现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (03): 941-952.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.03.14
收稿日期:
2021-03-31
修回日期:
2021-09-01
出版日期:
2022-06-10
发布日期:
2022-07-19
作者简介:
王美华,男,高级工程师,1972年出生,地质勘探专业,主要从事矿产地质、农业地质调查研究工作。Email: 277362453@qq.com。
基金资助:
Received:
2021-03-31
Revised:
2021-09-01
Online:
2022-06-10
Published:
2022-07-19
摘要:
为系统研究石煤矿山周边耕地富硒土壤地球化学特征及影响因素,在浙江省常山县辉埠石煤矿山周边耕地采集了表层土壤样品144件、农产品甘蔗样20件、土壤垂向剖面土壤样6件、岩石样5件和地表水样3件。通过样品Se、有机质、As、Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg、Cr等元素含量指标测定和统计,探究了该区富硒土壤地球化学特征。结果表明:区内表层土壤硒含量主要集中于0.47~1.34 mg/kg之间,平均含量0.87 mg/kg,远高于浙江省平均值,且硒含量高值区与辉埠石煤矿的走向一致;硒含量随着土壤深度增加而逐渐下降;89.58%的土壤样品和65%的甘蔗样品达到富硒标准,但存在土壤和农产品Cd等主要重金属元素含量超标的生态风险。土壤硒含量均值在寒武系下统荷塘组最高(1.31 mg/kg),奥陶系中—下统最低(0.64 mg/kg);旱地硒均值略高于水田,但差异不显著(p>0.05);硒含量均值高低变化为粗骨土>石灰岩土>水稻土>红壤。研究认为,土壤硒含量受地质背景、土壤类型和有机质等因素的影响,含石煤层黑色岩系和碳酸盐岩等富硒地层是形成富硒土壤的主要因素,小部分与矿山开采等人类活动有关。
中图分类号:
王美华. 浙西典型石煤矿山周边耕地富硒土壤地球化学特征及影响因素[J]. 现代地质, 2022, 36(03): 941-952.
WANG Meihua. Geochemical Characteristics and Influencing Factors of Selenium-enriched Soils in Cultivated Land Around Typical Stone Coal Mines in Western Zhejiang[J]. Geoscience, 2022, 36(03): 941-952.
样品数/件 | Se含量/(mg/kg) | 标准差 | 变异系数 | 浙江省土壤Se含量 平均值/(mg/kg) | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
最小值 | 最大值 | 平均值 | 背景值 | ||||
144 | 0.18 | 3.71 | 0.87 | 0.72 | 0.57 | 0.66 | 0.29 |
表1 研究区土壤硒含量特征(n=144)
Table 1 Characteristics of soil selenium content in the study area(n=144)
样品数/件 | Se含量/(mg/kg) | 标准差 | 变异系数 | 浙江省土壤Se含量 平均值/(mg/kg) | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
最小值 | 最大值 | 平均值 | 背景值 | ||||
144 | 0.18 | 3.71 | 0.87 | 0.72 | 0.57 | 0.66 | 0.29 |
硒含量界限 值/(mg/kg) | 硒含量 分级 | 硒效应 含义 | 样品 数/件 | 比例/ % |
---|---|---|---|---|
≤0.125 | 缺乏 | 缺Se | 0 | 0 |
0.125~0.175 | 边缘 | 潜在缺Se | 0 | 0 |
0.175~0.40 | 适量 | 足Se | 13 | 9.03 |
0.40~3.00 | 高 | 富Se | 129 | 89.58 |
≥ 3.00 | 过剩 | Se中毒 | 2 | 1.39 |
表2 研究区土壤全硒含量及硒效应分级结果(n=144)
Table 2 The total selenium content of soil in the study area and the grading results of selenium effects(n=144)
硒含量界限 值/(mg/kg) | 硒含量 分级 | 硒效应 含义 | 样品 数/件 | 比例/ % |
---|---|---|---|---|
≤0.125 | 缺乏 | 缺Se | 0 | 0 |
0.125~0.175 | 边缘 | 潜在缺Se | 0 | 0 |
0.175~0.40 | 适量 | 足Se | 13 | 9.03 |
0.40~3.00 | 高 | 富Se | 129 | 89.58 |
≥ 3.00 | 过剩 | Se中毒 | 2 | 1.39 |
特征参数 | Cd | Hg | Cu | As | Zn | Ni | Pb | Cr | pH |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 | 2.58 | 0.28 | 70.3 | 26.8 | 185 | 63.2 | 34.0 | 80.1 | 5.61 |
中位数 | 0.75 | 0.23 | 40.6 | 19.7 | 114 | 38.9 | 34.0 | 80.8 | 5.38 |
最小值 | 0.06 | 0.05 | 12.0 | 3.90 | 58.5 | 11.5 | 19.8 | 42.3 | 3.67 |
最大值 | 27.14 | 1.91 | 615 | 291 | 1 521 | 528 | 46.9 | 140 | 7.85 |
变异系数 | 1.61 | 0.79 | 1.20 | 1.05 | 1.03 | 1.05 | 0.14 | 0.19 | — |
中国土壤背景值 | 0.097 | 0.065 | 22.6 | 11.2 | 74.2 | 26.9 | 26.0 | 61.0 | — |
总超标点数/个 | 96 | 11 | 45 | 50 | 31 | 32 | 0 | 0 | |
点位超标率/% | 66.67 | 7.64 | 31.25 | 34.72 | 21.53 | 22.22 | 0 | 0 |
表3 石煤矿山周边表层土壤重金属含量特征(n=144)
Table 3 Characteristics of heavy metal content in surface soil around stone coal mines(n=144)
特征参数 | Cd | Hg | Cu | As | Zn | Ni | Pb | Cr | pH |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 | 2.58 | 0.28 | 70.3 | 26.8 | 185 | 63.2 | 34.0 | 80.1 | 5.61 |
中位数 | 0.75 | 0.23 | 40.6 | 19.7 | 114 | 38.9 | 34.0 | 80.8 | 5.38 |
最小值 | 0.06 | 0.05 | 12.0 | 3.90 | 58.5 | 11.5 | 19.8 | 42.3 | 3.67 |
最大值 | 27.14 | 1.91 | 615 | 291 | 1 521 | 528 | 46.9 | 140 | 7.85 |
变异系数 | 1.61 | 0.79 | 1.20 | 1.05 | 1.03 | 1.05 | 0.14 | 0.19 | — |
中国土壤背景值 | 0.097 | 0.065 | 22.6 | 11.2 | 74.2 | 26.9 | 26.0 | 61.0 | — |
总超标点数/个 | 96 | 11 | 45 | 50 | 31 | 32 | 0 | 0 | |
点位超标率/% | 66.67 | 7.64 | 31.25 | 34.72 | 21.53 | 22.22 | 0 | 0 |
特征值 | Cd | Cr | Ni | Cu | Zn | As | Pb | Hg | Se |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 | 0.15 | 0.18 | 0.57 | 1.00 | 4.50 | 0.017 | 0.037 | 0.003 0 | 0.017 |
最小值 | 0.02 | 0.07 | 0.22 | 0.30 | 1.00 | 0.004 | 0.005 | 0.001 5 | 0.003 |
最大值 | 0.51 | 0.33 | 1.72 | 1.59 | 9.68 | 0.045 | 0.114 | 0.003 8 | 0.037 |
变异系数 | 1.01 | 0.46 | 0.75 | 0.51 | 0.54 | 0.72 | 0.91 | 0.23 | 0.68 |
评价标准值 | 0.050 | — | — | — | — | — | 0.100 | — | 0.01* |
表4 研究区甘蔗硒含量和重金属含量特征(n=20)
Table 4 Characteristics of selenium content and heavy metal content in sugarcane in the study area(n=20)
特征值 | Cd | Cr | Ni | Cu | Zn | As | Pb | Hg | Se |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 | 0.15 | 0.18 | 0.57 | 1.00 | 4.50 | 0.017 | 0.037 | 0.003 0 | 0.017 |
最小值 | 0.02 | 0.07 | 0.22 | 0.30 | 1.00 | 0.004 | 0.005 | 0.001 5 | 0.003 |
最大值 | 0.51 | 0.33 | 1.72 | 1.59 | 9.68 | 0.045 | 0.114 | 0.003 8 | 0.037 |
变异系数 | 1.01 | 0.46 | 0.75 | 0.51 | 0.54 | 0.72 | 0.91 | 0.23 | 0.68 |
评价标准值 | 0.050 | — | — | — | — | — | 0.100 | — | 0.01* |
地层 | 主要岩性 | 样品数/ 件 | 最小值/ (mg/kg) | 最大值/ (mg/kg) | 平均值/ (mg/kg) | 标准差 | 变异 系数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
寒武系下统荷塘组($\epsilon$1h) | 碳质页岩、硅质岩 | 11 | 0.18 | 3.71 | 1.31 | 1.15 | 0.88 |
寒武系中—上统() | 泥灰岩 | 12 | 0.73 | 3.54 | 1.24 | 0.78 | 0.63 |
奥陶系上统三衢山组(O3s) | 灰岩 | 2 | 0.43 | 1.95 | 1.19 | 1.08 | 0.91 |
南华系下统休宁组(Nh1x) | 砂岩 | 23 | 0.41 | 2.63 | 0.94 | 0.53 | 0.56 |
第四系(Q) | 冲洪积物 | 74 | 0.26 | 2.94 | 0.78 | 0.39 | 0.50 |
奥陶系中—下统(O1-2) | 泥岩 | 22 | 0.18 | 1.33 | 0.64 | 0.33 | 0.52 |
表5 研究区不同地层分布区土壤硒含量
Table 5 Soil selenium content in different stratum distribution areas in the study area
地层 | 主要岩性 | 样品数/ 件 | 最小值/ (mg/kg) | 最大值/ (mg/kg) | 平均值/ (mg/kg) | 标准差 | 变异 系数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
寒武系下统荷塘组($\epsilon$1h) | 碳质页岩、硅质岩 | 11 | 0.18 | 3.71 | 1.31 | 1.15 | 0.88 |
寒武系中—上统() | 泥灰岩 | 12 | 0.73 | 3.54 | 1.24 | 0.78 | 0.63 |
奥陶系上统三衢山组(O3s) | 灰岩 | 2 | 0.43 | 1.95 | 1.19 | 1.08 | 0.91 |
南华系下统休宁组(Nh1x) | 砂岩 | 23 | 0.41 | 2.63 | 0.94 | 0.53 | 0.56 |
第四系(Q) | 冲洪积物 | 74 | 0.26 | 2.94 | 0.78 | 0.39 | 0.50 |
奥陶系中—下统(O1-2) | 泥岩 | 22 | 0.18 | 1.33 | 0.64 | 0.33 | 0.52 |
土地利 用类型 | 平均值/ (mg/kg) | 最小值/ (mg/kg) | 最大值/ (mg/kg) | 标准差 | 变异 系数 | 样品 数/件 |
---|---|---|---|---|---|---|
水田 | 0.86 | 0.26 | 3.71 | 0.54 | 0.64 | 119 |
旱地 | 0.93 | 0.18 | 2.88 | 0.69 | 0.75 | 25 |
表6 不同土地利用类型土壤Se含量变化
Table 6 Changes of soil Se content in different land use types
土地利 用类型 | 平均值/ (mg/kg) | 最小值/ (mg/kg) | 最大值/ (mg/kg) | 标准差 | 变异 系数 | 样品 数/件 |
---|---|---|---|---|---|---|
水田 | 0.86 | 0.26 | 3.71 | 0.54 | 0.64 | 119 |
旱地 | 0.93 | 0.18 | 2.88 | 0.69 | 0.75 | 25 |
土壤 类型 | 平均值/ (mg/kg) | 最小值/ (mg/kg) | 最大值/ (mg/kg) | 标准差 | 变异 系数 | 样品 数/件 |
---|---|---|---|---|---|---|
红壤 | 0.76 | 0.18 | 2.38 | 0.57 | 0.74 | 24 |
水稻土 | 0.86 | 0.26 | 3.71 | 0.53 | 0.62 | 106 |
石灰岩土 | 1.11 | 0.61 | 2.94 | 0.72 | 0.65 | 9 |
粗骨土 | 1.15 | 0.18 | 2.88 | 1.02 | 0.89 | 5 |
表7 不同土壤类型Se含量变化
Table 7 Changes of Se content in different soil types
土壤 类型 | 平均值/ (mg/kg) | 最小值/ (mg/kg) | 最大值/ (mg/kg) | 标准差 | 变异 系数 | 样品 数/件 |
---|---|---|---|---|---|---|
红壤 | 0.76 | 0.18 | 2.38 | 0.57 | 0.74 | 24 |
水稻土 | 0.86 | 0.26 | 3.71 | 0.53 | 0.62 | 106 |
石灰岩土 | 1.11 | 0.61 | 2.94 | 0.72 | 0.65 | 9 |
粗骨土 | 1.15 | 0.18 | 2.88 | 1.02 | 0.89 | 5 |
有机质 | Cd | As | Hg | Cu | Pb | Zn | Cr | Ni | pH | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
相关系数 | 0.65 | 0.46 | 0.27 | 0.23 | 0.73 | 0.34 | 0.63 | 0.53 | 0.62 | 0.068* |
表8 土壤Se含量同其他理化指标相关性
Table 8 Correlation between soil Se content and other physical and chemical indicators
有机质 | Cd | As | Hg | Cu | Pb | Zn | Cr | Ni | pH | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
相关系数 | 0.65 | 0.46 | 0.27 | 0.23 | 0.73 | 0.34 | 0.63 | 0.53 | 0.62 | 0.068* |
元素 | 荷塘组 | 浙江省丰度值 | 富集系数 |
---|---|---|---|
Cd | 0.91 | 0.075* | 12.13 |
Cr | 142.98 | 38.0 | 3.76 |
Ni | 30.90 | 19.0 | 1.63 |
Cu | 21.18 | 16.0 | 1.32 |
As | 25.12 | 4.73 | 5.31 |
Hg | 1.46 | 0.03 | 48.67 |
表9 研究区荷塘组地层部分重金属元素含量(wB/(mg/kg))
Table 9 The content of heavy metal elements in the Hetang Formation in the study area (mg/kg)
元素 | 荷塘组 | 浙江省丰度值 | 富集系数 |
---|---|---|---|
Cd | 0.91 | 0.075* | 12.13 |
Cr | 142.98 | 38.0 | 3.76 |
Ni | 30.90 | 19.0 | 1.63 |
Cu | 21.18 | 16.0 | 1.32 |
As | 25.12 | 4.73 | 5.31 |
Hg | 1.46 | 0.03 | 48.67 |
样品原号 | 采集位置 | pH | As | Cu | Pb | Zn | Cd | Cr6+ | Se |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
DGSY1 | 矿坑水 | 3.78 | 0.013 1 | 0.611 | 0.002 | 6.27 | 0.297 | 0.010 | 0.171 |
DGSY2 | 周边溪水(距矿山直距166 m) | 7.65 | <0.01 | 0.032 9 | <0.002 | 0.055 9 | 0.003 0 | <0.004 | 0.005 6 |
DGSY3 | 下游灌溉水(距矿山直距560 m) | 7.65 | <0.01 | 0.035 3 | <0.002 | 0.149 | 0.005 7 | <0.004 | 0.007 9 |
《GB5084—2005农田灌溉水质标准》[ | 5.5~8.5 | 0.05 | 0.5 | 0.2 | 2 | 0.01 | 0.1 | 0.02 |
表10 研究区地表水样品分析结果
Table 10 Analysis results of surface water samples in the study area
样品原号 | 采集位置 | pH | As | Cu | Pb | Zn | Cd | Cr6+ | Se |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
DGSY1 | 矿坑水 | 3.78 | 0.013 1 | 0.611 | 0.002 | 6.27 | 0.297 | 0.010 | 0.171 |
DGSY2 | 周边溪水(距矿山直距166 m) | 7.65 | <0.01 | 0.032 9 | <0.002 | 0.055 9 | 0.003 0 | <0.004 | 0.005 6 |
DGSY3 | 下游灌溉水(距矿山直距560 m) | 7.65 | <0.01 | 0.035 3 | <0.002 | 0.149 | 0.005 7 | <0.004 | 0.007 9 |
《GB5084—2005农田灌溉水质标准》[ | 5.5~8.5 | 0.05 | 0.5 | 0.2 | 2 | 0.01 | 0.1 | 0.02 |
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