貴州玉屏油茶示范園區富硒耕地土壤特征及成因探討

林澤淵，周宗贊，張錫貴，楊貴龍

貴州玉屏油茶示范園區富硒耕地土壤特征及成因探討

林澤淵，周宗贊，張錫貴，楊貴龍

（貴州省地質礦產勘查開發局一0一地質大隊，貴州 凱里 556000）

通過對玉屏油茶示范園區土壤、巖石和油茶樣品的系統采集，測定各指標含量，評價發現大面積富硒耕地土壤。總結富硒耕地土壤地球化學特征表明，表層土壤硒含量為0.26～0.75mg·kg－1，平均含量為0.48mg·kg－1。富硒耕地土壤面積占90%，pH值、有機質、Cd、Hg等指標對硒地球化學行為有重要影響。土壤硒來源于黑色巖系，熱鹵水沿深大斷裂萃取成礦熱液中的硒并運移至地表，經風化成土作用形成富硒耕地土壤。

富硒耕地土壤；黑色巖系；地質背景；玉屏油茶示范園區

以1∶5萬貴州省玉屏縣耕地質量地球化學調查評價數據為基礎，結合區域地質背景，分析玉屏油茶示范園區耕地土壤硒的來源及其影響因素，以期為園區富硒耕地土壤的安全利用提供科學依據。

1 研究方法

1.1 研究區概況

玉屏油茶示范園區位于貴州省東部，銅仁市東南部的玉屏縣朱家場鎮，是貴州省100個高效農業示范園區之一。地處云貴高原向湘西低山丘陵過渡帶，低山多丘陵間平地，海拔600～800m，園區面積28.79km2，其中耕地和園地16.27km2。年均氣溫17.1℃，年均降水量1174.1mm，屬中亞熱帶季風濕潤氣候。

園區區域出露古生界及白堊系地層，構造線呈北北東向及北東向，為加里東、印支、燕山、喜山期運動多期次運動疊加形成。園區內出露寒武系中統高臺組及石冷水組（∈3g+sh），巖性為白云巖，發育耕地土壤有黃壤、水稻土、紅壤及石灰土。園區位于銅鳳向斜和松桃盤山背斜及保銅玉深大斷裂、紅石斷裂和三陽斷裂帶構造控制的張家界-銅仁鉛鋅錳成礦區及湘黔汞礦帶南端，形成一系列鉛鋅礦床、汞礦床（圖1）。

圖1 玉屏地區地質及礦床分布圖（據周彬等，2017）

1.白堊系；2.上古生界；3.下古生界；4.元古宇；5.鉛鋅礦床點；6.汞礦床點；7.主要斷裂帶；8.向斜；9.背斜；10.地質界線；11.不整合界線；12.省界；13.研究區

1.2 樣品采集及制備

對玉屏油茶示范園區的油茶林和耕地分布范圍，采集表層土壤樣品171件，巖石樣品3件，土壤垂向剖面4條，油茶果實19件。

樣品采集：表層土壤樣空間分布均勻，兼顧土地利用類型。采樣深度0～20cm，每個樣點由“S”或“X”形分布的4～6個子樣組成，子樣點要求土地利用類型、土壤類型一致，在中心樣點20～50m內。將各子樣點土壤樣品掰碎，挑出根系、秸稈、石塊、蟲體等雜物，充分混合后用四分法留取1.0～1.5kg裝入干凈的樣品袋。采樣點避開溝渠、林帶、田埂、路邊、舊房基、糞堆及微地形高低不平代表性差地段。垂向土壤剖面布設于有代表性的自然荒地；按照腐殖層、淋溶層、淀積層、母質層劃分，每層采集并采用四分法取大于2.0kg樣品。實地調查并記錄影響耕地質量的土壤厚度、排灌情況、土壤顏色等指標，用GPS定位及記錄中心樣點坐標和高程并保存采樣航跡信息。

樣品前處理：將野外采回土壤樣品懸掛于干凈整潔、室內通風處自然風干，注意防止雨淋及酸、堿等氣體和灰塵污染。風干過程中，適時翻動，將大土塊用木棒敲碎加速干燥，剔除土壤以外雜物。風干的樣品平鋪在制樣板上，用木棍碾壓，將植物殘體、石塊等侵入體和新生體剔除干凈。壓碎土樣要全部通過2mm孔徑尼龍篩，未過篩土粒重新碾壓過篩，直至全部樣品通過為止。過篩后土壤樣品混勻，取200g裝入牛皮紙袋送實驗室做進一步處理和化學分析，另取至少300g裝入干凈副樣瓶保存。

1.3 樣品分析

委托湖北省地質實驗測試中心完成。分析測試方法參照《DZ/T0295—2016土地質量地球化學評價規范》要求。

樣品分析測試過程中采用國家一級標準物質（12個）的測試結果進行準確度（相對誤差，RE）檢驗。土壤樣品按5%的比例隨機抽取9個土壤樣品進行重復檢測(精密度檢驗)。樣品分析測試結果準確度和精密度均符合或優于《DZ/T 0295—2016土地質量地球化學評價規范》要求，數據質量可靠。

1.4 數據處理

采用Excel 2007進行數據處理，IBM SPSS Statistics 19進行描述性統計,土地質量地球化學調查與評價數據管理與維護（應用子系統）進行土壤地球化學評價。

2 富硒耕地土壤地球化學特征

2.1 富硒耕地土壤分布特征

通過土壤地球化學評價，圈定富硒耕地土壤面積14.58km2（21855畝），占耕地和園地面積90%，集中于南西部，中部及北東部含量稍低（圖2）。

圖2 園區耕地土壤硒含量空間分布圖

2.2 富硒耕地土壤硒含量分布特征

2.2.1 表層土壤硒含量特征

表層土壤硒含量0.26～0.75mg·kg-1，均值0.48mg·kg-1，標準離差0.10，變異系數0.22，偏度0.69，說明園區存在富硒程度較低的富硒耕地土壤（0.4～3.0mg·kg-1）。高于貴州烏蒙山區（0.42mg/kg-1）（何邵麟等，2017），低于湖北恩施（0.6mg·kg－1）（郭宇，2012）、陜西安康市（0.57mg·kg-1）（王浩東等，2013）。

園區富硒區土壤的多數元素含量的平均值與全國土壤背景值的0.75～6.05倍（表1），含量顯著偏高元素有Hg、Pb（比值＞4），相對較高元素有Cd、As、N、Zn（比值2～4），相對較低元素有P、I、K（比值小于0.85），顯著偏低元素有K（比值0.75）。富硒區Hg、Pb、Cd、As、N、Zn、Cr、V、Co、Mo、Se等元素含量較高，尤其Hg、Pb含量偏高，P、I、K等元素含量較低，其他微量元素含量較豐富。

表1 園區富硒區主要元素含量與全國土壤背景值對比

注：全國土壤A層背景值引自中國環境監測總站（1990），pH值為無量綱，N、P、K、有機質含量單位為g/kg，其他元素含量單位為mg/kg

2.2.2 表層土壤硒元素組合特征

用SPSS軟件系統聚類分析所得的譜系圖（圖3）顯示，在類間距離17處，可分為3大類：第一類Cr、V、I、Se四種元素，說明這些元素有較強的伴生關系，一定程度指示了黑色巖系特征（候東壯，2011）。第二類Co、F、Mn、As、Hg、Zn、Pb等元素，可能與土壤中黏土礦物有關。由于成土過程中淋溶作用，黏土礦物對Co、Pb及Mn等有較強吸附作用。第三類N、P、Cd及有機質，N、P為大量營養元素，與人工施肥有關，大量施用有機肥致土壤Cd 含量升高（徐明崗等，2010）。

2.2.3 垂向剖面硒含量特征

土壤剖面全量硒及其他元素垂向變化（圖4）顯示，3個剖面都表現土壤表層富硒，表層至深層，硒含量呈遞減，均大于0.4 mg·kg-1，1m以下土壤中硒含量約占表層土壤50%，變化幅度較小。表明表層土壤硒含量普遍高于成土母質，一方面反映成土過程中硒趨向于在高鐵鋁和腐殖質的表層土壤中富集，另方面可能有外源硒輸入，如大氣沉降（李家熙等，2000）。

圖3 土壤元素系統聚類分析圖

2.2.4 硒的生態效應評價

園區19件油茶硒含量范圍為0.027～0.069mg·kg-1，平均值為0.046mg·kg-1。參照陜西省《富硒食品與其相關產品硒含量標準》（DB61/T 556—2012）和《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017），油茶樣品硒含量均未達到富硒標準（0.075～0.50mg·kg-1），污染物也不超標；可能由于土壤呈酸性，Hg、Cd背景值含量較高，降低硒的生態效應。

為提高土壤硒的生物有效性，降低重金屬對農作物危害，可施適量石灰、白云石粉降低土壤酸堿度（劉曉波等，2017），同時施用有機肥提升土壤中有機質、N、P等含量（詹翼達等，2019）。土壤中As、Cd、Hg、Pb、Zn等元素含量都小于土壤環境質量管制值，為開發天然富硒油茶提供了有利條件。

3 富硒成因探討

3.1 沉積古地理條件

研究表明（花永豐和崔敏中，1995；貴州省地質調查院，2017），寒武紀時期的園區處于臺地前緣斜坡相，坡度較緩且巖石組合復雜，經歷一次大的海侵和海退過程。海侵是海平面和氧化-還原界面同步上升的過程。隨著海平面上升，還原環境空間不斷增大，有利于有機硒保存。在淺部海域，海洋生物不斷增加，有利吸收海水中更多游離Se4+和Se6+，將其轉化成有機硒而進一步聚集（劉才澤等，2018）。大量海洋生物死亡使有機硒等以固態形式賦存于黑色巖系，為土壤富硒提供最初的硒源。

3.2 硒源運移

園區位于萬山-鳳凰汞和湘西-鄂西鉛鋅礦帶南段，礦帶、含礦地質體和礦體的分布和產出主要受湘黔邊境北北東向的保靖-銅仁-玉屏大斷裂構造控制，屬層控低溫熱液礦床（周彬等，2017）。礦床形成中，熱鹵水沿斷裂構造向上運移加熱并溶濾、萃取礦源層中的汞、硒、鋅、鉛等礦質演化為成礦熱液，含Hg、含Se礦物為同質多象變體，成分中Hg可被Zn等類質同象替代，S可被Se取代，形成HgS-HgSe類質同象系列（鮑玨敏等，1999）；同時，在一定條件下，礦源層中的汞和鋅以硫氫絡合物運移，而鉛不被搬運（梁惠敏等，2016）。在有利成礦的生、儲、蓋條件下，汞以辰砂形式成礦，鋅則轉變為氯絡合物而繼續遷移，成礦層中鉛也可作為氯絡合物一同汞、硒、鋅運移，寒武系白云巖裂隙、晶洞發育，提供熱液滯留空間并在此固結，形成高硒成土母質。

3.3 風化成土作用

研究表明，碳酸鹽巖風化早期主要是碳酸鹽礦物的溶蝕和帶出，硅酸鹽礦物和其他較穩定礦物相對富集，風化成土后期是酸不溶組分風化分解（孫承興等，2002）；硒與有機質有很好相關性，土壤硒富集與貧化受控于土壤中有機質含量和氣候條件（王金達等，2000）；碳酸鹽巖風化早期，Ca、Mg等元素流失，土壤呈中性或堿性，植物、動物、細菌等形成有機質降解釋放出硒，植物根系吸收土壤中硒，硒進入土壤—作物—土壤生態循環系統；在常年溫度較高且雨水豐富條件下，脫硅富鋁作用明顯，Al2O3含量較高，有機質降解作用釋放出大量腐殖酸形成酸性環境，硒多以亞硒酸鹽形式被Al2O3固定而不利于淋溶遷移（楊瓊等，2016；劉曉波等，2017），生物有效性較低（李家熙等，2000），造成表層土壤富硒但油茶不富硒。

圖4 土壤Se及其它元素垂向變化特征

4 結語

（1）園區富硒耕地土壤資源豐富，硒含量平均值0.48mg/kg，是全國土壤Se含量均值的1.72倍。成土過程中硒多富集在表層，并有向深部逐漸降低的趨勢。

（2）土壤硒含量主要受沉積古地理條件、成土母質和風化成土作用等地質背景影響，黑色巖系是土壤中硒的主要來源。土壤理化性質有機質、N含量及pH值也是影響土壤硒含量的重要因素。土壤有機質、N含量越高，硒含量越高，而隨pH 值的減小土壤硒含量增加。垂向上，土壤硒含量主要受有機質和pH影響．

（3）園區表層土壤富硒面積大，但農作物油茶不富硒，需對土壤進行改良試驗，提高硒的生物有效性，研究開發富硒農產品的技術路徑。

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Characteristics and Geological Background of Se-rich Soil in the Yuping Camellia Oleifera Demonstration Park, Guizhou

LIN Ze-yuan ZHOU Zong-zan ZHANG Xi-gui YANG Gui-long

(The 101st Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Kaili, Guizhou 556000)

Large area of soil rich in selenium is found in the Yuping Camellia Oleifera Demonstration Park, Guizhou. The topsoil contains Se of 0.26-0.75 ppm with the average of 0.48 ppm. Area of the Se-rich soil makes up 90% of the total area. pH value, organic matter, Cd and Hg have an important effect on geochemistry behavior of selenium. Selenium in soil was derived from black rock series.

Se-rich soil; black rock series; geological background; Yuping Camellia Oleifera Demonstration Park

S153

A

1006-0995（2022）01-0123-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.024

2021-02-24

貴州玉屏油茶產業示范園區土壤地球化學特征研究項目（黔地礦科合[2018]8號）和貴州省玉屏縣耕地質量地球化學調查評價項目（黔地礦耕調2017-10）聯合資助

林澤淵（1987— ），男，貴州錦屏人，侗族，工程師，主要從事地質資源勘查工作

周宗贊（1986— ），男，貴州三穗人，侗族，高級工程師，主要從事地質資源勘查工作