chapter4-土壤硒与环境

第四章：土壤中F、Se、I与土壤环境质量

土壤硒与环境由于硒的抗氧化性，对体内过氧化物的形成和积累起支配作用，故其与人体和动物的抗病性以及植物的生长有密切的联系。在中国克山病流行地区．由于土壤中硒元素的贫乏，导致粮食和人体内硒量过低是主要病因之一。硒元素浓度过高也会对人、动物、植物及某些细菌产生毒害作用。例如：富硒的粮食和蔬菜可引起人体硒中毒，发生脱发、脱甲病症。土壤含硒适中，对于提高机体抑制癌症发病具有积极意义。硒元素毒害和缺乏两个边界浓度比较狭窄．这也是硒成为环境科学关注的重要元素之一的原因．前言土壤与植物系统中硒的循环硒的基本性质、土壤硒含量及影响因素土壤硒的转化及影响因素土壤硒的分类及分级土壤中硒的化学平衡缺硒及高硒地区硒的调节有关硒的一些研究方向主要内容土壤、水、气中硒的循环土壤与植物系统中硒的循环元素硒的物理化学性质土壤全硒含量变幅较大。从小于0.005mg/kg到20mg/kg以上。我国表层土壤硒含量范围在0.006mg/kg~9.13mg/kg。算术平均值为0.29mg/kg。从我国西北到东南，土壤全硒含量逐渐增加、赤红壤硒含量最高，达0.545mg/kg；灰棕漠土硒含量最低，只有0.078mg/kg。克山病区土壤硒含量一般都低于0.10～0.15mg/kg以0.127mg/kg作为土壤低硒的临界值，则我国有25％左右的土壤处于低硒水平。土壤中硒含量全球硒的分布和库容量

土壤全硒=矿物硒＋大气沉降硒＋肥料硒+废物硒（垃圾、污泥等）－作物收获移出硒－挥发硒－淋溶硒土壤全硒的组成土壤母质大气沉降施肥废水废物生物消耗硒的淋失挥发影响土壤全硒含量的因素土壤中硒的形态转化土壤酸碱性：SeO42-/SeO32-的氧化能力随pH减少而增强，因而增加土壤碱性，利于SeO42-/SeO32-的存在，这正好是利于植物吸收的形态土壤吸附能力：酸性土壤一般具有较高的吸附量其它营养成分的作用：一般认为、蛋白质、氨基酸及水溶性氮可促进植物对硒的吸收。硫与硒性质相似，通常拮抗硒的吸收，但低硒水平．硒与硫有相互协同吸收金属离子的作用其它：包括气候条件、土壤水分、电解质含量等影响土壤硒迁移转化的因素

土壤中硒的有效性与土壤质地、pH值、氧化还原电位及有机质含量等因素有关。土壤质地对土壤硒有效性的影响突出表现在粘粒对硒的吸持作用，土壤中硒的有效性随土壤粘粒含量的升高而降低。因此，植物吸收砂质土壤中的硒比较容易。土壤pH值在很大程度上决定了土壤硒的有效性。研究表明，碱性土壤中硒主要以硒酸盐形态存在，有效性很高。在中性和酸性土壤中硒与铁形成了溶解性极低的氧化物和水合氧化物，有效性大大降低。土壤pH值由于可以影响土壤粘土矿物对土壤硒的吸附，也间接影响土壤中硒的有效性。影响土壤中硒有效性的因素土壤氧化还原电位是通过土壤中硒的价态来影响土壤硒的有效性的。在高度氧化状态下，硒的主要存在形态是硒酸盐，不易被吸附，水溶性和有效性高。随着氧化还原电位的降低，硒的主要形态转变为亚硒酸盐、硒化物，水溶性和有效性也逐渐降低。土壤有机质对土壤硒的影响比较复杂。一方面，有机质通过降解作用释放出硒，于是硒进人土境的循环系统。在土壤表层既含有较多的有机质，又含有较多的硒。另一方面，由于有机物-金属复合体能够固定土壤中的硒，致使高有机质土壤中硒的有效性小于低有机质土壤。除上述因素外，微生物的活动、其它离子如硫酸根离子的竞争和一些耕作措施也会对土壤硒的有效性产生一定的影响。土壤酸碱性、土壤有机质与土壤硒含量之间的关系土壤中的硒按其价态区分：硒化物、元素硒、亚硒酸盐和硒酸盐、其中硒酸盐和亚硒酸盐具较高水溶性能够被动植物吸收利用。根据其结合形态土壤硒又可分为有机态硒和无机态硒。由于土壤硒的生物有效性与其形态密切相关。近年来提出了数种土壤硒的分级方法．以了解不同结合态硒的生物有效性。土壤硒的分类及分级土壤硒的分类不同形态硒的有效性不同。硒酸盐易溶于水,因而其植物有效性最高,但也最易淋溶;亚硒酸盐虽易溶于水,但亚硒酸盐的生物有效性相对较低,这主要是土壤中氧化铁或氢氧化铁对亚硒酸盐强烈的吸附导致的;硒化物难溶于水,植物难以吸收;有机硒如硒代半胱氨酸(selenocystein,SeCys)和硒代甲硫氨酸(selenomethinione,SeMet)的生物有效性比较高研究人员在水培条件下测定了小麦和油菜对硒酸盐、亚硒酸盐、SeCys、SeMet等四种形态硒的吸收速率,发现二者对有机硒的吸收速率明显高于无机硒的吸收速率。土壤硒的化合物及其存在状态

土壤中的硒具有较高的化学活性。作为变价元素．硒参与氧化还原反应；作为含氧酸和配位体，硒的形态转化受到酸．碱反应、吸附．解吸、络合．解离等反应过程的支配。不同形态的硒化合物在士壤溶液中的溶解度相差很大。因此，硒在土壤固／液相之间的分配是上述各化学反应过程的综合反映土壤中硒的化学平衡硒的酸-碱反应

不同条件下，不同硒的形态变化Speciationdiagramsofselenite(a),selenate(b),andselenide(c)asafunctionofpH.Conditions:zeroionicstrengthat25?C,and1barpressure

硒酸为强酸．接近于硫酸．一般土壤中主要以SeO42-的形式存在，只有在强酸性条件下HSeO4-有可能存在，SeO42-/HSeO4-是植物有效的形态，很少被土壤吸附，很容易淋失。亚硒酸为弱酸．故在酸性到微碱性土壤中H2SeO3

/HSeO3-/

SeO32-都有可能存在。其比例视土壤酸度而异。亚硒酸根也是植物可吸收利用的部分硒的沉淀溶解平衡硒的吸附解吸平衡硒的氧化还原平衡硒的络合解离平衡1、向土壤施用硒肥；2、叶面喷施；3、增施石灰或生理碱性肥料，调节土壤pH值以提高土壤中硒的溶解度；4、改良生态环境，增加天然性食品和肥料等的外源性硒的输入；5、调配农产品，将Se毒地区的农产品调入缺硒地区食用缺硒地区补硒具体途径1、灌水淋Se；2、改种非食用的工业原料作物，通过植物吸收，将土壤中的硒转移出去；3、施用硫酸盐、硫或石膏、铁氧化物等，提高土壤中晒的固定和转化，以减少作物对硒的吸收。高硒地带硒的调节途径土壤-植物-动物-人体硒的转化过程，是从无机硒转变成有机硒的过程。环境无机硒通过高等植物的同化作用进人生命有机体系，植物硒不但较动物硒产品的生物有效性高，而且其中的有机硒比无机硒安全有效，所以植物硒是决定食物链硒水平的重要环节。了解植物中硒的化学形态是通过食物链调节人体硒水平的关键，在低硒土壤带，环境中硒的微小变化，必然引起动物体硒水平的明显变化。所以给土壤或作物施用硒肥，甚至改善种植制度提高粮食中的硒含量，或通过生物发酵技术提高硒的生物有效性．是改善和满足食物链中硒水平的廉价而且可行的方法。对豆芽、麦芽、藻类、酵母、食用菌、茶叶等生物富集作用的研究已取得了初步的成果。目前硒研究的一些问题植物硒代谢机理研究需深入：从人类营养健康的角度来讲,目前迫切的是如何提高作物可食部分的硒含量,研究表明一些生物强化后的作物虽然硒含量有所提高,但硒主要分布在作物不可收获的部分。另外,生物强化还要求特定硒形态含量的提高,这主要是由于不同硒形态对人体的营养价值不同,其中SeMeSeCys的抗癌效果较好，因此通过生物强化手段提高作物可食部分中SeMeSeCys的含量可能对人体更有益。硒与重金属互作机制研究需加强：硒与重金属互作的研究虽然取得一定的进展,但是两者相互作用的机制尚不清楚。目前有关适量硒能够缓解重金属毒害的机理研究主要集中在硒的抗氧化作用上,但重金属胁迫下植物抗氧化系统与硒形态、浓度以及重金属种类之间的关系仍待阐明。除了激活植物体内的抗氧化系统,硒还可能通过其他机制来拮抗重金属的毒害作用。另外,关于重金属如何影响植物硒吸收、转运、积累的报道较少,应在今后