土壤-植物系統(tǒng)中的硒

第一節(jié)土壤-植物系統(tǒng)中的硒1817年瑞典化學(xué)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(jì)三十年代，人們對(duì)高硒土壤植物的分析后發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)于其上的谷物和牧草含有大量的硒，從而可引起動(dòng)物的硒中毒，硒被視為劇毒原素。今年來(lái)越來(lái)越多的研究表明，除了與谷胱甘肽過(guò)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(huì)加重碘缺乏所導(dǎo)致的甲狀腺腫。環(huán)境中硒的不足或過(guò)量都會(huì)通過(guò)食物鏈影響人類的健康，由于土壤與植物、植物與動(dòng)物、動(dòng)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(yīng)受到了普遍關(guān)注。人們?cè)谘芯慷拘缘倪^(guò)程中，卻發(fā)現(xiàn)了硒的一些有益的生物學(xué)功能，并于20世紀(jì)70年代證實(shí)了硒是谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-px）的活性成分，提出了硒是有機(jī)體的一種保護(hù)性因子，同時(shí)中國(guó)專家提出了用硒預(yù)防和治療克山病的建議。在1975年左右，硒被確認(rèn)為是一種生物必須的微量元素，對(duì)人很動(dòng)物的抗氧化系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用。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(méi)有單獨(dú)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(guó)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。中國(guó)土壤（A層）硒的背景值（mg/kg）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(gè)相對(duì)概念，目前尚無(wú)量化關(guān)系。高硒土壤主要分布在美國(guó)的中西部、加拿大、委內(nèi)瑞拉、印度及中國(guó)的陜西紫陽(yáng)和湖北恩施等部分地區(qū)。我國(guó)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?jī)H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(guó)存在著一條從東北到西南分布的低硒帶。（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(dāng)不考慮其他因素時(shí)，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）由于在白堊紀(jì)及其之前有廣泛的火山活動(dòng)貫穿于大陸架，釋放出大量的硒，因此白堊紀(jì)年代的巖石和侏羅紀(jì)砂巖、板巖、石灰?guī)r和頁(yè)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(lái)，低硒母質(zhì)有近代風(fēng)沙沉積巖、黃土、花崗巖、石英砂巖、砂巖和流紋巖等。2.成土過(guò)程成土過(guò)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(guò)程的加深，母質(zhì)對(duì)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(qiáng)烈影響。土壤酸堿性影響硒存在的形態(tài)。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。4.土壤有機(jī)質(zhì)土壤硒的含量與有機(jī)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(jī)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(jī)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(gè)數(shù)量級(jí)。土壤有機(jī)質(zhì)含量越多，硒相應(yīng)增加。生物對(duì)硒的吸收且在土壤中富集作用較強(qiáng)，土壤腐殖質(zhì)對(duì)硒又有較強(qiáng)的吸附和配位反應(yīng)能力，因而反映至土壤中硒的含量上即為富有機(jī)質(zhì)土>細(xì)質(zhì)土>粗質(zhì)土。（三）土壤中硒的形態(tài)1.按價(jià)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(jī)態(tài)硒化物：占相當(dāng)大比例，是土壤有效硒的主要來(lái)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。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。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(rèn)為，植物對(duì)硒酸根的吸收式通過(guò)硫酸根載體來(lái)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(dǎo)致植物（例如黃芪屬植物）硒逸出和釋放出難聞氣味的原因。從植物硒濃度的變化趨勢(shì)來(lái)看，干旱地帶的植物硒水平高于濕潤(rùn)地帶，這是因?yàn)樵趤啛釒?、亞熱帶濕熱的環(huán)境中，一方面淋溶作用強(qiáng)烈，另一方面風(fēng)化殼多為富含鐵、鋁的黏粒礦物所組成，它們對(duì)硒