典型地球化學(xué)景觀區(qū)硒地球化學(xué)特征及生態(tài)效應(yīng)

劉慶宇

摘 要：硒是人體和動物身體所必需的重要微量元素，倘若其攝入不足就會導(dǎo)致身體免疫力急劇下降，而發(fā)生一些缺硒的疾病。我國在世界范圍內(nèi)是一個貧硒國家，低硒與缺硒地區(qū)占國土面積的72%，全國人口中約有2/3長期硒攝入過低。近年來，我國以及世界范圍內(nèi)對于土壤硒地球化學(xué)特征及生態(tài)效應(yīng)的研究越來越重視。下文筆者針對河南省焦作市、湖北省仙桃市、四川省綿竹市幾個典型富硒景觀區(qū)1：5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查資料進行硒地球化學(xué)特征分析和研究。現(xiàn)具體分述如下：

關(guān)鍵詞：典型景觀區(qū)；硒；地球化學(xué)特征；生態(tài)效應(yīng)

1 土壤中硒的含量與分布

世界土壤硒含量一般在0.1-2.0mg/kg，平均0.2mg/kg。我國表層土壤硒含量范圍0.006-9.130mg/kg，算術(shù)平均值為0.29mg/kg。我國存在一條從東北地區(qū)的暗棕壤、黑土向西南方向經(jīng)過黃土高原的褐土、黑壚土到川滇地區(qū)的棕壤性紫色土、紅褐壤，再向西南延伸到西藏高原東部和南部的亞高山草甸土和黑氈土的低硒帶，帶內(nèi)土壤硒含量均值僅0.1mg/kg，顯著低于其他地區(qū)的土壤硒含量。西北方向為干旱地區(qū)富硒環(huán)境，東南方向為濕潤地區(qū)富硒環(huán)境，因此中國土壤中硒分布形成了以中間低，東南和西北地區(qū)高的馬鞍型趨勢。

2 土壤中硒的賦存形態(tài)及轉(zhuǎn)化

土壤硒的賦存形態(tài)因分類方法而異，按原子價態(tài)可分為元素硒、硒化合物、亞硒酸鹽、硒酸鹽及有機硒和揮發(fā)硒。土壤中硒形態(tài)隨外界條件變化而轉(zhuǎn)化。此外，土壤中各種形態(tài)硒因酸堿度、氧化還原電位等的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)化。土壤中硒以不同形態(tài)存在，對植物的有效性各異。植物能吸收利用的硒，包括部分有機硒（占水溶態(tài)硒的30%～95%）、硒酸鹽和亞硒酸鹽。

3 硒生態(tài)地球化學(xué)特征研究

根據(jù)地質(zhì)背景、地形地貌、地質(zhì)背景、地球化學(xué)特征、土壤類型等條件合理布設(shè)采樣點，在河南省焦作市、湖北省仙桃市、四川省綿竹市3個研究區(qū)共240km2調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)，采集表層土壤樣917件，作物樣318件，根系土壤329件，垂8向剖面土壤樣6件，巖石樣17件，共計1587件樣品。分析三個研究區(qū)在不同地質(zhì)背景、土壤類型、土地利用條件下根系土-作物硒富集系數(shù)規(guī)律，結(jié)合典型農(nóng)作物（小麥、水稻）中硒元素含量等特征，研究不同硒元素在根系土-作物這一生物轉(zhuǎn)化體系中的遷移富集規(guī)律，對比不同農(nóng)作物的元素作物富集能力，研究探尋具有發(fā)展?jié)摿Φ母晃r(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出環(huán)境，為富硒土壤的開發(fā)利用提供資料。

3.1樣品采集與加工

3.1.1表層土壤樣

在研究區(qū)內(nèi)按照4個點/km2密度，網(wǎng)格狀均勻布點。在布設(shè)的采樣點上，以GPS定位點為中心，向四周輻射5米-20米確定分樣點，采集3個以上子樣組合成一個混合樣。每個分樣點的采樣部位、深度及重量要求一致，樣品重量大于2kg。采集蔬菜地土壤混合樣品時，一個混合土壤樣應(yīng)在同一具有代表性的蔬菜地或設(shè)施類型里采集。采樣時避開溝渠、林帶、田埂、路邊、舊房基、糞堆及微地形高低不平等無代表性地段。

3.1.2土柱剖面樣

采用洛陽鏟打孔或鐵鏟開挖淺井的方式采樣，剖面深度一般應(yīng)大于1.6m，按照等深間隔采集土壤樣，如自地表開始每20cm采集一件土壤樣。垂直剖面土壤樣重量不少于500g。

3.1.3根系土-作物樣

根系土及作物樣選擇在作物收獲期進行野外采樣，在采樣點15m半徑范圍內(nèi)采集5個子樣組成1件樣品，根據(jù)耕作層深度采集根系土樣品，同點位采集作12物樣。作物樣采樣時避開株體過大過小、遭受病蟲害或機械損傷以及田邊路旁的植株。

根系土壤樣采集重量大于1500g，要求樣品干燥后過10目/2mm篩重量大于1000g。作物樣品重量（個數(shù)）根據(jù)作物類型確定。例如，水稻樣在選定的田塊內(nèi)布設(shè)5～10個采集點，每點取植株10株～20株，稻谷、麥粒的穗重大于1000g。植物樣采集后，在野外駐地稱取鮮重，晾曬干。采樣過程中同樣需要避免污染。

在采樣同時記錄根系土和作物樣品特征及采樣點環(huán)境特征（地形地貌、當(dāng)時作物種類、耕作方式、可能的污染源等）。

3.1.4巖石樣

在研究區(qū)內(nèi)有巖石出露的采樣點，則根據(jù)地質(zhì)圖，按照地層單元及其巖性類型，以連續(xù)揀塊法采集5-7塊新鮮巖石組成1件樣品，控制區(qū)內(nèi)出露的主要巖性。樣品的重量大于1000g。

3.2分析測試方法與質(zhì)量評述

各類樣品的加工、保存、送樣、分析方法及質(zhì)量要求執(zhí)行《DZT0295-2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》、《DZT0258-2014多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》、《DD2005-03生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求》及國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。樣品由中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所中心實驗室完成分析測試工作。

研究區(qū)表層土壤樣品、根系土樣品、作物樣品、土壤垂向剖面樣品及巖石樣品分析測試的所有元素準(zhǔn)確度及精密度、報出率都達到100%，元素一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)合格率都達到100%，重復(fù)樣合格率除了Cd、Cr及F為98.5%外，其余全部達到100%。在樣品分析過程中用國家一級巖石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSR系列）及國家一級土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSS系列）控制準(zhǔn)確度，用重復(fù)性分析控制精密度，方法的檢出限、樣品分析結(jié)果的報出率、標(biāo)樣和內(nèi)檢分析質(zhì)量等質(zhì)量參數(shù)滿足《DZT0258-2014多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》的規(guī)定要求。

3.3結(jié)果

（1）焦作博愛縣研究區(qū)土壤中CaO、MgO等主要受北部巖石風(fēng)化影響，SiO2等主要受南部黃河沖洪積物控制，Se元素呈現(xiàn)北高南低的特征，主要受到北部基巖風(fēng)化、成土次生富集和人類活動污染影響；（2）仙桃張溝鎮(zhèn)研究區(qū)土壤元素主要受東荊河控制，SiO2、Na2O在離河近的區(qū)域含量高，Al2O3、TFe2O3等在遠離河道的區(qū)域含量較高，Se元素高背景區(qū)位于研究區(qū)中部及東南角，源自于上游恩施紫陽等地經(jīng)由長江、漢水搬運沉積；（3）綿竹齊天鎮(zhèn)研究區(qū)元素分布主要受西北部高背景以及秀水河、綿遠河、石亭江及其支流沖洪積物的影響，Se元素呈西北高、東南低的分布態(tài)勢。

研究區(qū)小麥及水稻富硒率高，Se含量高于0.04mg/kg的樣品占99.4%；土壤理化條件對作物Se的富集系數(shù)有顯著影響，小麥和水稻中Se含量與根系土Se含量無顯著相關(guān)性，三個研究區(qū)作物富集系數(shù)與根系土Na2O、SiO2、pH呈正相關(guān)性，而與根系土S、P、有機碳呈負相關(guān)性。說明偏堿性、砂質(zhì)含量高的土壤有利于水稻對硒的吸收累積。