【摘要】：硒是人体必需的微量元素,缺硒或硒过量都会对人类健康产生不利影响。由于硒在环境中的分布极不均衡,国内外较多关注于缺硒或硒毒害地区。对富硒地区土壤硒分布的研究多采用行政区域作为研究范围,没有体现生态系统的完整性。广西小流域众多,富硒土壤分布广泛,并具有大面积连续分布特点,因此在该区开展硒在流域内分布规律的研究、揭示土壤富硒成因,对于涉硒产业宏观布局、富硒土壤资源开发规划,以及人类健康长寿的地理环境要素的研究有重要意义。本文以流域为尺度在桂林富硒长寿地区,通过主成分分析、聚类分析、通径分析和地统计分析等方法和手段,系统研究岩石-土壤(沉积物)-水体-作物-人类毛发等各生物地球要素中硒的含量、分布特征、控制因素;从流域角度阐明了地理环境不同介质中硒分布及相互关系、土壤富硒成因、土壤有效硒含量和形态的影响因素;揭示了地理环境介质中硒分布对农作物硒含量、居民膳食硒暴露水平和长寿区分布等生态效应的影响规律。取得的研究成果如下:(1)通过对比桂林百寿河流域内不同地理环境介质中硒含量,发现了流域内土壤和沉积物以及上覆水从上游到下游硒含量逐渐降低的趋势。土壤硒含量不仅与高程极显著相关(r=0.41,p0.01),且富硒土壤的发育受岩石岩性和成土母质控制,表现为碎屑岩区(0.84 mg/kg)碳酸盐岩区(0.66 mg/kg)第四系沉积物分布区(0.49mg/kg),并在不同岩性区存在极显著差异。流域内岩石硒含量较低(0.064 mg/kg)且分布较为均匀,是土壤中硒含量与岩石中硒含量无显著相关性的主要原因。沉积物中的硒含量与土壤中的硒含量以及沉积物的粒度有关。上覆水中的硒含量受沉积物中硒含量直接控制,受土壤硒含量间接控制。(2)与湖北恩施、陕西紫阳等高硒地区有关研究报道结果不同,流域内土壤大面积土壤富硒则是由气候因素以及脱硅富铝化成土过程导致。从地表向下,硅铝率Sa和硅铁铝率Saf值呈下降趋势,土壤具有明显的淋溶淀积特征,导致砂岩、泥岩、第四系沉积物母质发育的土壤在淀积层富集以及灰岩母质发育的土壤在表层富集的规律。通过R型聚类分析得出,与铁铝氧化物的吸附保留以及盐基离子的淋失有关。(3)基于流域内土壤硒呈现的结构性变异特征,提出采用克里金插值方法,开展土壤硒空间插值并对流域内的硒分布进行预测。交叉验证结果显示,通过引入地形指数(高程H、复合地形指数CTI)作为协变量,使用多变量协同克里金方法显著提高了流域内土壤硒预测精度,为土壤硒的空间分布研究提供依据。(4)通过采用NaHCO_3和NaH_2PO_4对流域内碎屑岩区、碳酸盐岩区以及第四系沉积物分布区的土壤有效硒的提取,发现土壤有效硒分布与总硒分布趋势相一致,但有效硒比例在不同岩性区差异较小,土壤总硒和pH是影响土壤有效硒含量的重要因素。流域内各种土壤硒形态比例中,残渣态、有机结合态和酸溶态硒比例较高(分别为63.65%、16.40%、11.95%),可交换态、水溶态比例较低(分别为6.67%、1.33%)。通径分析表明,对土壤中水溶态硒、可交换态硒、酸溶态硒、有机态硒、残渣态硒有重要影响的分别为OM和Na_2O、pH和TiO_2、pH、MnO和Al_2O_3、OM和TiO_2。通过比较两种方法提取的有效硒和硒形态的关系,发现NaH_2PO_4更适合作为酸性土壤地区土壤有效硒的提取剂,其提取的有效硒可用来判断土壤硒供给的潜力大小。(5)通过对流域内不同岩性区硒生态效应的对比研究,发现了农作物在各个岩性区呈现出不同的硒生物富集特征。碳酸盐岩区水稻土中较高的可交换态硒含量导致碳酸盐岩区稻谷硒含量(97.23±39.59μg/kg)显著高于第四系沉积物分布区稻谷硒含量(51.08±15.05μg/kg);土壤硒的活化程度不高是造成蔬菜在不同岩性区中硒含量不高以及差异较小的原因。受稻谷中的硒含量影响,碳酸盐岩区居民硒膳食摄入量最高51.60μg/d,较为接近国内外推荐值55μg/d。发硒含量与居民硒膳食摄入量之间存在线性关系,但在不同岩性区关系并不一致。高龄老人(90岁)较多分布在碳酸盐岩区的主要原因可能是该区居民较适宜的硒膳食摄入量以及土壤中较高含量的钙、锰等人体必需元素所致。硒在流域不同介质上的分布规律和控制因素以及长寿人口分布规律等研究成果将为从流域尺度富硒土壤资源开发和探讨居民长寿机理研究提供依据,具有实际应用价值和科学意义。
【图文】：
华中农业大学 2019 届博士研究生学位（毕业）论文概况区自然地理概况位置位于广西壮族自治区桂林市永福县百寿镇。永福县位于广西壮族林西南，地处东经 109°36′50″ 110°14′19″，北纬 24°37′48″ 25 45km，东北与临桂区相临，西北与融安县接壤，南离柳州市 10，土地总面积 2777.08km2。百寿镇，曾名永宁州、永宁县，后因更名。百寿镇位于永福县西北部，东与桃城乡和龙江乡交界，南，，西接融安县大坡乡和泗顶乡，北靠龙江乡和融安县雅瑶乡。西宽 24.5km，面积 399km2。镇人民政府设在百寿镇，东距县城7km（永福县人民政府 2015）。
百寿河流域土壤图
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S153.6
【参考文献】
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