土壤植物系統(tǒng)中的硒

關(guān)于土壤植物系統(tǒng)中的硒第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日1817年瑞典化學家Berzelius發(fā)現(xiàn)了元素硒。由于硒具有一定的毒性，早在幾百年前就引起了人們的關(guān)注。但直到二十世紀三十年代，人們對高硒土壤植物的分析后發(fā)現(xiàn)，生長于其上的谷物和牧草含有大量的硒，從而可引起動物的硒中毒，硒被視為劇毒原素。第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日今年來越來越多的研究表明，除了與谷胱甘肽過氧化酶密切相關(guān)歪，硒很可能還與其他一些硒蛋白的功能有關(guān)，這些硒蛋白與人體荷爾蒙三碘鉀酰胺的合成有密切關(guān)系。因此，硒的缺乏可能會加重碘缺乏所導致的甲狀腺腫。環(huán)境中硒的不足或過量都會通過食物鏈影響人類的健康，由于土壤與植物、植物與動物、動植物與人體之間有著密切的關(guān)系，因此有關(guān)土壤中硒的行為及其環(huán)境效應受到了普遍關(guān)注。第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日人們在研究毒性的過程中，卻發(fā)現(xiàn)了硒的一些有益的生物學功能，并于20世紀70年代證實了硒是谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-px）的活性成分，提出了硒是有機體的一種保護性因子，同時中國專家提出了用硒預防和治療克山病的建議。在1975年左右，硒被確認為是一種生物必須的微量元素，對人很動物的抗氧化系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、土壤中的硒（一）土壤中硒的含量硒（Se）位于元素周期表第四周期ⅥA族，原子量78.96.硒是分散的稀有元素，自然界中沒有單獨的硒礦，通常以硒化物的形式作為雜質(zhì)存在于金屬硫化礦中。主要的氧化值有-2、0、+2、+4、+6。地殼中硒的平均含量在0.05~0.09mg/kg之間，世界土壤含硒量為0.01~12mg/kg，中值為0.4mg/kg。我國土壤（A）硒范圍在0.006~9.13mg/kg，95%范圍在0.047~0.993mg/kg之間，算術(shù)平均值為（0.290±0.225）mg/kg。第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日中國土壤（A層）硒的背景值（mg/kg）第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日根據(jù)土壤硒含量的狀況可以將全球土壤分為低硒土壤和高硒土壤，這是一個相對概念，目前尚無量化關(guān)系。高硒土壤主要分布在美國的中西部、加拿大、委內(nèi)瑞拉、印度及中國的陜西紫陽和湖北恩施等部分地區(qū)。我國湖北恩施硒中毒區(qū)土壤含硒量平均為9.68mg/kg，而非中毒區(qū)土壤含硒量僅為0.05~0.8mg/kg。然而，與富硒土壤相反，世界上還存有大面積的低硒土壤地區(qū)。大量研究表明在我國存在著一條從東北到西南分布的低硒帶。第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日（二）影響土壤中硒含量的因素1.成土母質(zhì)土壤中硒的含量雖然受多種因素的影響，但在很大程度上取決于成土母質(zhì)的組成和性質(zhì)，發(fā)育程度較低的土壤尤為如此。土壤的硒含量與其母質(zhì)、母巖密切相關(guān)，當不考慮其他因素時，這種相關(guān)性更為顯著。大巴山地區(qū)自然土壤和母質(zhì)中硒的含量的相關(guān)分析表明，自然土壤中硒的含量（y,mg/kg）和母質(zhì)中硒的含量（x,mg/kg）可用下式表示：

y=1.2662x-0.5468r=0.995（p<0.01）第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日由于在白堊紀及其之前有廣泛的火山活動貫穿于大陸架，釋放出大量的硒，因此白堊紀年代的巖石和侏羅紀砂巖、板巖、石灰?guī)r和頁巖等發(fā)育的土壤硒的含量較高；其他火成巖中硒的含量較低，由其發(fā)育形成的土壤常常缺硒，而沉積巖形成的土壤，絕大部分硒的含量較高。歸納起來，低硒母質(zhì)有近代風沙沉積巖、黃土、花崗巖、石英砂巖、砂巖和流紋巖等。第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.成土過程成土過程往往改變成土母質(zhì)中硒的含量、結(jié)合形態(tài)及其在土壤剖面中的分析。隨著成土過程的加深，母質(zhì)對土壤的影響漸趨減弱。硒在土壤剖面中的分異，受到生物富集、淋溶與黏化作用的強烈影響。土壤酸堿性影響硒存在的形態(tài)。第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.土壤質(zhì)地在母質(zhì)類型與土壤全硒的關(guān)系中，土壤顆粒組成有重要影響。第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.土壤有機質(zhì)土壤硒的含量與有機質(zhì)含量具有顯著的正相關(guān)性（表4-3），下表所示土壤中的硒含量（y,mg/kg）和土壤中的有機碳含量（x,g/kg）有下列直線關(guān)系：

y=0.4179x–5.3366r=0.929(p<0.01)有機質(zhì)中硒含量顯著高于其載體土壤的硒含量，一般高出1~2個數(shù)量級。土壤有機質(zhì)含量越多，硒相應增加。生物對硒的吸收且在土壤中富集作用較強，土壤腐殖質(zhì)對硒又有較強的吸附和配位反應能力，因而反映至土壤中硒的含量上即為富有機質(zhì)土>細質(zhì)土>粗質(zhì)土。第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日（三）土壤中硒的形態(tài)1.按價態(tài)劃分的硒的形態(tài)1)元素態(tài)硒（Se0）：土壤中含量極低，很不活潑，不溶于水，植物難以吸收。2)硒化物（Se2-）：大多難溶于水。3)硒酸鹽（SeO42-）：可溶于水，能被植物吸收。4)亞硒酸鹽（SeO32-）：易溶于水，易為植物吸收利用。5)有機態(tài)硒化物：占相當大比例，是土壤有效硒的主要來源。6)揮發(fā)態(tài)硒：土壤微生物的作用，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)烷基化合物。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.按與土壤組分的結(jié)合方式劃分1)吸附型硒常用1mol/L氯化銨溶液提取。這是一種斷鍵的、結(jié)合松弛的硒，一般占土壤全硒的6％～16％。2)鋁型硒用0.5mol/L氟化銨溶液提取。是可提取的與鋁化合物結(jié)合的硒酸鹽和亞硒酸鹽，含量為8～59mg/kg，一般占土壤全硒的10％～16％。3)鐵型硒可用0.10mol/LNaOH溶液提取。指可提取的與鐵結(jié)合的硒酸鹽和亞硒酸鹽，含量一般占土壤全硒的17％～42％。4)鈣型硒用0.25mol/L硫酸溶液提取。是與鈣結(jié)合的硒酸鹽和亞硒酸鹽。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日二、植物中硒的含量在土壤-植物系統(tǒng)中硒和硫有很大的相似性。通常認為，植物對硒酸根的吸收式通過硫酸根載體來完成的，從植物特別是富硒植物中揮發(fā)的含硒化合物（即二甲基二硒化物），是導致植物（例如黃芪屬植物）硒逸出和釋放出難聞氣味的原因。第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日從植物硒濃度的變化趨勢來看，干旱地帶的植物硒水平高于濕潤地帶，這是因為在亞熱帶、亞熱帶濕熱的環(huán)境中，一方面淋溶作用強烈，另一方面風化殼多為富含鐵、鋁的黏粒礦物所組成，它們對硒有較強的吸附能力。近岸植物中的硒的含量較高，這與海洋浪花飛濺到地表帶來硒有關(guān)。第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日不同的植物種類一般說來，植物各種類之間硒的含量有一定的規(guī)律性。從大到小的排列順序為喬木>灌木>草木；針葉樹>闊葉樹>草本植物；裸子植物>蕨類植物>雙子葉植物>單子葉植物。第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日作物中硒的水平一般為100μg/kg左右（干重），這對動物來說是足夠的和安全的。當飼料植物中硒的濃度低于10μg/kg（干重）時，家畜可能出現(xiàn)異常。也有一些研究認為硒的最小需要量應為100μg/kg，而硒濃度在3000μg/kg時屬硒的低毒水平（Kitagishietal.1981）。在我國土壤中的低硒含量常與克山病聯(lián)系在一起，病區(qū)草本植物和大豆中硒含量范圍為21-32μg/kg，而非病區(qū)的含量為31-83μg/kg。含硒量最低的作物是水稻，含量最高的作物是大豆。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日（二）其它來源的硒大氣沉降帶來一定的硒，降水中的硒含量范圍為0.03-0.59μg/kg，一般為0.1-0.2μg/kg。降水中的硒主要取決于當?shù)叵聣|面的情況，海洋輸送的硒是微量的。人類活動增加大氣中硒的含量，在工業(yè)區(qū)甚至出現(xiàn)硒污染的現(xiàn)象。對于低硒地區(qū)可以土壤或葉面噴施亞硒酸鈉來補充硒。第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日三、土壤-植物系統(tǒng)中硒的遷移（一）土壤-植物系統(tǒng)中硒行為的一般特征土壤中水溶態(tài)硒是最容易被植物吸收的有效性硒；硫化物和硅酸鹽態(tài)硒最不容易被植物吸收；交換態(tài)硒分布在土壤固相最外層，雖然能被植物吸收，但受土壤條件限制；有機態(tài)硒主要賦存在土壤腐殖質(zhì)、胡敏酸和富啡酸中，胡敏酸為高分子有機化合物，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其結(jié)合態(tài)硒難以被植物吸收利用；富啡酸結(jié)構(gòu)比較簡單，與其結(jié)合的硒容易礦化分解成無機硒和低分子有機硒化合物（如硒－氨基酸），因此可以被植物吸收利用。酸溶性鐵錳氧化物態(tài)硒主要為鐵、鋁、錳氧化物及其水合物結(jié)合態(tài)硒，難以被植物吸收利用。第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日一般來說，土壤-植物系統(tǒng)中硒的行為特征可以概括為以下幾點：1)酸性土壤和富含有機質(zhì)的土壤中，硒化物和硒－硫化物占優(yōu)勢，這些化合物遷移能力較弱，因此較難被植物吸收利用。2)在排水良好的礦質(zhì)土壤中，pH接近中性，硒主要以亞硒酸鹽形式存在，其堿性金屬化合物是可溶的，但亞硒酸鐵是不溶的；此外，亞硒酸鹽容易被鐵的氫氧化物和氧化物固定，因此僅有少量硒被植物吸收利用。3)在堿性和氧化條件下的土壤，硒酸鹽含量高，易于溶解且不易被含鐵氧化物固定，因此易于被植物吸收利用。第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日（二）土壤及根際條件對硒行為的影響不同的土壤中存在一定形態(tài)的硒；條件的改變導致硒的有效性降低；水稻等植物可以通過根和葉片揮發(fā)硒。植物對硒的吸收與土壤溫度和濕度有關(guān)。低硒土壤中生長的植物，當溫度高于20℃時比在較冷季節(jié)（溫度＜15℃）時可吸收更多的硒。降雨也可能較大程度地影響草本植物對硒的吸收，在雨水充足的地區(qū)，植物體內(nèi)硒含量常常較低。第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日植物對硒的吸收與土壤中其他元素的存在互有影響，植物中硒含量的增加將抑制其對N、P、S等元素的吸收，降低植物體內(nèi)某些氨基酸的含量；硒含量過高也抑制植物對重金屬Mn、Zn、Cu、Fe和Cd等的吸收，P、S和N的施用將有助于減少硒毒，可能是由于這幾種元素的施用抑制了植物根系對硒的吸收。土壤可溶性有機酸可以改變植物對硒的響應，如富啡酸對硒的植物毒害有一定的抑制作用。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日四、硒的健康效應及其調(diào)節(jié)健康效應：1構(gòu)成谷胱甘肽過氧化物酶2增強免疫作用3保護心血管功能4促進生長、保護視覺器官及抗腫瘤5解毒作用第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日人類與低硒有關(guān)的疾病包括循環(huán)系統(tǒng)的心血管疾病、克山?。还趋佬纬纱蠊枪?jié)?。幌到y(tǒng)的胃癌、肝癌、胰腺癌等；造血系統(tǒng)的溶血性貧血、白血病等。動物和人對硒的反應比較敏感，可分為高硒性反應和低硒性反應和低硒性反應，以及因硒過?；虿蛔阋鸬母鞣N地方性疾病。人和動物硒中毒有多種影響，可引起生殖力下降、高畸胎率。高硒有致突變作用，導致癌癥發(fā)生。兒童硒中毒可使中樞神經(jīng)和消化系統(tǒng)功能紊亂，引起貧血等疾病。對于低硒反應，動物較人更為敏感，在動物的低硒反應中，以白肌病的分布最廣，危害最大。硒中毒的主要癥狀是脫發(fā)、脫指甲、皮膚壞死、肝腫