江汉流域经济区土壤硒的分布特征及资源量研究

摘要：在湖北省江汉流域经济区多目标区域地球化学调查的基础上，对大量数据进行分析统计，显示江汉平原及周边丘峦存在大量富硒土壤资源。按照多目标区域地球化学调查规范中所采用的双层网格化采样模式，采取单位土壤硒量的方法，按照直线公式计算土壤硒资源量，并分别从土壤类型及成土母质的特征来分析研究。结果表明，江汉流域经济区表层（0～0.2 m）土壤硒资源量为5 314.69 t，深层（0～1.8 m）土壤硒资源量为38 764.66 t；区内两大储硒类型为灰潮土、潴育型水稻土，且土壤硒主要集中分布在第四系的成土母质类型中。

关键词：江汉流域经济区；富硒土壤；多目标区域地球化学调查；土壤硒资源量

中图分类号：S153；X833 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）08-1468-06

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.08.017

Distribution Characteristics and Resource Research of the Soil Selenium

in Jianghan River Economic Zone

DING Xiao-ying1， XU Chun-yan2，YANG Jun2， DUAN Bi-hui2， HUANG Bin2， YAN Jia-li2

（1.College of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China；

2.Hubei Institute of Geoscience，Wuhan 430034，China）

Abstract： Large amounts of data statistics on the basis of multi-target regional geochemical survey in Jianghan River economic zone of Hubei province show there are many selenium-rich soil resources existing on Jianghan plain and the surrounding hills mountain. According to double grid sampling mode in multi-target regional geochemical survey specification， the calculation of soil selenium resource was in accordance with the linear formula of unit of soil selenium content. And the analytical investigation was respectively from soil types and the characteristics of parent material. The results show that data indicate surface（0～0.2 m） soil’s selenium resource is 5 314.69 t. And deep（0～1.8 m） soil’s selenium resource is 38 764.66 t. There are two kinds of soil store selenium easily which are grey alluvial soil and waterloggogenic paddy soil， and soil selenium mainly distributed in the quaternary soil parent material.

Key words：Jianghan River economic zone；selenium-rich soil；multi-target regional geochemical survey；soil selenium resource

硒是人健康必需的微量元素，缺硒或硒过量都会影响人体的健康[1-3]。人体中的硒主要通过植物摄取，植物中的硒来源于土壤，土壤中硒的含量、形态以及农作物对硒的吸收、转化等都直接影响着食物链中硒的含量水平，并最终通过食物链影响人类健康[4]。湖北省拥有丰富的硒资源，恩施被授予“世界硒都”称号，江汉平原及周边丘峦存在大量富硒土壤资源，硒资源的利用和开发越来越受到人们的重视。全国多目标区域地球化学调查系统取得包括硒在内的土壤各类元素等54项指标，对实测土壤元素储量、氧化物储量以及研究地球系统物质循环具有重要意义，在土地利用、农业种植和环境评估等经济社会发展方面发挥着现实作用[5]。2015年湖北省政府批准通过《湖北省富硒产业发展规划（2014-2020）》，提出将富硒的资源优势转化为资本优势和产业优势，但土壤硒的分布特征和硒资源量评价等工作相对薄弱。因此，开展江汉流域经济区土壤硒的分布特征及资源量研究具有重要意义，可为湖北省土壤硒资源开发利用和富硒产业发展提供科学依据。

1 区域概况与样品采集、测试方法

1.1 区域概况

江汉经济流域区主要由江汉平原及其周边山峦组成，位于长江中游、湖北省中南部，为长江、汉江冲积平原，位于东经110°13′-116°04′，北纬29°26′-32°12′，包括武汉市、荆州市、潜江市、仙桃市、天门市的全部，宜昌市、荆门市、孝感市、咸宁市的部分县市。

由于长江、汉水携带大量泥沙质冲积物沉积，江汉平原形成独特的土壤资源类型[6]。本区土壤共分7个大类，20个亚类。分布面积较广的土壤类型为潮土、水稻土和黄棕壤，潮土广泛分布在长江和汉江沿岸的冲积平原、河流阶地、河漫滩地及滨湖地区广阔的低平地带，调查区各地、市、州均有分布，以荆州、潜江、天门、仙桃所占面积最大。水稻土广泛分布于长江、汉水两岸平原区和湖积洼地区。黄棕壤类的土壤主要分布于调查区江汉平原的武汉黄陂-新洲、孝南-孝昌、京山-天门、钟祥-荆门、枝江-宜昌等县市地区。从成土母质上分析，由于长期受长江、汉江等泥沙冲积和江汉盆地沉积，成土母质以第四系河湖沉积为主。

本研究主要在收集“湖北省江汉流域经济区多目标地球化学调查”项目（湖北省地质调查院承担）的硒元素数据基础上进行，共收集湖北省江汉平原多目标地球化学硒元素数据24 584个，其中表层土壤硒数据19 713个，深层土壤硒数据4 871个，去除水体属性，可利用的表层土壤数据18 503个，深层数据4 558个。

1.2 样品采集与测试方法

依照多目标区域地球化学普查规范相关规定执行，表层土壤样品采样密度为1个点/km2，城区加密至2个点/km2。表层土壤样品的采样深度为0～0.2 m。采样时，用工兵锹在每个取样位置上锹取深0.2 m土片后，切除两边留存中间土条。采用3～5处多点采集（100 m距或母质相同田块中间部位50 m范围内），合并为一个样品。土壤样品原始重量大于 1 000 g，同时按规范要求在设计预布点处进行重复样采集[7]。深层土壤样（含滩涂）采样密度为1个点/4 km2，采样深度为0～1.8 m，为保证取样深度，丘陵低山地区多选择在坡脚土层较厚地带采样。

本次调查样品测试包括表层和深层土壤样54项指标分析，样品由具有国家级资质认证的武汉岩矿测试研究中心测试。

野外组合分析样（大于200 g）送交实验室，测试单位对样品进行无污染加工，其中用于分析硒元素的样品加工步骤为将样品混匀后，取约100 g碎至200目，取10～20 g装入塑料瓶，供硒分析[8]。取0.5 g样品试剂，采取王水分解、KBH4还原，氢化法进行消解，然后用原子荧光光谱仪上机测定，其余元素和氧化物分析指标用等离子体光谱仪测定和X射线荧光光谱仪测定。表层和深层组合样中，每50个样品插入1个重复样进行分析，其相对偏差（RD）的合格率均达到规范要求（80%以上）。

2 结果与分析

2.1 江汉流域经济区土壤硒的分布特征

2.1.1 表层土壤硒的含量特征 由表1可知，湖北省江汉流域经济区多目标表层土壤硒含量在0.03～10.80 μg/g范围内，平均硒含量为0.29 μg/g，等同于全国硒含量平均值。

按照目前通用的富硒分级标准[1，3]，把硒元素划分为5个含量等级：极贫乏（≤0.15 mg/kg），贫乏（0.15～15.00 mg/kg），适中（0.20～0.40 mg/kg），丰富（0.40～3.00 mg/kg），很丰富（>3 mg/kg）。统计分析得到江汉流域经济区表层土壤硒元素各含量等级分布见图1。

从图1可见，湖北省江汉流域经济区多目标工作区内有11%的表层土壤达到硒富集水平，富硒土壤面积为8 653 km2。70%的硒适中土壤区，分布面积达55 311 km2。

湖北省江汉流域经济区表层土壤硒含量分布呈现出3个特征：一是土壤硒含量总体上呈现“南多北少”、“西多东少”的分布特征；二是硒富集土壤分布于两带两区。两带中的一带指北西向沿着汉江冲积带分布的襄阳-钟祥带，另一带为西北向沿长江冲积带分布的巴东-秭归-宜昌带。江汉平原区主要分布硒适中土壤和硒丰富土壤，硒丰富和硒很丰富土壤则主要集中在三大区域：①鄂东南地区，其分布主要与富硒地层有关，同时与鄂东南地区硒的伴生矿床的分布有关；②沿襄广断裂分布的随州-武穴一线少量的由寒武系地层引起的硒富集土壤区；③城市周边特别是武汉市周边主要由人为污染形成的硒富集土壤区。

不同土壤型Se含量特征见表2。由表2可知，本区土壤类型共分7个大类，20个亚类。

表层土壤硒含量与土壤类型关系密切。占比最大的水稻土各类型土壤硒平均值为硒适中等级。从标准差中可以看出，水稻土的硒含量整体变化不大。占比其次的潮土各类型土壤硒平均值均达硒适中土壤标准，其中硒含量最大值（10.80 μg/g）来源于灰潮土。

决定土壤中硒含量的一个重要因素是成土母质，成土母质由基岩风化而来，故地质背景与土壤硒含量息息相关。不同成土母质类型硒含量特征见表3。由表3可知，表层土壤数据主要采自于第四系地层，其次为白垩系、中元古界地层。三者的硒含量平均值均达到硒适中土壤标准（0.20～0.40 μg/g）。硒含量平均值最高样品来自二叠系和侏罗系地层中，达0.34 μg/g，其次为石炭系和三叠系（0.32 μg/g），太古界老地层区硒含量平均值最低。硒含量最大值来自于第四系地层中，达10.80 μg/g。

2.1.2 深层土壤硒的分布特征 由表1可知，江汉流域经济区多目标深层土壤硒含量在0.03～1.29 μg/g范围内，平均硒含量为0.17 μg/g，标准差为0.08。

1）不同土壤类型硒含量特征见表4。由表4可知，深层土壤不同土壤类型的硒含量平均值远小于表层土壤硒平均值，深层土壤只有样品数量不多的黄棕壤硒平均含量达到适中水平。深层土壤中分布面积较广的两种土壤类型是水稻土和潮土，硒含量平均值未达到硒适中标准，其中硒含量最大值（1.29 μg/g）来源于潴育型水稻土。

2）深层土壤数据一定程度上反映出不同成土母质即不同地层区岩石硒含量的特征。不同成土母质类型硒含量特征见表5。由表5可知，深层土壤不同成土母质类型的硒含量平均值远小于表层土壤硒平均值。分析数据66%来自于第四系地层，其次为白垩系、志留系地层。三者深层土壤硒含量平均值均低于硒适中标准（0.20～0.40 μg/g）。硒含量平均值最高样品来自脉岩中，为0.47 μg/g，其次为古生界侵入岩（0.28 μg/g）。硒含量最大值来自于第四系地层中，为1.29 μg/g。

2.2 土壤硒资源量研究

2.2.1 土壤硒资源量计算方法 土壤硒资源量计算统一采用中国地质调查局《全国土壤碳储量及各类元素（氧化物）储量实测计算暂行要求》提供的计算方法，按照多目标区域地球化学调查规范[7]中所采用的双层采样网格化模式，计算土壤0～0.2、0～1.8 m两个深度的土壤硒资源量。土壤元素含量由土壤表层至深层主要存在指数分布模式和直线分布模式，本次硒资源量按照直线公式采取单位土壤硒量的方法计算土壤硒资源量，单位土壤硒量用USEASe，h表示，h为深度。然后对单位土壤硒量进行加和计算取得土壤硒资源量。

1）深层硒单位土壤硒量计算：

USEASe，0-1.8 m=[（Se表+Se深）÷2]×D×4×104×ρ （1）

式中，USEASe，0-1.8 m表示0～1.8 m深度单位土壤硒量（t），Se表、Se深为土壤表层、深层硒含量（%），D表示深层采样深度，一般为1.8 m，4为单位土壤面积（km2），104为单位土壤面积换算系数，ρ为土壤容重（t/m3）。其中，土壤容重采用湖北省土壤肥料工作站测定的资料。

2）表层硒单位土壤硒量计算：

USEASe，0-0.2 m=Se表×D×4×104×ρ （2）

式中，USEASe，0-0.2 m表示0～0.2 m深度单位土壤硒量（t），Se表取表层土壤硒实测含量值，D表示表层采样深度，取0.2 m，其余参数与式（1）中的参数保持一致。

2.2.2 土壤硒资源量

1）江汉流域经济区土壤硒资源量按土壤类型统计分析的计算结果见表6、表7。由表6、表7可知，按照土壤类型解析本区硒资源量，潴育型水稻土、灰潮土是该区两大主要储硒类型，深层硒资源量分别占28.45%和21.94%，表层硒资源量分别占28.10%和21.76%，硒含量丰富，可能因为灰潮土表土和潴育型水稻土土壤中的耕作层疏松多孔，有益于腐殖质和有机质的积累，从而增加了土壤的硒资源量。

2）分析区土壤表层硒资源量为5 314.69 t，面积为74 012 km2，平均资源量为0.07 t/km2；深层硒资源量为38 764.66 t，面积为72 928 km2，平均资源量为0.53 t/km2，可见分析区深层硒资源量和平均硒资源量均大于表层，这与分析区土壤硒含量的特征不同。因为从硒资源量的公式中可知，深层硒资源量的深度远大于表层，且深层的面积也较表层的小些。

3）按系或界统计分析各成土母质土壤硒资源量，结果见表8、表9。由表8、表9可知，土壤硒资源量主要集中分布在第四系的成土母质类型中，因为在特殊沉积环境下形成的富硒土壤，主要分布于河流、山前冲积平原，一般在其沉积物母质的源区或水系上游分布有二叠系等硒元素高背景地层，且在母质中有机质较丰富的条件下亦形成富硒土壤[10]。

3 小结与讨论

1）江汉流域经济区深层土壤的硒含量普遍小于表层土壤硒含量，这与表层土壤有机质含量高、积累的腐殖质较易形成吸附亚硒酸盐的胶体颗粒有关[10]。

2）江汉流域经济区的土壤硒含量受成土母质等地质背景影响明显。主要来源于硒高背景地层的岩石，如含炭硅质岩、含硅|炭质页岩、黑色页岩、炭质板岩等岩石，这些岩石风化易形成硒相对富集的土壤。

3）江汉流域经济区硒资源量较为丰富，且深层硒资源量和平均硒资源量均大于表层。从土壤类型上看，潴育型水稻土和灰潮土是该区内两大主要储硒类型；从成土母质类型上看，土壤硒资源量主要分布在第四系的成土母质类型中。

4）江汉流域经济区土壤硒资源量与人类生产活动密切相关。可通过加大秸秆还田、施用农家肥等措施来增加有机质含量，此外，还可以在成熟的耕作层上施加硒肥，亦可增加土壤硒资源量。

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