北京生態涵養區土壤硒含量背景值研究

摘 要：以北京生態涵養區10 400 km2表層土壤（0～20 cm）為研究對象，通過原子熒光光譜（AFS）方法測定區內8 188件表層土壤樣品硒含量。利用相關分析、多元統計分析方法，結合GIS技術，研究不同土壤類型、不同酸堿度、不同土地類型的表層土壤的硒含量背景值。結果表明：北京生態涵養區表層土壤硒含量背景值為0.223 mg·kg-1，高于北京全市表層土壤硒含量背景值（0.19 mg·kg-1）。區內表層土壤硒含量的分布與成土母質關聯較大的土壤具有較好的繼承性，粗骨土（0.251 mg·kg-1）、采礦用地土壤（0.221 mg·kg-1）均呈現出明顯的硒富集。表層土壤硒含量在不同酸堿度中分布差異較大，堿性表層土壤硒含量背景值普遍較低（≤0.214 mg·kg-1），中—酸性表層土壤硒含量背景值普遍較高（≥0.242 mg·kg-1），硒含量與土壤酸堿度存在負相關關系。

關鍵詞：土壤；硒；背景值；生態涵養區

Study on background value of surface soil Se content in ecological conservation area of Beijing

ZHANG Qun1， FENG Hui1， SUN Zhao1， LI Qiyun1， JIANG Tianqi2， JIA Lei3

（1.Beijing Institute of Ecological Geology， Beijing 100120， China;

2.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute， Fushun 113122， Liaoning， China;

3.Beijing Jingcheng Geological Exploration Co.， Ltd.， Beijing 102488， China）

Abstract： Taking the surface soil （0 - 20 cm） in the ecological conservation area of Beijing as the research object， a total of 8 188 surface soil samples were collected and the content of selenium in these samples was determined by atomic fluorescence spectrometry. Methods of correlation analysis and multivariate statistical analysis and GIS technology were used to study the distribution characteristics of selenium content in the surface soil. Their background values in different soil types， its dependence on soil pH and land type were also explored. The results show that the value of soil selenium content in the surface soil samples is 0.223 mg·kg-1，which is higher than the geometric mean of selenium content in Beijing （0.19 mg·kg-1）. The distribution of selenium in surface soil shows a good inheritance of parent material. Coarse bone soil （0.251 mg·kg-1） and soil in mining land （0.221 mg·kg-1） that are closely related to the parent material of the soil show significant selenium enrichment. The distribution of selenium content in surface soil varies greatly at different pH levels. The background value of selenium content in alkaline surface soils is generally lower （≤0.214 mg·kg-1）， while in medium to acidic surface soils is generally higher （≥0.242 mg·kg-1）， which shows a negative correlation between selenium content and pH value.

Keywords： soil; selenium; background value; ecological conservation area

土壤元素背景值是指自然成土過程中形成的、未受到人類影響的土壤中元素的含量（陳懷滿等，2010）。自18世紀工業革命以來，人類活動對環境的擾動日益加劇，尤其是農耕活動對表層土壤的干擾愈發明顯，導致地球表層土壤中化學元素的自然背景值和分布模式發生了明顯的改變（蔡大為等，2021；賈唯遠等，2024；宋煒，2023）。目前，針對土壤元素背景值的定義雖然不同學者的表述不盡相同，但通常指的是在某一特定的時間，一定的區域范圍內，具有統計規律的土壤自身化學元素含量范圍值（Darnley et al.，1995；Salminen et al.，2000；國家環境保護局等，1990）。

硒（Se）作為一種分散的稀有元素，在土壤中的含量主要與成土母質和植物富集作用有關。侯青葉等（2020）在全國多目標區域地球化學調查成果基礎上，依據全國雙層網格化土壤地球化學調查數據，計算出中國表層土壤（0～20 cm）硒含量幾何平均值為0.22 mg·kg-1，但不同地區表層土壤硒的分布并不均勻，華北地區為0.18 mg·kg-1，東北地區為0.18 mg·kg-1，華東地區為0.24 mg·kg-1，中南地區為0.332 mg·kg-1，西南地區為0.21 mg·kg-1，西北地區為0.18 mg·kg-1，其中北京硒含量幾何平均值為0.19mg·kg-1，屬于貧硒地區（安永龍等，2020）。目前，北京市土壤硒元素的研究在元素背景值、分布特征及生物有效性等方面取得了一定的進展（李方震等，2022）。郭莉（2017）發現京津冀平原地區富硒土地資源豐富，主要分布在北京房山，天津薊縣，河北唐山、石家莊和邯鄲等地區；馮輝等（2019）對大清河流域生態涵養區1 297件表層土壤樣品進行測試分析，得出土壤硒含量背景值為0.257 mg·kg-1，呈現富硒特征。

近些年北京市平原區土壤地球化學調查精度已達到1∶50 000，丘陵區調查精度則達到1∶100 000，相關調查已經獲得了一套完整的平原—丘陵區土壤元素的背景值，而生態涵養區尤其是深山區的調查工作則遠遠落后于平原區。本次研究在以往工作基礎上，分析了北京生態涵養區表層土壤的硒含量背景值及其空間分布規律，統計了不同土壤類型、不同酸堿度、不同土地利用類型的表層土壤硒含量背景值，填補了北京市山區土壤硒含量背景值的研究空白，為厘定區內富硒土地面積、打造富硒特色小鎮等服務首都建設工作奠定基礎，為推進北京生態涵養區保護與綠色發展、建設北京后花園提供基礎支撐。

1 "材料與方法

1.1 "研究區概況

北京生態涵養區包括門頭溝區、平谷區、懷柔區、密云區、延慶區以及房山區和昌平區的山區（圖1 a），面積10 400 km2。區內海拔大部分400～1 000 m，除北部山區海拔高值區外，總體以中部的北東-南西向山地為分界，海拔向兩側逐漸降低（圖1 b）；海拔最高點為門頭溝區內的東靈山2 303 m，東南部永定鎮最低，海拔僅73 m，相對高差2 230 m，平均坡降3.72%。研究區地處海河流域，河網發達、水系縱橫，由北向南按水系分為潮白河和薊運河流域、永定河和北運河流域、大清河流域（圖1 c）。全區地層較完整，除震旦系、上奧陶統至下石炭統、上白堊統、古新統外，從太古宇至第四系都很齊全； 北部山區廣泛分布巖漿巖、沉積巖和變質巖，西部山區巖石類型以沉積巖為主（圖1 d）。區內礦產資源豐富，具有分布廣泛、分布不均衡、礦種相對集中的特點（圖1 e），如房山區的大安山礦區、史家營礦區、寶兒水礦區均沿石炭—二疊紀煤系地層呈帶狀分布。

根據“北京生態涵養地區地質環境綜合調查”項目成果，區內土壤面積占全市土地總面積的63.8%，劃分為7個大類：棕壤、褐土、潮土、水稻土、粗骨土、山地草甸土、風沙土，其中：褐土分布面積最廣，占區內土壤總面積的75.15%；棕壤和粗骨土次之，分別占區內土壤總面積的11.87%和11.48%；其余土壤分布面積較少，僅占區內土壤總面積的1.5%（圖1 f）。

1.2 "樣品采集與處理

2018—2020年，對北京生態涵養區表層土壤，按照1件·km-2的采樣密度，局部地區加密至4件·km-2，累計采集8 188件土壤樣品。參照“目標區域地球化學調查規范（1∶250 000）”土壤樣品采集工作方法，為保證采集的土壤樣品更具備代表性，本次采集的土壤為混合樣品，即采樣時以1處為主樣（作為定點位置），在該點周圍100 m范圍內等量采集3～5個子樣充分混合均勻后作為1件樣品，將土樣混合均勻后依照“四分法”取約2 000 g土壤樣品裝入樣袋。剔除土樣中的植物殘體、石塊等侵入體和新生體，自然風干后全部過篩（孔徑2 mm），稱重并送往實驗室分析。

1.3 "分析測試方法

樣品的分析測試工作由北京一零一生態地質檢測有限公司、中國冶金地質總局第一地質勘查院測試中心、中礦（天津）巖礦檢測有限公司共同完成，土壤樣品硒含量的檢測依據DZ/T 0279.14—2016《區域地球化學樣品分析方法 第14部分：硒量測定 氫化物發生-原子熒光光譜法》測定，分析方法檢出限3家測試單位分別為0.007、0.01、0.009 mg·kg-1，按照規范要求，每1個分析批次（50個號碼）以密碼方式在預留空號里插入4個標準物質與測試樣品一起分析，通過計算單個標準物質測定值與標準值的對數差、對數標準偏差，本次分析測試的數據合格率為100%。

1.4 "數據統計

將分析測試數據導入SPSS 21.0軟件中進行頻數分布形態檢驗，表層土壤硒含量的直方圖分布形態符合對數正態分布（圖2）。通過迭代剔除法（王登峰等，2012），逐步剔除GM×GSD-3～GM×GSD3以外的異常值（GM為幾何平均值，GSD為幾何標準差）后，用GM表示土壤硒元素的背景值，用GSD表示其分散程度，用GM×GSD-2～GM×GSD2表示95%的置信范圍值（魏復盛等，1991）。本文采用Microsoft Excel 2016及SPSS 21.0對數據進行統計分析和相關性分析，應用MapGIS 6.7和CorelDRAW 2018繪制相關圖件。

2 "結果與討論

2.1 "表層土壤硒含量背景值

北京生態涵養區8 188件表層土壤樣品硒含量剔除異常值前、后的算術平均值分別為0.270 mg·kg-1和0.257 mg·kg-1，幾何平均值分別為0.226 mg·kg-1和0.223 mg·kg-1，95%置信區間為0.078～0.641 mg·kg-1，區內表層土壤硒含量背景值高于北京全市土壤硒含量背景值0.19 mg·kg-1，反映出涵養區內土壤呈現相對富硒的特征。

本次依照DZ/T 0295—2016《土地質量地球化學評價規范》中土壤養分地球化學等級劃分標準，將研究區土壤硒等級分為硒含量缺乏區（≤0.125 mg·kg-1）、硒含量邊緣區（gt;0.125～0.175 mg·kg-1）、硒含量適量區（gt;0.175～0.40 mg·kg-1）、硒含量高值區（gt;0.40～3.0 mg·kg-1）和硒含量過剩區（gt;3.0mg·kg-1）（圖3、表1）。總體來看，研究區以硒含量邊緣—適量土壤為主（84.41%），硒缺乏（4.54%）與硒過剩（0.12%）土壤均較少。富硒土壤面積約1 136.01 km2，占全區總面積的10.92%，主要位于房山東北—中部、門頭溝北—東部、懷柔中南部、密云北部和平谷中東部地區，空間展布上與區內石炭—二疊紀、侏羅—白堊紀泥頁巖和煤系地層具有較好的耦合關系，反映出富硒土地與成土母質來源密切相關。

2.2 "不同土壤類型表層土壤硒含量背景值

北京生態涵養區表層土壤類型包括褐土、粗骨土、棕壤、潮土、水稻土、風沙土和山地草甸土等。依次計算各類表層土壤的硒含量背景值，從表2可知：不同土壤類型表層土壤硒含量背景值由高到低依次為粗骨土（0.251 mg·kg-1）gt;棕壤（0.240 mg·kg-1）gt;褐土（0.221 mg·kg-1）gt;潮土（0.153 mg·kg-1）。水稻土、風沙土、山地草甸土由于樣品數量過低，不具備統計意義，故在此不作討論。對比全國其他省市不同土壤類型中硒含量背景值發現（楊澤等，2021；吳躍東等，2007；李杰等，2012），相同土壤類型下的硒含量背景值差別巨大，說明不同地區的各類土壤硒含量不盡相同。

研究區粗骨土和棕壤在空間展布上與巖漿巖、泥質巖等成土母質以及煤系地層相匹配，與2.1節提到的富硒土地與成土母質來源密切相關對應。棕壤分布區內的泥質巖面積低于粗骨土，反映出土壤中黏粒含量與土壤硒含量存在一定正相關性（韓笑等，2018）。潮土硒含量背景值最低（0.153 mg·kg-1），這主要與潮土中有機質含量較低有關（潮土有機質平均值僅為16.21 mg·kg-1，遠低于全區土壤有機質平均值29.14 mg·kg-1）（圖4）。研究表明（楊忠芳等，2012；梁紅霞等，2022），土壤中的有機質對硒具有一定的吸附和固定作用，對土壤中硒含量的富集起到積極作用。

2.3 "不同酸堿度表層土壤硒含量背景值

土壤酸堿度（pH值）是土壤酸度和堿度的總稱，通常用以衡量土壤酸堿反應的強弱，是土壤的重要理化指標，也是土壤硒富集的重要影響因素（周殷竹等，2020；劉清俊等，2023）。本次將研究區內的表層土壤依據DZ/T 0295—2016《土地質量地球化學評價規范》中土壤環境地球化學等級劃分為五大類：pHlt;5.0的強酸性土壤，5.0≤pHlt;6.5的酸性土壤，6.5≤pHlt;7.5的中性土壤，7.5≤pHlt;8.5的堿性土壤以及pH≥8.5的強堿性土壤（圖5）。依次計算不同酸堿度表層土壤的硒含量背景值（表3）后發現，不同酸堿度表層土壤的硒含量背景值相差巨大，強堿性表層土壤的硒含量背景值最低（0.127 mg·kg-1），低于北京市土壤硒含量背景值（0.19 mg·kg-1）；強酸性表層土壤的硒含量背景值最高（0.279 mg·kg-1），高于研究區表層土壤硒含量背景值（0.223 mg·kg-1），約是強堿性表層土壤的硒含量背景值的2倍。隨著土壤酸堿度的逐漸增大，土壤硒含量背景值整體呈減小的趨勢，不同酸堿度下土壤硒含量背景值的差異反映出硒含量與土壤酸堿度可能存在負相關關系。通過計算表層土壤硒含量與酸堿度的回歸方程為：Y（Se）＝-0.042×pH +0.568，說明二者呈現極弱的負相關關系。

土壤中的硒主要以硒化物、有機硒化物、亞硒酸鹽、硒酸鹽、元素硒和揮發性硒（沈燕春等，2011）為主，研究表明（朱建明等，2003；張艷玲等，2002；魏顯有等，1999），隨著土壤中pH值增大，硒的可溶性增強，活性變大，更容易遭受淋失；pH值降低會提高土壤對亞硒酸鹽的吸附、固定能力，有利于土壤對硒的富集，因此土壤硒含量與pH值呈現負相關關系。雖然酸性環境下更利于硒的富集，但pH值增加有利于植物對硒的吸收，因此綜合作物產量、含硒量和硒攝入總量等多因素考慮，土壤適合的pH值介于6.7～7.9最佳（陳永波等，2018），這對富硒土地分布邊界的圈定十分重要。

2.4 "不同土地利用現狀表層土壤硒含量背景值

北京市生態涵養區土地利用類型分為林地、園地、草地、耕地、采礦用地、建設用地、水域及水利設施用地和其他用地。從表4可看出，園地表層土壤硒含量背景值最高（0.245 mg·kg-1），耕地表層土壤硒含量背景值最低（0.164 mg·kg-1），建設用地表層土壤硒含量背景值（0.192 mg·kg-1）與北京市硒含量背景值（0.19 mg·kg-1）相接近。

采礦用地表層土壤硒含量較高（0.221 mg·kg-1），反映出礦區周圍土壤硒含量受成土母質的影響較大。土地利用方式的不同，會使土壤在酸堿度、氧化還原電位、黏粒組成、金屬氧化物含量、土壤微生物等理化性質上差異較大，在諸多因素共同影響下，不同土地利用類型的表層土壤硒含量背景值相差較大。

此外，耕地土壤作為糧食作物中硒的主要來源，在區內呈現出低硒的特征（0.164 mg·kg-1，低于全市硒含量幾何平均值0.19 mg·kg-1），這對區內農作物種植有一定的指導意義，即通過對耕地施加硒肥，達到提高區內作物產量的效果。

3 "結論

1）北京生態涵養區表層土壤硒含量背景值為0.223 mg·kg-1，高于北京全市表層土壤硒含量背景值（0.19 mg·kg-1），為區內厘定富硒土地面積、開發富硒農產品提供了土地資源基礎。

2）不同土壤類型表層土壤中，粗骨土的硒含量背景值最高（0.251 mg·kg-1），潮土的硒含量背景值最低（0.153 mg·kg-1），這主要與成土母質和土壤中有機質的含量差異有關。

3）不同酸堿度表層土壤中，強酸性環境下的土壤硒含量背景值（0.279 mg·kg-1）約是強堿性表層土壤的硒含量背景值（0.127 mg·kg-1）的2倍。土壤硒含量與酸堿度存在負相關關系，土壤酸堿度對硒含量的影響表明pH值可以作為富硒土地邊界圈定的約束指標。

4）不同土地利用類型中，園地表層土壤硒含量背景值最高（0.245 mg·kg-1），耕地表層土壤硒含量背景值最低（0.164 mg·kg-1）。

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收稿日期：2023-10-19；修回日期：2024-07-16

基金項目：北京生態涵養地區地質環境綜合調查（PXM2018_158307_000005）資助

第一作者簡介：張群（1991- ），男，碩士，工程師，主要從事環境地質、地質災害防治工作。E-mail：qiguanyou@163.com

引用格式：張群，馮輝，孫朝，李啟云，姜天琪，賈磊，2024.北京生態涵養區土壤硒含量背景值研究［J］.城市地質，19（4）：475-482