chapter4-土壤硒與環(huán)境

第四章：土壤中F、Se、I與土壤環(huán)境質(zhì)量

土壤硒與環(huán)境由于硒的抗氧化性，對體內(nèi)過氧化物的形成和積累起支配作用，故其與人體和動物的抗病性以及植物的生長有密切的聯(lián)系。在中國克山病流行地區(qū)．由于土壤中硒元素的貧乏，導(dǎo)致糧食和人體內(nèi)硒量過低是主要病因之一。硒元素濃度過高也會對人、動物、植物及某些細(xì)菌產(chǎn)生毒害作用。例如：富硒的糧食和蔬菜可引起人體硒中毒，發(fā)生脫發(fā)、脫甲病癥。土壤含硒適中，對于提高機(jī)體抑制癌癥發(fā)病具有積極意義。硒元素毒害和缺乏兩個邊界濃度比較狹窄．這也是硒成為環(huán)境科學(xué)關(guān)注的重要元素之一的原因．前言土壤與植物系統(tǒng)中硒的循環(huán)硒的基本性質(zhì)、土壤硒含量及影響因素土壤硒的轉(zhuǎn)化及影響因素土壤硒的分類及分級土壤中硒的化學(xué)平衡缺硒及高硒地區(qū)硒的調(diào)節(jié)有關(guān)硒的一些研究方向主要內(nèi)容土壤、水、氣中硒的循環(huán)土壤與植物系統(tǒng)中硒的循環(huán)元素硒的物理化學(xué)性質(zhì)土壤全硒含量變幅較大。從小于0.005mg/kg到20mg/kg以上。我國表層土壤硒含量范圍在0.006mg/kg~9.13mg/kg。算術(shù)平均值為0.29mg/kg。從我國西北到東南，土壤全硒含量逐漸增加、赤紅壤硒含量最高，達(dá)0.545mg/kg；灰棕漠土硒含量最低，只有0.078mg/kg?？松讲^(qū)土壤硒含量一般都低于0.10～0.15mg/kg以0.127mg/kg作為土壤低硒的臨界值，則我國有25％左右的土壤處于低硒水平。土壤中硒含量全球硒的分布和庫容量

土壤全硒=礦物硒＋大氣沉降硒＋肥料硒+廢物硒（垃圾、污泥等）－作物收獲移出硒－揮發(fā)硒－淋溶硒土壤全硒的組成土壤母質(zhì)大氣沉降施肥廢水廢物生物消耗硒的淋失揮發(fā)影響土壤全硒含量的因素土壤中硒的形態(tài)轉(zhuǎn)化土壤酸堿性：SeO42-/SeO32-的氧化能力隨pH減少而增強(qiáng)，因而增加土壤堿性，利于SeO42-/SeO32-的存在，這正好是利于植物吸收的形態(tài)土壤吸附能力：酸性土壤一般具有較高的吸附量其它營養(yǎng)成分的作用：一般認(rèn)為、蛋白質(zhì)、氨基酸及水溶性氮可促進(jìn)植物對硒的吸收。硫與硒性質(zhì)相似，通常拮抗硒的吸收，但低硒水平．硒與硫有相互協(xié)同吸收金屬離子的作用其它：包括氣候條件、土壤水分、電解質(zhì)含量等影響土壤硒遷移轉(zhuǎn)化的因素

土壤中硒的有效性與土壤質(zhì)地、pH值、氧化還原電位及有機(jī)質(zhì)含量等因素有關(guān)。土壤質(zhì)地對土壤硒有效性的影響突出表現(xiàn)在粘粒對硒的吸持作用，土壤中硒的有效性隨土壤粘粒含量的升高而降低。因此，植物吸收砂質(zhì)土壤中的硒比較容易。土壤pH值在很大程度上決定了土壤硒的有效性。研究表明，堿性土壤中硒主要以硒酸鹽形態(tài)存在，有效性很高。在中性和酸性土壤中硒與鐵形成了溶解性極低的氧化物和水合氧化物，有效性大大降低。土壤pH值由于可以影響土壤粘土礦物對土壤硒的吸附，也間接影響土壤中硒的有效性。影響土壤中硒有效性的因素土壤氧化還原電位是通過土壤中硒的價態(tài)來影響土壤硒的有效性的。在高度氧化狀態(tài)下，硒的主要存在形態(tài)是硒酸鹽，不易被吸附，水溶性和有效性高。隨著氧化還原電位的降低，硒的主要形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閬單猁}、硒化物，水溶性和有效性也逐漸降低。土壤有機(jī)質(zhì)對土壤硒的影響比較復(fù)雜。一方面，有機(jī)質(zhì)通過降解作用釋放出硒，于是硒進(jìn)人土境的循環(huán)系統(tǒng)。在土壤表層既含有較多的有機(jī)質(zhì)，又含有較多的硒。另一方面，由于有機(jī)物-金屬復(fù)合體能夠固定土壤中的硒，致使高有機(jī)質(zhì)土壤中硒的有效性小于低有機(jī)質(zhì)土壤。除上述因素外，微生物的活動、其它離子如硫酸根離子的競爭和一些耕作措施也會對土壤硒的有效性產(chǎn)生一定的影響。土壤酸堿性、土壤有機(jī)質(zhì)與土壤硒含量之間的關(guān)系土壤中的硒按其價態(tài)區(qū)分：硒化物、元素硒、亞硒酸鹽和硒酸鹽、其中硒酸鹽和亞硒酸鹽具較高水溶性能夠被動植物吸收利用。根據(jù)其結(jié)合形態(tài)土壤硒又可分為有機(jī)態(tài)硒和無機(jī)態(tài)硒。由于土壤硒的生物有效性與其形態(tài)密切相關(guān)。近年來提出了數(shù)種土壤硒的分級方法．以了解不同結(jié)合態(tài)硒的生物有效性。土壤硒的分類及分級土壤硒的分類不同形態(tài)硒的有效性不同。硒酸鹽易溶于水,因而其植物有效性最高,但也最易淋溶;亞硒酸鹽雖易溶于水,但亞硒酸鹽的生物有效性相對較低,這主要是土壤中氧化鐵或氫氧化鐵對亞硒酸鹽強(qiáng)烈的吸附導(dǎo)致的;硒化物難溶于水,植物難以吸收;有機(jī)硒如硒代半胱氨酸(selenocystein,SeCys)和硒代甲硫氨酸(selenomethinione,SeMet)的生物有效性比較高研究人員在水培條件下測定了小麥和油菜對硒酸鹽、亞硒酸鹽、SeCys、SeMet等四種形態(tài)硒的吸收速率,發(fā)現(xiàn)二者對有機(jī)硒的吸收速率明顯高于無機(jī)硒的吸收速率。土壤硒的化合物及其存在狀態(tài)

土壤中的硒具有較高的化學(xué)活性。作為變價元素．硒參與氧化還原反應(yīng)；作為含氧酸和配位體，硒的形態(tài)轉(zhuǎn)化受到酸．堿反應(yīng)、吸附．解吸、絡(luò)合．解離等反應(yīng)過程的支配。不同形態(tài)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／液相之間的分配是上述各化學(xué)反應(yīng)過程的綜合反映土壤中硒的化學(xué)平衡硒的酸-堿反應(yīng)

不同條件下，不同硒的形態(tài)變化Speciationdiagramsofselenite(a),selenate(b),andselenide(c)asafunctionofpH.Conditions:zeroionicstrengthat25?C,and1barpressure

硒酸為強(qiáng)酸．接近于硫酸．一般土壤中主要以SeO42-的形式存在，只有在強(qiáng)酸性條件下HSeO4-有可能存在，SeO42-/HSeO4-是植物有效的形態(tài)，很少被土壤吸附，很容易淋失。亞硒酸為弱酸．故在酸性到微堿性土壤中H2SeO3

/HSeO3-/

SeO32-都有可能存在。其比例視土壤酸度而異。亞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還原平衡硒的絡(luò)合解離平衡1、向土壤施用硒肥；2、葉面噴施；3、增施石灰或生理堿性肥料，調(diào)節(jié)土壤pH值以提高土壤中硒的溶解度；4、改良生態(tài)環(huán)境，增加天然性食品和肥料等的外源性硒的輸入；5、調(diào)配農(nóng)產(chǎn)品，將Se毒地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品調(diào)入缺硒地區(qū)食用缺硒地區(qū)補(bǔ)硒具體途徑1、灌水淋Se；2、改種非食用的工業(yè)原料作物，通過植物吸收，將土壤中的硒轉(zhuǎn)移出去；3、施用硫酸鹽、硫或石膏、鐵氧化物等，提高土壤中曬的固定和轉(zhuǎn)化，以減少作物對硒的吸收。高硒地帶硒的調(diào)節(jié)途徑土壤-植物-動物-人體硒的轉(zhuǎn)化過程，是從無機(jī)硒轉(zhuǎn)變成有機(jī)硒的過程。環(huán)境無機(jī)硒通過高等植物的同化作用進(jìn)人生命有機(jī)體系，植物硒不但較動物硒產(chǎn)品的生物有效性高，而且其中的有機(jī)硒比無機(jī)硒安全有效，所以植物硒是決定食物鏈硒水平的重要環(huán)節(jié)。了解植物中硒的化學(xué)形態(tài)是通過食物鏈調(diào)節(jié)人體硒水平的關(guān)鍵，在低硒土壤帶，環(huán)境中硒的微小變化，必然引起動物體硒水平的明顯變化。所以給土壤或作物施用硒肥，甚至改善種植制度提高糧食中的硒含量，或通過生物發(fā)酵技術(shù)提高硒的生物有效性．是改善和滿足食物鏈中硒水平的廉價而且可行的方法。對豆芽、麥芽、藻類、酵母、食用菌、茶葉等生物富集作用的研究已取得了初步的成果。目前硒研究的一些問題植物硒代謝機(jī)理研究需深入：從人類營養(yǎng)健康的角度來講,目前迫切的是如何提高作物可食部分的硒含量,研究表明一些生物強(qiáng)化后的作物雖然硒含量有所提高,但硒主要分布在作物不可收獲的部分。另外,生物強(qiáng)化還要求特定硒形態(tài)含量的提高,這主要是由于不同硒形態(tài)對人體的營養(yǎng)價值不同,其中SeMeSeCys的抗癌效果較好，因此通過生物強(qiáng)化手段提高作物可食部分中SeMeSeCys的含量可能對人體更有益。硒與重金屬互作機(jī)制研究需加強(qiáng)：硒與重金屬互作的研究雖然取得一定的進(jìn)展,但是兩者相互作用的機(jī)制尚不清楚。目前有關(guān)適量硒能夠緩解重金屬毒害的機(jī)理研究主要集中在硒的抗氧化作用上,但重金屬脅迫下植物抗氧化系統(tǒng)與硒形態(tài)、濃度以及重金屬種類之間的關(guān)系仍待闡明。除了激活植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng),硒還可能通過其他機(jī)制來拮抗重金屬的毒害作用。另外,關(guān)于重金屬如何影響植物硒吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、積累的報道較少,應(yīng)在今后