土壤中硒元素研究進展

摘 要 綜述硒元素在土壤中的含量、分布、形態、生物有效性及其影響因素等方面的研究成果，分析了“土壤—植物”系統中硒的轉移規律，在此基礎上，提出了研究方向。

關鍵詞 硒；分布；形態；有效性；轉移規律

中圖分類號：P595 文獻標識碼：B 文章編號：1673-890X（2014）22-036-05

知網出版網址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20140913.1028.030.html 網絡出版時間：2014/9/13 10：26：53

硒作為生態系統中一種重要的微量元素，其豐缺與人和動物的健康有密切關系。研究發現，適量的硒能改善人和動物機體的免疫力，提高人體抗癌能力，而長期食用低于0.1 mg/kg的含硒食物會導致人體硒缺乏反應癥[1-2]；長期食用硒高于1.0 mg/kg的食物則會引起硒中毒[3]。

硒元素在自然界中稀少而且分散，土壤作為硒最重要的來源地，主要通過食物鏈進入人和動物體內，因此，土壤中硒的含量、形態等都直接影響著植物對硒的吸收和積累。本文對我國土壤硒含量、硒存在形態及其土壤硒對植物的影響進行了分析，以期為更好地開發和保護硒資源提供參考。

1土壤中硒含量及其影響因子

1.1土壤中硒含量標準

世界范圍內大部分土壤硒含量為0.10～2.00 mg/kg，平均為0.20 mg/kg，缺硒土壤含硒量平均為0.15 mg/kg，個別土壤含硒量低于0.01 mg/kg，而高硒土壤含硒量高達30～324 mg/kg[4]。李家熙等研究得出，低硒土壤指含硒量低于0.131 mg/kg的土壤；當土壤中硒量高于0.4 mg/kg時，稱其為富（高）硒土壤；大于等于3.0 mg/kg時則屬硒過剩土壤[5-8]。

1.2我國土壤硒的分布情況

我國土壤硒含量分布基本上呈形似馬鞍型趨勢面，除恩施和紫陽等屬世界的高硒帶外，其余大部分國土處于世界低硒帶，占土壤類型的72%[9-10]。由表1可以看出，廣西、福建等東南沿海城市土壤中硒含量較高，其中以廣西為最，土壤硒含量平均值高達0.770 mg/kg；長江流域和除四川外的中部省區處于中等水平；北方各省市區普遍較低，尤以內蒙古最為突出，含量平均值為0.103 mg/kg，但內蒙古土壤硒含量的最大值卻達到了8.050 mg/kg，說明該省極小部分地方存在嚴重的硒過剩現象；四川省的土壤硒含量平均值則位于全國的最末位，僅為0.095 mg/kg，這與我國土壤硒含量在氣候和景觀上的分布大體是一致的。

1.3影響土壤硒含量的因素

1.3.1 成土母質

成土母質決定了土壤中硒的最初含量，從表2可以看出，高硒地區的成土基巖為沉積巖，其中沉積巖中的頁巖硒含量最高，約占地殼全硒量的40%，如湖北恩施、陜西紫陽等地的土壤母質均為含碳硅質頁巖和硅質頁巖[11]；砂巖、石灰巖約各占20%[12]，如浙江長興的砂巖和灰巖[13]。巖石中火成巖、花崗巖含硒量很低，平均為0.05 mg/kg，且呈現巖性由酸性變堿逐漸增加的趨勢[14]，如表中西藏的基性火成巖和江西新健、福建福州的花崗巖[13， 15-16]。同時土壤硒含量還與巖石形成的地質時間有關，如表中泥盆紀砂巖中含硒量大于侏羅系砂巖，古生代二疊紀含碳的硅質頁巖中含硒量大于寒武—奧陶紀。總體上土壤母質地層越老，土壤硒含量越高，時代越新硒含量越低。

1.3.2 土壤類型

土壤類型也影響著各地區的土壤硒含量。以黃壤、紅壤和赤紅壤為主的東南沿海地帶硒含量最高，這與3類土壤質地粘重，粘粒含量較高有關[17]；而以紫色土為主的西南地區川、滇、黔高原大部分硒含量極低，主要是由于繼承了紫色砂頁巖低硒特征，加上淋溶和侵蝕作用，土壤中有機質含量少，使硒不易積蓄于土壤表層，故低硒特征明顯[18-19]；中國黃土高原地帶性土壤以黃土高原婁土和粘黑壚土為主，也屬于極低硒區[20]；華北地區土壤以褐棕士和潮土為主，土壤呈堿性至弱堿性，硒的遷移能力相對較強，土壤硒含量相對較低；西北區帶土壤以漠土和山地土為主，由于蒸發作用和強氧化、強堿性條件，硒多以硒酸鹽形式富集于表土中。

1.3.3 人為因素

人為施肥、引水灌溉、垃圾農用、大量殺蟲劑的施用等會增加土壤硒的含量。有研究發現，磷肥中含硒0.5～2.5 mg/kg [21]。同時Kabata-Pendias提出全球范圍內廢物的硒含量為2.0～9.0 mg/kg[22]。

2土壤中硒的賦存形態及影響土壤硒 有效性的因素

2.1土壤中硒的形態和生物有效性

土壤中硒按價態可劃分為元素態硒（Se）、硒化物（Se2-）、亞硒酸鹽（Se4+）、硒酸鹽（Se6+）、有機態硒和揮發態硒[14]。國內外研究表明，元素態硒和硒化物植物不能直接利用，但在適宜條件下，元素態硒可經水解作用或微生物氧化作用轉化成對植物有效的無機態硒，硒化物也可通過風化作用緩慢釋放出一些可溶態硒[22-25]。亞硒酸鹽主要是同位素交換態硒和鐵錳氧化物結合態硒，需用鹽酸提取，是土壤中硒的主要形態；硒酸鹽和大部分有機態硒為可溶態硒，用中性鹽的稀溶液或去離子水就能提取出來，硒酸鹽中硒的高價態使得其對植物的有效性最高，但含量很少[26]，有效性僅次于硒酸鹽的有機態硒則成為了土壤有效硒的主要來源。由于元素態硒和硒化物的難吸收性，目前研究較多的是土壤硒酸鹽和亞硒酸鹽的生物有效性。Zhao等在對硒酸鹽和亞硒酸鹽比例不同情況下黑麥草對硒的吸收研究中發現，黑麥草中硒含量在土壤硒全部為硒酸鹽時最高，在全部為亞硒酸鹽時最低[27]。而大量水培試驗的結果與盆栽試驗存在一定差異，這種差異可能與水培時間有關，在短時間內植物對硒酸鹽或亞硒酸鹽吸收量的差異可能還沒有達到顯著程度。如Arvy研究發現大豆植物在3小時內對硒酸鹽和亞硒酸鹽的吸收差異僅表現為在大豆體內的分布，而吸收量無差異[28]。而Yu and Gu在經過144 h的水培試驗后，發現垂柳和雜交柳亞硒酸鹽培養液中硒分別減少了40.6%和39.9%，而硒酸鹽中則分別降低了68.0%和79.1%，兩種柳樹對硒酸鹽的吸收顯著高于亞硒酸鹽[29]，得到了與盆栽條件下相似的結果。

2.2影響土壤硒生物有效性的因素

土壤有效硒含量水平反應土壤供硒能力的高低，其與土壤pH、土壤氧化還原條件、土壤質地、有機質等因素密切相關。

2.2.1 土壤pH

土壤pH由于可以影響著土壤氧化物、有機質和粘粒礦物對土壤硒的吸附，對不同形態硒的活性影響存在差異。亞硒酸鹽可在酸性和中性土中廣泛存在，硒酸鹽、有機態硒則易富集在堿性土壤中，有效性很高。Haygarth等研究草類葉對土壤硒的吸收時發現，當土壤pH值為6.0時，草類葉可從土壤中吸收47%的硒；pH值為7.0時可吸收70%的硒[30]。趙成義在研究種植黑油菜土壤中硒的生物有效性時發現，酸性土壤中黑油菜吸收硒酸鹽要大于亞硒酸鹽[31]，主要是由于亞硒酸鹽易被土壤膠體復合物吸附，可與鐵鋁氫氧化物形成難溶的復合物，這種吸附作用隨著pH值升高而降低[32-33]。

2.2.2 土壤氧化還原條件

土壤的氧化還原條件直接影響著硒的價態變化，從而影響硒的有效性，在高度氧化狀態下，硒的主要存在形態是硒酸鹽；在高度還原條件下元素態硒是最穩定的，植物很難吸收[9]。

2.2.3 土壤質地

土壤質地對硒的有效性主要體現在粘粒礦物對硒的吸附作用上，雖然土壤全硒含量隨粘粒礦物的增加而增加，但水溶性硒含量則下降[34]。黃青青等人在水稻對不同土壤中硒酸鹽/亞硒酸鹽的吸收和富集中發現，紅壤中硒酸鹽有效性高，而黑土和高鈣土中亞硒酸鹽有效性較高[35]。各種粘粒礦物吸附能力順序為蛭石>蒙脫石>高嶺石>蒙皂石[9]。

2.2.4 土壤有機質

土壤有機質一方面礦化會釋放出硒而增加有效硒，另一方面有機質對硒比粘粒礦物具有更強的吸附固定作用，可見土壤有機質對硒的有效性起到了雙重影響，究竟哪一方面的影響起主導作用，與有機質的組成有關，富里酸比例大時，硒的有效性高；而胡敏酸比例大時，硒的有效性低[36]。

3“土壤—植物”系統中硒的轉移規律

植物主要通過根系吸收土壤中的硒，Se6+為主動吸收，Se4+為被動吸收，Se4+先轉化為Se6+及有機硒化合物，大部分都運送到根部。作物除了根部能吸收硒元素外，葉對硒也有吸收作用。馮兩蕊等在葉面噴施硒對生菜富硒量研究中發現，噴施硒濃度8 mg/L時能使生菜硒含量達到4.109 mg/kg[37]。張晶研究發現，葉面噴硒可明顯提高水稻和油菜中硒含量，并隨噴硒濃度的增加籽粒硒含量也有所增加[38]。

作物種類的不同也會影響作物從土壤中吸收硒的過程，一般作物中，十字花科植物對硒的積累能力較強，如蘿卜、芹菜、甘藍、油菜、洋蔥等，其次是豆科植物，谷類作物最低。同一種作物不同器官由于代謝不同硒含量也存在著很大差異，糧食作物中果實部分的含硒量大于莖稈[39]，而蔬菜則是非可食部分硒含量較高[40]。

4展望

目前，對土壤硒的研究大部分還集中于土壤硒形態的變化，或施加外源硒后土壤中硒含量變化的影響研究上，而對“土壤—植物”系統中硒的轉化規律研究也僅停留在硒元素含量在各個器官中的分布變化上，對其轉化機制的研究甚少，尤其是對“茶園土壤—植物”系統中硒元素的轉化機制研究更為罕見。茶樹作為一種特殊的多年生木本植物，本身對土壤中各種元素的吸收轉化就具有一定的選擇性，硒元素作為人類健康不可或缺的一種元素，掌握其在植物中的吸收轉化機制更有利于人類讓茶樹更好地吸收硒元素，為人類的健康生活提供保障。因此，對“茶園土壤—植物”系統中硒元素的轉化機制研究是很有必要的。

參考文獻

[1]Combs G F.The role of selenium in nutrition[J].Academic Press Inc，1986：15-40.

[2]Yang G S.The relationship of the Se content food and the Se-toxic disease in China [J].The Amer J of Chinical Nutrition，1983，（3）：872-888.

[3]秦海波，朱建明，李社紅，等.環境中硒形態分析方法的研究進展[J].礦物巖石地球化學通報，2008，27（2）：58.

[4]Swaine D J.The trace elements content of soil[J].Common wealth Agricultural Eng，1955，48：37-46.

[5]李書鼎.污染生態物理化學[M].北京：中國環境科學出版社，2002.

[6]李家熙，張光第，葛曉云，等.人體硒缺乏與過剩的地球化學環境特征及其預測[M].北京：地質出版社，2000.

[7]劉英俊，曹勵明，李兆麟，等.元素地球化學[M].北京：科學出版社，1984.

[8]譚見安.中華人民共和國地方病與環境圖集[M].北京：科學出版社，1989.

[9]劉錚.中國土壤微量元素[M].江蘇：江蘇科學技術出版社，1996，276-328.

[10]布和敖斯爾，張東威，劉力.土壤硒區域環境差異及安全域值研究[J].土壤學報，1995，32（5）：185-192.

[11]李日邦，譚見安.自然地理與環境研究[M].廣東：中山大學出版社，1992.

[12]彭安，王子鍵.硒的環境生物無機化學[M].北京：中國環境科學出版社，1995.

[13]王美珠，章明奎.我國部分高硒低硒土壤的成因初探[J].浙江農業大學學報，1996，22（1）：89-93.

[14]宋崎.土壤和植物中的硒.土壤地球化學的進展與應用[C].北京：科學出版社，1983.251-252.

[15]張曉平，張玉霞.西藏土壤中硒的含量及分布[J].土壤學報，2000，37（4）：561.

[16]方金梅.福州市土壤形態分析及其遷移富集規律[J].巖礦測試，2008，27（2）：106.

[17]劉培棣.硒資源及其綜合開發利用[C].北京：中國科學技術出版社，1993.

[18]Charak V S and B KTripathi.Studies on Selemium and Iodine Distribution in Some Soils of Kanga Valley[J].Indian Soc.Soil sci.1989，37：167.

[19]黃建國，袁玲.四川盆地主要紫色土硒的狀況及其有效性研究[J].土壤學報，1997，34（2）：153-158.

[20]王金達，于君寶，張學林.黃土高原土壤中硒等元素的地球化學特征[J].地理科學，2000，20 （5）：469-473.

[21]Senesi，N.，M.Polemio，L.Lorusso.Commun.Soil.Sci.Plant Anal[J].1979，10：1109.

[22]Kabata-Pendias A1，H.Pendias.Trace Elements in Soils and Plants[M].Boca Raton，Fl：CRC Press，1984.

[23]Pyrzynska K.Determination of selenium species in environmental samples[J].Microchim Acta，2000，140：55-52.

[24]Finley J W. Bioavailability of selenium from foods [J]. Nutr Rev，2006，64：146-151.

[25]Eich-Greatorex S，Sogn T A，Ogaard A F，et al.Plant availability of inorganic and organic selenium fertiliser as influenced by soil organic matter content and pH[J].Nutr Cycl Agroecosyst， 2007，79：221-231.

[26]Adriano，D.C.Trace Elements in the Terrestrial Environment[M].NewYork：Springer-Verlag，1986.

[27]Zhao C Y，Ren J H，Xue C Z，Lin E.2005.Study on the relationship between soil selenium and plant selenium uptake.Plant and Soil，277：197–206.

[28]Arvy M P.1993.Selenate and selenite uptake and translocation in bean plants （Phaseolus vulgaris）.Journal of Experimental Botany，44：1083–1087.

[29]Yu X Z，Gu J D.2008.Differences in uptake and translocation of selenate and selenite by the weeping willow and hybrid willow.Environtal Science and Pollutant Research，15：499-508.

[30]HAYGARTH P M，HARRISON A F，JONES K C. Plant selenium from soil and the atmosphere[J].J Environ Qual，1995，24（4）：768-771.

[31]趙成義.土壤硒的生物有效性研究[J].中國環境科學，2004，24（2）：184-187.

[32]烏勒·塞利納斯.醫學地質學：自然環境對公共健康的影響[M].北京：科學出版社，2009.

[33]徐輝碧.硒的化學、生物化學及其在生命科學中的作用[M].武漢：華中理工大學出版社，1994.

[34]Gissel-Nielsen.G.Infuence of pH and Texture of the Soil on Plcmt Uptake of Added Selenium[J].J.Agric.Food Chem.1971，19：1165.

[35]黃青青，杜威，王琪，等.水稻對不同土壤中硒酸鹽/亞硒酸鹽的吸收與富集[J].環境科學學報，2013，33（5）：1423-1429.

[36]譚見安，李日邦，侯少范等編譯.環境硒與健康[M].北京：人民衛生出版社，1989.

[37]馮兩蕊，杜慧玲，王曰鑫.葉面噴施硒對生菜富硒量及產量與品質的影響[J].山西農業大學學報（自然科學版）， 2007，（3）：291-294.

[38]張晶.葉面噴硒對水稻和油菜的硒含量及藥用價值的影響[D].西安：陜西師范大學，2011.

[39]李書鼎，曾建華.用75Se對土壤—小麥系統中硒轉移規律研究[J].生態學報，1990，10（3）：220-224.

[40]HAMILTON J W，BREATH A.Selenium uptake and conversion by certain crop plants[J]. Agriculture Journal，1963，55：528.

（責任編輯：敬廷桃）