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

（湖南省地質調查院，湖南 長沙 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

（湖南省地質調查院，湖南 長沙 410116）

在部省合作“湖南省婁邵盆地多目標地球化學調查”項目的資助下，系統地采集測試了漣源市耕地和園地的表層土壤樣品。調查發現該地區發育了大量的富硒土壤，富硒土壤的來源主要與震旦系上統—寒武系下統和二疊系中上統的黑色巖系有關。上述黑色巖系分布區域的表層土壤具有全區最高的硒含量，均大于1 mg/kg，部分甚至達到硒過量的水平。經文獻研究和綜合評價，推斷黑色巖系風化物質擴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。

富硒土壤；多目標地球化學調查；婁邵盆地；黑色巖系

土壤中的硒主要來源于地殼物質，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，硒在自然環境中非常活潑，易于遷移，分布很不均勻。據統計，世界上有70%以上的地區缺硒，中國有72%的縣市不同程度的缺硒，其中1/3為嚴重缺硒區[1]。

近年來，國內很多學者對各地土壤硒含量及其分布規律和富硒作物進行了研究。湖北恩施漁塘壩號稱世界硒都，是目前世界發現的唯一的沉積型獨立硒礦床。張光弟等[2]、朱建明等[3,4]、馮彩霞等[5]、樊海峰等[6]相繼對漁塘壩地區的硒地質成因、地球化學特征、表生地球化學活動性等開展了研究。酈逸根等[7,8]對浙江富硒土壤資源及土壤中硒賦存形態進行了調查研究，發現富硒土壤主要分布于富硒巖石和煤系地層區；有機結合態硒是富硒紅壤和富硒水稻土中硒的主要賦存形態。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，發現高鎘地質環境下的富硒土壤依舊可以產出綠色富硒農產品。王瑋祺等[12]研究了陜西紫陽富硒核心區土壤中硒的賦存形態，發現硫化物/硒化物態和有機結合態硒為紫陽富硒核心區周邊土壤中硒的主要賦存形態，可交換態在水稻土中含量也很高，水稻土的有機結合態遠高于旱地土，旱地土的硫化物/硒化物態硒是水稻土的3.64倍。李娟等[13]研究了貴州開陽地區富硒土壤的地球化學特征。任海利等[14,15]研究確定了貴州開陽地區的主要富硒地層及其沉積環境，并發現風化土壤元素地球化學特征具有對基巖的繼承和風化富集的雙重特征。

湖南土壤中硒的有關研究始于20世紀80年代的“湖南土壤背景值研究”項目[16]。該項目實施過程中，全省共布置了430個土壤剖面，結果發現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）。并且母巖對土壤硒含量影響較大，以紅壤為例，土壤中硒按母質的順序是：玄武巖（0.46）＞砂頁巖（0.37）＞石灰巖（0.35）＞花崗巖（0.29）＞第四紀紅色粘土=板頁巖（0.25）（單位均為mg/kg）[16]。

由于上述研究采樣量太少，研究結果與實際情況存在較大出入。大規模的富硒土壤調查研究在2003年開始的洞庭湖地區多目標地球化學調查才正式成型，隨后在衡陽盆地、湘江流域南部等多個地區的調查中發現了大量的富硒土壤，并促使新田縣脫穎而出成為全國富硒土壤開發的典型[17]。

婁邵盆地是湖南省三大產糧區之一，區內多數縣市還屬于貧困縣。從地質背景看，婁邵盆地分布有其它地區發現過的富硒地層，具備發育大面積富硒土壤的潛力。

1 研究數據來源

本研究采用的基本數據資料來源于2014～ 2015年完成的中國地質調查局與湖南省共同資助的地質大調查項目“湖南省婁邵盆地多目標地球化學調查”。該項目采用1∶50000比例尺，在項目所在縣的耕地和園地系統采集表層土壤樣品。所有樣品采用竹制采樣工具采集，風干，用尼龍篩過篩，最后裝牛皮紙袋送交實驗室進行測試，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測試研究院完成測試，共測試了pH、有機質、全氮、銨態氮、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項指標。

2 結果與討論

漣源市共采集測試了6168個表層土壤樣品，硒含量范圍為0.06～12.04 mg/kg，算術平均值為0.73 mg/kg，中位數0.61 mg/kg，標準差0.61 mg/ kg，變異系數83.56%。漣源市與相關富硒地區土壤硒含量的比較見表1。從表1可以看出，與國內最有名的幾個富硒地區相比，漣源市表層土壤的硒含量也相對較高，并明顯高于全國大部分地區的平均含量。

表1 漣源市與其它地區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價

按照《土地質量地球化學評價規范》（DZ/ T 0295-2016）制定的評價等級，對漣源市耕地和園地的表層土壤硒含量進行了評價，評價結果見表2。以采樣點數量統計，漣源市表層土壤達到富硒標準的占總采樣點數的88.41%，硒適量的點數比例占10.20%，可見漣源市耕地和園地整體的富硒程度很好。

2.2 硒地球化學圖與地質背景

表2 漣源市富硒土壤評價Table 2 Evaluation of selenium-rich soil in Lianyuan county

圖1是漣源市硒元素地球化學圖，圖2是漣源市地質圖。從圖中可以看出，硒元素含量與地質背景密切相關，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，紫色土與石灰巖土含量最低。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紅壤的硒含量最高，耕型第四紀紅土紅壤和耕型石灰巖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 漣源市地質圖1.第四系；2.白堊系；3.三疊系；4.二疊系上統；5.二疊系中統；6.二疊系下統；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計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計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計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背景密切相關，圖6展示了漣源市各個地層區表層土壤硒的含量，地層展布從下往上是從老到新。由于地質歷史時期的剝蝕導致本區缺失志留紀地層。從圖中可以看出，整個地質歷史上出現了兩個富硒高峰，一個是晚震旦世—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巖、條帶狀硅質巖夾硅質板巖，牛蹄塘組的巖性為黑色頁巖夾薄層硅質巖、含碳質粉砂質頁巖，污泥塘組的巖性為頁巖夾石英粉砂巖、泥晶灰巖。這個與溫漢捷等[21,22]在湖北漁塘壩（下寒武統水井沱組）、湘西北天門山（下寒武統牛蹄塘組）、陜西紫陽（下寒武統魯家坪組和剪竹壩組）、湘黔地區（下寒武統留茶坡組、九門沖組）、西秦嶺南亞帶（下寒武統牙相組、希格組和拉爾瑪組）完成的研究結果相一致。硒的來源于與硅質巖密切相關，硒的富集則與地層中高有機質含量密切相關。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現早古生代地層中明顯的富集硒元素。

另一個富硒高峰是二疊紀小江邊組、茅口組、龍潭組、吳家坪組和大隆組。其中小江邊組巖性主要為鈣質頁巖、泥灰巖，茅口組巖性主要為含泥質灰巖、含泥質云質灰巖夾泥灰巖，龍潭組巖性主要為砂質泥巖、粘土巖、粉砂質巖夾細砂巖、含煤，吳家坪組巖性主要為灰質、硅質灰巖與灰巖，大隆組巖性主要為硅質巖夾硅質灰巖。這一結果與雒昆利等[25]在我國西南地區、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果一致。

以上結果與圖3至圖5中不同土壤類型和土屬中的硒含量分布結果是一致的，即灰巖并不是通常認為的本區最富硒的成土母質。泥頁巖、板巖、硅質巖等才是最富硒的成土母質，這些成土母質風化后形成的土壤通常為耕型板頁巖紅壤、砂土質黃紅壤、黃泥田、淺黃泥田等。

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

對分布樣品數量大于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、龍潭組、吳家坪組和茅口組呈現明顯的雙峰或偏態分布（據未發表數據，其它地層區土壤樣品的硒含量呈正態分布）。這種結果說明這些地區土壤中的硒有多個來源，或者說該成土母質中不同組分的硒含量差別很大。這點與前人的研究結果相似，如張光弟等[2]發現恩施地區硅質炭質頁巖的硒含量最高，其次是含炭硅質頁巖，硅質白云巖硒含量最低。任海利等[33]在貴州開陽地區同樣發現高炭頁巖硒含量最高，炭質泥巖、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現黑色含炭硅質頁巖比灰巖、泥晶灰巖、板巖等的硒含量更高。

3 湖南省富硒地質單元與富硒土壤分布

基于文獻綜合研究和漣源市的實際調查成果，有理由認為湖南省震旦—寒武的留茶坡組、牛蹄塘組、污泥塘組與二疊紀小江邊組、茅口組、龍潭組、吳家坪組和大隆組等富硒地層分布區是非常有潛力的富硒土壤分布區域。圖8展示了上述地層在湖南省地質圖中的分布。

從前文分析看，高硒含量與硅質巖密切相關，而硅質巖相對其它巖石組分更耐風化，最終形成相對較高的地形地貌。將湖南省晚震旦世—早寒武世的留茶坡組、牛蹄塘組、污泥塘組與二疊紀小江邊組、茅口組、龍潭組、吳家坪組、大隆組等高硒地層分布區疊加到地形圖上，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化，在富硒地層分布區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化物質擴散后在地勢較低處堆積形成區域性分布的富硒土壤。湖南省特殊的地質背景和構造運動歷史形成了大量的褶皺，富硒地層獨特的巖性特征使得自身在經歷風化作用后形成山脈，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。

4 結論

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

（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＞石灰巖土。水稻土和紅壤中與黑色巖系成土母質密切相關的耕型板頁巖紅壤、砂泥質紅壤、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相對較高處，風化物質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。

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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

*中國地質調查 “湖南省婁邵盆地多目標地球化學調查（12120114062701）”項目資助。

*第一作者簡介 林治家，男，1980年生，研究方向：環境地球化學、農業與環境地質。E-mail: 9672935@qq.com

2016-10-16；改回日期：2016-11-16。