提高土壤硒生物有效性的技術措施研究進展

楊謹銘 胡崗 范成五 羅沐欣鍵 秦松

摘要 近年來，我國富硒產業經過一段時間的發展已初具規模，天然富硒農產品的生產備受消費者好評。硒的生物有效性低是我國南方區域合理發展硒產業的主要限制因素。從土壤性質對硒有效性的影響進行分析，從耕作與水分管理、肥料與改良劑施用、菌根接種等3個方面綜述提高土壤硒有效性的技術措施研究，以期為探索土壤硒活化方法和技術措施以及富硒地區合理開發富硒農產品提供參考。

關鍵詞 硒元素;生物有效性;形態;活化方法

中圖分類號 S158? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）01-0012-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.003

Research Progress of Technical Measures to Improve Bioavailability of Soil Selenium

YANG Jin-ming1，HU Gang2，FAN Cheng-wu2 et al

（1.College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025; 2. Institute of Soil and Fertilizer，Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang，Guizhou 550006）

Abstract In recent years， China’s selenium-rich industry has begun to take shape after a period of development， and the production of natural selenium-rich agricultural products has been well received by consumers.The low bioavailability of selenium has become a major limiting factor for the rational development of selenium industry in southern China.The effects of soil properties on the availability of selenium were described， and the technical measures to improve the availability of selenium in soil were reviewed from three aspects： tillage and water management， fertilizer and improver application， and mycorrhizal inoculation， in order to provide reference for exploring the methods and technical measures of soil selenium activation and the rational development of selenium-rich agricultural products in selenium-rich areas.

Key words Selenium element;Bioavailability;Form;The activation methods

基金項目 貴州省科技支撐項目（黔科合〔2018〕2338，黔科合平臺人才〔2017〕5719，黔科合〔2016〕2595-1）。

作者簡介 楊謹銘（1996—），男，侗族，湖南懷化人，碩士研究生，研究方向：重金屬治理。通信作者，研究員，博士，從事土壤肥料研究。

收稿日期 2021-04-26

我國有接近70%的地區屬于缺硒（Selenium，Se）或低硒區域，有2/3的人口存在硒攝入量不足的問題[1]。缺硒會導致人體引發克山病和大骨節病等病癥[2]，適量硒的攝入對人體抵御過氧化損傷、抗衰老和抗癌等都起到了極其重要的作用[3]。硒也是人體的微量元素，過量攝入會對人體造成毒害[4]。富硒農產品的食用作為人體補硒最安全、最有效的途徑之一[5]，對其合理的開發與生產受到社會各界的普遍重視。目前，國內富硒農業經過一段時間的發展已初具規模，富硒大米、富硒茶葉等農產品廣受消費者歡迎，富硒農業已成為市場需求巨大、政府鼓勵支持、前景光明的朝陽產業[6]。為進一步擴大硒產業鏈，要求對硒資源予以合理利用、綜合開發。以外源施加硒肥的方式增加土壤硒儲備不失為一種提高農產品硒含量的有效方法，但我國南方富硒地區降雨量充沛，土壤因大量降雨淋溶等原因風化程度較高，大部分土壤呈酸性，導致能被作物直接吸收利用的自由離子態硒（即生物有效態硒）濃度低，是限制富硒農業發展的最主要障礙。因此，采取措施增加土壤硒的生物有效性是實現我國南方酸性富硒地區硒資源合理開發利用最具有可行性的途徑。

1 土壤性質對硒有效性的影響

土壤酸堿性（pH）與質地等是影響土壤硒有效性的重要因素。我國南方地區降雨充沛，常年處于濕潤生物氣候條件下形成的土壤大多呈酸性，具有質地黏重、土溫低和濕度大等特點。硒在酸性土壤中主要以亞硒酸鹽（SeO32-）形態存在，極易受到Fe、Al、Mn氧化物的吸附固定[7]，提高土壤pH促進硒轉化為穩定性更高的硒酸鹽態（SeO42-），能降低土壤顆粒對硒的吸附量[8];在質地黏重的南方土壤中，硒因長時間漬水被還原成為有機結合態硒或元素態硒[9]，提高土壤Eh使有機結合態硒氧化分解，能有效促進硒有效化[10];在土溫低、濕度大的土壤中，有機質分解速率緩慢，經過長時間的積累，有機質中富里酸等結構簡單的小分子有機質會逐漸向芳構化程度高的大分子有機質轉化，表現出對硒較強的吸附能力[11]。因此，必須采取相應措施解決南方富硒區域存在的硒有效性低的問題，例如通過施加酸性土壤改良劑提高土壤pH等措施，促使被碳酸鹽、鐵錳鋁氧化物和有機物所固定的硒解吸、溶解于土壤溶液中[12]，以利于充分發揮南方富硒土壤自身優勢。

2 提高土壤硒有效性的技術措施

2.1 耕作與水分管理

2.1.1 耕作模式。

農業生產中，黏性土壤常因漬水處于較低的氧化還原電位，長時間漬水導致水分無法及時排出，土壤處于還原環境，硒易被還原為生物有效性較低的形態，生物有效性降低。針對土壤質地較黏重的土壤，韋本輝等[13]采用粉壟栽培技術將土壤粉碎均勻一致且不上翻土壤，能顯著加強土壤空氣的流通，被證實能有效促進還原態硒的溶解，提高硒的生物有效性[14]。

2.1.2 水分管理。

我國南方稻區以淹水的方式進行耕作，土壤長時間處于還原環境，不利于水稻對硒的吸收。合適的水分管理對于水生作物吸收富集硒起著尤為重要的作用。楊志輝等[15]發現土壤淹水處理，土壤處于較低的Eh電位時不利于硒在土壤-作物體系的遷移，土壤處于濕潤狀態的耕作模式較淹水處理能有效活化水稻等作物硒的生物有效性[16]。水生作物干濕交替水分條件，同樣有利于改良土壤酸堿度與提高土壤Eh電位，對于提高硒的生物有效性有重要的作用[17]。試驗證明，干濕交替條件下水稻硒的富集轉移系數顯著高于淹水處理，表明干濕交替的水分管理方式能夠有效提高硒生物有效性[18-19]。

2.2 施加肥料與改良劑

2.2.1 充分施加氮肥。

氮作為構成蛋白質的元素，對作物完成各項生理活動起著必不可少的作用，施加氮肥有利于作物轉運蛋白的形成，能有效提高作物對硒富集，對硒的吸收、轉運與分配可起到重要的作用。在實踐生產中，充分施加氮肥為作物提供更多構成蛋白質的原材料促使作物形成更多的根系分泌物和轉運蛋白，有利于硒在土壤-作物體系的富集轉運。目前，氮肥的不同施用方式中，傳統土壤施肥與葉面噴施都被證明對于提高硒的生物有效性具有十分重要的意義。

陳玉鵬等[20-21]通過盆栽試驗，證實在土壤中施加氮肥能夠促進小麥吸收富集硒，發現低硒土壤施加氮肥效果高于高硒土壤，與宋曉珂等[22]對青稞的研究結論一致，表明低硒土壤采取施加氮肥的方法不失為提高硒的生物有效性的一項措施;氮肥的施用量影響硒在小麥各部位的遷移分配，高氮肥施用量可有效促進硒向地上部的轉運分配。在富硒或硒中毒土壤中，高氮處理能促進小麥根部、籽粒的硒轉運儲存于穎殼中，有效緩解硒對小麥的毒害作用。

2.2.2 適當施加磷肥。

對紫色土亞硒酸鹽吸附-解吸的研究發現，平衡液中加入磷酸二氫鈉可以顯著降低土壤對亞硒酸鹽的吸附量[23]。這是因為磷與硒具有相似的物理化學性質，都以陰離子的形式存在于土壤膠體顆粒表面，它們之間存在著競爭吸附作用，共同競爭土壤膠體吸附結合位點，磷酸鹽的存在能有效降低土壤對硒的吸附量，被土壤膠體吸附的硒解吸釋放，以水溶態的形式存在于土壤溶液中[24-25]。充分利用磷與硒存在的交互作用，通過施加磷肥促進亞硒酸根解吸釋放，能有效提高土壤硒的生物有效性。

研究表明，將過磷酸鈣和鈣鎂磷肥施入土壤均能提高硒的生物有效性，高用量效果好于正常用量[26]。鈣鎂磷肥作為磷與硅酸鎂所制成的肥料，水溶液呈堿性，能有效提高土壤pH，有效降低土壤膠體對亞硒酸鹽的吸附，被吸附的硒釋放于土壤溶液中，成為生物有效性更高的形態從而提高硒的生物有效性。

2.2.3 合理施加硒肥。

巖石母質中的硒經過地質大循環和生物小循環進入土壤。在母質硒含量較為貧乏的地區，土壤硒含量往往較為貧瘠，通過外源施硒的方式是缺硒地區發展硒產業的有效手段。研究發現，外源施加硒肥在提高土壤硒儲量的同時，能夠促進有機質結合的硒分解釋放，并且有效促進硒的生物有效性增加。對不同價態的硒肥，亞硒酸鹽施用的影響較硒酸鹽小，硒酸鹽的施用使有機態硒轉化為有效態硒的效果更為顯著[27]。但是，不能盲目選擇硒酸鹽作為硒肥，隨意施加硒酸鹽容易導致硒毒害。對于缺硒、有效性又不高的酸性土壤可以選擇施用硒酸鹽，在富硒但有效性不高的酸性土壤施用亞硒酸鹽則更為合理，而在富硒且硒的有效性較高的堿性土壤要避免因施加硒肥而導致硒毒害[28-30]。

2.2.4 施加有機肥。

有機質對硒生物有效性的影響具有兩面性[31]。一方面，伴隨著被大分子有機質如胡敏酸等所結合后表現出不溶于水的性質，硒生物活性降低;另一方面，富里酸等小分子有機物因富含羧基、醇-OH-NH2、酚-OH等活性官能團，能與硒元素絡合形成具有親水性、生物有效性高的硒化合物，易被作物吸收利用[32-33]。因此，將小分子有機質如富里酸等施入土壤的措施既能顯著提高硒的生物有效性，又能有效避免硒毒害[34]。

缺硒土壤中硒的生物有效性低，主要是因為硒大部分被大分子有機質結合[35]。南方酸性土壤有機質經過長時間的腐殖化作用，大多轉化為胡敏酸等大分子物質，對硒表現出較強的固定能力，所以硒的生物有效性低。因此，選擇施用有機肥提高硒的有效性，應關注其組分，避免選擇大分子為主的有機質，同時需要適當補充硒肥。針對有機質豐富的酸性土壤，王丹[11]提出可以通過以秸稈還田的方式將秸稈施入土壤，秸稈會在微生物作用下向富里酸轉化。

2.2.5 施加酸性改良劑。

土壤改良劑通常會選擇一些工業生產、農業活動中的廢棄物，或選擇一些價格低廉、容易獲得的產物，主要包括生石灰以及生物炭等，具有變廢為寶、經濟環保等優點。通過施用改良劑的方式改變土壤理化性質，使其向有利于硒活化的方向進行轉變，促進被吸附的結合態硒活化轉化為水溶態硒，是一個具有實際可行性的技術措施。作為最常見的酸性土壤改良劑，施加生石灰能使土壤pH升高1～2個單位，使硒的有效性提高0.3～1.0倍[36]。研究發現，施用鍋爐及其他設備燃煤后產生的燃煤爐渣對酸性土壤的改良效果為生石灰的10倍，能有效活化硒[37]。況琴等[38]研究了煉鋼的副產物鋼渣對硒有效性的影響，證實施加鋼渣可以促進土壤有效硒含量提高1.4～2.0倍，施用鋼渣處理的小白菜硒含量提高30%以上。謝珊妮等[39]發現將秸稈燒制成的生物炭（呈堿性，表面具有較多含氧官能團）作為優良的酸性土壤改良劑具有提高硒的生物有效性作用，在施入酸性茶園土壤后顯著抑制了土壤pH酸化，有效提高了硒的生物有效性。

2.3 接種菌根

作物的根系活動通過改變根際土壤理化性質等途徑，能有效活化硒元素，使根際土壤有效態硒含量顯著高于非根際土壤[40-41]。將菌根真菌接種至作物根系使其產生共生體，菌根真菌能為作物吸收養分與水分，有效擴大作物根系對硒元素的活化范圍，有效解決在硒有效性不高的土壤種植作物的缺硒問題。劉麗麗等[42]將Glomus versiforrme（Gv）、Glomus mosseae和Glomus etunicatum 3種叢枝菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）接種至獼猴桃根系，發現3種AM均能促進獼猴桃富集轉運硒，獼猴桃葉片的硒含量顯著提高。有研究將3種AM真菌接種至水稻根部后發現，接種叢枝菌根Funneliformis mosseae（Fm）和Gv能有效促進水稻對硒的富集，接種菌根后根際土壤水溶態、可交換態硒含量顯著提高[43]。研究者將Fm接種至大豆根系后發現，Fm能提高土壤水溶態硒含量，大豆對硒的富集能力在接種菌根后顯著提高[44]。有學者篩選出一種能有效提高藍莓硒的有效性的方法，即將具有富硒能力的菌根真菌接種至藍莓根部[45]。

3 展望

開發富硒產業僅僅運用單一的物質或手段是不夠的。在生產實踐中，通過肥料與改良劑進行合理的配施，或是采用幾種措施有機結合的方式，對于合理開發硒資源可起到重要的作用。

有機質對硒生物有效性的影響具有兩面性，對有機質匱乏的土壤施用有機肥增加硒的有效性，反而會吸附固定硒，降低其生物有效性。有機肥對硒有效性的影響受有機質的物質組成以及官能團的構成等特性決定，隨著施用時間的延長，富里酸等小分子有機物會轉變為胡敏酸等大分子有機物，導致硒有效性的下降。為此，深入探究不同種類有機肥對提高硒有效性的長效性具有重要的實踐意義。

通過施加肥料與改良劑提高有效硒含量的措施見效快，但具有生態環境風險。長期給土壤施加肥料，一旦超過土壤的環境容量，氮、磷等元素會隨著降雨淋溶進入河流造成水體富營養化。過量施入以石灰為代表的酸性土壤改良劑會破壞土壤結構，使土壤板結失去原本的生產力。進一步對這些措施進行合理的環境風險與土壤生態風險評估十分重要。

土壤微生物（硒氧化細菌）能夠提高硒的生物有效性，富硒細菌在富硒農業生產中具有實際應用價值。而關于微生物硒氧化作用效果與機制的研究并不透徹，相關文獻報道較少，探索更多能提高硒有效性的微生物并探究其機理，具有重要的應用價值。

參考文獻

[1] 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.

[2] 曾靜，羅海吉.微量元素硒的研究進展[J].微量元素與健康研究，2003，20（2）：52-56.

[3] RAYMAN M P.The argument for increasing selenium intake[J].Proceedings of the nutrition society，2002，61（2）：203-215.

[4] GERLA P J，SHARIF M U，KOROM S F.Geochemical processes controlling the spatial distribution of selenium in soil and water，west central South Dakota，USA[J].Environmental earth sciences，2011，62（7）：1551-1560.

[5] RAYMAN M P.Food-chain selenium and human health：Emphasis on intake[J].British journal of nutrition，2008，100（2）：254-268.

[6] 陳武，朱生亮，譙文浪.貴州省富硒地層及其農業地質應用[J].貴州科學，2015，33（5）：27-32.

[7] LI J，PENG Q，LIANG D L，et al.Effects of aging on the fraction distribution and bioavailability of selenium in three different soils[J].Chemosphere，2016，144：2351-2359.

[8] 王銳，余濤，楊忠芳，等.富硒土壤硒生物有效性及影響因素研究[J].長江流域資源與環境，2018，27（7）：1647-1654.

[9] 邢穎，劉永賢，梁潘霞，等.土壤硒形態及其相互轉化因子的研究[J].中國農學通報，2018，34（17）：83-88.

[10] 樊建新，曾宇，孫姣霞，等.淹水過程中土壤硒的形態轉化[J].江蘇農業科學，2019，47（6）：279-283.

[11] 王丹.秸稈還田對土壤硒生物有效性的影響及作用機制[D].楊凌：西北農林科技大學，2019.

[12] 謝薇，楊耀棟，侯佳渝，等.天津市薊州區土壤硒的有效性及影響因素[J].環境化學，2019，38（10）：2306-2316.

[13] 韋本輝，甘秀芹，陳保善，等.農耕新方法粉壟整地土壤速效養分研究[J].廣東農業科學，2011，38（17）：42-45.

[14] 周靈芝，韋本輝，甘秀芹，等.粉壟耕作對稻谷富硒營養化及重金屬含量的影響[J].現代農業科技，2017（14）：7-9.

[15] 楊志輝，葛旦之，熊遠復.淹水條件下土壤有效硒變化規律的初步研究[J].土壤通報，1998，29（4）：182-184.

[16] 周越，吳文良，孟凡喬，等.土壤中硒含量、形態及有效性分析[J].農業資源與環境學報，2014，31（6）：527-532.

[17] 章萍，相明雪，王親媛，等.水分管理對鄱陽湖南磯山土壤硒形態及藜蒿硒吸收的影響[J].南昌大學學報（理科版），2019，43（3）：269-273.

[18] 張青，王煌平，孔慶波，等.干濕交替灌溉對富硒土壤硒形態及水稻硒積累的影響[J].水土保持學報，2018，32（1）：327-331，338.

[19] 王瑞昕，楊靜，方正，等.水分管理對水稻籽粒硒積累及根際土壤細菌群落多樣性的影響[J/OL].土壤學報，2020-09-22[2020-11-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1119.P.20200922.1255.002.html.

[20] 陳玉鵬，梁東麗，宋衛衛，等.氮素對不同生育期小麥植株累積硒的影響[J].植物營養與肥料學報，2016，22（2）：395-402.

[21] 陳玉鵬，彭琴，梁東麗，等.施氮對小麥硒（Ⅵ）吸收、轉運和分配的影響[J].環境科學，2017，38（2）：825-831.

[22] 宋曉珂，李宗仁，王金貴.施氮對青稞硒吸收、轉運和分配的影響[J].土壤通報，2019，50（5）：1196-1202.

[23] 周鑫斌，于淑慧，謝德體.pH和三種陰離子對紫色土亞硒酸鹽吸附-解吸的影響[J].土壤學報，2015，52（5）：1069-1077.

[24] 嚴佳，宗良綱，楊旎，等.不同pH條件和P-Se交互作用對茶園土壤Se（Ⅳ）吸附行為的影響[J].農業環境科學學報，2014，33（5）：935-942.

[25] 邢穎，劉永賢，梁潘霞，等.磷對富硒赤紅壤與紅壤上小白菜硒吸收及土壤硒形態的影響[J].土壤，2018，50（6）：1170-1175.

[26] 姚歡，宗良綱，孟蝶，等.增施磷肥對提高強酸性高硒茶園土壤硒有效性的效果[J].安全與環境學報，2015，15（4）：288-293.

[27] LI Z，LIANG D L，PENG Q，et al.Interaction between selenium and soil organic matter and its impact on soil selenium bioavailability：A review[J].Geoderma，2017，295：69-79.

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

[29] 劉慧，楊月娥，王朝輝，等.中國不同麥區小麥籽粒硒的含量及調控[J].中國農業科學，2016，49（9）：1715-1728.

[30] 張木，唐拴虎，鐘松臻，等.施硒對水稻土壤硒有效性的影響[J].應用生態學報，2018，29（9）：2979-2987.

[31] 何振立，楊肖娥，祝軍，等.中國幾種土壤中的有機態硒及其分布特征[J].環境科學學報，1993，13（3）：281-287.

[32] 鄒光中，任海清.腐植酸與硒的吸附模型研究[J].稀有金屬，2003，27（3）：413-415.

[33] 楊忠才，陳亮.富里酸硒的合成及應用[J].微量元素與健康研究，2004，21（1）：32-33.

[34] 安夢魚，張青，章贊德，等.不同用量腐植酸對土壤有效硒含量和硒的形態以及大蒜硒吸收的影響[J].農業資源與環境學報，2017，34（2）：128-133.

[35] 羅倩.名山河流域不同土地利用方式土壤硒的形態及其有效性研究[D].雅安：四川農業大學，2014.

[36] 江官軍.南方紅壤硒的有效性調控研究[D].北京：中國地質大學（北京），2016.

[37] 謝邦廷，賀靈，江官軍，等.中國南方典型富硒區土壤硒有效性調控與評價[J].巖礦測試，2017，36（3）：273-281.

[38] 況琴，吳山，黃庭，等.生物質炭和鋼渣對江西豐城典型富硒區土壤硒有效性的調控效果與機理研究[J].巖礦測試，2019，38（6）：705-714.

[39] 謝珊妮，宗良綱，張琪惠，等.3種改良劑對強酸性高硒茶園土壤硒有效性調控效果與機理[J].茶葉科學，2017，37（3）：299-307.

[40] 陳秋香.不同水稻品種苗期根際土壤硒的化學形態及氮素營養對硒吸收的調控[D].北京：中國科學院研究生院，2009.

[41] 史艷芙，宗良綱，張艷萍，等.茶樹根際與非根際土壤硒特性及其影響因素分析[J].農業環境科學學報，2018，37（9）：1903-1909.

[42] 劉麗麗，劉仁道，黃仁華.叢枝菌根真菌（AMF）對紅陽獼猴桃葉片富硒能力及光合特性的影響[J].食品工業科技，2014，35（10）：234-237，242.

[43] 陳雪.叢枝菌根真菌對水稻硒吸收、積累的機理研究[D].南寧：廣西大學，2019.

[44] 苗秀妍.叢枝菌根真菌和微肥施用對大豆生長及鋅、硒積累的影響[D].南寧：廣西大學，2019.

[45] 安徽大學.一種促藍莓富硒的菌根真菌的篩選方法及其鑒定方法及其應用：CN201710035222.0[P].2017-05-24.