本文以中国富硒大省——湖北为研究对象,依托中国地质调查局多目标地球化学调查项目,在充分挖掘海量地球化学数据的基础上,以生态地球化学理论为指导,结合基础地质资料,开展大数据分析、同位素示踪和室-内外栽培对照试验等工作,系统研究了湖北省不同类型富硒土壤的地质地球化学成因及其资源化利用途径,为推动具有湖北特色区域富硒产业的健康发展提供科学依据和理论指导。取得的主要认识和结论以下:（1）综合地质地球化学特征将湖北省土壤划分为四带十区采用SOM神经网络和K-均值聚类算法等大数据技术对湖北省域范围进行了初步分区,然后结合地质地球化学成果进行了综合分区,最终获得四带十区的结果。分别是:A带秦岭-大别造山地球化学带、B带南襄-江汉盆地全新统地球化学亚带、C带平原周缘更新统地球化学亚带、D带扬子克拉通沉积地球化学带;Ⅰ长江冲积带分区、Ⅱ汉江冲积带分区、Ⅲ山麓洪冲积分区、Ⅳ上中生界-新生界陆相沉积母质分区、Ⅴ荆门-京山海相沉积母质分区、Ⅵ鄂西南海相沉积母质分区、Ⅶ鄂东南海相沉积母质分区、Ⅷ新元古区域变质岩系母质分区、Ⅸ古元古区域变质岩系分区、Ⅹ花岗岩系母质分区。（2）评估了长江与江汉对于江汉平原土壤的物质贡献利用土壤铅同位素物源示踪法,估算出恩施-长江物源对江汉平原的物源贡献率约为18.7%,十堰-汉江物源对江汉平原的物源贡献率约为81.3%。认为,尽管恩施地区富硒,其对江汉平原富硒土壤的物源贡献占比不会太高（<18%）。汉江冲积物及长江上游远源区物质对江汉平原富硒土壤贡献更大。这一结果是在忽略周缘成土母质贡献的基础上计算得到的。尽管存在一定误差,但初步明确了长江（尤其是恩施地区）-汉江物源对江汉平原的相对贡献。说明汉江对江汉平原富硒的影响贡献率大于恩施地区。（3）综合解析了湖北省土壤中硒的来源通过对全省表层土壤样品54项分析数据进行因子分析研究区内硒元素的来源,并利用多重分形研究了各分带表、深层土壤中硒元素的富集条件,结果表明:南襄-江汉盆地全新统地球化学亚带（B带）内长江冲积区（Ⅰ）与江汉冲积区（Ⅱ）土壤硒元素来自长江与汉江上游黑色岩系母质风化、搬运、沉积,土壤中硒元素具备较强的表层富集特征,并且均匀性较好,是湖北省形成富硒土壤的有利区。同时,两区也存在差别,江汉冲积区（Ⅱ）硒元素更具备上游母质特征,长江冲积区（Ⅰ）中硒元素还经历了生物二次改造;扬子克拉通山地沉积地球化学带（D带）内的鄂西南海相沉积区（Ⅵ）与鄂东南海相沉积区（Ⅶ）土壤中硒元素主要来自二叠系碳质硅质岩风化,并且部分地区受到后其物化化学作用产生二次富集,是有利的富硒土壤形成区。（4）系统划分并优选出湖北省典型富硒区综合土壤中硒的来源、硒元素富集条件、土壤富硒现状三个条件,将湖北省划分出2大富硒成因类型及4个典型富硒区:一是原岩风化后二次富集型,主要分布在江汉平原地区,对应地球化学Ⅰ-Ⅱ分区（长江冲积带分区和汉江冲积带）;二是沉积母质风化型:代表区为恩施地区和黄石地区,对应地球化学Ⅵ-Ⅶ分区（鄂西南海相沉积母质和鄂东南海相沉积母质）。（5）探索了富硒土壤评价的新方法利用神经网络,用水稻中硒、重金属及根系土数据作为种子进行训练,将土壤分析数据作为输入层,预测出典型富硒区水稻富硒的概率及镉超标的概率,该方法可作为现有富硒土壤评价的一个补充。评价结果表明:恩施地区（Ⅵ）水稻富硒的概率要明显高于江汉平原（Ⅰ+Ⅱ）,代表其具备更高的富硒土壤产出富硒水稻的潜力,水稻富硒概率值可作为富硒土壤评价的一个补充指标;以水稻同一镉超限量概率范围代表相似的镉的安全性为依据,以江汉平原地区（Ⅰ+Ⅱ）的土壤环境等为标准,对恩施地区（Ⅵ）土壤环境质量进行校准换算,得到恩施地区土壤环境质量清洁土壤占比为88.09%。（6）提出了恩施富硒土壤安全利用的富硒降镉措施添加石灰、生物质炭和羟基磷灰石三种改良剂均增加了土壤有效态Se,并且降低了有效态Cd含量。土壤正交试验结果表明:三种改良剂以1:1:2、1:2:1、1:1:1的比例添加时效果更好,土壤有效态Se含量增加121.0%-133.1%,而Cd在2:1:1的比例下降幅最大,达到90%以上。植物栽培试验结果表明:添加三种改良剂均显著增加了小白菜鲜重,改善了小白菜在富硒镉土壤上的生长状况。一是由于添加改良剂显著降低了土壤Cd的有效性,从而降低小白菜对Cd的吸收;二是添加改良剂后导致土壤有效态Se显著增加28.3%至39.4%,进而促进了小白菜叶片对Se的吸收;添加改良剂还增强了小白菜的抗氧化胁迫能力,具体表现在添加改良剂一定程度上提高了小白菜叶片GSH和As A的含量,也增加了小白菜叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。（7）探讨了江汉平原富硒冷浸田开发利用模式排水、补充硒肥及排水后补充硒肥三种利用模式均可提高土壤可利用态硒含量,有利于水稻对土壤硒的吸收,能够显著提高水稻籽实中硒含量;冷浸田排水整改后强化施硒肥利用模式效果最佳。其中排水整改模式水稻根系和籽实中硒含量增加。强化施硒肥模式不仅明显提升土壤总硒含量、可利用态硒和潜在可利用态硒含量,而且显著提升了水稻组织中硒含量。冷浸田排水整改后强化施硒肥模式土壤可利用态硒含量、水稻根系、茎干和籽实中硒含量增幅最大,与对照组相比,分别增加50.0%、41.8%、46.1%和47.9%。