贵州独山县土壤Se元素地球化学特征及其影响因素研究.pdf
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1、第 59 卷 第 4 期2023 年 7 月地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATIONVol.59 No.4July,2023贵州独山县土壤Se元素地球化学特征及其影响因素研究息朝庄1,吴林锋2,范云飞2,邓会娟3(1.湖南城市学院,城市地下基础设施结构安全与防灾湖南省工程研究中心,湖南益阳 413000;2.贵州省有色金属和核工业地质勘查局核资源地质调查院,贵州贵阳 550005;3.自然资源实物地质资料中心,河北廊坊 065201)摘 要 通过对贵州省独山县表层土壤、土壤剖面、农作物样品的研究,对土壤理化性质、微量元素、土壤-农作物硒含量进行测试分析,研究土壤-农作物硒含量分
2、布特征及其影响因素。研究结果表明:(1)独山县表层土壤中Se元素含量范围为(0.075.42)10-6,均值为0.4510-6,高于我国土壤背景值和贵州省土壤背景值;西红柿样品中Se含量范围为(0.0090.017)10-6,为富硒农产品;土壤总体偏酸性;SOM、N、K2O、B 含量均值分别为 0.3410-6、2.0410-3、11.03%、89.3210-6,K2O、B含量超过中国土壤A层背景值;N、P、SOM含量高;土壤养分条件优良,有利于富硒农作物的种植。(2)研究区共有富硒耕地 20205.80 公顷,占全县耕地面积的 50.03%;独山县的富硒耕地大多分布于中北部,南部较少,各乡镇
3、富硒耕地比例最高的是麻万镇和影山镇,分别为 70.96%、70.03%。(3)研究区成土母岩类型Se含量均值白云岩灰岩砂岩粘土岩;土壤类型Se含量均值为水稻土黄壤土石灰土;土壤剖面、成土母岩呈现出从深部到表层富集特征;成土母岩样品中Se元素含量为(0.030.21)10-6,泥盆系中统鸡窝寨组、石炭系上统黄龙组和二叠系中统茅口组Se较为富集;这表明富硒农产品、富硒土壤、母质层和富硒岩石密切相关。关键词硒 土壤 地球化学 独山县 贵州省中图分类号P59 文献标识码A 文章编号0495-5331(2023)04-0803-14Xi Chaozhuang,Wu Linfeng,Fan Yunfei,
4、Deng Huijuan.Geochemical characteristics and influencing factors of soil Se elements in Dushan County of Guizhou ProvinceJ.Geology and Exploration,2023,59(4):0803-0816.0 引言硒(Se)是一种人体必需营养微量元素(刘军平等,2020;王锐等,2020;赵振华等,2022),在人体、动植物的成长过程中具有重要的生物化学作用(冯辉等,2019;刘庆宇等,2022;秦元礼等,2022)。人体摄入硒过量(超过 400 g/d)或不足(低
5、于 40 g/d)将引发身体健康问题(Rayman et al.,2012;Fordyce,2013;成晓梦等,2019)。人体硒摄入过量会导致发肤脱落(黄园英等,2020)、神经系统紊乱,严重会造成瘫痪,甚至死亡(Rayman,2000;Long et al.,2018);人体硒摄入量不足,会导致克山病(范明慧等,2015;袁宏伟等,2022)、大骨节病(李顺江等,2008)等疾病(王美华,2022)。人体获取硒主要经由土壤-植物-水体途径(杨琼等,2016),其中最重要的途径来源为土壤(马明等,2019),因此,调查土壤硒富集特征、评价硒来源具有重要意义。doi:10.12134/j.dz
6、ykt.2023.04.009收稿日期 2022-09-14;改回日期 2023-02-20;责任编辑 郝情情。基金项目 贵州省耕地质量地球化学调查评价(编号:黔耕调 2017-03)、湖南省自然科学基金省市联合基金项目(编号:2022JJ50277)、湖南省自然科学基金面上项目(编号:2021JJ30078)、湖南省教育厅科学研究项目(编号:22B0963)和益阳市社科联项目(编号:2022YS154)联合资助。第一作者 息朝庄(1979年-),男,2009年毕业于中南大学,矿产普查与勘探专业,获博士学位,高级工程师,长期从事矿床地质和耕地质量调查研究。E-mail:。通讯作者 吴林锋(19
7、82年-),男,2006年毕业于贵州大学,环境科学专业,获学士学位,高级工程师,主要从事矿产地质研究。E-mail:。息朝庄803地质与勘探2023 年硒在土壤组分之间不断发生吸附、溶解、迁移、富集、沉淀等过程,而硒富集主要与地质背景、成土过程、人为活动等因素有关。李玉超等(2020)研究认为,辽宁丹东地区硒来源于盖县岩组与高家峪岩组变质岩,硒富集受成土过程影响较大;侯佳渝等(2020)对天津市西郊富硒土壤研究发现,硒富集主要来源于农业施用富含硒的有机肥。硒通过土壤-农作物的迁移过程受到土壤背景含量、土壤理化性质、有机质等因素影响,不同农作物、不同地区存在硒富集规律变化。近年来,许多专家学者探
8、索富硒农产品与土壤之间的关系(王潇等,2019;宋延斌等,2022;孙涛等,2022;王佟等,2022),如周墨等(2021)通过研究赣州市水稻-根系土硒含量特征,重新厘定富硒土壤界限值;王莹等(2023)以宁夏北部石嘴山市表层土壤-根系土-农作物为研究对象,确定适合该区富硒土壤阈值。根据独山县1 5万耕地质量调查与评价成果,本次对研究区的表层土壤、土壤剖面、农作物开展了地球化学研究,探讨土壤-农作物硒分布特征、影响因素和迁移-富集规律。这对于研究区开发可持续富硒土壤资源(侯佳渝等,2020)及科学的农业种植具有重要意义。1 研究区概况独山县位于贵州省南部,黔南布依族苗族自治州东南部。独山县至
9、都匀市48 km,距贵阳市198 km,黔桂铁路、兰海高速(G75)及国道 G210 纵贯全境(图1)。独山县属中亚热带湿润季风气候区,年均气温14.5,0以下天数11 d,无霜期279 d。独山县49月为雨季,降雨量占全年的77%,降雨量11501500 mm,年均降雨量1350 mm。独山县位于王司背斜核部。区内发育的褶皱构造由东向西有都匀向斜、王司背斜、方村向斜。断裂构造有拉坝断层、翁桥断层、王龙树断层、尧梭断层、上司断层、麻董河断层、玉屏断层、中和断层、尧棒断层、多乐断层等。研究区地层从老至新有(图1):志留系下统高寨田组(S1g),岩性为灰色薄层灰泥岩、钙质粘土岩;泥盆系上统革老河组
10、(D3g)、尧梭组(D3y)、望城坡组(D3w),岩性为灰色泥质条带灰岩、泥灰岩;泥盆系中统鸡窝寨组(D2j)、独山组(D2d)、邦寨组(D2b)、龙洞水组(D2l),岩性为灰、深灰色泥质灰岩、有机质灰岩加粘土岩;泥盆系下统舒家坪组(D1sh)和丹林组(D1d),岩性为灰白色石英砂岩、灰岩,偶夹含砾砂岩、砂质粘土岩;石炭系上统黄龙组(C2h)、大埔组(C1-2d),岩性为浅灰、灰色生物碎屑岩、白云岩;石炭系下统祥摆组(C1x)和汤粑沟组(C1t),岩性为灰色生物屑灰岩、硅质岩、泥质岩;二叠系上统大隆组(P1d)和合山组(P1h),岩性为灰、浅灰色厚-块状生物屑砂砾屑灰岩;二叠系中统茅口组(P2
11、m)、栖霞组(P2q)、梁山组(P2l),岩性为浅灰色灰岩,苔藓礁灰岩、生物屑砂屑灰岩;石炭系上统-二叠系下统马平组(CPm),岩性为生物屑灰岩;三叠系下统紫云组(T1-2z)和罗楼组(T1l),岩性为灰岩夹粘土岩;白垩系中统茅台组(K2m),岩性为紫红、砖红色块状砾岩、含砾砂岩、砂岩,偶夹少量粘土岩及第四系(Q)。独山县矿产资源已探明储量并开采的有锑、铁、汞、煤等。区内土壤类型主要为黄壤土、水稻土和石灰土等。2 样品采集与加工测试2.1 样品采集样品采集表层土壤样首先按照“网格+耕地图斑”设计样点,点密度9.2点/km2;主样与子样点需在同一地块内(图2a),且点位范围在2050 m以内,采
12、样坑深度为020 cm,约34个子样组合成一个样品,挑选干净,采集1.01.5 kg;最后将样品编号标记于显著固定地标上面(图2b);共采集4778件土壤样品,采集时间 2017年 11月至 2018年 11月。具体采样方法见息朝庄等(2021,2022a,2022b)研究方案。经现场调研,独山大宗经济农作物为西红柿,采集15件样品(图2c),在收获期,采用棋盘法采集样品,510个西红柿果实组合成一个样品,采集完成即时送检。土壤剖面采集深度为 85385 cm,样品重量约为1 kg,分别采集腐殖层、淋溶层、淀积层、母质层和成土母岩(图2d);成土母岩需采集510件,每件样品重量大于1 kg,2
13、019年6月完成采样。2.2 样品处理方法样品处理方法样品初加工方法见息朝庄等(2022a);送检土壤样品经混匀后,分取50 g原样(粒度 2 mm,-10目)装袋用作pH、有效态和阳离子交换量分析,剩余样品继续碾磨,使之全部通过 0.149 mm 粒度(-100目)孔径筛。然后分取30 g样品用于有机质(LY/T1237-1999,-100目)检测,另取80 g样品用无污染的行星球磨机粉碎至 0.074 mm 粒度(-200目),剩余试样留作粗副样装袋保存。潮湿的样品在加工前于 45以下的烘箱中烘干后再用行星球磨机粉碎。804息朝庄等:贵州独山县土壤Se元素地球化学特征及其影响因素研究第 4
14、 期图1 贵州独山县地质略图Fig.1 Geological map of Dusha County in Guizhou Province1-茅台组;2-罗楼组-紫云组;3-合山组-大隆组;4-吴家坪组;5-茅口组;6-梁山组-茅口组;7-猴子关组;8-龙马组-四大寨组;9-马平组;10-威宁组;11-黄龙组;12-大埔组-黄龙组-马平组;13-大埔组-黄龙组;14-大埔组;15-上司组-大埔组;16-汤巴沟组-上司组;17-上司组;18-祥摆组-旧司组;19-打屋坝组;20-睦化组-打屋坝组;21-汤巴沟组;22-革老河组;23-尧梭组-革老河组;24-尧梭组;25-望城坡组-革老河组;2
15、6-榴江组-融县组;27-望城坡组;28-鸡窝寨组;29-独山组-鸡窝寨组;30-邦寨组-独山组;31-罗富组;32-邦寨组;33-舒家坪组-龙洞河组;34-丹林组-舒家坪组;35-丹林组;36-高寨田组;37-断层;38-褶皱;39-铁路;40-高速公路;41-国道;42-省道1-Maotai Formation;2-Luolou Formation-Ziyun Formation;3-Heshan Formation-Dalong Formation;4-Wujiaping Formation;5-Maokou Formation;6-Liangshan Formation-Maokou
16、Formation;7-Houziguan Formation;8-Longma Formation-Sidazhai Formation;9-Maping Formation;10-Weining Formation;11-Huanglong Formation;12-Dapu Formation-Huanglong Formation-Maping Formation;13-Dapu Formation-Huanglong Formation;14-Dapu Formation;15-Shangsi Formation-Dapu Formation;16-Tangbagou Formati
17、on-Shangsi Formation;17-Shangsi Formation;18-Xiangbai Formation-Jiusi Formation;19-Dawuba Formation;20-Muhua Formation-Dawuba Formation;21-Tangbagou Formation;22-Gelaohe Formation;23-Yaosuo Formation-Gelaohe Formation;24-Yaosuo Formation;25-Wangchengpo Formation-Gelaohe Formation;26-Liujiang Formati
18、on-Rongxian Formation;27-Wangchengpo Formation;28-Jiwozhai Formation;29-Dushan Formation-Jiwozhai Formation;30-Bangzhai Formation-Dushan Formation;31-Luofu Formation;32-Bangzhai Formation;33-Shujiaping Formation-Longdonghe Formation;34-Danlin Formation-Shujiaping Formation;35-Danlin Formation;36-Gao
19、zhaitian Formation;37-fault;38-fold;39-railways;40-expressway;41-national highway;42-provincial highway805地质与勘探2023 年2.3 分析测试方法分析测试方法根据贵州省耕地质量地球化学调查评价项目中分析元素的要求,本项目由云南省地质矿产勘查开发局中心实验室于20172019年测试完成。分析方法以电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)为主,以原子荧光法(AFS)、发射光谱法(ES)、离子选择性电极法(ISE)、分光光度法(COL)及容量法(VO
20、L)为辅(表 1),检出率100%。图2 贵州独山县土壤采样照片Fig.2 Photos of soil sampling in Dushan County of Guizhou Province806息朝庄等:贵州独山县土壤Se元素地球化学特征及其影响因素研究第 4 期3 结果与分析3.1 独山表层土壤元素地球化学特征独山表层土壤元素地球化学特征独山表层土壤 4778 个土壤样品中 Se、养分元素、微量元素和重金属元素含量及其特征参数列入表2。从表2可看出:(1)独山表层土壤中Se元素含量范围为(0.075.42)10-6,均值为0.4510-6。与中国土壤A层背景值(国家环境保护局,199
21、0)比较,k1为1.50;与贵州省土壤 A 层背景值比较,k2 为 1.13;变异系数64.61%,表明分异性较强。(2)研究区 pH 值范围为 3.118.45,表明碱性、酸性均有分布。土壤pH5.5的2446个,5.5pH6.5的1453个,6.57.5的306个,总体偏酸性。研究区土壤中SOM(有机质)、N、K2O、B 含 量 均 值 为 0.3410-3、2.0410-3、11.03%、89.3210-6,K2O、B含量超过中国土壤A层背景值。(3)研究区表层土壤微量元素中 Co、F、Ge、I、Mn、Mo、Tl、V 含量均值为 9.4810-6、710.2210-6、1.210-6、2
22、.310-6、510.4210-6、1.6110-6、0.5510-6、9010-6,k1 分 别 为 0.75、1.49、0.71、0.61、0.88、0.81、0.92、1.09,F和V含量高;k2均玉水镇影山镇百泉镇基长镇上司镇下司镇麻尾镇。3.3 独山成土母岩类型土壤独山成土母岩类型土壤SeSe元素含量特征元素含量特征独山不同成土母岩类型土壤样品采集情况(表3):灰岩(2324 个)、白云岩(1219 个)、砂岩(1153个)、粘土岩(83 个),Se 含量均值为 0.4610-6、表1 独山土壤Se及微量元素检测方法与标准Table 1 Methods and standards f
23、or determination of Se and trace elements of soil in Dushan County检测方法原子荧光光谱法(AFS)分光光度法(COL)交流电弧-发射光谱法(ES)电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)电位法(ISE)容量法(VOL)项目SeGeAsHgIBCoMnMoTlCdCrCuNiPbZnPK2OVpHFN SOM检出限0.0030.070.270.00040.20.480.072.910.040.020.020.820.890.4390.962.152.380.21.180.0185180.
24、2标准0.010 0.10 1.00 0.00050.51.00 1.00 10.00 0.30 0.10 0.03 5.00 1.00 2.000 2.00 4.00 10.00 0.55.00 0.10 100201.0 注:SOM为有机质;pH单位为无量纲;K2O单位为%,N、SOM单位为10-3,其他元素为10-6。807地质与勘探2023 年表2 独山表层土壤微量元素结果(10-6)及相关参数Table 2 Results and related parameters(10-6)of trace elements of topsoil in Dushan独山县(N=4778)下司镇(
25、N=657)麻尾镇(N=725)麻万镇(N=528)百泉镇(N=749)最小值最大值平均值标准差变异系数中位数最小值最大值平均值标准差变异系数中位数最小值最大值平均值标准差变异系数中位数最小值最大值平均值标准差变异系数中位数最小值最大值平均值标准差0.075.420.450.2964.610.390.082.530.400.1947.330.360.071.280.380.1540.920.360.155.420.590.5389.880.440.114.490.480.293.118.455.670.9115.975.474.048.285.750.8214.285.574.278.075.
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