Selenium geochemistry of soil and development potential of Se-rich soil in Xingkai Lake Plain
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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.
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Key words:
- Xingkai Lake Plain /
- soil Se content /
- distribution /
- enrichment
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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 
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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① 黑龙江省区域地质调查所. 黑龙江省区域地质志. 2018.
② 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).
③ 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).
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图(4)
表(9)
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