鄭雄偉， 洪 波， 張元培， 徐景銀， 鄭國權(quán)， 羅軍強(qiáng)， 王 珊，吳 穎， 王成姣， 白 洋， 魏凌霄， 胡 青

(1.湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊，湖北 武漢 430056； 2.洪湖市自然資源和規(guī)劃局，湖北 洪湖 433200；3.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢 430034)

硒土壤是環(huán)境中重要的生命元素，世界范圍內(nèi)的土壤和植物缺硒已導(dǎo)致 40 多種人畜疾病。硒的化學(xué)性質(zhì)活潑，缺硒和硒過量將引起生物及人體的不良反應(yīng)。硒主要來源于土壤[1-4]，據(jù)調(diào)查，中國2/3地區(qū)為國際公認(rèn)的缺硒地區(qū)，其中1/3地區(qū)為嚴(yán)重缺硒地區(qū)。潛江市于2004年開展的1∶25萬多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，潛江市表層土壤硒含量較高，面積較大，但數(shù)據(jù)密度不夠，進(jìn)一步深入調(diào)查研究是開發(fā)利用潛江市土壤硒資源的關(guān)鍵。筆者以《湖北省潛江市土地質(zhì)量地球化學(xué)(一期)》工作項目為支撐，從土壤類型、土地利用方式以及土壤理化性質(zhì)等3個方面對土壤硒元素分布規(guī)律及影響因素進(jìn)行深入研究，以期為科學(xué)規(guī)劃潛江市土地資源，合理開發(fā)富硒特色農(nóng)產(chǎn)品提供理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于潛江市北部，工作面積約476 km2，包括高石碑鎮(zhèn)、王場鎮(zhèn)、積玉口鎮(zhèn)及周磯辦事處、高場辦事處，廣華辦事處6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。研究區(qū)全部為第四紀(jì)地層所覆蓋，主要出露全新統(tǒng)郭河組，底界面深度及厚度變化大，北部為漢江沖積帶，厚度多在5～10 m，巖性上部顏色較淺，為灰、灰黃色、棕黃色粉細(xì)砂、粉土、粉質(zhì)粘土；南部為低平原條件下的沖積、沖積—湖積堆積物，在積玉口低洼區(qū)出現(xiàn)有由褐黃色，褐色粉質(zhì)粘土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及草炭層組成沖湖積相。

研究區(qū)土壤類型主要為灰潮土類，土類面積301.64 km2，占土地總面積的61.5%，主要分布在區(qū)內(nèi)北部漢江及東荊河沿江一帶。水稻土土類面積185.89 km2，占土地總面積的37.68%，主要分布在積玉口鎮(zhèn)和周磯辦事處南部等地區(qū)(圖1)。

2 樣品處理及分析方法

本次研究采樣基于1∶50 000土地質(zhì)量地球化學(xué)評價，其中表層土壤樣共2 496件，采樣密度為5.24件/km2。土壤樣品的分析測試任務(wù)由武漢巖礦測試中心承擔(dān)，驗收合格后的樣品交碎樣間進(jìn)行試樣加工。

樣品制備方案如下：土壤樣品(20目)經(jīng)混勻后，取30 g樣品裝袋用作pH分析，另取80 g左右樣品用無污染的行星球磨機(jī)粉碎至-200目粒度，剩余試樣留作粗副樣裝原袋保存；礦物成分分析樣品采用剛玉質(zhì)顎板的顎式破碎機(jī)，反復(fù)破碎至粒度為20目，過尼龍篩后，經(jīng)混勻、縮分分出80 g樣品，用無污染的行星球磨機(jī)全部粉碎至-0.074 mm(200目篩)，剩余試樣留作粗副樣裝原袋保存。潮濕的樣品在加工前于45 ℃以下的烘箱中烘干后再用行星球磨機(jī)粉碎。從加工后的試樣中分取30 g試樣裝玻璃瓶于45 ℃烘箱中，烘2 h后送原子熒光組做As、Hg、Se等元素的取樣分析，剩余試樣裝玻璃瓶經(jīng)105 ℃烘2 h用作其它流程元素的取樣分析。碎樣過程中有專人核對，確保無錯樣以及樣品加工質(zhì)量。分析測試過程中的質(zhì)量控制嚴(yán)格按照中國地質(zhì)調(diào)查局《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250 000)》[DD2005—01]執(zhí)行。在進(jìn)行報出率統(tǒng)計時，將低于分析方法檢出限的數(shù)據(jù)視為未報出，將低于方法檢出限的儀器實測數(shù)據(jù)報出，29項元素或指標(biāo)的總報出率為100%[5-8]。

圖1 研究區(qū)土壤類型分布圖Fig.1 Distribution map of soil types in the study area1.砂土型灰潮土；2.壤土型灰潮土；3.淺潮土田；4.黃棕壤性第四紀(jì)粘土泥田；5.潮土田；6.灰潮土田；7.灰青泥田；8.爛泥田。

3 研究區(qū)土壤中硒分布特征

3.1 Se地球化學(xué)分布特征

依據(jù)研究區(qū)1∶50 000土壤地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果，達(dá)到中硒—富硒水平(土壤Se 0.175～3.0 mg/kg)的土壤面積約為271.06 km2，約占整個研究區(qū)面積的55.53%；全區(qū)只有一個采樣點的硒含量達(dá)到硒極高(Se≥3.0 mg/kg)的標(biāo)準(zhǔn)；土壤硒含量呈缺乏狀態(tài)(Se≤0.125 mg/kg)的面積約為85.82 km2，約占研究區(qū)面積的17.58%(表1)。

表1 研究區(qū)土壤Se含量參數(shù)表Table 1 Soil Se content parameter table in study area

注：單位為mg/kg。

3.2 不同土壤類型硒含量特征

研究區(qū)采集的土壤樣主要集中在淺黃棕壤性粘土泥田、淺灰潮土田、黃棕壤性粘土泥田、灰潮土田、潮土田、青泥田、灰青泥田、爛泥田、砂土型灰潮土、壤土型灰潮土和粘土型灰潮土(表2)。

表2 研究區(qū)不同土壤類型中Se含量地球化學(xué)特征Table 2 Geochemical characteristics of Se contentin different soil types in the study area

研究區(qū)內(nèi)絕大部分樣品都屬于中硒—富硒(土壤Se 0.175～3.0 mg/kg)的級別，黃棕壤性粘土泥田中的土壤樣硒平均含量較低為0.24 mg/kg，其余土壤類型中的樣品硒平均含量差別不大。將每種土壤類型中的硒含量>0.4 mg/kg的樣品數(shù)量分別作出統(tǒng)計，并求其所占的百分比，統(tǒng)計結(jié)果顯示，在水稻土中灰青泥田和爛泥田中硒含量>0.4 mg/kg的樣品數(shù)量所占百分比較其他類型土壤明顯偏高，分別為38.5%、25.5%，黃棕壤性粘土泥田最低，僅為1.2%，灰潮土田和淺灰潮土田均為9.3%介于前兩者之間；在灰潮土中從砂土型灰潮土到壤土型灰潮土到粘土型灰潮土硒含量>0.4 mg/kg的樣品的數(shù)量所占百分比依次升高。

通過上述統(tǒng)計，硒含量>0.4 mg/kg的土壤樣品的分布顯示出一定的規(guī)律性，無論是在水稻土或者是潮土中，隨著土壤顆粒粒度的變小，硒含量>0.4 mg/kg的樣品所占的比例就越高，說明土壤中的硒含量與土壤中粘粒的含量有關(guān)。

3.3 不同土地利用硒含量特征

研究區(qū)內(nèi)各土地利用中硒平均含量并無明顯差別，硒含量>0.4 mg/kg的土壤樣品中，在灘涂區(qū)的硒含量明顯偏低(表3)，在城鎮(zhèn)區(qū)的比例相對較高，從硒地球化學(xué)圖可見(圖2)，硒在城區(qū)多呈點狀分布，說明城鎮(zhèn)區(qū)受人類活動的影響造成硒局部富集。

表3 研究區(qū)不同土地利用中Se含量地球化學(xué)特征Table 3 Geochemical characteristics of Se contentin different land use in the study area

4 土壤中硒受控因素分析

4.1 全量Se相關(guān)性統(tǒng)計

按照相關(guān)系數(shù)值分為強(qiáng)相關(guān)、中強(qiáng)相關(guān)、中等相關(guān)、弱相關(guān)、不相關(guān)、負(fù)相關(guān)6個級別，各元素在研究區(qū)顯示出基本相關(guān)特性(表4)。

圖2 研究區(qū)土壤硒地球化學(xué)圖Fig.2 Soil selenium geochemical map in the study area

表4 土壤Se回歸方程一覽表Table 4 Soil Se regression equation list

(1)強(qiáng)相關(guān)的元素(r≥0.8):無。

(2)中強(qiáng)相關(guān)的元素(r=0.6～0.8)：Org.C。

(3)中等相關(guān)的元素(r=0.4～0.6)：Zn、Cd、Mo、Pb、Cu、N、Hg、S。

(4)弱相關(guān)元素(r=0.2～0.4)：K2O、Ni、Cr、TFe2O3、F、Co、MgO、P、As、Mn、Ge。

(5)不相關(guān)元素(r=-0.2～0.2)：I、Sr、B、CaO、Cl。

(6)負(fù)相關(guān)元素(r=<-0.2)：SiO2、Na2O。

上述統(tǒng)計結(jié)果，反映出土體內(nèi)各元素間關(guān)系復(fù)雜，按照擬合程度比較，硒與許多種元素呈現(xiàn)出中弱的相關(guān)關(guān)系，主要分為兩大類：①與碳、Org.C、S、N、K等具正相關(guān)，這種相關(guān)組合表明了硒在表土環(huán)境下具有生物學(xué)富集的因素，當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)豐富的情況下也促使硒的富集；②與硒存在顯著相關(guān)的元素有Zn、Cd、Mo、Pb、Cu、Hg、S、Ni、Cr等，這種元素相關(guān)組合屬于黑色巖系標(biāo)志性組合，反映了沖積帶硒的來源，由此認(rèn)為，硒與鎘具有共同物源特點，硒的適度富集，應(yīng)起因于來自上游富硒的黑色碳硅質(zhì)巖系風(fēng)化搬運沉積所致。

4.2 Se與pH值的相關(guān)性

硒與pH值具有較好的相關(guān)性，pH值<6.5時，硒含量明顯偏低；pH值介于6.5～8.0時，硒含量明顯升高并達(dá)到峰值；pH達(dá)到8.0以上，硒含量明顯呈下降趨勢，表明了硒元素在堿性土中的富集的特性。這一事實表明，酸堿度對土壤元素的影響是有一個尺度的，當(dāng)土壤堿性(pH>8.5)或酸性(pH<5.5)，都對土壤元素的活性造成抑制效應(yīng)，只有在土壤酸堿度適宜(pH5.5～8.5)的范圍內(nèi)，土壤養(yǎng)分才能達(dá)到最為充足狀態(tài)(圖3)。

圖3 土壤Se含量與pH關(guān)系圖Fig.3 Relationship between soil Se content and pH

4.3 土壤硒含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系

土壤硒含量與有機(jī)質(zhì)含量成正相關(guān)，可見在研究區(qū)土壤總硒含量高低與土壤有機(jī)質(zhì)的含量有非常密切的關(guān)系，由于在研究區(qū)很少有人為施有機(jī)肥的情況，所以該結(jié)果能夠較好的反應(yīng)土壤自身有機(jī)質(zhì)含量對土壤總硒含量的控制(圖4)。

圖4 土壤Se含量與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系圖Fig.4 Relationship between soil Se content and organic matter content

4.4 土壤硒含量與土壤SiO2含量的關(guān)系

土壤總硒含量與SiO2含量之間呈比較明顯的負(fù)相關(guān)(圖5)。

圖5 土壤總Se含量與土壤SiO2含量之間的關(guān)系Fig.5 Relationship between total Se content and SiO2 content in soil

4.5 土壤總Se含量、SiO2、Org.C含量與土壤pH空間分布特征

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在SiO2含量高的地區(qū)，土壤中總硒的含量相對較低，而有機(jī)質(zhì)含量高的地區(qū)，土壤總硒含量相對較高。但是有一個地區(qū)例外，即積玉口行政區(qū)的最西南端，該區(qū)的土壤類型主要為黃棕壤性粘土泥田，并且土壤有機(jī)質(zhì)含量和SiO2含量也相對較高，但是土壤總硒含量卻相對較低(圖6)。

研究表明土壤中的SiO2含量高低可以指示土壤的淋濾程度，土壤SiO2含量越高則說明土壤受淋濾的程度越高，則更加容易導(dǎo)致土壤硒元素的淋失；而土壤中的有機(jī)質(zhì)則對土壤中硒具有較強(qiáng)的吸附作用，在積玉口行政區(qū)的西南部地區(qū)的低總硒含量地區(qū)土壤有一個非常明顯的特征，即土壤pH值較全區(qū)明顯偏低，普遍在5～6.5，且全區(qū)湖泊眾多。因此雖然該區(qū)土壤具有相對較高的有機(jī)質(zhì)含量，但是由于土壤pH值偏低，導(dǎo)致硒等元素在土壤中的活動性增大，從而使得土壤在被淋濾的過程中丟失了大量的硒，并最終導(dǎo)致土壤硒含量較全區(qū)偏低[9-12]。

5 結(jié)論

潛江市1∶50 000表層土壤硒含量0.08～4.04 mg/kg,平均值為0.316 mg/kg,是全國土壤硒含量的1.58倍。中硒—富硒水平(土壤Se 0.175～3.0 mg/kg)土壤面積占研究區(qū)面積的55.53%。當(dāng)土壤堿性(pH>8.5)或酸性(pH<5.5)，都對土壤元素的活性造成抑制效應(yīng)，只有在土壤酸堿度適宜(pH5.5～8.5)的范圍內(nèi)，土壤養(yǎng)分才能達(dá)到最為充足狀態(tài)。該區(qū)土壤具有相對較高的有機(jī)質(zhì)含量，但是由于土壤pH值偏低，導(dǎo)致硒等元素在土壤中的活動性增大，從而使得土壤在被淋濾的過程中丟失了大量的硒，并最終導(dǎo)致土壤硒含量較全區(qū)偏低。

圖6 土壤pH、SiO2、Org.C、Se含量四種指標(biāo)空間分布特征Fig.6 Spatial distribution characteristics of soil pH,SiO2,Org.C and Se contents