大隆組巖性主要為硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)灰?guī)r。這一結(jié)果與雒昆利等[25]在我國(guó)西南地區(qū)、牛志軍等[26]在湖北建始、溫漢捷等[27]在湖北漁塘壩、朱建明等[28～32]在湖北漁塘壩完成的研究結(jié)果一致。

以上結(jié)果與圖3至圖5中不同土壤類型和土屬中的硒含量分布結(jié)果是一致的，即灰?guī)r并不是通常認(rèn)為的本區(qū)最富硒的成土母質(zhì)。泥頁巖、板巖、硅質(zhì)巖等才是最富硒的成土母質(zhì)，這些成土母質(zhì)風(fēng)化后形成的土壤通常為耕型板頁巖紅壤、砂土質(zhì)黃紅壤、黃泥田、淺黃泥田等。

圖6 漣源市不同地層區(qū)表層土壤硒含量Fig.6 Selenium content in top soils of various strata in Lianyuan

對(duì)分布樣品數(shù)量大于30的富硒土壤所在地層繪制了按含量分布的直方圖（圖7）。

圖7 不同地層區(qū)表層土壤硒含量分布Fig.7 Selenium content histogram in selenium-rich stratas

從圖7可以看出，硒均值較高樣品在大隆組、龍?zhí)督M、吳家坪組和茅口組呈現(xiàn)明顯的雙峰或偏態(tài)分布（據(jù)未發(fā)表數(shù)據(jù)，其它地層區(qū)土壤樣品的硒含量呈正態(tài)分布）。這種結(jié)果說明這些地區(qū)土壤中的硒有多個(gè)來源，或者說該成土母質(zhì)中不同組分的硒含量差別很大。這點(diǎn)與前人的研究結(jié)果相似，如張光弟等[2]發(fā)現(xiàn)恩施地區(qū)硅質(zhì)炭質(zhì)頁巖的硒含量最高，其次是含炭硅質(zhì)頁巖，硅質(zhì)白云巖硒含量最低。任海利等[33]在貴州開陽地區(qū)同樣發(fā)現(xiàn)高炭頁巖硒含量最高，炭質(zhì)泥巖、白云巖等次之。雒昆利和姜繼圣[24]在陜西紫陽的研究同樣發(fā)現(xiàn)黑色含炭硅質(zhì)頁巖比灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、板巖等的硒含量更高。

3 湖南省富硒地質(zhì)單元與富硒土壤分布

基于文獻(xiàn)綜合研究和漣源市的實(shí)際調(diào)查成果，有理由認(rèn)為湖南省震旦—寒武的留茶坡組、牛蹄塘組、污泥塘組與二疊紀(jì)小江邊組、茅口組、龍?zhí)督M、吳家坪組和大隆組等富硒地層分布區(qū)是非常有潛力的富硒土壤分布區(qū)域。圖8展示了上述地層在湖南省地質(zhì)圖中的分布。

從前文分析看，高硒含量與硅質(zhì)巖密切相關(guān)，而硅質(zhì)巖相對(duì)其它巖石組分更耐風(fēng)化，最終形成相對(duì)較高的地形地貌。將湖南省晚震旦世—早寒武世的留茶坡組、牛蹄塘組、污泥塘組與二疊紀(jì)小江邊組、茅口組、龍?zhí)督M、吳家坪組、大隆組等高硒地層分布區(qū)疊加到地形圖上，可以明顯的看出大部分富硒地層的分布與高地形密切吻合（圖9）。

圖8 湖南省富硒地層分布1.富硒地層；2.其他地層Fig.8 Distribution of selenium-rich strata in Hunan1.Selenium-rich strata; 2.Other strata

圖9 湖南省富硒地層與地形疊加圖Fig.9 Superposition of selenium-rich strata and topographic map of Hunan

硒元素主要來源于地殼的風(fēng)化，在富硒地層分布區(qū)的表層土壤具有天然富硒的特征。從圖8和圖9可以看出，富硒地層的分布與地層巖性特征及地形特征密切吻合，而較高地形的地層風(fēng)化物質(zhì)擴(kuò)散后在地勢(shì)較低處堆積形成區(qū)域性分布的富硒土壤。湖南省特殊的地質(zhì)背景和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)歷史形成了大量的褶皺，富硒地層獨(dú)特的巖性特征使得自身在經(jīng)歷風(fēng)化作用后形成山脈，而山間盆地正是富硒土壤集中分布的區(qū)域，也是湖南省下一步快速高效尋找富硒土壤資源的理想靶區(qū)。

4 結(jié)論

（1）漣源市富硒土壤的分布與黑色巖系的分布密切相關(guān)，其中硅質(zhì)巖組分是最富硒的成土母質(zhì)。

（2）水田和水澆地土壤中的硒含量明顯高于茶園、果園和旱地土壤。

（3）不同土壤類型的硒含量特征是：水稻土＞紅壤＞紫色土＞石灰?guī)r土。水稻土和紅壤中與黑色巖系成土母質(zhì)密切相關(guān)的耕型板頁巖紅壤、砂泥質(zhì)紅壤、白鱔泥、黃泥田、紫泥田和淺黃泥等土屬的硒含量最高。

（4）湖南省高硒含量的地層一般分布在地勢(shì)相對(duì)較高處，風(fēng)化物質(zhì)堆積形成的山間盆地是快速高效的尋找富硒土壤的理想靶區(qū)。

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Selenium-rich Soil Research in Lianyuan County and Preliminary Study for Distribution of Selenium-rich Soil in Hunan

Lin Zhijia, Wang Zhenying, Hu Hang, Zhu Zeqiu, Song Jiangtao
(Hunan Institute of Geological Survey, Changsha Hunan 410116)

Top soil samples of Lianyuan farmland and garden plot were calculated when multi-purpose geochemical survey project of Loushao basin executing.Based on testing results, it can be concluded that, existing so many selenium-rich soils which derived from weathering of black rock series in upper Sinian System-lower Cambrian and upper Permian.And the average selenium content of top soils in these selenium-rich strata more than 1 mg/kg, even selenium excess on some samples.Results of literature research and comprehensive research make clear the selenium-rich characteristics of the intermountain basin which compiled weathering products of the above selenium-rich strata, and a preliminary study of distribution of selenium-rich strata and soils in Hunan was completed.

selenium-rich soils; multi-purpose geochemical survey; Loushao basin; black rock series

P618.76

A

1672-5603（2016）04-050-6

*中國(guó)地質(zhì)調(diào)查 “湖南省婁邵盆地多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查（12120114062701）”項(xiàng)目資助。

*第一作者簡(jiǎn)介 林治家，男，1980年生，研究方向：環(huán)境地球化學(xué)、農(nóng)業(yè)與環(huán)境地質(zhì)。E-mail: 9672935@qq.com

2016-10-16；改回日期：2016-11-16。