楊 飛, 蔣之飛, 方 潔, 李 麗, 肖 霞, 范 瑋

((湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊,湖北 孝感 432100)

湖北省京山縣錢場—新市地區(qū)土壤硒元素地球化學(xué)特征及分布規(guī)律研討

楊 飛, 蔣之飛, 方 潔, 李 麗, 肖 霞, 范 瑋

((湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊,湖北 孝感 432100)

通過土地質(zhì)量地球化學(xué)評價研究顯示,京山縣錢場—新市地區(qū)土壤富硒資源豐富,土壤中硒元素含量平均值為0.4 mg/kg,土壤硒元素含量變化范圍為0.1～26.4 mg/kg,按照富硒土壤評價標(biāo)準(zhǔn),研究區(qū)共圈定富硒土地面積47.78 km2,富硒區(qū)主要分布于新市鎮(zhèn)水峽口村—五四村—高潮村一帶及錢場鎮(zhèn)七寶山村—劉嶺村—方嶺村一帶。對土壤—巖石地球化學(xué)剖面研究分析,研究區(qū)土壤硒異常主要來源于成土母質(zhì),且?guī)r石在成土過程中對Se元素有次生富集作用。研究區(qū)大宗農(nóng)作物富硒狀況良好,其中水稻、小麥富硒水平達到44.7%、100%。

土地質(zhì)量;富硒土壤;湖北京山

地球表面土壤中硒元素的含量分布極不均勻,據(jù)不完全統(tǒng)計,全世界有42個國家或地區(qū)缺硒。就中國而言,有72%的地區(qū)屬于缺硒或低硒地區(qū),2/3的人口存在不同程度的硒攝入不足[1],總體是一個貧硒國家。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,人們生活質(zhì)量的提高,富硒農(nóng)產(chǎn)品作為新興的保健產(chǎn)品逐漸得到市場青睞。天然富硒農(nóng)產(chǎn)品的價格是同類農(nóng)產(chǎn)品的幾倍甚至十幾倍,暢銷海內(nèi)外。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖北省京山縣中南部,屬荊門市京山縣管轄(圖1),包括錢場鎮(zhèn)全鎮(zhèn)(215 km2)和新市鎮(zhèn)南部(105 km2)部分鄉(xiāng)村。研究區(qū)處在大洪山與江漢平原的過渡地帶,是大洪山進出江漢平原的重要門戶。地理坐標(biāo):東經(jīng)112°57′～113°15′,北緯30°47′～31°04′之間,東西最大橫距26 km,南北最大縱距31 km。

研究區(qū)地勢中部丘陵區(qū)高,兩端低,海拔高程40～370 m,低矮起伏崗地分布較多。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為志留紀(jì)龍馬溪組、羅惹坪組、紗帽群,二疊紀(jì)棲霞組、茅口組、大隆組、吳家坪組,三疊紀(jì)大冶組、嘉陵江組等。土壤大部分為水稻土、石灰土和黃棕壤,大約占整個評價區(qū)的80%～85%。農(nóng)作物主要為水稻、小麥、玉米、油菜等。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Schematic diagram of study area

2 樣品采集與分析測試

2.1 樣品采集

2.1.1 表層土壤樣品采集

本次調(diào)查研究采樣密度為在1∶25萬多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的富硒區(qū)域,按照8～10個樣/km2采樣,其他非富硒區(qū)按4～6個樣/km2,全區(qū)共采集土壤樣品1 725件,采樣密度5.39件/km2。采樣深度0～20 cm,樣品重量約1 kg,野外采用便攜式GPS測量各采樣點坐標(biāo)。土壤樣品在晾干后,過20目尼龍篩加工后送至實驗室分析測試。

2.1.2 農(nóng)作物樣品采集

根據(jù)1∶25萬多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查成果,在富硒區(qū)域按1件/km2,非富硒區(qū)1件/10 km2的采樣密度在全區(qū)進行大宗農(nóng)作物樣品采集。共采集水稻38件、玉米28件、小麥30件、油菜15件,采樣質(zhì)量>250 g。樣品采集、切割、洗滌和保存等各環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照《區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評價技術(shù)要求》執(zhí)行。

2.2 分析測試

樣品測試由具有地質(zhì)實驗測試甲級資質(zhì)的湖北省地質(zhì)實驗測試中心完成,按照土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范,土壤樣品分析Se、pH等元素和指標(biāo)30項,農(nóng)作物樣品分析Se、Zn、Cd等指標(biāo)18項。其中Se元素含量采用原子熒光光譜法(AFS)測定,檢出限0.01 mg/kg,分析檢測報出率、精密度均達100%。

3 富硒土壤地球化學(xué)特征

3.1 表層土壤硒地球化學(xué)特征

土壤硒元素地球化學(xué)特征值列于表1,從該表可以看出,評價區(qū)硒元素含量平均值高于江漢平原平均值和中國土壤(A層)[2]中值。硒元素含量平均值是江漢平原平均值的1.33倍,是中國土壤(A層)中值的1.93倍。土壤硒元素含量變化范圍為0.1～26.4 mg/kg,平均值為0.4 mg/kg。

3.1.1 不同成土母質(zhì)硒元素特征

不同成土母質(zhì)土壤硒元素地球化學(xué)特征值見表2。不同成土母質(zhì)硒含量平均值在0.25～0.82 mg/kg之間,總體表現(xiàn)為土壤硒含量平均值二疊系>三疊系>寒武系=志留系=第四系。

3.1.2 不同土壤類型硒元素特征

不同土壤類型硒元素地球化學(xué)特征值見表3。不同土壤類型硒含量平均值在0.24～0.60 mg/kg之間,總體表現(xiàn)為棕色石灰土>板巖黃棕壤>石灰?guī)r性泥田>石英砂巖黃棕壤>淺黃棕壤性第四紀(jì)粘土泥田>黃棕壤性板巖泥田>黃棕壤性第四紀(jì)粘土泥田>第四紀(jì)粘土黃棕壤。

表3 不同土壤類型硒元素地球化學(xué)特征值表(mg/kg)

3.1.3 不同土地利用硒元素特征

不同土地利用土壤硒元素地球化學(xué)特征值見表4。不同土地利用方式硒含量平均值變化范圍為0.27～0.62 mg/kg之間,總體表現(xiàn)為林地>草地>水面>旱地=水澆地=果園>水田。

表4 不同土地利用土壤硒元素地球化學(xué)特征值表(mg/kg)

3.2 土壤硒的空間分布特征

3.2.1 富硒土壤劃分標(biāo)準(zhǔn)

天然富硒一般是指富含硒的巖石(如黑色頁巖、含煤巖系、基性火山巖等)在表生條件下形成的風(fēng)化物源地或遷移至異地堆積下來,并經(jīng)過成土作用形成的土壤。

富硒土壤的圈定主要取決于富硒土壤的劃分標(biāo)準(zhǔn)①富硒土壤區(qū)根據(jù)李家熙等提出的富硒土壤劃分方案,即土壤硒含量≥0.4 mg/kg為富硒。。譚見安[3]等提出,土壤中0.5×10-6

根據(jù)本區(qū)土壤硒的地球化學(xué)分布特征,參考江漢流域經(jīng)濟區(qū)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查分級標(biāo)準(zhǔn),將區(qū)內(nèi)土壤中的硒劃分為五個區(qū),其評價界限值分別為:缺乏區(qū)Se<0.125 mg/kg、稍缺區(qū)Se 0.125～0.175 mg/kg、適宜區(qū)Se 0.175～0.40 mg/kg、富足區(qū)Se 0.40～3.0 mg/kg、很豐區(qū)Se>3.0 mg/kg。

3.2.2 富硒土壤空間分布特征

根據(jù)上述劃分標(biāo)準(zhǔn),區(qū)內(nèi)土壤硒以適宜為主(表5),面積179.51 km2,占評價區(qū)面積比例的73.68%。適宜區(qū)土壤母質(zhì)及土壤類型均有分布,尤其在評價區(qū)基本農(nóng)用地中分布廣泛。

表5 土壤硒元素等級面積統(tǒng)計表

硒富足區(qū)主要分布于新市鎮(zhèn)水峽口村—五四村—高潮村一帶及錢場鎮(zhèn)七寶山村—劉嶺村—方嶺村一帶(圖2)。

圖2 研究區(qū)土壤Se等級圖Fig.2 Grade map of selenium element in soil in study area

4 富硒土壤分布規(guī)律

4.1 富硒土壤成因

通過對比同點采集的巖石及土壤樣品,研究導(dǎo)致硒異常形成原因。本次選擇較有代表性的巖石—土壤綜合剖面研究元素在平面上的分布特征。

對同點采集的土壤和巖石中硒元素含量進行對比(圖3),根據(jù)評價區(qū)Se元素地球化學(xué)圖特征,硒異常主要來源于成土母質(zhì),且?guī)r石在成土過程中對Se元素有次生富集作用。根據(jù)土壤類型劃分,異常主要形成于棕色石灰土中,根據(jù)測制的巖石地球化學(xué)剖面,Se元素在黑色硅質(zhì)巖中的含量明顯比其它巖石高,其地質(zhì)背景主要為三疊系下統(tǒng)大冶組—嘉陵江組灰?guī)r、白云巖及黑色硅質(zhì)巖。

土壤垂向剖面測量結(jié)果(圖4、圖5)表明,各垂向剖面上Se含量的變化趨勢較相似,即由上而下總體表現(xiàn)為不斷下降的規(guī)律。前人研究[4-6]表明Se在表層土壤中富集顯著,造成這一差異的原因可能與研究區(qū)的降雨量大、淋溶作用強有關(guān)。與水平剖面相似,在A水平剖面處的垂直土壤剖面Se含量最高,B剖面處的含量最低。

圖3 巖石及土壤水平剖面硒元素含量對比圖Fig.3 Contrast diagram of selenium content of horizontal profile of rock and soil

圖4 A土壤垂直剖面特征Fig.4 Charactersitics of vertical profile of A soil

圖5 B土壤垂直剖面特征Fig.5 Charactersitics of vertical profile of B soil

4.2 富硒土壤分布規(guī)律影響因素

土壤中的SiO2通常用來衡量土壤的淋溶程度,SiO2越高,土壤受淋溶的程度越高,更容易導(dǎo)致土壤中Se的流失,而土壤中的有機質(zhì)則對土壤中的Se具有較強的吸附作用[7]。對比研究區(qū)土壤中Se-OrgC、Se-SiO2的相關(guān)性分析(圖6),Se與OrgC呈現(xiàn)明顯的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.53,表明Se元素與有機質(zhì)具有較強的相關(guān)性,而Se與SiO2呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.38,表明土壤中Se元素含量隨SiO2含量升高有降低的趨勢。

圖6 Se-OrgC、Se-SiO2的相關(guān)性分析Fig.6 Correlation analysis of Se-OrgC and Se-SiO2

通過對土壤Se-OrgC-SiO2的地球化學(xué)圖研究發(fā)現(xiàn)(圖7),Se主要高值區(qū)域,OrgC含量也較高,而SiO2在此區(qū)域則明顯表現(xiàn)為低值。

圖7 土壤Se-OrgC-SiO2的地球化學(xué)圖Fig.7 Geochemical map of Se-OrgC-SiO2 in soil

5 農(nóng)作物中Se等元素含量特征

5.1 農(nóng)作物中Se元素含量分布特征

植物在Se循環(huán)生態(tài)鏈中占有十分重要的地位,是Se生態(tài)鏈上不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。植物是動物攝入Se的主要直接Se源。人體所攝入的Se,也主要是直接或間接來源于植物,人體Se水平?jīng)Q定于所食用的植物性或動物性食物的含Se量。

根據(jù)GB/T22499—2008富硒稻米標(biāo)準(zhǔn),大米中Se含量>0.04 mg/kg,即稱之為富硒大米。由于其他農(nóng)作物富硒標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一,故研究區(qū)農(nóng)作物按富硒大米標(biāo)準(zhǔn)評價農(nóng)作物的富硒情況。通過農(nóng)作物地球化學(xué)調(diào)查,經(jīng)水稻、小麥等樣品測試從中發(fā)現(xiàn)了天然富硒大米、富硒小麥優(yōu)質(zhì)特色農(nóng)產(chǎn)品。其中小麥含硒量最高,其次為花生,全區(qū)農(nóng)作物含硒量特征為小麥>花生>水稻>油菜>玉米(圖8)。

圖8 農(nóng)作物硒元素含量平均值對比圖Fig.8 Contrast diagram of average selenium content in crops

水稻有益元素Se最大值0.176 mg/kg,最小值0.024 mg/kg,平均含量較高,達0.046 mg/kg。在38件稻米樣品中,有17件達到富硒稻米標(biāo)準(zhǔn)(≥0.04 mg/kg),占總樣品數(shù)的44.7%,表明評價區(qū)富硒稻米存在性較高。小麥中Se元素最大值0.12 mg/kg,最小值0.04 mg/kg,平均含量達0.06 mg/kg,在30件小麥樣品中Se含量均≥0.04 mg/kg,表明研究區(qū)小麥富硒狀況良好。玉米中Se元素含量大部分未檢出,在檢出的3件樣品中,最高值為0.058 mg/kg,最小值為0.023 mg/kg。油菜籽中Se元素含量平均值為0.043 mg/kg,變化范圍為0.010～0.167 mg/kg,12件油菜樣品中,4件達到富硒水平,占總樣品數(shù)的33.3%。

目前食品生產(chǎn)所面臨的主要問題之一就是食品安全問題,在追求營養(yǎng)豐富的同時,還要注意食品中有毒有害重金屬元素的含量水平。參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》GB 2762—2012標(biāo)準(zhǔn),除水稻中有1件Cd超標(biāo),油菜中有1件Cd超標(biāo)外,其余農(nóng)作物重金屬元素含量總體較低,其安全性高。

5.2 農(nóng)作物中Se元素富集特征

不同的農(nóng)作物由于處于不同的生長環(huán)境和自身吸收能力,對土壤中同一元素表現(xiàn)出不同的生物富集性,表6列出了評價區(qū)不同農(nóng)作物根系土和農(nóng)作物中硒元素平均含量及生物富集系數(shù)。從該表看出,農(nóng)作物根系土中,花生根系土硒元素含量最高,小麥根系土硒元素含量最低,其硒元素含量特征表現(xiàn)為:花生>水稻>油菜>玉米>小麥;農(nóng)作物中,小麥硒元素含量最高,玉米硒元素含量最低,其特征為小麥>花生>水稻>油菜>玉米;在農(nóng)作物生物富集系數(shù)中,小麥生物富集系數(shù)最大,富集能力最強,玉米生物富集系數(shù)最小,富集能力最弱,農(nóng)作物生物富集能力表現(xiàn)為小麥>油菜>水稻>花生>玉米。

表6 農(nóng)作物根系土和農(nóng)作物中硒元素平均含量及生物富集系數(shù)表

6 結(jié)論

通過對該工作區(qū)的土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價研究后,對區(qū)域內(nèi)的土壤富硒元素的地球化學(xué)特征及分布規(guī)律有了一些初步的了解和認識。

(1) 在該區(qū)域內(nèi)土壤中硒元素總體平均含量為0.4 mg/kg,是江漢平原平均值的1.33倍,是中國土壤(A層)中值的1.93倍。

(2) 按照富硒土壤評價標(biāo)準(zhǔn),研究區(qū)共圈定富硒土地面積47.78 km2,其中硒很富足區(qū)面積1.92 km2,硒富足區(qū)土地面積45.86 km2,成土母質(zhì)主要為三疊系殘坡積風(fēng)化土壤,土壤類型以棕色石灰土為主。

(3) 通過對土壤—巖石地球化學(xué)剖面研究分析,研究區(qū)土壤硒異常主要來源于成土母質(zhì),且?guī)r石在成土過程中對Se元素有次生富集作用。

(4) 通過研究區(qū)農(nóng)作物調(diào)查,大宗農(nóng)作物中水稻有益元素Se最大值0.176 mg/kg,平均含量達0.046 mg/kg,在38件稻米樣品中,17件達到富硒稻米標(biāo)準(zhǔn)(≥0.04 mg/kg),占總樣品數(shù)的44.7%;小麥中Se元素最大值0.12 mg/kg,最小值0.04 mg/kg,平均含量達0.06 mg/kg,30件小麥樣品中Se含量均≥0.04 mg/kg。表明研究區(qū)水稻及小麥等大宗農(nóng)作物樣品富硒狀況良好。通過對農(nóng)作物中重金屬元素研究發(fā)現(xiàn),研究區(qū)農(nóng)作物安全性較高,適宜富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)。

[1] 文邦勇,張濤亮.江西龍南地區(qū)富硒土壤資源調(diào)查與評價[J].中國地質(zhì),2014,41(1):256-263.

[2] 楊軍,張德存,胡紹祥,等.湖北省江漢流域經(jīng)濟區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查報告[R].武漢:湖北省地質(zhì)調(diào)查院,2010.

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(責(zé)任編輯：于繼紅)

Discussion on Geochemical Characteristics and Distribution Law of SoilSelenium Element in the South and Central of Jingshan,Hubei Province

YANG Fei, JIANG Zhifei, FANG Jie, LI Li, XIAO Xia, FAN Wei

(SixthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiaogan,Hubei432100)

The geochemical evaluation of land quality shows that in south and central Jingshan selenium-rich soil resources,soil selenium content in the average value is 0.4 mg/kg,soil selenium content range is 0.1～26.4 mg/kg,according to the evaluation standard of selenium-rich soil in the study area are delineated selenium-rich land area of 47.78 km2,selenium-rich area mainly distributed in Shuixiakou village,Wusi village and Gaochao village of Xinshi Town and Qi baoshan village,Liuling village,and Fangling village of Qianchang Town. Research and analysis of the soil and rock geochemical profile,soil selenium anomalies in the study area are derived mainly from soil parent material,in the process of soil and rock is secondary enrichment for Se element. Staple crops rich selenium in the study area is in good condition,including rice,wheat,rich selenium levels reached 44.7% and 100%.

land quality; selenium-rich soil; Jingshan city

2016-09-20;改回日期:2016-10-14

湖北省“金土地”工程——高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田地球化學(xué)調(diào)查,項目編號為HBJTD20150108。

楊飛(1986-),男,助理工程師,地球化學(xué)專業(yè),從事地球化學(xué)勘查及農(nóng)業(yè)地質(zhì)工作。E-mail:526258176@qq.com

P595; X142

A

1671-1211(2016)06-0856-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.012

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161108.1512.002.html 數(shù)字出版日期:2016-11-08 15:12