梁紅霞， 侯克斌， 陳富榮， 吳正方

(1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院(安徽省地質(zhì)科學研究所)，安徽 合肥 230001； 2.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局324地質(zhì)隊，安徽 池州 247100)

硒(Se)作為一種稀散元素，是人體必需的健康元素[1-3]，享有“生命的火種”、“長壽元素”、“抗癌之王”之美譽[4-8]。硒具有營養(yǎng)、解毒、毒性三重生物學功能，適量的硒能夠增強人體抗衰老、抗氧化、抗癌防癌的能力，還具有提升人體免疫力、清除致癌物質(zhì)自由基、抑制鎘砷汞銀等重金屬毒性等功效[9-14]；缺硒會誘發(fā)克山病、大骨節(jié)病、白肌病等多種疾病[15-17]；硒過量可導致“蹣跚癥”、“堿毒癥”等慢性中毒癥的發(fā)生，出現(xiàn)皮膚褪色、指甲和手指變形、貧血、智力低下等癥狀[18-20]。因此查明人類活動區(qū)土壤的硒含量及空間分布情況顯得十分必要。

池州市具有豐富的富硒土壤資源。以安徽省多目標區(qū)域地球化學調(diào)查、池州市富硒土壤資源地球化學調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、典型土壤垂向剖面數(shù)據(jù)，探討池州市富硒土壤資源總量、硒分布特征及其來源和成因，為池州市富硒土壤資源開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 基本情況

池州市位于安徽省西南部，長江中下游南岸，地處皖江城市帶、長江經(jīng)濟帶，是安徽“兩山一湖”(黃山、九華山、太平湖)旅游經(jīng)濟圈的重要組成部分，國土面積8 399 km2。土地利用類型以耕地和林地為主，二者占池州市國土面積的82.37%。

區(qū)內(nèi)既分布有黃棕壤、黃壤、紅壤等地帶性土壤，也有水稻土、潮土、石灰?guī)r土、粗骨土等非地帶性土壤。氣候上屬亞熱帶季風氣候區(qū)暖濕性亞熱帶季風氣候，四季分明，雨量充沛，夏季較長。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃以沿江雙季稻一年兩熟北亞熱帶農(nóng)業(yè)氣候區(qū)為主，西部跨入“雙三熟”北亞熱帶農(nóng)業(yè)氣候區(qū)，盛產(chǎn)水稻、小麥、棉花、油料、茶葉、中藥材等農(nóng)產(chǎn)品，是國家重要的商品糧、優(yōu)質(zhì)棉、出口紅茶基地。

1.2 區(qū)域地質(zhì)概況

池州市位于揚子地臺東北部，根據(jù)地層、構(gòu)造、巖漿活動的差異，可分為江南臺隆(東至縣南部)、下?lián)P子臺坳(貴池區(qū)和青陽縣以北)及皖南浙臺坳(中部地區(qū))三個次級構(gòu)造單元(圖1)。在地殼運動影響下，區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列褶皺與斷裂。區(qū)內(nèi)地層出露齊全，自太古界至新生界均有分布。中—晚元古界青白口系、震旦系地層集中于東至縣香隅—東至—仙寓山一線以南。早古生界寒武系、奧陶系地層主要分布于石臺縣境內(nèi)，并向西延伸至東至縣周邊，志留系地層則較為集中分布于貴池區(qū)境內(nèi)，向西延伸至東至縣香隅鎮(zhèn)一帶。晚古生界二疊系及中生界三疊系地層夾于志留系地層之間。新生界地層主要分布于長江及山前溝谷平原內(nèi)。區(qū)內(nèi)巖漿巖以燕山期酸性侵入巖為主，主要分布于九華山、里山、霄坑、牯牛降等地。從巖性分布上看，變質(zhì)巖賦存于青白口系溪口群、歷口群，碳酸鹽巖賦存于寒武系—奧陶系、二疊系—三疊系，酸性巖主要為燕山期花崗巖(如青陽巖體、譚山巖體等)，河流沖積物、晚更新世黃土主要來自第四系地層。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological map of the study area

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

土壤樣采自于表層0～20 cm的土壤，采樣密度1點/km2，采樣質(zhì)量1 000 g，采樣過程兼顧土壤類型、成土母質(zhì)、地形地貌等特征。共采集表層土壤樣9 086件，其中1∶25萬多目標區(qū)域地球化學調(diào)查樣品4 416件，1∶10萬富硒土壤資源地球化學調(diào)查樣品4 670件，前者按1點/4 km2組合為1 104件組合群，后者進行單點分析，共送樣分析5 774件土壤樣。

土壤垂向剖面樣品依據(jù)不同地質(zhì)背景、土地利用類型、景觀類型、土壤類型等布置，以淺鉆揭露的方式，按照土壤發(fā)生層分層采集土壤樣，并在鉆孔附近原位采集巖石樣。共布設(shè)垂向剖面70條，采集土壤樣272件、巖石樣54件。

2.2 樣品測試分析

土壤樣在自然條件下風干并過20目尼龍篩加工處理后，在原國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成分析測試工作。測試分析過程嚴格按照《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范(1∶250 000)》(DZ/T 0258—2014)[21]等規(guī)范進行，采用酸熔—原子熒光光譜法(AFS)測定土壤、巖石中的全硒，硫酸亞鐵銨容量法(VOL)測定土壤中的有機質(zhì)，pH計測定土壤pH。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、SPSS等數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)分布檢驗和參數(shù)計算(平均值、最大值、最小值、變異系數(shù)、極值等)，采用GeoIPAS V4.0、地球化學勘查一體化系統(tǒng)等軟件進行圖件繪制。

3 富硒土壤特征

3.1 土壤硒含量特征

調(diào)查結(jié)果(表1)顯示池州市表層土壤硒含量范圍為0.059～20.397 mg/kg，平均值為0.470 mg/kg，背景值為0.379 mg/kg。其分別是江淮流域土壤硒[22]對應參數(shù)(平均值0.290 mg /kg，背景值0.233 mg/kg)的1.62倍、1.60倍，因此池州市表層土壤硒具有高含量、高背景的特點。

表1 池州市表層土壤硒含量特征Table 1 Characteristics of the content of selenium in surface soil of Chizhou City

該市下轄各縣(區(qū))中，因有二疊系、三疊系碳酸鹽巖等高硒地層以及硒空間變異性較大的志留系地層分布，貴池區(qū)土壤硒含量明顯高于其他三縣，且土壤硒空間變異性較大；東至縣境內(nèi)青白口系歷口群發(fā)育的土壤硒含量較低，使得東至縣土壤硒含量平均值及背景值最低；而石臺縣和青陽縣主要分布的寒武系—奧陶系碳酸鹽巖及燕山晚期酸性侵入巖具有較高背景值，使得兩縣土壤硒含量變化范圍相對較小。

3.2 土壤硒空間分布特征

池州市土壤硒高值區(qū)大致呈北東向條帶、串珠狀(圖2)集中分布于石臺縣仙寓山—牯牛降、望江山周邊，貴池區(qū)牌樓—梅街，青陽縣九華山一帶、酉華南部。高值區(qū)分布范圍與區(qū)內(nèi)寒武系—奧陶系、石炭系—三疊系碳酸鹽巖，以及九華巖體正長/堿長花崗巖分布范圍相一致。

圖2 池州市表層土壤硒含量空間分布圖Fig.2 The space distribution of selenium in surface soil of Chizhou City

3.3 富硒土壤資源特征

圈定富硒土壤面積3 305 km2，占池州市面積的41.16%(表2、圖3)，占安徽省已查明富硒土壤面積(14 797 km2)的22.34%。其中貴池區(qū)富硒土壤面積1 224 km2，占池州市富硒土壤面積的37.03%;東至縣富硒土壤面積970 km2，占池州市富硒土壤面積的29.35%；石臺縣富硒土壤面積608 km2，占池州市富硒土壤面積的18.40%；青陽縣富硒土壤面積503 km2,占池州市富硒土壤面積的15.22%；池州市符合《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2013)[23]的綠色富硒土壤面積為1 092 km2(圖3)，其中東至縣綠色富硒土壤面積分布最廣(527 km2)，占池州市綠色富硒土壤面積的48.26%，其次為貴池區(qū)，分布面積357 km2(占比32.69%)，石臺縣、青陽縣分布面積較少。

表2 池州市富硒土壤資源分布統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of distribution of selenium-rich soil resources in Chizhou City

空間上，富硒土壤集中連片分布在貴池區(qū)大部、青陽縣東部(酉華—楊田)與南部(九華山)、東至縣東部(花園—洋湖)等地(圖3)。

圖3 池州市綠色富硒土壤分布圖Fig.3 Distribution map of green selenium-rich soil in Chizhou City

4 富硒土壤成因分析

大量研究表明[24-34]，土壤硒含量及富硒土壤成因受母質(zhì)(母巖)、地形地貌、土地利用方式等多種因素的影響。李家熙等[30]認為高硒土壤中的硒主要來源于富硒巖石和煤層；其他多位學者[31-34]認為自然界中黑色頁巖和碳酸鹽巖等母巖中硒含量相對較高，是決定土壤含硒量高低的主要原因。

4.1 土壤硒垂向分布

通過研究土壤垂向剖面不同深度、不同介質(zhì)的硒含量特征發(fā)現(xiàn)(表3)，隨著土壤深度的不斷增加，土壤硒含量呈降低趨勢，底部硒含量不及表層土壤硒含量的1/3，說明硒富集于較淺土壤層中，大致在0～40 cm，該層位也是主要耕作層，這一結(jié)果與前人研究一致[35]。

統(tǒng)計土壤剖面樣品表層土壤、心土層、風化殼及基巖硒含量關(guān)系(表3)，發(fā)現(xiàn)硒普遍具有自基巖向風化殼、心土層、表層土壤逐漸富集的特征,基巖含量的高低決定了風化殼、心土層及表層土壤的硒含量。

表3 剖面各層土壤硒含量平均值Table 3 Average value of soil selenium content in each section

4.2 基巖與富硒土壤

基巖中的硒是土壤和植物硒的主要來源。研究表明花崗巖和片麻巖中的硒含量較低，而黑色頁巖和磷酸鹽巖中的硒含量相對較高[36]。朱建明等[37]認為湖北恩施地區(qū)的高硒土壤主要繼承了炭質(zhì)頁巖的富硒特征。王美珠[38]認為母質(zhì)(母巖)是導致土壤含硒量高低的主要原因。

本次系統(tǒng)采集巖石樣54件，分屬于碎屑巖類、灰?guī)r類、白云巖類、炭(硅)質(zhì)巖類及花崗巖類。對不同巖性的硒含量作了統(tǒng)計(表4)，發(fā)現(xiàn)巖石中硒含量具有炭(硅)質(zhì)頁巖>灰?guī)r>碎屑巖>白云巖>花崗巖的特征。其中，二疊系炭(硅)質(zhì)頁巖中硒含量平均值高達46.69 mg/kg，燕山期花崗巖的硒平均含量則最低，僅為0.085 mg/kg。

表4 巖石樣硒含量統(tǒng)計表Table 4 Statistical table of selenium content in rock samples

4.3 成土母質(zhì)與富硒土壤

從地質(zhì)背景來看，富硒土壤多位于河流沖積平原或黑色巖系(震旦系—寒武系地層)分布區(qū)。因此結(jié)合地質(zhì)背景特征，將硒的物質(zhì)來源和沉積環(huán)境大致分為兩大類：一類是含硒巖石風化形成的富硒土壤；另一類是特殊環(huán)境下沉積形成的富硒土壤。

第一類富硒土壤與含炭質(zhì)巖石有關(guān)(表5)。貴池區(qū)分布的三疊系殷坑組—南陵湖組頁巖、鈣質(zhì)頁巖、灰?guī)r，二疊系棲霞組—大隆組灰?guī)r、硅質(zhì)巖、碳(硅)質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖，花園鞏、譚山等燕山晚期正長/堿長花崗巖；石臺縣、青陽縣及東至縣東部寒武系楊柳崗組、荷塘組—大陳嶺組灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、炭硅質(zhì)泥(頁)巖、白云質(zhì)灰?guī)r以及青陽縣九華巖體正長/堿長花崗巖；東至縣震旦系藍田組—皮園村組炭質(zhì)泥頁巖、灰?guī)r、(含炭質(zhì))硅質(zhì)巖分布區(qū)發(fā)育的土壤硒平均值均超過了1.0 mg/kg，這些地層為富硒土壤提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，是池州市主要的富硒土壤來源。

表5 不同時代成土母質(zhì)土壤Se含量統(tǒng)計Table 5 Statistics of selenium content in parent soil of different ages

第二類富硒土壤分布面積較少，主要分布于貴池區(qū)長江沿岸河流沖積平原，硒多來源于上游高硒背景地質(zhì)體經(jīng)風化后形成的殘坡積物，在地球外動力作用下隨水流沿途逐漸沉積而成。

4.4 土壤類型與富硒土壤

研究區(qū)不同土壤類型的硒含量差異較大(圖4)。土壤硒含量具有石質(zhì)土>黃棕壤>黃褐土>黃壤>石灰?guī)r土>粗骨土>紅壤>紫色土>水稻土>潮土>棕壤的特點。其中，石質(zhì)土硒含量最高，平均值為0.767 mg/kg；黃褐土硒含量最低，僅為0.280 mg/kg；其他土類硒含量為0.309～0.725 mg/kg。根據(jù)富硒比例來看，區(qū)內(nèi)富硒土壤主要與紅壤、石灰?guī)r土、粗骨土關(guān)系密切。

圖4 不同土壤類型的表層土壤硒含量Fig.4 Selenium content in surface soil under different soil types

土壤類型主要受成土母質(zhì)、氣候、地形地貌、植被等因素影響，土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)差異則影響土壤硒含量。區(qū)內(nèi)石質(zhì)土主要分布于正長/堿長花崗巖分布區(qū)，成土時間短，土壤中含有從巖石崩解而來的大量半風化物，在很大程度上保留了母巖的特性，尤其是化學性狀受母巖影響很大；黃棕壤、黃壤呈酸性，有機質(zhì)含量高，且繼承了母質(zhì)特征；石灰?guī)r土有機質(zhì)含量相對較高，質(zhì)地相對黏重，故上述類型的土壤硒含量相對較高。水稻土、潮土透水性及透氣性較好，土壤硒相對易流失，長期耕作導致硒被水稻大量消耗，常規(guī)施肥不能補足損失，因而水稻土、潮土硒含量總體偏低。

4.5 土地利用方式與富硒土壤

統(tǒng)計不同土地利用方式的土壤硒含量(表6)發(fā)現(xiàn)，草地土壤硒含量平均值最大，為0.769 mg/kg；其次為未利用地(0.603 mg/kg)；而水田和旱地土壤硒含量平值最低，分別為0.376 mg/kg和0.315 mg/kg。說明不同的土地利用方式對土壤硒含量同樣有一定的影響。

表6 不同土地利用方式的土壤硒含量統(tǒng)計Table 6 Statistics of soil selenium content in different land use patterns

4.6 土壤pH、有機質(zhì)與富硒土壤

4.6.1不同酸堿度土壤硒含量

土壤硒含量與pH具有一定的關(guān)系(圖5)，當pH≤7.5時，土壤硒含量隨pH的增大而增加；當pH>7.5時，硒含量隨pH的增大而有所下降。這一結(jié)果與鄭雄偉等[39]研究結(jié)果一致，即酸堿度對土壤硒含量的影響呈峰值型，土壤堿性(pH>8.5)或酸性(pH≤5.5)都對土壤硒元素造成抑制效應，尤其當pH>8.5時，硒含量僅為0.1 mg/kg左右，只有在土壤酸堿度適宜(pH=5.5～7.5)的范圍內(nèi)，土壤硒元素才能達到最大活性。

圖5 不同pH區(qū)間的土壤硒含量特征Fig.5 Characteristic values of selenium content in different pH

4.6.2土壤有機質(zhì)與土壤硒含量

對土壤有機質(zhì)含量與土壤硒含量作相關(guān)性分析(表7)，結(jié)果顯示土壤有機質(zhì)與全量硒、浸提性硒及強有機結(jié)合態(tài)硒呈極顯著相關(guān)關(guān)系，說明土壤有機質(zhì)含量的高低影響土壤硒有效性。因此，在進行富硒土壤開發(fā)時，可通過農(nóng)藝方式提高土壤有機質(zhì)含量水平，調(diào)節(jié)土壤硒的有效含量，從而達到農(nóng)產(chǎn)品對土壤硒有效吸收的目的。

表7 土壤硒與有機質(zhì)相關(guān)性分析Table 7 Relationship between soil Se content and organic matter content

5 結(jié)論

(1) 池州市土壤硒含量平均值為0.470 mg/kg，背景值為0.379 mg/kg，圈定富硒土壤面積3 305 km2，占池州市總面積的41.16%，是安徽省富硒土壤資源分布最廣泛、最集中的地區(qū)。

(2) 地質(zhì)背景對土壤硒含量有控制作用。二疊系、三疊系、寒武系地層以及燕山期正長/堿長花崗巖分布區(qū)的土壤硒含量明顯高于其他地質(zhì)背景區(qū)，這與這些地層中的灰?guī)r、硅質(zhì)巖、炭(硅)質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖等含硒量較高有關(guān)。長江沿岸河湖相沉積形成的富硒土壤的硒多來源于上游高硒背景地質(zhì)體經(jīng)巖石風化后形成的殘坡積物。

(3) 土壤中pH、有機質(zhì)與土壤硒含量具有一定的相關(guān)性。強酸性或者強堿性土壤都會影響土壤硒的活性；有機質(zhì)含量的高低可影響土壤浸提性硒的含量，從而影響土壤硒的有效性。

(4) 建議以池州市富硒土壤為基礎(chǔ)，將“山、水、林、田、城、村”等特色生態(tài)資源融入地方經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，依托各類標準化種植基地，發(fā)展休閑農(nóng)業(yè)、大健康產(chǎn)業(yè)，打造“硒+X”產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，將富硒資源轉(zhuǎn)化為社會經(jīng)濟效益。