土壤植物系统中硒

1、关于土壤植物系统中的硒第1页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四1817年瑞典化学家Berzelius发现了元素硒。由于硒具有一定的毒性，早在几百年前就引起了人们的关注。但直到二十世纪三十年代，人们对高硒土壤植物的分析后发现，生长于其上的谷物和牧草含有大量的硒，从而可引起动物的硒中毒，硒被视为剧毒原素。第2页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四今年来越来越多的研究表明，除了与谷胱甘肽过氧化酶密切相关歪，硒很可能还与其他一些硒蛋白的功能有关，这些硒蛋白与人体荷尔蒙三碘钾酰胺的合成有密切关系。因此，硒的缺乏可能会加重碘缺乏所导致的甲状腺肿。环境中硒的不足或过量都

2、会通过食物链影响人类的健康，由于土壤与植物、植物与动物、动植物与人体之间有着密切的关系，因此有关土壤中硒的行为及其环境效应受到了普遍关注。第3页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四人们在研究毒性的过程中，却发现了硒的一些有益的生物学功能，并于20世纪70年代证实了硒是谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-px）的活性成分，提出了硒是有机体的一种保护性因子，同时中国专家提出了用硒预防和治疗克山病的建议。在1975年左右，硒被确认为是一种生物必须的微量元素，对人很动物的抗氧化系统起着关键作用。第4页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四一、土壤中的硒（一）土壤中硒的含量硒（

3、Se）位于元素周期表第四周期A族，原子量78.96. 硒是分散的稀有元素，自然界中没有单独的硒矿，通常以硒化物的形式作为杂质存在于金属硫化矿中。主要的氧化值有-2、0、+2、+4、+6。地壳中硒的平均含量在0.050.09mg/kg之间，世界土壤含 硒量为0.0112mg/kg，中值为0.4mg/kg。我国土壤（A）硒范围在0.0069.13mg/kg，95%范围在0.0470.993mg/kg之间，算术平均值为（0.2900.225）mg/kg。第5页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四中国土壤（A层）硒的背景值（mg/kg）第6页，共29页，2022年，5月20日，5点2

4、9分，星期四第7页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四根据土壤硒含量的状况可以将全球土壤分为低硒土壤和高硒土壤，这是一个相对概念，目前尚无量化关系。高硒土壤主要分布在美国的中西部、加拿大、委内瑞拉、印度及中国的陕西紫阳和湖北恩施等部分地区。我国湖北恩施硒中毒区土壤含硒量平均为9.68mg/kg，而非中毒区土壤含硒量仅为0.050.8mg/kg。然而，与富硒土壤相反，世界上还存有大面积的低硒土壤地区。大量研究表明在我国存在着一条从东北到西南分布的低硒带。第8页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四（二）影响土壤中硒含量的因素1.成土母质 土壤中硒的含量虽然受多种

5、因素的影响，但在很大程度上取决于成土母质的组成和性质，发育程度较低的土壤尤为如此。土壤的硒含量与其母质、母岩密切相关，当不考虑其他因素时，这种相关性更为显著。大巴山地区自然土壤和母质中硒的含量的相关分析表明，自然土壤中硒的含量（y,mg/kg）和母质中硒的含量（x,mg/kg）可用下式表示： y = 1.2662 x - 0.5468 r = 0.995 （p0.01）第9页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四由于在白垩纪及其之前有广泛的火山活动贯穿于大陆架，释放出大量的硒，因此白垩纪年代的岩石和侏罗纪砂岩、板岩、石灰岩和页岩等发育的土壤硒的含量较高；其他火成岩中硒的含量较低

6、，由其发育形成的土壤常常缺硒，而沉积岩形成的土壤，绝大部分硒的含量较高。归纳起来，低硒母质有近代风沙沉积岩、黄土、花岗岩、石英砂岩、砂岩和流纹岩等。第10页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四2.成土过程成土过程往往改变成土母质中硒的含量、结合形态及其在土壤剖面中的分析。随着成土过程的加深，母质对土壤的影响渐趋减弱。硒在土壤剖面中的分异，受到生物富集、淋溶与黏化作用的强烈影响。土壤酸碱性影响硒存在的形态。第11页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四3.土壤质地在母质类型与土壤全硒的关系中，土壤颗粒组成有重要影响。第12页，共29页，2022年，5月20日，5

7、点29分，星期四4.土壤有机质土壤硒的含量与有机质含量具有显著的正相关性（表4-3），下表所示土壤中的硒含量（y,mg/kg）和土壤中的有机碳含量（x,g/kg）有下列直线关系： y = 0.4179x 5.3366 r = 0.929 (p 细质土粗质土。第13页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四（三）土壤中硒的形态1.按价态划分的硒的形态1)元素态硒（Se0）：土壤中含量极低，很不活泼，不溶于水，植物难以吸收。2)硒化物（Se2-）：大多难溶于水。3)硒酸盐（SeO42-）：可溶于水，能被植物吸收。4)亚硒酸盐（SeO32-）：易溶于水，易为植物吸收利用。5)有机态硒化

8、物：占相当大比例，是土壤有效硒的主要来源。6)挥发态硒：土壤微生物的作用，转化为气态烷基化合物。第14页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四2.按与土壤组分的结合方式划分1)吸附型硒 常用1mol/L氯化铵 溶液提取。这是一种断键的、结合松弛的硒，一般占土壤全硒的616。2)铝型硒 用0.5mol/L氟化铵溶液提取。是可提取的与铝化合物结合的硒酸盐和亚硒酸盐，含量为859mg/kg，一般占土壤全硒的1016。3)铁型硒 可用0.10mol/L NaOH溶液提取。指可提取的与铁结合的硒酸盐和亚硒酸盐，含量一般占土壤全硒的1742。4)钙型硒 用0.25mol/L 硫酸溶液提取。

9、是与钙结合的硒酸盐和亚硒酸盐。第15页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四第16页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四二、植物中硒的含量在土壤-植物系统中硒和硫有很大的相似性。通常认为，植物对硒酸根的吸收式通过硫酸根载体来完成的，从植物特别是富硒植物中挥发的含硒化合物（即二甲基二硒化物），是导致植物（例如黄芪属植物）硒逸出和释放出难闻气味的原因。第17页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四从植物硒浓度的变化趋势来看，干旱地带的植物硒水平高于湿润地带，这是因为在亚热带、亚热带湿热的环境中，一方面淋溶作用强烈，另一方面风化壳多为富含铁、铝的黏粒

10、矿物所组成，它们对硒有较强的吸附能力。近岸植物中的硒的含量较高，这与海洋浪花飞溅到地表带来硒有关。第18页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四不同的植物种类一般说来，植物各种类之间硒的含量有一定的规律性。从大到小的排列顺序为乔木灌木草木；针叶树阔叶树草本植物；裸子植物蕨类植物双子叶植物单子叶植物。第19页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四作物中硒的水平一般为100g/kg左右（干重），这对动物来说是足够的和安全的。当饲料植物中硒的浓度低于10g/kg（干重）时，家畜可能出现异常。也有一些研究认为硒的最小需要量应为100g/kg，而硒浓度在3 000g/kg

11、时属硒的低毒水平（Kitagishi et al. 1981）。在我国土壤中的低硒含量常与克山病联系在一起，病区草本植物和大豆中硒含量范围为21-32g/kg，而非病区的含量为31-83g/kg。含硒量最低的作物是水稻，含量最高的作物是大豆。第20页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四（二）其它来源的硒大气沉降带来一定的硒，降水中的硒含量范围为0.03-0.59g/kg，一般为0.1-0.2g/kg。降水中的硒主要取决于当地下垫面的情况，海洋输送的硒是微量的。人类活动增加大气中硒的含量，在工业区甚至出现硒污染的现象。对于低硒地区可以土壤或叶面喷施亚硒酸钠来补充硒。第21页，共

12、29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四三、土壤-植物系统中硒的迁移（一）土壤-植物系统中硒行为的一般特征土壤中水溶态硒是最容易被植物吸收的有效性硒；硫化物和硅酸盐态硒最不容易被植物吸收；交换态硒分布在土壤固相最外层，虽然能被植物吸收，但受土壤条件限制；有机态硒主要赋存在土壤腐殖质、胡敏酸和富啡酸中，胡敏酸为高分子有机化合物，结构稳定，其结合态硒难以被植物吸收利用；富啡酸结构比较简单，与其结合的硒容易矿化分解成无机硒和低分子有机硒化合物（如硒氨基酸），因此可以被植物吸收利用。酸溶性铁锰氧化物态硒主要为铁、铝、锰氧化物及其水合物结合态硒，难以被植物吸收利用。第22页，共29页，2022

13、年，5月20日，5点29分，星期四一般来说，土壤-植物系统中硒的行为特征可以概括为以下几点：1) 酸性土壤和富含有机质的土壤中，硒化物和硒硫化物占优势，这些化合物迁移能力较弱，因此较难被植物吸收利用。2) 在排水良好的矿质土壤中，pH接近中性，硒主要以亚硒酸盐形式存在，其碱性金属化合物是可溶的，但亚硒酸铁是不溶的；此外，亚硒酸盐容易被铁的氢氧化物和氧化物固定，因此仅有少量硒被植物吸收利用。3) 在碱性和氧化条件下的土壤，硒酸盐含量高，易于溶解且不易被含铁氧化物固定，因此易于被植物吸收利用。第23页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四（二）土壤及根际条件对硒行为的影响不同的土壤

14、中存在一定形态的硒；条件的改变导致硒的有效性降低；水稻等植物可以通过根和叶片挥发硒。植物对硒的吸收与土壤温度和湿度有关。低硒土壤中生长的植物，当温度高于20时比在较冷季节（温度15）时可吸收更多的硒。降雨也可能较大程度地影响草本植物对硒的吸收，在雨水充足的地区，植物体内硒含量常常较低。第24页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四植物对硒的吸收与土壤中其他元素的存在互有影响，植物中硒含量的增加将抑制其对N、P、S等元素的吸收，降低植物体内某些氨基酸的含量；硒含量过高也抑制植物对重金属Mn、Zn、Cu、Fe和Cd等的吸收，P、S和N的施用将有助于减少硒毒，可能是由于这几种元素的施

15、用抑制了植物根系对硒的吸收。土壤可溶性有机酸可以改变植物对硒的响应，如富啡酸对硒的植物毒害有一定的抑制作用。第25页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四四、硒的健康效应及其调节健康效应：1 构成谷胱甘肽过氧化物酶2 增强免疫作用3 保护心血管功能4 促进生长、保护视觉器官及抗肿瘤5 解毒作用第26页，共29页，2022年，5月20日，5点29分，星期四人类与低硒有关的疾病包括循环系统的心血管疾病、克山病；骨骼形成大骨节病；消化系统的胃癌、肝癌、胰腺癌等；造血系统的溶血性贫血、白血病等。动物和人对硒的反应比较敏感，可分为高硒性反应和低硒性反应和低硒性反应，以及因硒过剩或不足引起的各种地方性疾病。人和动物硒中毒有多种影响，可引起生殖力下降、高畸胎率。高硒有致突变作用，导致癌症发生。儿童硒中毒可使中枢神经和消化系统功能紊乱，引起贫血等疾病。对于低硒反应，动物较人更为敏感，在动物的低硒反应中，以白肌病的分布最广，危害最大。硒中毒的主要症状是脱发、脱指甲、皮肤坏死、肝肿大、肠胃不适等。缺硒的危害和硒的毒害第27页，共2