广东省珠三角地区富硒土壤地球化学特征及其成因探讨

■李婷婷

(广东省地质调查院 广东广州 510080)

广东省珠三角地区富硒土壤地球化学特征及其成因探讨

■李婷婷

(广东省地质调查院 广东广州 510080)

通过对珠三角富硒土壤地区表层土壤、成土母质、城市及其周边的端元尘进行采样分析。发现,该地区表层土壤中Se与Fe2O3、V、Al2O3、Mo、S、Pb、Cu、Zn、Cd、C、Org.C、Cl、N共生组合关系密切,与SiO2和土壤pH呈负相关关系。岩石Se与造岩元素不相关或负相关,与多数亲铁亲铜元素正相关,且土壤Se含量受成土母质Se含量制约,异常分布与侏罗纪、白垩纪二长花岗岩和泥盆系、侏罗系砂页岩分布有关。珠江三角洲经济区土壤Se异常成因主要为自然成因。对珠三角地区富硒土壤资源开发利用具有重要的现实意义,为提高农产品附加值提供理论依据。

珠江三角洲富硒土壤地球化学特征成因

0 引言

富Se土壤是天然农产品生产的物质基础,也是一种新的农业自然资源。目前我国浙江、安徽、海南、青海等省份通过开展多目标区域地球化学调查发现了一些优质富硒土壤,受到了地方政府的高度重视，进而引发了富硒土壤资源开发的热潮[1]。该举措不仅为农业增效、农民增收开拓了新途径,也为公众提供了大量优质富Se农产品,在短短几年内,便显现出良好的经济效益和社会效益[2]。珠江三角洲经济区多目标区域地球化学调查结果表明,该区域土壤硒含量极为丰富,本文在此基础上研究该区富硒土壤地球化学特征,阐明表层土壤Se与一些常见元素的相关关系，及其在成土母质中的含量，以及与常见造岩元素的关系，并且对该地区Se异常成因进行初探。为进一步指导该区土壤硒的开发利用,提高农产品附加值提供理论依据。

1 表层土壤硒地球化学特征

1.1 表层土壤硒的富集特征

研究发现,表层土壤Se含量平均值为0.789μg/g,含量范围0.102μg/g～1.866μg/g,这进一步证实了广东珠三角地区土壤Se异常的存在。总体上,土壤Se高含量区主要分布于评价区内相对较高的山丘、坡地并伴随相对低pH,非耕作土Se含量高于耕作土,旱地Se含量高于水田。

评价区内表层土壤pH为4.04～6.45,平均4.99,总体属酸性土壤;TFe2O3含量0.89%～10.6%,平均4.59%;S含量82.8mg/kg～492.1 mg/kg,平均246.5 mg/kg;SiO2含量38.24%～89.39%,平均64.40%; Al2O3含量4.31%～32.52%,平均18.88%。

1.2 富硒土壤区元素组合特征

1.2.1 表层土壤Se与其它元素相关性分析

研究表明,Se与Fe2O3、S、Al2O3、Pb、Cu、CEC、Zn、Mo、Cd、Ni、C、Org.C、Cl、N显著正相关,与Fe2O3、S、Al2O3相关系数分别为0.625、0.508、0.489;Se与SiO2、pH、Na2O、Mn、Ba、CaO、K2O、P显著负相关,与SiO2、pH相关系数分别为-0.578、-0.360;Se与MgO、Sr、As、Hg、F、B、Co不相关。

图1 Se异常评价区土壤元素或指标聚类分析

1.2.2 聚类分析

如图1所示,表层土壤Se与TFe2O3、V、Al2O3、Mo为同一簇,与

S、Pb、Cu、Zn、Cd簇及C、Org.C、Cl、N、CEC簇关联显著,表明表层土壤Se与Fe2O3、V、Al2O3、Mo、S、Pb、Cu、Zn、Cd、C、Org.C、Cl、N共生组合关系密切,与其他元素或氧化物共生组合关系不密切。

对所采岩石样本29种元素、氧化物的R型聚类分析可知,Se所在簇共11种元素或氧化物(Se、Mo、Hg、Cu、Pb、As、Ni、Co、Mn、Fe2O3、P),与Se所在簇相对关联度较高的簇由S、Zn、Cd、F、Na2O组成,表明富Se土壤区出露的岩石中与Se共生组合的主要元素为亲铁亲铜元素,其次为亲硫元素。

2 富硒土壤区硒异常成因探讨

土壤Se异常成因可分为人为成因和自然成因。因此，本文从这两个方面探讨研究区内表层土壤Se异常成因。

珠三角表层土壤硒异常区主要分布侏罗纪、白垩纪二长花岗岩和泥盆系、侏罗系砂页岩,其次为寒武系浅变质岩和白垩系砾岩;地貌上,硒异常区主要分布于低山--丘陵区,总体上低山、丘陵的土壤硒含量比平原、台地和河谷平原土壤硒含量高。

2.1 土壤硒自然成因探讨

自然成因是指土壤Se来自成土母质(岩石),或由成土过程和各种自然的表生地球化学作用富集而成的土壤Se异常。

2.1.1 岩石硒含量特征

选取区内9处具有代表性的富硒土壤区采集岩石样品进行分析,样品岩性主要为砾岩、泥岩,少量二长花岗岩、多金属硫化物矿化岩石(多具褐铁矿化)、褐铁矿石和碳酸盐岩,时代为南华纪、震旦纪、寒武纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪和白垩纪。岩石样本总体上具有岩石原生的基本特征,但不同程度地呈现表生风化作用的特点。

研究发现,岩石样本硒含量0.030～3.655μg/g、均值0.352μg/g、变异系数1.40。Se含量0.030～0.771μg/g、均值0.233μg/g、变异系数0.78。变异系数大表明不同岩性硒含量差异较大,分布极不均匀。

Se含量＞0.70μg/g的岩石多呈不同程度的褐铁矿化,其原岩多富含黄铁矿或金属硫化物。最高Se含量(3.655μg/g)的岩石为寒武纪水石组褐铁矿化粉砂质泥岩;次高Se含量(3.055μg/g)的岩石为寒武纪牛角河组褐铁矿化泥质粉砂岩;紫红色泥质粉砂岩Se含量为2.254μg/g,属燕山四期黑云母钾长花岗岩接触带外侧的上泥盆统老虎头组;花都赤坭的褐铁矿样本Se含量为1.082μg/g,该褐铁矿由下石炭统大赛坝组的富含黄铁矿的泥质粉砂岩夹

层风化淋积而形成;铅锌硫化物矿石样本Se含量为0.769μg/g。这表明岩石中Se含量与成岩过程局部富集或成岩期后蚀变矿化有关。

研究表明,Se含量低的岩石主要为富硅岩石,Se含量＜0.05μg/ g的岩石主要为石英岩、富硅砾岩、富硅变质砂岩和泥质粉砂岩。二长花岗岩和碳酸盐岩Se含量也较低,其中二长花岗岩样本Se含量0.08～0.09μg/g,测试样本中灰岩Se含量均值为0.05μg/g。

对测试结果进行相关分析发现,Se与SiO2呈显著负相关,与Hg、Fe2O3、Cr、P、As、Mo、Cu、Pb呈显著正相关,与Al2O3、Na2O、MgO、K2O、CaO、Cl、S、Ba、Zn、Sr、B、Mn、Ni、V、Cd、Co、F、N、C无显著相关性。总体上,岩石Se与造岩元素不相关或负相关,与多数亲铁亲铜元素正相关。

2.1.2 成土母质对土壤Se的含量制约

珠江三角洲经济区土壤Se异常主要分布于低山丘陵区,与侏罗纪、白垩纪二长花岗岩和泥盆系、侏罗系砂页岩分布有关。二长花岗岩类风化物、砂岩类风化物所形成的土壤,Se含量最高,而二长花岗岩类、砂岩类风化物经冲积、洪积而形成的第四纪松散堆积物所形成的土壤Se含量最低,这很可能是由于丘陵山区土壤经过长期的成壤作用过程,土壤Se经过了次生富集作用(酸性土壤环境中Se活动性弱);而冲洪积堆积区土壤成壤时间/成熟度相对较低,加上土壤酸性较弱,Se表生活动性相对较强而淋失,因此Se含量较低。同时,受成土母质物质来源的控制,二长花岗岩类风化物、砂岩类风化物所形成的土壤Se的含量变化较小;而来源于二长花岗岩类、砂岩类风化物经冲积、洪积而形成的第四纪松散堆积物所形成的土壤Se的含量变化较大,显示出物质来源的多源性特征。

综上，岩石中Se局部富集或蚀变矿化为土壤Se异常提供了物质基础。表生地球化学作用使岩石中Se再次迁移富集。研究表明,珠三角地区主要为酸性较强的红壤、砖红壤,富Se土壤的形成与酸性土壤环境Se的表生迁移能力弱导致的次生富集作用有关。Se不溶于水或溶解度低而在土壤中逐渐富集,低山丘陵区土壤Se表生富集最为明显,土壤Se平均含量是岩石平均含量的3.42倍。另外, Se异常区成土母岩中富含黄铁矿等硫化物,而Se往往以类质同象形式存在于硫化物矿物晶格中,富含黄铁矿等硫化物的母岩风化后形成褐铁矿化,同时,土壤中氧化铁和氧化铝、高岭石和蒙脱石均对Se有较强的亲合力,尤其是铁对Se的亲合力最强,氧化铁对表面配位层的Se产生专性吸附[3],而且很难被解析,所以形成了褐铁矿化基岩区土壤富Se的现象。

2.2 土壤硒人为成因探讨

统计实测与收集的人为源Se含量参数发现，化肥与农药Se平均含量比土壤Se平均含量低一个数量级,认为使用化肥与农药对土壤Se富集作用不明显;灌溉水Se含量不足土壤平均值的千分之一且与土壤溶液Se含量相当,这表明灌溉对调查区土壤Se来源贡献可以忽略;人工种植植物的枝、果、茎、叶Se含量均比土壤低一个数量级,若考虑其自然分解且分布均匀则对土壤Se异常贡献不大。

端元尘Se含量高于调查区土壤Se含量,其对土壤Se异常有贡献。但考虑大气干湿沉降物Se含量低于端元尘,且珠江三角洲经济区土壤Se异常绝大多数分布于远离端元尘产生区,认为大气干湿沉降是珠江三角洲经济区土壤Se异常的次要来源。但较多施用煤渣可能导致土壤Se含量较明显提高。

3 结论

（1）研究表明,广东珠三角地区表层土壤Se含量平均值为0.78 9μg/g,土壤Se异常显著。土壤Se高含量区分布于评价区内相对较高的山丘、坡地并伴随相对低pH,非耕作土Se含量高于耕作土,旱地Se含量高于水田。表层土壤Se与Fe2O3、V、Al2O3、Mo、S、Pb、Cu、Zn、Cd、C、Org.C、Cl、N共生组合关系密切,与SiO2和土壤pH呈负相关关系。

（2）对岩石，以及成土母质中Se的研究发现,岩石Se与造岩元素不相关或负相关,与多数亲铁亲铜元素正相关,且土壤Se含量受成土母质Se含量制约。Se含量较高的岩石多呈不同程度的褐铁矿化,其原岩多富含黄铁矿或金属硫化物。

（3）对Se人为成因进行探讨，发现人类活动对珠江三角洲经济区土壤Se异常的贡献非常小。因此，认为珠江三角洲经济区表层土壤Se异常主要为自然成因。

[1]邢润华,贾十军.安徽省x地区富硒土坡地球化学评价 [J].安徽地质，2008,18（3）：202-205.

[2]李娟,龙健,汪境仁.黔中地区水稻土的含硒量及其对糙米硒含量的影响 [J].土壤通报,2005,36(4):571-574.

[3]廖启林,金洋,吴新民等.南京地区土壤元素的人为活动环境富集系数研究 [J].中国地质,2005,32(1):141-147.

P59[文献码]B

1000-405X（2015）-10-118-2