Selenium geochemistry of soil and development potential of Se-rich soil in Xingkai Lake Plain
-
摘要:
土地质量地球化学调查结果显示，兴凯湖平原土壤总体上属足硒土壤，富硒土壤面积不足1%。土壤硒的分布对成土母质具有较好的继承性，新近系富锦组（N1f）发育的土壤中Se平均含量最高，平均值为0.375 mg/kg，该地层控制了研究区富硒土壤的主要分布，而石炭系北兴组凝灰岩发育的土壤中Se含量最低，平均值为0.183 mg/kg。同时，土壤Se含量还受地球化学环境、土壤类型、土壤性质等自然条件综合影响，其中白浆土的Se含量最高，暗棕壤最低；硒与土壤中Corg、N、P、TFe2O3、S、As、Cr、Cu、Hg、Pb、Cd和Ni呈显著正相关，与pH、CaO、Na2O及Zn呈显著负相关。此外，研究区土地综合质量优良，5处潜在富硒区均符合AA级绿色食品产地，且发现天然富硒水稻，开发富硒农产品的潜力巨大。
Abstract:The results of geochemical survey of land quality show that the soil in Xingkai Lake Plain is generally sufficient in selenium, and the area of Se-rich soil is less than 1%. The distribution of Se in soil has a good inheritance from the parent material of soil. The highest average Se content is found in the soils originated from the Neogene Fujin Formation (N1f), with an average value of 0.375 mg/kg. This stratum controls the main distribution of Se-rich soils in the study area. The lowest Se content is found in the soils originated from the Carboniferous Beixing Formation tuff, with an average value of 0.183 mg/kg. Meanwhile, soil Se content is also affected by geochemical environment, soil type, soil properties and other natural conditions. The Se content of white clay soil is the highest, and that of dark brown soil is the lowest.Se is significantly positively correlated with soil Corg, N, P, TFe2O3, S, As, Cr, Cu, Hg, Pb, Cd and Ni, and negatively correlated with pH, CaO, Na2O and Zn.In addition, the comprehensive quality of land in the study area is excellent. The five potential Se-rich areas are in line with the AA green food producing areas, and natural Se-rich rice has been found, which has great potential for the development of Se-rich agricultural products.
-
Keywords:
- Xingkai Lake Plain /
- soil Se content /
- distribution /
- enrichment
-
致谢: 感谢研究室各位同事齐心协力完成样品采集工作，感谢辽宁省地质矿产研究院有限责任公司提供的测试分析，感谢审稿专家对本文提出的指导与修改意见。
-
![]()
图 1 研究区地质简图(国境线据国家基础地理信息中心1:5万地形数据库(2017版))
Figure 1. Geological map of the study area
![]()
图 2 兴凯湖平原表层土壤Se含量分布特征(国境线据国家基础地理信息中心1:5万地形数据库(2017版))
Figure 2. Se distribution in topsoil of Xingkai Lake Plain
![]()
图 3 农作物籽实及其根系土中Se含量关系
Figure 3. Relation of Se content in crop seeds and rhizosphere soil
![]()
图 4 兴凯湖平原绿色食品产地及潜在富硒土壤分布(国境线据国家基础地理信息中心1:5万地形数据库(2017版))
Figure 4. Distribution of green food producing area and potential Se-rich soil in Xingkai Lake Plain
表 1 元素分析方法及检出限
Table 1 Analysis methods and detection limits of elements
序号 元素 规范要求检出限 方法检出限 分析方法 序号 元素 规范要求检出限 方法检出限 分析方法 1 As 1 0.5 AFS 9 S 30 18 VOL 2 Cd 0.03 0.02 ICP-MS 10 Se 0.01 0.01 AFS 3 Cr 5 1.8 XRF 11 Zn 4 0.3 ICP-OES 4 Cu 1 0.9 XRF 12 TFe2O3 0.05 0.01 ICP-OES 5 Hg 0.0005 0.0003 AFS 13 CaO 0.05 0.02 ICP-OES 6 N 20 19 VOL 14 Na2O 0.1 0.04 ICP-OES 7 Ni 2 1.5 ICP-OES 15 Corg 0.1 0.03 VOL 8 P 10 6 XRF 16 pH 0.1 0.1 ISE 注：除TFe2O3、CaO、Na2O含量单位为%, pH为无量纲外，其余元素含量单位为mg/kg 
下载: 导出CSV
表 2 表层和深层土壤Se含量统计
Table 2 Statistics of Se contents in topsoil and deepsoil
元素 未剔除异常值 剔除异常值 样品数 均值 最小值 最大值 变异系数 样品数 均值 最小值 最大值 变异系数 表层 4152 0.240 0.048 0.787 0.29 4119 0.239 0.048 0.440 0.28 深层 1095 0.199 0.052 1.290 0.34 1086 0.197 0.052 0.369 0.29 注: 数据除样品数量和变异系数外，单位均为mg/kg
下载: 导出CSV
表 3 研究区与其他地区表层土壤Se含量对比
Table 3 Comparison of Se content in topsoil between Xingkai Lake Plain and other regions
下载: 导出CSV
表 4 表层土壤Se丰缺结果
Table 4 Abundance and deficiency of Se content in topsoil
全量硒/(mg·kg-1) 硒效应 表层土壤 面积/km2 比例 < 0.125 硒不足 237.0 1.41 0.125~0.175 潜在硒不足 1882.4 11.2 0.175~0.40 足硒 14514.3 86.6 0.400~3.00 富硒 123.6 0.74 ≥3.00 硒中毒 0.0 0
下载: 导出CSV
表 5 不同成土母质发育表层土壤Se含量特征
Table 5 Characteristics of Se contents in topsoil of different soil parent materials
地层 样品数量 平均值/(mg·kg-1) 最小值/(mg·kg-1) 最大值/(mg·kg-1) 全新统高漫滩、低漫滩堆积层 901 0.241 0.048 0.532 更新统冲积湖积层 1424 0.281 0.106 0.498 新近系富锦组 40 0.375 0.225 0.495 白垩系沉积岩 829 0.191 0.087 0.535 侏罗系火山岩及沉积岩 90 0.213 0.121 0.363 三叠系沉积岩 34 0.230 0.140 0.322 二叠系沉积岩及火山岩 67 0.198 0.105 0.335 石炭系北兴组凝灰岩 10 0.183 0.104 0.313 泥盆系沉积岩 47 0.205 0.117 0.400 寒武系变质岩 9 0.253 0.200 0.286 玄武岩 192 0.216 0.104 0.426 花岗岩 309 0.224 0.112 0.496 新元古代侵入体 17 0.205 0.102 0.322 古元古代变质深成侵入体 149 0.207 0.101 0.787 太古宙变质岩 19 0.283 0.201 0.405
下载: 导出CSV
表 6 不同土壤类型表层土壤Se含量
Table 6 Se contents in topsoil of different soil types
土壤类型 样本数 平均值/(mg·kg-1) 最小值/(mg·kg-1) 最大值/(mg·kg-1) 标准差 变异系数 白浆土 1484 0.272 0.096 0.532 0.065 0.24 暗棕壤 931 0.189 0.087 0.787 0.057 0.30 沼泽土 811 0.257 0.047 0.535 0.064 0.25 草甸土 732 0.227 0.058 0.453 0.061 0.27
下载: 导出CSV
表 7 不同地貌单元表层土壤Se含量
Table 7 Se contents in topsoil of different geomorphic units
地貌 样本数 平均值/(mg·kg-1) 最小值/(mg·kg-1) 最大值/(mg·kg-1) 标准差 变异系数 低山丘陵 1438 0.198 0.087 0.787 0.06 0.30 冲积-湖积平原 2714 0.263 0.048 0.532 0.06 0.23
下载: 导出CSV
表 8 表层土壤硒与其他元素含量相关性
Table 8 Correlation coefficient between Se and other elements content in topsoil
元素 pH Corg N P TFe2O3 CaO Na2O S 相关系数 -0.038* 0.044** 0.077** 0.099** 0.235** -0.191** -0.499** 0.206** Sig. 0.017 0.005 0 0 0 0 0 0 元素 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn 相关系数 0.360** 0.01 0.306** 0.488** 0.109** 0.264** 0.274** -0.155** Sig. 0 0.513 0 0 0 0 0 0 注：**为在0.01级别(双尾)，相关性显著; *为在0.05级别(双尾)，相关性显著
下载: 导出CSV
表 9 根系土及农作物籽实分析结果
Table 9 Results of crop seeds and rhizosphere soil
mg/kg 样品编号 根系土 农作物 种类 土壤富硒状况 样品编号 根系土 农作物 种类 土壤富硒状况 MZW01 0.197 0.032 水稻 1:25万圈定非富硒土壤区 MZW13 0.309 0.058 水稻 1:25万圈定富硒土壤区 MZW02 0.143 0.034 水稻 MZW14 0.361 0.068 水稻 MZW03 0.286 0.033 水稻 MZW15 0.483 0.034 玉米 MZW04 0.321 0.037 水稻 MZW15-2 0.508 0.048 玉米 MZW05 0.37 0.042 水稻 1:25万圈定富硒土壤区 MZW16 - 0.04 玉米 MZW06 0.443 0.048 水稻 MZW17 0.423 0.046 玉米 MZW07 0.505 0.062 水稻 MZW18 0.352 0.036 玉米 MZW08 0.396 0.061 水稻 MZW19 0.503 0.029 玉米 MZW09 0.456 0.076 水稻 MZW20 0.404 0.029 玉米 MZW12 0.368 0.05 水稻
下载: 导出CSV
-
吴永尧, 彭振坤, 陈建英, 等. 水稻对环境硒的富集和耐受能力研究[J]. 微量元素与健康研究, 1999, 16(4): 42-44. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WYJK199904021.htm 吕瑶瑶, 余涛, 杨忠芳, 等. 大骨节病区硒元素分布的调控机理研究——以四川省阿坝地区为例[J]. 环境化学, 2012, 31(7): 935-944. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJHX201207000.htm Zhang B J, Yang L S, Wang W Y, et al. Environmental Se in the Kaschin-Beck disease area, Tibetan Plateau, China[J]. Environmental Geochemistry and Health, 2011, 33(5): 495-501. doi: 10.1007/s10653-010-9366-y
戴慧敏, 宫传东, 董北, 等. 东北平原土壤硒分布特征及影响因素[J]. 土壤学报, 2015, 52(6): 153-161 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRXB201506015.htm 赵中秋, 郑海雷, 张春光. 土壤硒及其与植物硒营养的关系[J]. 生态学杂志, 2003, 22(1): 22-25. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXZ200301006.htm Gao J, Liu Y, Huang Y, et al. Daily Se intake in a moderate Se deficiency area of Suzhou, China[J]. Food Chemistry, 2011, 126(3): 1088-1093. doi: 10.1016/j.foodchem.2010.11.137
奚小环. 多目标的地质大调查——21世纪勘查地球化学的战略选择[J]. 物探与化探, 2007, 31(4): 283-288. doi: 10.3969/j.issn.1000-8918.2007.04.001 杨忠芳, 奚小环, 成杭新, 等. 区域生态地球化学评价核心与对策[J]. 第四纪研究, 2005, 25(3): 275-275. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.2005.03.002 刘秀金, 杨柯, 成杭新, 等. 四川省泸州市页岩和碳酸盐岩区水稻根系土-Se含量和生物有效性的控制因素[J]. 地质通报, 2020, 39(12): 1919-1930. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20201206&flag=1 崔小顺, 郑昭贤, 程中双, 等. 穆兴平原北区浅层地下水水化学分布特征及其形成机理[J]. 南水北调与水利科技, 2018, 16(4): 146-153. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NSBD201804019.htm 中华人民共和国国土资源部. 《多目标区域地球化学调查规范(1: 250000) 》(DZ/T 0258-2014)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2015. 中华人民共和国国土资源部. 《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295-2016)[S]. 北京: 地质出版社, 2016. 谭见安. 中华人民共和国地方病与环境图集[M]. 北京: 科学出版社, 1989. 中华人民共和国质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 《富硒稻谷》(GB/T 22499-2008)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008. 王昌宇, 张素荣, 刘继红, 等. 河北省饶阳县富锌、硒特色土地及其生态效应评价[J]. 地质调查与研究, 2019, 42(1): 49-56. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QHWJ201901007.htm 夏学齐, 杨忠芳, 薛圆, 等. 黑龙江省松嫩平原南部土壤硒元素循环特征[J]. 现代地质, 2012, 26(5): 850-858. doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2012.05.002 迟凤琴, 徐强, 匡恩俊, 等. 黑龙江省土壤硒分布及其影响因素研究[J]. 土壤学报, 2016, 53(5): 1262-1274. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRXB201605017.htm 程伯容, 鞠山见, 岳淑嫆, 等. 我国东北地区土壤中的硒[J]. 土壤学报, 1980, 17(1): 55-61. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRXB198001005.htm 刘铮. 中国土壤微量元素[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 1996: 21-24. Lisk D J. Trace Metals in Soils, Plants, and Animals[J]. Advances in Agronomy, 1972, 24: 267-325.
王美珠, 章明奎. 我国部分高硒低硒土壤的成因初探[J]. 浙江农业大学学报, 1996, 22(1): 89-93. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZJNY601.020.htm 严明书, 龚媛媛, 杨乐超, 等. 重庆土壤硒的地球化学特征及经济意义[J]. 物探与化探, 2014, 38(2): 325-330. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WTYH201402021.htm 郦逸根, 董岩翔, 郑洁, 等. 浙江富硒土壤资源调查与评价[J]. 第四纪研究, 2005, 25(3): 323-330. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.2005.03.008 魏振山, 涂其军, 唐蜀虹, 等. 天山北坡乌鲁木齐至沙湾地区富硒土壤地球化学特征及成因探讨[J]. 物探与化探, 2016, 40(5): 893-898. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WTYH201605008.htm 周殷竹, 刘义, 王彪, 等. 青海省囊谦县农耕区土壤硒的富集因素[J]. 地质通报, 2020, 39(12): 1952-1959. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20201209&flag=1 Natasha, Shahid M, Niazi N K, et al. A critical review of Se biogeochemical behavior in soil-plant system with an inference to human health[J]. Environment Pollution, 2017, 234: 915-934.
Xing K, Zhou S, Wu X, et al. Contents and characteristics of Se in soil samples from Dashan Region, a Se-enriched area in China[J]. Soil Science and Plant Nutrition, 2015, 61(6): 889-897. doi: 10.1080/00380768.2015.1075363
杨忠芳, 余涛, 侯青叶, 等. 海南岛农田土壤Se的地球化学特征[J]. 现代地质, 2012, 26(5): 837-849. doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2012.05.001 Li Z, Liang D L, Peng Q, et al. Interaction between Se and soil organic matter and its impact on soil Se bioavailability: A review[J]. Geoderma, 2017, 295: 69-79. doi: 10.1016/j.geoderma.2017.02.019
Wang S S, Liang D, Dan W, et al. Se fractionation and speciation in agriculture soils and accumulation in corn(Zea mays L) under field conditions in Shaanxi Province, China[J]. Science of the Total Environment, 2012, 427: 159-164.
Gabos M B, Goldberg S, Alleoni L. Modeling selenium(Ⅳ and Ⅵ) adsorption envelopes in selected tropical soils using the constant capacitance model[J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2014, 33(10): 2197-2207. doi: 10.1002/etc.2574
Goldberg S. Modeling Selenite Adsorption Envelopes on Oxides, Clay Minerals, and Soils using the Triple Layer Model[J]. Soil Science Society of America Journal, 2014, 77(1): 64-71.
Iida Y, Yamaguchi T, Tanaka T. Sorption behavior of hydroselenide(HSe) onto iron-containing minerals[J]. Journal of Nuclear Science Technology, 2014, 51(3): 305-322. doi: 10.1080/00223131.2014.864457
Rovira M, Javier Giménez, María Martínez, et al. Sorption of Se(Ⅳ) and Se(Ⅵ) onto natural iron oxides: Goethite and hematite[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 150(2): 279-284. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.04.098
Hyun S, Burns P E, Murarka I, et al. Se(Ⅳ) and(Ⅵ) Sorption by Soils Surrounding Fly Ash Management Facilities[J]. Vadose Zone Journal, 2006, 5(4): 1110-1118. doi: 10.2136/vzj2005.0140
章海波, 骆永明, 吴龙华, 等. 香港土壤研究Ⅱ. 土壤硒的含量、分布及其影响因素[J]. 土壤学报, 2005, 42(3): 404-410. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2005.03.009 胡艳华, 王加恩, 蔡子华, 等. 浙北嘉善地区土壤硒的含量、分布及其影响因素初探[J]. 地质科技情报, 2010, 29(6): 84-88. doi: 10.3969/j.issn.1000-7849.2010.06.014 赵文龙, 胡斌, 王嘉薇, 等. 磷与四价硒的共存对小白菜磷, 硒吸收及转运的影响[J]. 环境科学学报, 2013, 33(7): 2020-2026. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJXX201307033.htm 周旭, 吕建树. 山东省广饶县土壤重金属来源、分布及生态风险[J]. 地理研究, 2019, 38(2): 224-236. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLYJ201902019.htm 蔡立梅, 马瑾, 周永章, 等. 东莞市农田土壤和蔬菜重金属的含量特征分析[J]. 地理学报, 2008, 63(9): 994-1003. doi: 10.3321/j.issn:0375-5444.2008.09.009 Nanos N, Martín J A R. Multiscale analysis of heavy metal content in soils: spatial variability in the Duero river basin(Spain)[J]. Geoderma, 2012, 189: 554-562
Lyu J S, Liu Y, Zhang Z L, et al. Identifying the origins and spatial distributions of heavy metals in soils of Ju country(Eastern China) using multivariate and geostatistical approach[J]. Journal of soils and sediments, 2015, 15(1): 163-178. doi: 10.1007/s11368-014-0937-x
中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会, 国家食品药品监督管理总局. 《食品中污染物限量》(GB 2762-2017)[S]. 2017. 中华人民共和国农业部. 《绿色食品产地环境质量》(NY/T 391-2013)[S]. 2013. 汤奇峰, 徐春丽, 刘斯文, 等. 江西赣州市瑞金盆地天然富硒土地资源特征与保护利用[J]. 地质通报, 2020, 39(12): 1932-1943. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20201207&flag=1 黑龙江省区域地质调查所. 黑龙江省区域地质志. 2018. 中国地质调查局. 《生态地球化学评价样品分析技术要求》(试行)(DD 2005-03). 自然资源部中国地质调查局. 《天然富硒土地划定与标识》(试行)(DD 2019-10).
计量
- 文章访问数: 2438
- HTML全文浏览量: 358
- PDF下载量: 2085
