浙西常山地区富硒土壤特征及成因分析
Characteristics and genetic analysis of selenium-rich soil in Changshan County, western Zhejiang Province
责任编辑: 蒋实
收稿日期: 2018-11-13 修回日期: 2019-01-23 网络出版日期: 2019-06-20
基金资助: |
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Received: 2018-11-13 Revised: 2019-01-23 Online: 2019-06-20
作者简介 About authors
刘道荣(1982-),男,高级工程师,工程硕士,主要从事矿产地质、农业地质调查研究工作。Email:liudaorong0@163.com 。
通过浙西常山地区表层土壤的调查研究,发现大面积富硒土壤,总结了该地区表层土壤硒含量分布特征。研究区内表层土壤硒含量均值为0.44×10 -6;不同土壤类型硒含量差异较大,其中石灰(岩)土土类硒含量最高,平均值为0.58×10 -6;不同母质条件形成的土壤硒含量差异较明显,全新世洪冲积物形成的土壤硒含量最高,平均值为0.59×10 -6。概率累积曲线表明,常山地区外源输入组分对土壤硒的影响小。土壤硒含量与V、Mo、Ni、Cr、S、Cu、Cd等含量呈显著正相关性(P<0.01),与有机质关系密切(r=0.35),而与土壤pH相关性不明显。西阳山组泥灰岩、荷塘组炭质页岩、硅质岩及宁国组炭质页岩等岩石硒含量较高。土壤硒继承了岩石硒,硒含量高的岩石分布面积广是形成富硒土壤的重要原因。
关键词:
Through the investigation and study of surface soil in Changshan County, western Zhejiang Province, a large area of selenium-rich soil was found, and the distribution characteristics of selenium were summarized. The mean amount of selenium in the surface soil in the study area is 0.44×10 -6, and different soil types obviously have different amounts of selenium. The amount of soil selenium of the lime (rock) soil is the highest, with the average value being 0.58×10 -6, and different parent materials obviously have different amounts of selenium. The amount of soil selenium content in Holocene flood alluvium is the highest, with the average value being 0.59×10 -6. The probability accumulation curve shows that the exogenous input components in Changshan have little effect on soil selenium. The amount of soil selenium is closely related to the values of V, Mo, Ni, Cr, S,Cu and Cd (P<0.01), and is also closely related to organic matter (r=0.35), with no significant correlation with soil pH. The selenium values of marlstone in Xiyangshan Formation, carbonaceous shale and siliceous rock in Hetang Formation and carbonaceous shale in Ningguo Formation are relatively high. Selenium in soil inherits selenium in rocks. The wide distribution of selenium-rich rocks is the important reason for the formation of selenium-rich soils.
Keywords:
本文引用格式
刘道荣, 徐虹, 周漪, 侯建国, 宋元青, 翁雍蓉.
LIU Dao-Rong, XU Hong, ZHOU Yi, HOU Jian-Guo, SONG Yuan-Qing, WENG Yong-Rong.
0 引言
硒(Se)是人体必需的微量元素之一,具有抗癌防癌,抗氧化,提高免疫功能,促进机体基础代谢,拮抗砷、镉、汞等的毒性等作用,享有“抗癌之王”之称[1,2,3]。中国土壤硒含量分布十分不均衡,西北地区土壤硒含量为0.19×10-6,中部低硒带为0.13×10-6,东南沿海为0.23×10-6,总体硒含量较低,由EN向WS直至西藏高原构成一条缺硒带,缺硒省份有22个,约占全国总面积的72%,其中30%为严重缺硒地区[4]。不同地区土壤硒含量高低,直接影响到该地区食物中的硒含量,进而影响人体硒的摄入量[5]。缺硒地区居民膳食中硒摄入量不足,已成为“隐形饥饿”问题。因此,利用富硒土壤开发天然富硒农产品,具有重要意义。
2018年浙江省县级土地质量地质调查工程实施以来,笔者在常山县发现大面积天然富硒(w(Se)>0.40×10-6)土壤。本文依托常山县土地质量地质调查项目,通过开展常山地区土壤硒地球化学研究,探讨富硒土壤成因,为富硒土壤资源开发利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
常山县地处浙西山地丘陵区,位于赣、皖、闽、浙四省交界处,面积1 097.1 km2,其中耕地面积约158 km2,地貌类型以丘陵、山地为主,局部为侵蚀堆积岗地及河谷平原。区内主要出露新元古界—中生界地层,岩性以碳酸盐岩、陆源碎屑岩、硅质岩及凝灰岩为主;侵入岩主要为花岗岩类,分布范围较小。成土母质类型以石灰性紫泥岩类风化物、砂(砾)岩类风化物、碳酸盐岩类风化物、砂泥岩互层岩类风化物及洪冲积物为主,土壤质地以砂质黏土为主。主要农业种植为水稻、油菜、蔬菜、茶叶、胡柚及油茶等。
1.2 样品采集与处理
土壤采样点一般布设于水田、旱地中,采样密度约为9件/km2,由5个子样坑0~20 cm表层土壤组合而成,全县范围内共计采集表层土壤样品1 925件(含38件重复样)。分析指标有有机质、重金属、全量硒、pH值等。全量硒测试由华北有色地质勘查局燕郊中心实验室采用氢化物发生—原子荧光光谱法(HG-AFS)完成,测试时,插入重复样与标准样进行质量监控。经检查,所有样品报出率为100%,准确度和精密度监控样合格率100%,重复样合格率100%,达到《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295-2016)的要求,数据可靠。岩石样品采自具代表性的地层、岩体出露区新鲜基岩,小范围内(一般10 m范围内)多点组合而成,共采集了39件岩石样,由中化地质矿山总局多目标生态地球化学调查实验室采用氢化物发生—原子荧光光谱法(HG-AFS)测定样品中的硒,检出限为0.01×10-6。
2 常山富硒土壤特征
2.1 土壤硒含量特征
表1 常山县表层土壤全量硒含量特征
Table 1
原始样 品数/件 | w(Se)/10-6 | 统计样 品数/件 | w(Se)/10-6 | 标准 离差 | 变异系数 /% | 浙江省 平均值/10-6 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
极大值 | 极小值 | 平均值 | 极大值 | 极小值 | 平均值 | |||||
1887 | 8.19 | 0.03 | 0.49 | 1791 | 0.87 | 0.03 | 0.44 | 0.15 | 33.43 | 0.29 |
图1
图1
常山县表层土壤硒含量频数分布
Fig.1
Frequency of the content of selenium in surface soil of Changshan County
2.2 表层土壤硒的空间分布
以0.125×10-6、0.175×10-6、0.40×10-6的硒含量为界线,对常山县表层土壤样品进行等值线作图(图2),结果显示,硒含量分布呈现“二富硒带夹一正常硒带,局部小范围低硒”的特点。富硒土壤总体呈NE条带状分布,主要在常山北西辉埠镇—芳村镇及南东白石镇—天马镇—招贤镇两区中。正常硒带(0.175×10-6~0.40×10-6)位于常山县中部同弓、东案及北东部新桥等地。低硒区呈点状零星分布于何家乡及天马镇北西部。
图2
图2
常山表层土壤硒含量空间分布
Fig.2
The space distribution map of selenium in surface soil of Changshan County
2.3 不同土类硒含量特征
表2 常山地区不同土类硒含量统计
Table 2
土类 | 样品数/件 | 统计样品 数/件 | w(Se)/ 10-6 | 标准离差 | 变异系数/% | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
极大值 | 极小值 | 平均值 | |||||
石灰(岩)土 | 46 | 41 | 1.22 | 0.28 | 0.58 | 0.22 | 38.11 |
红壤 | 692 | 651 | 0.85 | 0.03 | 0.44 | 0.14 | 31.79 |
水稻土 | 971 | 922 | 0.86 | 0.03 | 0.43 | 0.14 | 33.40 |
黄壤 | 57 | 56 | 0.84 | 0.21 | 0.42 | 0.16 | 36.91 |
潮土 | 27 | 27 | 0.68 | 0.15 | 0.41 | 0.12 | 29.42 |
紫色土 | 71 | 70 | 0.85 | 0.08 | 0.40 | 0.16 | 39.36 |
粗骨土 | 23 | 22 | 0.69 | 0.25 | 0.39 | 0.11 | 28.64 |
2.4 各类成土母质硒含量特征
不同母质条件下,土壤硒含量差异较明显(表3)。全新世洪冲积物形成的土壤硒含量最高,平均值为0.59×10-6;其次为白云岩类风化物,平均值可达0.51×10-6;细粒花岗岩类风化物及石英砂岩类风化物分布区,土壤硒含量平均值最低,为0.40 ×10-6。其他类型成土母质区内,土壤硒平均含量可达0.41×10-6~0.49×10-6。
表3 常山不同成土母质区土壤硒含量统计
Table 3
成土母质 | 样品数/件 | 统计样品 数/件 | w(Se)/ 10-6 | 标准离差 | 变异系数/% | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
极大值 | 极小值 | 平均值 | |||||
全新世洪冲积物 | 130 | 126 | 1.13 | 0.27 | 0.59 | 0.19 | 33.19 |
白云岩类风化物 | 20 | 19 | 0.70 | 0.26 | 0.51 | 0.13 | 24.84 |
炭硅质岩类风化物 | 115 | 105 | 1.01 | 0.06 | 0.49 | 0.20 | 40.82 |
浅变质岩类风化物 | 30 | 28 | 0.79 | 0.25 | 0.48 | 0.13 | 27.21 |
晚更新世红土 | 33 | 32 | 1.09 | 0.16 | 0.47 | 0.21 | 43.96 |
灰岩类风化物 | 64 | 63 | 0.86 | 0.24 | 0.47 | 0.15 | 31.14 |
酸性火山岩类风化物 | 29 | 29 | 0.84 | 0.16 | 0.44 | 0.17 | 39.80 |
泥页岩类风化物 | 116 | 107 | 0.83 | 0.16 | 0.44 | 0.14 | 31.47 |
泥质灰岩类风化物 | 169 | 150 | 0.68 | 0.14 | 0.43 | 0.09 | 20.10 |
砂(砾)岩类风化物 | 236 | 220 | 0.82 | 0.16 | 0.43 | 0.14 | 31.87 |
河漫滩相沉积物 | 366 | 351 | 0.73 | 0.18 | 0.41 | 0.11 | 26.09 |
石灰性紫泥岩类风化物 | 237 | 233 | 0.84 | 0.03 | 0.41 | 0.16 | 39.95 |
砂泥岩互层岩类风化物 | 293 | 282 | 0.82 | 0.13 | 0.41 | 0.14 | 32.71 |
石英砂岩类风化物 | 37 | 36 | 0.78 | 0.09 | 0.40 | 0.16 | 40.07 |
细粒花岗岩类风化物 | 12 | 12 | 0.68 | 0.23 | 0.40 | 0.15 | 37.95 |
3 常山富硒土壤成因分析
3.1 表层土壤硒含量概率累积曲线特征
图3
图3
常山县表层土壤硒含量概率累积分布
Fig.3
Probability cumulative distribution graph of selenium in surface soil of Changshan County
3.2 土壤硒含量与pH值及有机质的相关性
表4 常山县表层土壤样品Se含量与pH及其他组分相关系数(r)
Table 4
元素 | As | B | Cd | Co | Cr | Cu | Ge | Hg | Mn | Mo | N |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
r | 0.22 | 0.21 | 0.39 | 0.12 | 0.52 | 0.42 | 0.03 | 0.26 | -0.01 | 0.70 | 0.24 |
元素 | Ni | P | Pb | S | V | Zn | Ca | K | Mg | 有机质 | pH |
r | 0.60 | 0.25 | 0.28 | 0.51 | 0.78 | 0.36 | 0.16 | -0.02 | 0.06 | 0.35 | 0.04 |
3.3 成土母质与土壤硒来源
表5 常山地区各岩石类型硒含量平均值
Table 5
地层/岩体 | 时代 | 主要岩性 | w(Se) /10-6 | 变异系数 /% | 中国东部上 地壳值/10-6 | 富集系数 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
变化范围 | 平均值 | ||||||
横山组 | K1 | 泥岩、粉砂岩 | 0.04~0.07 | 0.05 | 30.63 | 1.0 | |
长坞组 | O3 | 砂岩 | 0.03~0.06 | 0.04 | 39.74 | 0.8 | |
西湖组 | D3 | 石英砂岩 | 0.06~0.06 | 0.06 | 2.96 | 1.2 | |
印渚埠组 | O1 | 泥岩 | 0.04~0.08 | 0.06 | 37.38 | 1.2 | |
休宁组 | Nh1 | 砂岩 | 0.06~0.20 | 0.11 | 70.64 | 2.2 | |
宁国组 | O1 | 炭质页岩 | 0.27~0.70 | 0.42 | 58.20 | 8.4 | |
荷塘组 | ∈1 | 炭质页岩、硅质岩 | 0.13~1.05 | 0.59 | 77.96 | 0.05 | 11.8 |
三衢山组 | O3 | 灰岩 | 0.01~0.04 | 0.03 | 45.94 | 0.6 | |
西阳山组 | ∈3 | 泥灰岩 | 0.45~1.62 | 0.90 | 70.89 | 18.0 | |
灯影组 | Z1 | 白云岩 | 0.01~0.09 | 0.05 | 76.77 | 1.0 | |
黄尖组 | K1 | 凝灰岩 | 0.02~0.04 | 0.04 | 29.59 | 0.8 | |
上墅组 | Qb2 | 蚀变凝灰岩 | 0.10~0.58 | 0.28 | 94.02 | 5.6 | |
岩前岩体 | K1 | 花岗岩 | 0.01~0.02 | 0.01 | 38.41 | 0.2 |
常山地区土壤Se含量与V、Mo、Ni、Cr、S、Cu、Cd含量具有显著的正相关关系(P<0.01)(图4)。浙西地区寒武系黑色岩系(荷塘组炭质页岩、硅质岩)以富集V、Mo、Ni等亲硫重金属(表6)而显著区别于其他地层[22],加之荷塘组含丰富的炭质页岩,故该组地层硒含量高。宁国组炭质页岩与荷塘组岩性相近,硒含量平均值为0.42×10-6,也是土壤硒的重要来源。由于荷塘组地层重金属含量较高,其形成的土壤Cd、Zn、Ni等重金属具有较高的继承性[6],因此在富硒土壤开发利用时还需关注土壤重金属含量及其有效性,关注农产品重金属超标情况,可以通过施用土壤改良剂,提高土壤pH值,降低重金属活性,抑制农作物对重金属的吸收。
图4
图4
土壤硒含量与其他组分的相关性
Fig.4
Relationship chart about selenium and other contents of soil
表6 浙江省寒武系荷塘组部分元素含量[23]
Table 6
元素 | V | Mo | Ni | Cr | Cu |
---|---|---|---|---|---|
荷塘组 | 200 | 10.6 | 26.3 | 40.6 | 28.9 |
浙江省丰度值 | 53.9 | 1.05 | 18.7 | 37.5 | 16.0 |
富集系数 | 3.71 | 10.10 | 1.41 | 1.08 | 1.81 |
此外,西阳山组、上墅组、休宁组、印渚埠组等硒含量高的地层分布面积较广(图5),而硒含量低的三衢山组、花岗岩类仅在局部出现,这是形成大面积富硒土壤的重要原因。常山地区土壤硒主要来自成土母质,土壤硒继承了岩石硒。
图5
图5
常山县主要富硒地层分布概图(据1:10万常山县地质简图修编)[24]
Fig.5
Sketch map of Selenium-rich Strata distribution in Changshan County (modified after 1:100 000 Changshan geology sketch map)
4 结论
1) 常山地区富硒土壤资源丰富,呈NE向条带状分布于常山县北西及南东侧。大部分地区w(Se)介于0.30×10-6~0.5 ×10-6,平均值为0.44 ×10-6,远高于浙江省平均值。
2) 不同土壤类型中,石灰(岩)土土类硒含量最高,平均值为0.58×10-6;不同母质条件下,全新世洪冲积物形成土壤的硒含量最高,平均值为0.59×10-6。
3) 概率累积曲线特征表明,土壤硒主要来源于自然背景,外源输入组分影响小。土壤硒含量与V、Mo、Ni、Cr、S、Cu、Cd含量具有显著的正相关关系(P<0.01),与有机质含量呈现正相关,而与土壤pH值关系不密切。
4) 西阳山组泥灰岩、荷塘组炭质页岩、硅质岩及宁国组炭质页岩等地层岩石硒含量较高。常山地区硒含量高的岩石分布面积广,低硒岩类分布范围小,是形成大面积富硒土壤的主要原因。
致谢:
中化地质矿山总局浙江地质勘查院刘永、李良传等同志参与了项目野外工作,论文编写过程中得到浙江省地质调查院宋明义教授级高级工程师指导,审稿专家在本文修改过程中提出了宝贵意见,在此一并表示感谢。
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