硒的土壤环境化学研究进展
- 格式:docx
- 大小:84.70 KB
- 文档页数:13
植物对硒的吸收利用及主要农作物硒生物强化研究进展引言硒是一种重要的微量元素,对于人体健康具有重要的生理功能。
在农业生产中,硒也是一种非常重要的元素,能够提高植物的抗逆性和产量。
随着人们对硒的重视,关于植物对硒的吸收利用以及主要农作物硒生物强化的研究也日益受到关注。
本文就植物对硒的吸收利用以及主要农作物硒生物强化的研究进展进行探讨。
一、植物对硒的吸收利用1.1 硒在土壤中的形态硒在土壤中存在多种形态,主要包括硒酸盐(SeO4^2-)、硒酸盐(SeO3^2-)、有机硒等形式。
这些形式中,硒酸盐是植物易吸收的形态,而硒酸盐则相对较难被植物吸收利用。
1.2 植物对硒的吸收途径植物对硒的吸收主要通过根系进行。
在土壤中,硒以离子形式存在,可以通过根系的离子吸收通道被植物吸收。
植物还可通过根际微生物介导的硒还原转化过程吸收硒。
1.3 植物内部硒的运输和转化植物对硒的吸收后,硒会通过根系进入植物体内,并在植物体内进行运输和转化。
植物内部的硒主要以有机硒形式存在,包括硒蛋白、硒氨基酸等。
这些有机硒形式是人体吸收的主要形式,因此植物对硒的吸收利用对于人类的健康具有重要的意义。
二、主要农作物硒生物强化研究进展2.1 农作物对硒的吸收利用随着对硒的重视,人们对于农作物对硒的吸收利用也进行了深入的研究。
研究表明,不同农作物对硒的吸收能力存在差异,其中小麦、大米等作物对硒的吸收能力较强,而玉米、大豆等作物对硒的吸收能力相对较弱。
在进行硒生物强化时需要考虑不同农作物对硒的吸收差异。
2.2 农作物硒生物强化技术为了提高农作物中硒的含量,人们提出了硒生物强化技术。
该技术主要通过喷施或灌溉含硒的肥料、土壤添加硒等方式,使农作物吸收更多的硒。
通过该技术,可以提高农作物硒的含量,从而改善人们的膳食结构,满足人们对硒的需求。
2.3 农作物硒生物强化效果近年来,关于农作物硒生物强化的研究也取得了一些进展。
研究表明,适当的硒生物强化可以显著提高农作物中硒的含量,从而提高食物的营养价值。
环境介质中硒的检测方法研究进展环境介质中硒的检测方法研究进展硒是一种重要的微量元素,它在生物体内具有重要的生理和毒理效应。
在环境中,硒的含量和分布对生物体的生长和发育有着重要的影响。
因此,准确、快速、灵敏地检测环境介质中硒的含量成为环境科学研究领域的重要课题。
本文将综述近年来环境介质中硒的检测方法研究进展。
常用的环境介质中硒的检测方法包括光谱法、电化学法、质谱法和分子生物学方法等。
光谱法是一种非常常见的检测方法,包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和紫外-可见吸收光谱法等。
其中,原子吸收光谱法是一种常用的定量分析方法,它可以对环境介质中的硒进行灵敏和准确的测定。
电化学法是一种通过测定硒在电极上的电流或电位变化来确定硒含量的方法,如电化学溶出法、电感耦合等离子体质谱法等。
质谱法是一种非常灵敏的检测方法,如气相色谱-质谱法、液相色谱-质谱法等,它可以检测并定量硒的各种有机、无机化合物。
分子生物学方法包括聚合酶链式反应(PCR)和荧光原位杂交(FISH)等,这些方法可以对环境介质中的微生物进行检测和定量。
近年来,随着纳米技术的迅猛发展,一些新型的纳米材料在环境介质中硒的检测中得到了广泛应用。
例如,金纳米颗粒、量子点和纳米多孔材料等都可以提高硒的检测灵敏度和选择性。
同时,一些新型的检测技术也在环境介质中硒的检测中得到了应用。
例如,表面增强拉曼光谱(SERS)是一种可以提高硒的检测灵敏度和准确性的方法。
除了上述常用的硒检测方法外,还有一些新的检测方法被提出和应用于环境介质中硒的检测中。
例如,近年来,基于光学传感器的硒检测方法备受关注。
这些光学传感器可以利用硒和特定的荧光染料之间的相互作用来实现硒的检测和定量。
此外,也有研究人员利用生物分子如酶、抗体等对环境介质中的硒进行高效和灵敏的检测。
总的来说,近年来,在硒污染的环境介质中硒的检测方法研究取得了一定的进展。
然而,目前仍然存在一些问题和挑战。
首先,传统的硒检测方法往往需要昂贵的设备和复杂的操作,限制了其在实际应用中的推广和应用。
典型富硒区岩石土壤植物中硒的赋存状态及环境行为研究一、本文概述本文旨在深入研究典型富硒区岩石、土壤和植物中硒的赋存状态及其环境行为。
硒是一种重要的微量元素,对人体健康具有重要作用,同时也是农业生产中的重要营养元素。
然而,硒的过量或不足都可能对人体和生态系统产生负面影响。
因此,了解硒在自然环境中的赋存状态及其环境行为对于合理开发和利用硒资源,保护生态环境和人类健康具有重要意义。
本研究选择典型富硒区作为研究对象,通过对岩石、土壤和植物中硒的含量、形态分布及其迁移转化规律进行系统分析,揭示硒在这些环境介质中的赋存状态及其环境行为。
研究内容包括:岩石中硒的地球化学特征,土壤中硒的形态分布、迁移转化及影响因素,植物对硒的吸收、转运和富集机制,以及硒在土壤-植物系统中的环境行为。
通过对典型富硒区岩石、土壤和植物中硒的赋存状态及环境行为的深入研究,可以为合理开发和利用硒资源,提高农产品硒含量,保护生态环境和人类健康提供科学依据。
本文的研究结果也有助于丰富和发展硒元素地球化学和环境科学领域的理论体系。
二、研究区域概况本研究选取了中国典型的富硒区作为研究对象,这些地区因地质背景特殊,土壤中硒元素含量丰富,形成了独特的富硒生态环境。
研究区域地理位置分布广泛,包括南方湿润气候区和北方干旱半干旱气候区,涵盖了多种土壤类型和植被类型,以确保研究结果的全面性和代表性。
在地理位置上,研究区域主要位于我国的一些硒资源丰富的地区,如湖南、湖北、陕西、四川等地。
这些地区的硒含量普遍高于全国平均水平,为硒元素的生态地球化学研究提供了得天独厚的条件。
气候方面,研究区域的气候类型多样,包括亚热带季风气候、温带季风气候和干旱半干旱气候等。
这些不同的气候条件对土壤中硒的赋存状态和植物对硒的吸收利用具有重要影响。
土壤类型上,研究区域内的土壤类型丰富多样,包括黄壤、红壤、棕壤、黑土等多种类型。
不同类型的土壤对硒的吸附、解吸和迁移转化等环境行为具有不同的影响。
土壤中硒的研究报告文献以下是一些关于土壤中硒的研究报告文献的例子:1. Zhang, Y., et al. "Spatial variation of soil selenium in a selenium-rich area of China." Environmental Geochemistry and Health 41.5 (2019): 2303-2317.该研究通过采集和分析位于中国一个富硒地区的土壤样品,探讨了土壤中硒的空间变化规律。
研究结果表明,该地区土壤中的硒含量存在明显的空间差异,并且受土壤特征、地貌和地理位置等因素的影响。
2. Huang, Y., et al. "Effects of selenium supplementation on soil selenium, crop selenium content and human selenium intake in a seleniferous region of China." Food Chemistry 190 (2016): 243-250.该研究在中国一个富硒地区进行了一项试验,研究了硒添加对土壤硒含量、农作物硒含量和人体硒摄入量的影响。
研究结果表明,硒添加能够显著提高土壤中的硒含量,进而提高农作物的硒含量,并且对人体硒摄入量有积极影响。
3. Dinh, Q.T., et al. "Spatial distribution of selenium in paddy soils and rice grains in a seleniferous region, Northern Vietnam." Science of the Total Environment 450 (2013): 365-372.该研究调查了越南北部一个富硒地区稻田土壤和稻谷中硒的空间分布情况。
土壤中全硒的测定1 试剂和材料除非另有规定,在分析中仅使用确认为分析纯的试剂。
本标准所述溶液如未指明溶剂,均系水溶液。
1.1 水,GB/T 6682 二级。
1.2 硝酸,优级纯,ρ(HNO3)约为1.42 g/mL。
1.3 高氯酸,优级纯,ρ(HClO4)约为1.60 g/mL。
1.4 盐酸,优级纯,ρ(HCl)约为1.19 g/mL。
1.5 硼氢化钾碱性溶液:8 g/L称取2 g氢氧化钠溶于200 mL水中,加入4 g硼氢化钾,搅拌至溶解完全,加水至500 mL,用定性滤纸过滤,贮存于塑料瓶中备用。
1.6 硼氢化钠溶液10 g/L称取1g硼氢化钠(NaBH4)和0.5 g氢氧化钠溶于去离子水,稀释至100 mL (现配现用)。
1.7 环己烷:ρ为(0.778~0.80)g/mL。
1.8 硝酸-高氯酸混合酸:硝酸(优级纯)V1,高氯酸V2,V1+V2=3+2。
1.9 硫酸溶液:优级纯(1+1)。
1.10 盐酸溶液:优级纯,(1+1)。
1.11 盐酸溶液:c(HCl)=0.1 mol/L。
1.12 碳酸氢钠溶液:c(NaHCO3)=0.5 mol/L。
1.13 氨水溶液:1+1。
1.14 盐酸羟胺-乙二胺四乙酸二钠(EDTA)溶液。
称取10g EDTA溶于500 mL水中,加入25 g盐酸羟胺,使其溶解,用水稀释至1000 mL。
1.15 2,3-二氨基萘溶液(暗室中配置):1 g/L。
称取0.1 g 2,3-二氨基萘于150 ml烧杯中,加入100 ml盐酸溶液(1.11)使其溶解,转移到250 ml分液漏斗,加入20 ml环己烷(1.7)振荡1 min,待分层后弃去环己烷,水相重复用环己烷处理3-4次。
水相放入棕色甁中,上面加盖约1 cm厚的环己烷,于暗处置冰箱保存。
必要时再纯化一次。
1.16 硒标准储备液:ρ(Se)=100 mg/L。
精确称取0.1000 g 元素硒(光谱级),溶于少量硝酸(1.2)中,加2 ml高氯酸(1.3),置沸水浴中加热3-4 h,蒸去硝酸,冷却后加入8.4 ml盐酸(1.4),再置沸水浴中煮5 min。
土壤补硒与活化硒矿粉恩施市稀宝生物技术开发公司胥学良早在上世纪八十年代初,李继云、王志武就分别在大骨节病区进行土壤补硒防治大骨节病的实验研究,并取得成果。
1993年,毛大均考虑到低硒区土壤中不仅缺硒,其它一些有益元素如钼、钒等也相对缺乏的事实,将恩施含硒石煤直接施入田间,以补硒为主,兼补其它必需元素,并具有缓释作用。
恩施石煤不仅含硒丰富,而且富含钒、钼、锌等多种人体必需微量元素,使农作物中的粮食、蔬菜和饲草及人畜内环境低硒的状态得到根本改善。
研究结果表明,低硒土壤中施入活化硒(100mg/kg)矿粉后,第一年内粮食、蔬菜、饲草中硒增加2——5倍,玉米钼含量增加了9倍,碘含量增加了7倍,而铅、镉、砷含量均在限量安全值以下,人发硒含量也相应随之提高。
施硒后有效作用达5年,由于土壤中营养成分增加,油菜籽增产幅度为5.9%——35.3%,达到了粮食增产增收的目的。
认为利用高硒、高钒、高钼、高锌石煤生产天然复合型微肥有十分广阔前景。
恩施市作为中国第一高硒区,近年已在茶叶、花生、大豆、玉米、水稻、番茄、大蒜、莼菜等多种农作物中广泛应用活化硒产品,均取得增硒、增产、增收的成果。
试验表明,补硒能增强水稻抗病虫害能力,施入活化硒矿粉后降低水稻纹枯病、稻瘟病发病率8%左右;对干旱、水灾、大风等自然灾害有较强的抵抗能力;增产10%以上;缓释于土壤中增硒效力持久,对于改良贫硒土壤,提高粮食品质和营养是非常有益的。
黑龙江省哈尔滨市利用恩施提供的高品位硒矿粉制成补硒饲料添加剂,用于饲喂奶牛、蛋鸡,奶牛的奶产量和牛奶中的硒含量明显提高,蛋鸡的产蛋率、产蛋量及蛋硒含量明显增加,且效果稳定,具有很好的社会和经济效益。
恩施高硒石煤中富含硅和钼,水稻是喜硅、喜钼作物,而酸性土壤缺硅、缺钼,正是水稻生长所需。
本公司是专门从事湖北恩施高硒区硒资源开发利用的专业企业,具有自主知识产权。
公司研发生产的活化硒矿粉适合在我国广大低硒和缺硒地区通过土壤补硒,提高农产品硒含量,增加粮食的经济价值和营养价值,促进人类健康。
土壤有效态硒
土壤有效态硒是指土壤中容易被植物吸收利用的硒的形态。
土壤中硒的形态多种多样,但并非所有硒都能被植物有效地吸收和利用。
土壤有效态硒是衡量土壤供给硒的重要指标。
土壤有效态硒的含量受到多种因素的影响,如土壤pH值、土壤氧化还原状况、土壤有机质等。
在碱性条件下,亚硒酸盐氧化为硒酸盐,有效性增加。
土壤的氧化还原状况也会影响硒的价态变化,从而影响其有效性。
在高度还原条件下,元素态硒是最稳定的,而常见的还原态硒是Se2-,它可以形成稳定的金属硒化物,植物很难吸收。
在氧化条件下,硒的有效性明显提高。
此外,土壤有机质对硒的有效性具有双重影响。
一方面,有机质矿化会释放出硒而增加有效硒;另一方面,有机质具有较强的固定土壤溶液中硒的能力。
这可能与有机质的组成有关,富里酸比例大时,硒的有效性高;而胡敏酸比例大时,硒的有效性低。
对于不同土地利用类型,有效态硒的含量也有所不同。
例如,种植20年左右的表层及亚表层土壤硒含量最高,分别为0.313mg/kg和0.347mg/kg,种植20-30年左右的设施土壤中有效态硒含量最高,更有利于种植富硒蔬菜。
总的来说,土壤有效态硒的含量受到多种因素的影响,要提高土壤中有效态硒的含量,需要根据具体情况采取相应的措施。
植物对硒的吸收利用及主要农作物硒生物强化研究进展硒是一种对人体健康至关重要的微量元素,它在人体中具有多种生理功能。
由于土壤中硒的含量相对较低,并且硒的生物利用率较低,很难通过单纯的进食来满足人体对硒的需求。
通过农作物硒的生物强化,可以提高硒的摄入量,从而维持人体健康。
本文将简要介绍植物对硒的吸收利用机制,并综述主要农作物硒生物强化的研究进展。
植物对硒的吸收利用主要发生在根部。
土壤中的硒以硒酸盐、亚硒酸盐和有机硒的形式存在。
植物通过根系对硒盐的主动吸收和有机硒的被动吸收来摄取土壤中的硒。
硒进入植物体内后,主要以硒酸盐或硒代谢产物的形式存在,部分经过转运进入细胞质溶胶液,再进一步转运到叶片和籽粒中。
农作物对硒的生物强化是通过种子处理、土壤施硒或浸种来实现的。
种子处理是将硒化合物加入种子处理剂中,在种子表面形成硒层,提高种子的硒含量。
土壤施硒是通过在土壤中添加硒化合物,促进植物对硒的吸收和积累。
浸种是将硒化合物浸泡在水中,然后将种子浸泡在硒溶液中进行种植。
这些方法都能有效增加农作物中硒的含量,从而实现硒的生物强化。
在主要农作物中,小麦、玉米、大豆和水稻是进行硒生物强化研究比较多的作物。
研究表明,不同农作物对硒的吸收利用能力存在差异。
小麦和水稻对硒吸收利用能力较强,可以在土壤中富集较高的硒含量。
而大豆和玉米对硒的吸收能力较低,需要通过土壤施硒或种子处理等方式来进行硒生物强化。
农作物硒生物强化研究主要集中在以下几个方面:硒化合物对植物生长的影响、植物对硒化合物的吸收转运机制、硒生物强化的影响因素以及硒生物强化对人体健康的影响等。
研究结果表明,适量的硒处理可以提高农作物的抗逆性、生长发育和产量。
但是过量的硒处理会导致植物中的硒含量超标,对人体健康产生负面影响。
植物对硒的吸收利用及农作物硒生物强化是当前硒研究的热点领域。
通过研究植物对硒的吸收利用机制,可以提高农作物对硒的吸收利用能力,进而增加农作物中硒的含量,满足人体对硒的需求。
植物对硒的吸收利用及主要农作物硒生物强化研究进展一、植物对硒的吸收利用硒是一种重要的微量元素,对人体健康有着非常重要的作用。
硒在自然界中主要以硒酸盐和亚硒酸盐的形式存在,这些形式的硒在土壤中非常容易被植物吸收。
植物对硒的吸收利用需要通过硒的吸收、转运和富集过程来完成。
目前,对于植物对硒的吸收利用机制已经有了较为深入的研究。
1. 硒的吸收植物体内对硒的吸收主要通过硒代硫氨酸途径完成。
硒代硫氨酸是植物体内主要的硒吸收形式,它通过硒膜内途径和硒膜外途径两种方式被植物吸收。
硒膜内途径主要是通过植物根系中的硒通道蛋白(SeT)来实现,硒通道蛋白能够促进硒代硫氨酸的进入细胞内。
而硒膜外途径则是通过细胞膜上的硒通道蛋白(Lsi1)来实现,Lsi1能够促进硒代硫氨酸的跨膜转运。
这两种途径共同作用,使植物能够高效地吸收和利用硒。
2. 硒的转运植物体内的硒主要是以硒代硫氨酸和硒氨酸的形式存在,它们能够通过硒转运蛋白在植物体内进行转运。
硒转运蛋白主要包括硒载体蛋白和硒螯合蛋白两类,它们能够在植物体内通过主动运输和膜蛋白通道的方式来促进硒的转运。
这些转运蛋白能够帮助硒在植物体内进行定位和分布,从而提高植物对硒的利用效率。
3. 硒的富集植物对硒的富集主要是通过植物根系吸收和植物体内运输过程来实现的。
一些植物能够将硒富集到自身的根系中,这主要是通过根系吸附和根系渗透的方式来完成的。
而在植物体内,硒富集则是通过硒富集蛋白(SeBP)和硒蓄积蛋白(SeHP)来实现的,这两类蛋白能够促进硒在植物体内的富集和存储。
二、主要农作物硒生物强化研究进展随着对硒的认识不断深入和人们对健康的关注增加,人们开始更加重视农作物中硒的含量。
如何提高农作物中的硒含量成为了当前研究的一个热点。
近年来,主要农作物硒生物强化研究取得了一些进展,主要包括以下几个方面。
1. 硒生物强化的途径硒生物强化的途径主要包括通过土壤和营养液添加硒、利用富硒菌生物强化、通过硒肥施用和利用硒肥料等多种方式来实现。
课程名称绿色化学姓名王虹霞学号120703032515年级2012 级专业有机化学指导教师李清寒2013年6月15日硒的土壤环境化学研究进展摘要:本文概述了土壤环境中硒的赋存形态和生物有效性,阐述了影响环境中硒的形态、有效性和转化的因素.并对今后硒的土壤环境化学研究应关注的问题提出了建议.关键词:硒;形态;生物有效性;土壤环境化学硒是生态环境中重要的微量元素,环境中硒过量或缺乏均会导致机体产生疾病。
高浓度硒危害作物的生长发育,降低产量,导致动物胚胎畸形发育甚至死亡[1,2]。
硒营养缺乏则是动物白肌病等硒反应病的主要原因,也与人的克山病和大骨节病密切相关[3]。
人和动物主要通过土壤-植物-水体系与硒发生关系,其中土壤是最基本的环节,它通过食物链实现人、畜对硒的营养需求。
因此土壤硒的研究引起世界各国的重视。
概括起来,硒的土壤环境化学研究工作主要围绕以下几个方面展开。
1.硒的赋存形态土壤中硒的全量分析是确定土壤硒营养状况(或污染水平)及环境容量的重要手段,但全量硒却不能很好地提供硒的生物有效性和流动性方面的信息。
为更好地了解硒在土壤中的吸持、富集、迁移和转化过程以及在植物营养化学和土壤环境化学上的意义,目前硒含量的研究更多关注硒的形态。
硒赋存形态的研究包括两个方面,其一基于硒的价态,其二基于硒与土壤中其它组分的结合形式。
根据硒的存在价态,常把硒分成元素态硒(Se0)、硒化物(Se2-)、亚硒酸盐(SeO32-)、硒酸盐(SeO42-)[4]。
元素态硒和硒化物大多难溶于水,植物难以吸收。
亚硒酸盐易溶于水,是植物吸收无机硒的主要形态。
硒酸盐是硒的最高氧化态化合物,溶于水,可被植物利用,但在自然土壤的氧化还原势下,硒酸盐在土壤中的含量很少,植物有效利用量较为有限。
根据与土壤中其它组分的结合形式来区分土壤中硒的形态,这方面的研究报道较多。
早期Carry等用75Se 和系统分离的方法研究了土壤中硒可能的结合形式及其与植物利用率的关系,为阐明土壤硒的形态提供了依据[5]。
土壤硒大部分能溶于碱性溶液,这些碱性提取物可进一步分离成为胡敏酸和富里酸二组分,Kang等研究指出,无机硒主要存在于富里酸组分中,而胡敏酸组分中的硒可能以硒氨基酸形态存在。
由于富里酸组分中含有无机硒,Kang等认为对富里酸中硒形态的分组有助于完善土壤硒的分类体系[6]。
Gustafssont采用连续提取法将森林土壤硒区分为NaH2PO4可溶性SeO42-、Na4P2O7/NaOH可溶性-Se、胡敏酸-Se、疏水富里酸-Se、亲水富里酸-Se、无机SeO32-等组分[7]。
鉴于硒和磷在土壤中的化学行为具有相似性,侯少范在参照Jackson 系统分离土壤磷的方法的基础上,将土壤硒分离成为水溶性-Se、Al-Se、Fe-Se、Ca-Se、被包蔽的铁-Se、被包蔽的铝-Se以及残余态-Se等七种形态[8]。
研究者从各自的研究目的和研究对象出发,或提出自己的分级体系和程序或对某一原有的体系和程序加以修改和发展,这主要包括各个形态的分级和提取剂的选择两个方面。
近十年来,多种土壤硒的形态分级方法和体系被建议和采用。
由于所用土壤类型及萃取剂种类的局限性,Kang和Gustafson研究硒赋存形态的结果不具有普遍意义。
同时,在对土壤碱提取物进行硒测定时常出现有机物质的干扰,也限制了其推广。
侯少范法在理论上阐述了土壤硒的形态及其行为,其分级结果具有一定的普遍性,但该法未能同时将有机硒和无机硒区分开。
鉴于此,目前在土壤和沉积物的研究中较多应用的是Chao法[9]和在此基础上发展起来的Zawislanski法[10],将土壤中的硒分成六部分:可溶性SeO32-、可溶性SeO42-、吸附态硒、有机结合态硒、碳酸盐结合态硒和难溶态硒。
土壤中硒的形态区分主要根据实验室萃取方案。
近来,X-射线吸收光谱法已应用于检测同一点位土壤硒的形态,但检测固体样的硒浓度必须大于10ug/g,且需要同步发生器设备,限制了其应用范围[11,12]。
因此,连续提取法是目前硒形态区分的可行性方法。
尽管连续提取法本身也存在不少问题,如不同研究者在萃取剂种类、萃取程序和实验条件上存在较大差异,研究结果不具普遍性;提取过程中不同形态组分之间存在交叉,研究结果难以代表田间实际情况等等。
今后要解决的是,找出对某一形态专一性更强的萃取剂,应用简单有效的分析技术进一步研究各种形态硒在土壤中的化学行为及其与生物效应的相关性。
2.硒的生物有效性微量元素的生物有效性问题一直引起人们的广泛关注。
有些元素以较高浓度存在于土壤中而不引发生物危害性,这主要取决于其形态、价态和理化性质[9,13]。
Olson等较早研究了土壤硒对植物有效性问题,证实土壤硒的有效性决定于水溶性硒的数量[14]。
Nye等研究发现水溶性硒和植物摄硒量显著相关,认为水溶性硒可作为土壤硒有效性的评价指标[15]。
通过对克山病和大骨节病的防治实践和对我国环境低硒带成因的研究也证实土壤有效硒尤其是水溶性硒是决定食物链硒营养水平的关键[3]。
但以水溶性硒作为土壤硒有效性的评价指标,其不足之处也非常明显。
水溶液作为极弱的缓冲体系,易受环境因子的干扰,当土壤有机质含量低时,水溶性硒与植物吸硒量的相关性差;水溶态硒与作物吸收的良好相关一般出现在盆栽实验中,大田实验中则常有异常,由于在实验室很难模拟田间土壤条件而影响测定结果的可信度[16,17];作为萃取剂,水的提取能力弱,水溶性硒的浸出量一般只占土壤全硒的1-5%,给分析测定带来困难。
正因为如此,有学者尝试用K2SO4、CaC l2等中性盐溶液作浸提剂,提取土壤中的亚硒酸盐和硒酸盐作为植物吸收利用的有效态硒[9]。
根据土壤Al-P、Fe-P和Ca-P的数量和作物生长期所吸收的磷量的相关性,侯少范等认为与上述几种形态相对应的硒也可以被植物有效利用[8]。
预测硒的生物有效性对于评价其潜在环境毒性至关重要。
一般认为,硒酸盐比亚硒酸盐有更高的植物有效性,这是因为土壤中进行的许多理化过程可将亚硒酸盐从土壤溶液中移走。
同时亚硒酸盐能被倍半氧化物、粘粒矿物强烈吸附,也可被有机物固定,这可能是微生物合成含硒氨基酸和其它有机硒化合物的结果[17,18]。
还原态硒的生物有效性较低,但这部分硒在适宜条件下能被氧化从而提高其水溶性,在田间和实验室都检测到这种形态转变速率[13,19]。
3.硒的有效性与环境条件的关系硒在岩石W土壤W植物y动物(人)间的循环,实际上是硒的生物地球化学过程,有效硒主要发生在土壤y植物这一环节。
作为息息相关的硒循环体系中的某一特定组分,硒的有效性必然受岩矿类型、土壤母质、土壤理化性质甚至植物种类的影响。
3.1岩矿和土壤类型硒几乎存在于所有的岩石中,但含硒量与岩石的岩性和形成时代密切相关,从变质岩、岩浆岩到沉积岩,硒丰度下降。
在岩浆岩系列中,由酸性岩至基性岩硒含量递增[20,21]。
这两个变化序列说明岩浆活动是硒的主要来源。
原生地质环境中,硒的另一来源归于富硒的沉积岩层如中生代黑色页岩和煤。
此外,内生变质作用也有利于硒的富集[20]。
从目前的含硒矿床和富硒地层分析,它产出的大地构造位置一般在扬子地台的周缘和南秦岭区,赋矿地层一般是下寒武系和二叠系黑色页岩[21,22,23]。
土壤和风化壳是硒由不活动状态转化为活动状态的场所,土壤全硒的数量不仅代表土壤中硒的储量,而且也是土壤有效硒的基础和来源,一定意义上说,土壤全硒量高,土壤有效硒的含量也就多。
我国各土类全硒含量总的趋势是东南地区各土类含量较高,西北地区各主要土类居中,其间地区各主要土类含量较低,形成从东北到西南地区连续的低硒带[3,24]。
3.2酸碱度(pH)和氧化还原电位(Eh)土壤和水溶液中硒的浓度和形态在很大程度上决定于环境介质中的pH和Eh。
一般来说,通气良好的碱性介质中,元素硒或硒化物可被氧化为SeO32-或SeO42-,有机态硒分解后产生的H2Se,也可经氧化而成SeO32-或SeO42-,从而提高介质中硒的有效性。
在强还原或酸性介质中,嫌气微生物可使氧化态硒还原为Se0和Se2-,使硒的有效性降低[25,26]。
pH和Eh是作为一个整体来影响硒的形态和含量。
除控制介质中硒的形态和总量外,pH还影响土壤对硒的吸持和植物对硒的吸收。
红外和动力学研究表明土壤氧化物对亚硒酸盐的吸持主要通过配位络合交换[27,28]。
金属氧化物对亚硒酸根离子的吸附受土壤体系中的pH、可利用的吸附点位以及平衡液中阴离子数目等因素的影响,提高体系的pH能减少硒的吸附量[4,29]。
为研究pH对植物吸收硒的影响,Johnsson测定了泥炭土和粘土上的春小麦及冬油菜对硒的积累,发现生长在pH高的土壤中的植物含硒量高[30]。
中性土壤中紫花苜蓿对硒的积累量明显高于酸性土壤,生长在石灰改良后的土壤上植物的含硒量比改良前高[5]。
出现这种现象的原因可能在于:低pH条件下(pH<5),硒易形成可溶性金属络合物,同时次生铝矿物溶解度增加,降低硒的有效性;高pH时,氢氧化铁可取代吸附位点上的SeO32-,使SeO32-进入溶液,导致硒的有效性增加[31]。
3.3有机质有机质对硒的生态效应具有二重性,当它作为有机-无机复合体粘粒并且吸附阴离子时,可能有利于硒的循环;当它只是作为阴离子的环境宿体时,则可能成为屏障从而影响硒的传输。
实验结果证实后者占主导地位,即有机质对硒的影响主要表现为固定。
Gustafsson研究发现[32],无机硒SeO32-与森林土壤接触时迅速被表层土吸持,淋溶进入较深土层的数量很低,并在试验过程中观察到硒的缔合作用。
土壤中约80%的硒与腐殖质结合,一般认为与富里酸结合的硒能被植物吸收,而与胡敏酸结合的硒植物难以吸收。
硒可大量出现于有机组分中,各有机组分中C:Se质量比的结果表明疏水富里酸的含硒量最高,其次为胡敏酸,亲水富里酸的含硒量较低。
土壤有机质能大量富集硒,特别在阴离子吸附容量大的Bs层中其C:Se比低达33000[7]。
而植物中的C:Se比则高得多,据报道瑞典小麦中的C:Se比值为30:10[33]。
这表明在硒重新进入有机质之前,阴离子吸附对暂时保持释放的无机态硒有重要意义。
4.硒的挥发与甲基化土壤中各种反应如氧化-还原、吸附-解吸、沉淀-溶解以及络合-螯合等经常同时发生,并随环境条件的不同而不断地改变方向和速度,这决定了土壤硒化学反应的复杂性。
此外,硒的土壤化学还有其特殊性,挥发与甲基化对硒在土壤中的化学行为有很大的影响。
从公共健康的角度出发,有毒元素的甲基化是一种重要的形态转化机制,因为这将导致该元素的活性和毒性发生改变。
对硒而言,其甲基化表示从不易挥发的前体演化成为挥发性的产物,甲基化作用可使硒在土壤中的移动性及硒从表土逸出的可能性增大[34]。