青藏高原东北缘土壤锌硒锗富集靶区优选及健康潜力评价

doi:10.13745/j.esf.sf.2025.4.16

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (4): 342-352.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.4.16

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青藏高原东北缘土壤锌硒锗富集靶区优选及健康潜力评价

张亚峰¹^,²(), 施泽明¹^,^*(), 苗国文²^,^*(), 许光², 金戈¹, 马风娟², 姬丙艳³, 姚振², 马瑛²

1.成都理工大学地球与行星科学学院, 四川成都 610059
2.青海省第五地质勘查院, 青海省富硒资源利用工程技术研究中心, 青海西宁 810099
3.青海省第四地质勘查院, 青海西宁 810000

收稿日期:2025-02-28 修回日期:2025-04-18 出版日期:2025-07-25 发布日期:2025-08-04
通信作者: *施泽明(1968—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事环境地球化学研究。E-mail: shizm@cdut.edu.cn; 苗国文(1980—),男,硕士,正高级工程师,主要从事地球化学研究。E-mail: 27861538@qq.com
作者简介:张亚峰(1986—),女,博士研究生,高级工程师,主要从事健康地质、环境地球化学研究。E-mail: 371221815@qq.com
基金资助:
中国地质调查局国家公益性地质调查专项(GZTR20080117);中国地质调查局国家公益性地质调查专项(DD20160319-07);青海省地质勘查基金项目(DK10);青海省富硒资源利用工程技术研究中心专项基金项目(FX202401)

Optimal selection of soil zinc, selenium and germanium enrichment target areas and evaluation of their health potential on the northeastern edge of the Qinghai-Tibet Plateau

ZHANG Yafeng¹^,²(), SHI Zeming¹^,^*(), MIAO Guowen²^,^*(), XU Guang², JIN Ge¹, MA Fengjuan², JI Bingyan³, YAO Zhen², MA Ying²

1. College of Earth and Planetary Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
2. Qinghai Provincial Engineering Technology Research Center for Selenium-rich Resource Utilization, The Fifth Geological Exploration Institute of Qinghai Province, Xining 810099, China
3. The Fourth Geological Exploration Institute of Qinghai Province, Xining 810000, China

Received:2025-02-28 Revised:2025-04-18 Online:2025-07-25 Published:2025-08-04

摘要/Abstract

摘要：

青藏高原东北缘地质结构复杂,农畜产业集聚,是开展健康地质服务农畜生产的良好区块。通过地质手段查明典型健康元素Zn、Se和Ge的分布、富集特征及健康潜力,可为挖掘地域特色资源禀赋、优选生态健康靶区、开展健康地质研究和发展特色产业提供技术支持。通过采集研究区8 273组表层土壤样品,分析测试pH及Zn、Se和Ge含量,选用地累积指数、标准比对、健康潜力指数和复合指数法多角度评价土壤Zn、Se和Ge的富集特征、规模和潜力。结果表明,研究区土壤整体呈低硒、低锗和高锌的背景,空间变异呈硒强、锗中和锌弱的特征。对照中国土壤背景值,研究区土壤Zn、Se和Ge的富集规模和强度依序递减; 对照现行相关标准和中国土壤统计分级,研究区土壤整体呈富锌贫硒锗的特征,局部存在富硒和富锗区,具有一定的健康贡献和生态潜力; 综合考虑富集程度和各指标健康贡献差异,研究区Zn和Se存在一定健康潜力,Ge具较低健康潜力,中度以上潜力区占比14.8%;对照健康元素组的复合指数,并以累计频率85%以上划定优势区,结合地质背景,土地利用、地貌景观和富集强弱规模等因素,选定优先利用靶区5处。靶区选定为快速推进青海健康地质的研究和应用深度提供了方向。

关键词: 青藏高原东北缘, 健康元素, 土壤锌、硒和锗, 靶区优选, 健康潜力

Abstract:

The northeastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau, characterized by intricate geological architecture and concentrated agro-pastoral activities, presents an optimal field laboratory for health geology research. This study systematically investigated the spatial distribution, enrichment mechanisms, and health potential of critical essential elements (Zn, Se, Ge) using advanced geochemical prospecting techniques, establishing a scientific foundation for optimizing land resource utilization and delineating priority eco-health zones. A total of 8273 surface soil samples were collected and analyzed for pH, Zn, Se, and Ge content. Multi-criteria assessment frameworks incorporating the geo-accumulation index (I_geo), standard threshold comparison, health potential index (HPI), and a Composite Index were implemented. Key findings include: (1) Soils in the study area exhibit overall low Se, low Ge, and high Zn backgrounds, with spatial variability characterized by strong variation for Se, moderate for Ge, and weak for Zn. (2) Relative to Chinese soil background values, the degree and spatial extent of Zn, Se, and Ge enrichment decrease in that order. Compared to relevant national standards and soil classification criteria, soils are generally Zn-rich but Se-poor and Ge-poor, although localized Se-rich and Ge-rich zones exist, exhibiting potential health benefits. Health potential assessment (HPI) indicates moderate potential for Zn and Se, but lower potential for Ge. Areas with moderate or higher composite health potential constitute 14.8% of the region. (3) Priority target areas for utilization were identified by first selecting zones exceeding the 85th percentile of the Composite Health Potential Index, followed by refinement based on geological background, land use, geomorphology, and enrichment patterns. Five key target areas were delineated, providing strategic direction for in-depth healthy geology research and application in Qinghai.

Key words: the northeastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau, healthy elements, soil zinc, selenium and germanium, target area preference, health potential

中图分类号:

张亚峰, 施泽明, 苗国文, 许光, 金戈, 马风娟, 姬丙艳, 姚振, 马瑛. 青藏高原东北缘土壤锌硒锗富集靶区优选及健康潜力评价[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 342-352.

ZHANG Yafeng, SHI Zeming, MIAO Guowen, XU Guang, JIN Ge, MA Fengjuan, JI Bingyan, YAO Zhen, MA Ying. Optimal selection of soil zinc, selenium and germanium enrichment target areas and evaluation of their health potential on the northeastern edge of the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(4): 342-352.

图/表 11

图1 研究区地质简图 1—新生界(泥岩、碎屑岩等);2—中生界(砾岩、砂岩等);3—上古生界(砂岩、页岩等);4—下古生界(玄武岩、安山岩等);5—新元古界(白云岩、砾岩等);6—中元古界(灰岩、千枚岩等);7—古元古界(灰岩、片麻岩等);8—侵入岩;9—采样点;10—农业区;11—牧业区。① 走廊南山;②门源盆地;③达坂山;④青海湖盆地;⑤西宁盆地;⑥民和盆地;⑦拉脊山;⑧共和盆地;⑨贵德盆地;⑩青海南山;⑪河卡山。

Fig.1 Geological sketch map of the study area

表1 分析方法质量监控

Table 1 Quality control of analysis method

参数与元素	分析方法	检出限/(mg·kg^-1)	准确度ΔlgC	RSD/%	报出率/%
pH	ISE	0.1	0.002	3.52	100
Zn含量	XRF	1	0.002	1.27	100
Se含量	AFS	0.01	0.008	4.35	100
Ge含量	AFS	0.1	-0.029	4.25	100

表2 地累积指数分级

Table 2 Grading of the accumulation index

等级	富集程度	地累积指数	等级	富集程度	地累积指数
Ⅰ	无	≤0	Ⅴ	高-重度	>3~4
Ⅱ	轻-中度	>0~1	Ⅵ	重-极度	>4~5
Ⅲ	中度	>1~2	Ⅶ	极度	>5
Ⅳ	中-高度	>2~3

表3 土壤Zn、Se和Ge划分标准及健康意义

Table 3 Classification criteria and health significance of soil Zn, Se and Ge

等级	Zn含量/ (mg·kg^-1)	Se含量/ (mg·kg^-1)	Ge含量/ (mg·kg^-1)	等级	Zn含量/ (mg·kg^-1)	Se含量/ (mg·kg^-1)	Ge含量/ (mg·kg^-1)
Ⅰ(丰富)	>84	>0.4	>1.5	Ⅳ(较缺乏)	50~62	0.1~0.2	1.2~1.3
Ⅱ(较丰富)	>71~84	>0.3~0.4	>1.4~1.5	Ⅴ(缺乏)	≤50	≤0.1	≤1.2
Ⅲ(中等)	>62~71	>0.2~0.3	>1.3~1.4	上限值(超标)	300

表4 潜在健康指数分级及表征的健康意义

Table 4 Health significance of latent health index grading and characterization

等级	潜在健康指数	综合健康指数	健康等级	等级	潜在健康指数	综合健康指数	健康等级
Ⅰ	≤10	≤70	低	Ⅳ	>40~80	>280~560	很高
Ⅱ	>10~20	>70~140	中	Ⅴ	>80	>560	极高
Ⅲ	>20~40	>140~280	高

表5 土壤Zn、Se和Ge含量特征值统计

Table 5 Characteristic values of soil Zn, Se and Ge contents

元素	最大值/(mg·kg^-1)	最小值/(mg·kg^-1)	平均值/(mg·kg^-1)	背景值/(mg·kg^-1)	变异系数/%	中国土壤背景值/(mg·kg^-1)
Zn	345	16	72±14	72±12	15	67
Se	2.31	0.02	0.20±0.10	0.19±0.06	50	0.22
Ge	2.6	0.5	1.2±0.2	1.2±0.2	20	1.4

图2 研究区表层土壤Zn、Se和Ge富集特征 a—地累积指数分布箱线图;b—地累积指数富集评价等级占比。

Fig.2 Enrichment characteristics of Zn, Se and Ge in the surface soil of the study area

表6 研究区土壤Zn、Se和Ge分级统计

Table 6 Classification statistics of soil Zn, Se and Ge in the study area

等级	Zn			Se			Ge
等级	样点/个	面积/km²	比例/%	样点/个	面积/km²	比例/%	样点/个	面积/km²	比例/%
Ⅰ(丰富)	1 490	5 960	18.0	196	784	2.4	220	880	2.7
Ⅱ(较丰富)	2 717	10 868	32.8	425	1 700	5.1	486	1 944	5.9
Ⅲ(中等)	2 457	9 828	29.7	2 721	10 884	32.9	1 261	5 044	15.2
Ⅳ(较缺乏)	1 224	4 896	14.8	4 472	17 888	54.1	2 178	8 712	26.3
Ⅴ(缺乏)	385	1 540	4.7	459	1 836	5.5	4 128	16 512	49.9

图3 研究区土壤Zn、Se、Ge含量和pH空间分级

Fig.3 Spatial classification of soil Zn, Se and Ge in the study area

图4 研究区土壤Zn、Se和Ge分级直方图及统计值

Fig.4 Grading and target area of the comprehensive index of soil Zn, Se and Ge in the study area

图5 研究区土壤Zn、Se和Ge综合指数分级及靶区示意

Fig.5 Grading and target area of the comprehensive index of soil Zn, Se and Ge in the study area

参考文献 51

[1]	施词. 安徽省怀宁县黄墩地区土壤地球化学特征及特色土壤资源利用[J]. 资源信息与工程, 2024, 39(5): 74-77.
[2]	刘志坚, 张琇, 董元华, 等. 宁夏卫宁平原土壤锌地球化学特征与富锌小麦种植区预测[J]. 中国地质, 2024, 51(4): 1319-1330.
[3]	胡焰, 韩光宇, 王健. 微量元素锌与人体健康初探[J]. 当代医学, 2011, 17(31): 152-153.
[4]	SHARMA A, PATNI B, SHANKHDHAR D, et al. Zinc: an indispensable micronutrient[J]. Physiology and Molecular Biology of Plants, 2013, 19(1): 11-20.
[5]	ROSE M, BAXTER M, BRERETON N, et al. Dietary exposure to metals and other elements in the 2006 UK total diet study and some trends over the last 30 years[J]. Food Additives & Contaminants: Part A, Chemistry, Analysis, Control, Exposure & Risk Assessment, 2010, 27(10): 1380-1404.
[6]	KNEZ M, STANGOULIS J C R. Dietary Zn deficiency, the current situation and potential solutions[J]. Nutrition Research Reviews, 2023, 36(2):199-215.
[7]	MUELLER G. Schwermetalle in den sedimenten des rheinsveräenderungen seit 1971[J]. Umschau in Wissenschaft und Technik, 1979, 79(24): 778-783.
[8]	FRIEDMANN ANGELI J P, CONRAD M. Selenium and GPX4, a vital symbiosis[J]. Free Radical Biology and Medicine, 2018, 127: 153-159. DOI PMID
[9]	孙楠, 王惠纳, 张薇, 等. 硒的来源、富集及富硒食物资源研究进展[J]. 食品科学, 2024, 45(7): 299-309.
[10]	NING Y, HU M, CHEN S, et al. Investigation of selenium nutritional status and dietary pattern among children in Kashin-Beck disease endemic areas in Shaanxi Province, China using duplicate portion sampling method[J]. Environment International, 2022, 164: 107255.
[11]	ROSENBERG E. Germanium: environmental occurrence, importance and speciation[J]. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 2009, 8(1): 29-57.
[12]	POLYAKOV A V, ALEKSEEVA T V. Ability of garlic (Allium Sativum L.) to accumulate germanium under natural and experimental conditions[J]. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2024, 50(7): 2904-2909.
[13]	赵君, 饶竹, 王鹏, 等. 黑龙江讷河市富锗土壤地球化学特征及影响因素浅析[J]. 岩矿测试, 2022, 41(4): 642-651.
[14]	NAKAMURA T, SHIMADA Y, TAKEDA T, et al. Organogermanium compound,Ge-132,forms complexes with adrenaline,ATP and other physiological cis-diol compounds[J]. Future Medicinal Chemistry, 2015, 7(10): 1233-1246.
[15]	赵小红, 何慧, 贾蕾, 等. 植物生物强化硒与锌: 膳食补充剂的新探索[J]. 食品科技, 2022, 47(5): 95-101.
[16]	KRYSTEK P, RITSEMA R. Analytical product study of germanium containing medicine by different ICP-MS applications[J]. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 2004, 18(1): 9-16.
[17]	LI S P, XIE W L, CAI H H, et al. Hydroxyl radical scavenging mechanism of human erythrocytes by quercetin-germanium(Ⅳ) complex[J]. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 2012, 47(1): 28-34.
[18]	孔祥瑞. 锗的研究进展[J]. 生理科学进展, 1996, 27(2): 173-175.
[19]	LV Q, LIANG X, NONG K, et al. Advances in research on the toxicological effects of selenium[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2021, 106(5): 715-726. DOI PMID
[20]	梁帅, 戴慧敏, 刘国栋, 等. 黑龙江双阳河流域土壤-作物-人体系统中硒元素及生态环境与人体健康评价[J]. 中国地质, 2022, 49(4): 1064-1074.
[21]	徐磊, 赵萌生, 陈伟志, 等. 西南红层山间盆地典型农耕区土壤-作物系统锌铜有益元素生物有效性及影响因素[J/OL]. 中国地质, (2023-05-24)[2025-01-05]. https://kns.cnki.net/kcms2/detail/11.1167.P.20230523.1538.004.html.
[22]	孙厚云, 孙晓明, 贾凤超, 等. 河北承德锗元素生态地球化学特征及其与道地药材黄芩适生关系[J]. 中国地质, 2020, 47(6): 1646-1667.
[23]	张亚峰, 姬丙艳, 沈骁, 等. 西宁盆地咸水湖相沉积型富硒土壤的形成机理及意义[J]. 物探与化探, 2023, 47(2): 470-476.
[24]	武桂春, 纪占胜, LASH G G, 等. 青藏高原及其周边三叠纪综合地层、生物群与古地理演化[J]. 中国科学: 地球科学, 2024, 54(4): 1171-1210.
[25]	刘庆宇, 马瑛, 程莉, 等. 青海东部表层土壤有机碳密度及其空间分布特征[J]. 物探与化探, 2023, 47(4): 1098-1108.
[26]	MÜELLER G. Schwermetalle in den sedimenten des rheins-veräenderungen seit 1971[J]. Umschau in Wissenschaft und Technik, 1979, 79(24): 778-783.
[27]	胡杰, 赵心语, 王婷婷, 等. 太原市汾河河岸带土壤重金属分布特征、评价与来源解析[J]. 环境科学, 2022, 43(5): 2500-2509.
[28]	魏洪斌, 罗明, 向垒, 等. 金属矿区周边农田土壤与农作物重金属健康风险评估[J]. 环境科学, 2024, 45(4): 2461-2472.
[29]	奚小环, 侯青叶, 杨忠芳, 等. 基于大数据的中国土壤背景值与基准值及其变化特征研究: 写在《中国土壤地球化学参数》出版之际[J]. 物探与化探, 2021, 45(5): 1095-1108.
[30]	SHI Y, XU X, LI Q, et al. Integrated regional ecological risk assessment of multiple metals in the soils: a case in the region around the Bohai Sea and the Yellow Sea[J]. Environmental Pollution, 2018, 242: 288-297. DOI PMID
[31]	中华人民共和国国土资源部. 天然富硒土地划定与标识: DZ/T 0380—2021[S]. 北京: 地质出版社, 2021.
[32]	BORGO L, SILVEIRA RABĖLO F H, ROSSI M L, et al. Effect of selenium and soil pH on cadmium phytoextraction by Urochloa decumbens grown in Oxisol[J]. Journal of Hazardous Materials, 2023, 447: 130771.
[33]	陈继平, 任蕊, 王晖, 等. 关中塿土地区土壤pH变化对硒形态及有效性的影响[J]. 西北地质, 2020, 53(1): 254-260.
[34]	国家标准化管理委员会. 土壤硒含量等级: GB/T 44971—2024[S]. 北京: 中国标准出版社, 2025.
[35]	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 0296—2016[S]. 北京: 地质出版社, 2016.
[36]	生态环境部. 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行): DZ/T 15618—2018[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018.
[37]	HȦKANSON L. An ecological risk index for aquatic pollution control-a sedimentological approach[J]. Water Research, 1980, 14(8): 975-1001.
[38]	陈林, 马琨, 马建军, 等. 宁夏引黄灌区农田土壤重金属生态风险评价及来源解析[J]. 环境科学, 2023, 44(1): 356-366.
[39]	夏子书, 白一茹, 王幼奇, 等. 基于PMF模型的宁南山区小流域土壤重金属空间分布及来源解析[J]. 环境科学, 2022, 43(1): 432-441.
[40]	李锋, 刘思源, 李艳, 等. 工业发达城市土壤重金属时空变异与源解析[J]. 环境科学, 2019, 40(2): 934-944.
[41]	马建华, 韩昌序, 姜玉玲. 潜在生态风险指数法应用中的一些问题[J]. 地理研究, 2020, 39(6): 1233-1241. DOI
[42]	HARA T, YOSHIGAI E, OHASHI T, et al. Zinc transporters as potential therapeutic targets: an updated review[J]. Journal of Pharmacological Sciences, 2022, 148(2): 221-228. DOI PMID
[43]	CHASAPIS C T, LOUTSIDOU A C, SPILIOPOULOU C A, et al. Zinc and human health: an update[J]. Archives of Toxicology, 2012, 86(4): 521-534. DOI PMID
[44]	WAN Y, JIANG B, WEI D, et al. Ecological criteria for zinc in Chinese soil as affected by soil properties[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2020, 194: 110418.
[45]	董秋瑶, 赖书雅, 宋超, 等. 南阳盆地东部山区土壤锗分布特征及其影响因素分析[J]. 环境科学, 2022, 43(6): 3278-3287.
[46]	洪涛, 孔祥胜. 云南省广南县富锗土壤地球化学特征及成因分析[J]. 矿产与地质, 2021, 35(2): 290-295.
[47]	范博伦. 土壤锗赋存形态及植物可利用性研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2021.
[48]	杜婧. 安康典型富硒区环境中硒、锌分布特征及基于硒生物可给性的人体健康风险评价[D]. 咸阳: 西北农林科技大学, 2024.
[49]	王学求, 柳青青, 刘汉粮, 等. 关键元素与生命健康: 中国耕地缺硒吗?[J]. 地学前缘, 2021, 28(3): 412-423. DOI
[50]	刘传斌, 余乐安, 刘斌, 等. 基于数据标准化的专家群组评分聚合方法比较[J/OL]. 系统工程理论与实践, (2025-02-24)[2025-02-27]. https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2267.N.20250224.1429.010.html.
[51]	KAKOUROS E, KHARAKA Y K, OBERDORFER J A. Leaching rates and forms of selenium in cores from an agricultural area in middle Green River basin, UTAH, USA[J]. Earth Science Frontiers, 2006, 13(1): 86-97.

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[1]	程永志, 高锐, 卢占武, 李文辉, 王光文, 陈司, 吴国炜, 蔡玉国. 青藏高原东北缘祁连造山带东段深部结构及其动力学过程[J]. 地学前缘, 2023, 30(5): 314-333.
[2]	仝霄飞, 徐啸, 郭晓玉, 李春森, 向波, 余嘉豪, 罗旭聪, 袁梓昭, 林燕琪, 时宏城. 接收函数成像揭示东昆仑断裂带及其周缘地壳结构[J]. 地学前缘, 2023, 30(4): 270-282.
[3]	郭进京, 赵海涛, 刘重庆, 吴彦旺. 青藏高原东北缘何时卷入现今青藏高原构造系统?——来自西秦岭北缘漳县盆地新生代沉积记录的约束[J]. 地学前缘, 2021, 28(5): 337-361.
[4]	王伟涛，张培震，郑德文，庞建章. 青藏高原东北缘海原断裂带晚新生代构造变形[J]. 地学前缘, 2014, 21(4): 266-274.
[5]	梁浩, 张珂, 傅建利, 李庶波, 陈俊, 路凯. 青藏高原东北缘牛首山地区新构造运动及黄河演化[J]. 地学前缘, 2013, 20(4): 182-189.
[6]	马收先, 张岳桥, 李海龙, 李建华, 李勇. 青藏高原东北缘新近纪晚期构造挤出：来自西秦岭地区安化—成县盆地的证据[J]. 地学前缘, 2013, 20(4): 58-74.
[7]	徐涛, 杨家喜, 刘源, 施炜, 魏巍. 宁夏南部晚更新世沉积物沉积特征及其构造意义[J]. 地学前缘, 2013, 20(4): 36-45.
[8]	陈虹, 胡健民, 公王斌, 李利波. 青藏高原东北缘牛首山—罗山断裂带新生代构造变形与演化[J]. 地学前缘, 2013, 20(4): 18-35.
[9]	施炜, 刘源, 刘洋, 陈鹏, 陈龙, 岑敏, 黄兴富, 李恒强. 青藏高原东北缘海原断裂带新生代构造演化[J]. 地学前缘, 2013, 20(4): 1-17.
[10]	郭进京韩文峰李雪峰. 西秦岭新生代以来地质构造过程对青藏高原隆升和变形的约束[J]. 地学前缘, 2009, 16(6): 215-225.