土壤-植物系統(tǒng)中的硒課件

1、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

2、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A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0.050.09mg/kg之

3、間，世界土壤含 硒量為0.0112mg/kg，中值為0.4mg/kg。我國(guó)土壤（A）硒范圍在0.0069.13mg/kg，95%范圍在0.0470.993mg/kg之間，算術(shù)平均值為（0.2900.225）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0.050.8mg/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

4、到西南分布的低硒帶。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

5、粒組成有重要影響。（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616。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

6、酸鹽和亞硒酸鹽，含量為859mg/kg，一般占土壤全硒的1016。3)鐵型硒 可用0.10mol/L NaOH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1742。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

7、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)硒有較強(qiáng)的吸附能力。近岸植物中的硒的含量較高，這與海洋浪花飛濺到地表帶來(lái)硒有關(guān)。不同的植物種類一般說(shuō)來(lái)，植物各種類之間硒的含量有一定的規(guī)律性。從大到小的排列順序?yàn)閱棠竟嗄静菽?；針葉樹(shù)闊葉樹(shù)草本植物；裸子植物蕨類植物雙子葉植物單子葉植物。作物中硒的水平一般為100g/kg左右（干重），這對(duì)動(dòng)物來(lái)說(shuō)是足夠的和安全的。當(dāng)飼料植物中硒的濃度低于10g/kg（干重）時(shí)，家畜可能出現(xiàn)異常。也有一些研究認(rèn)為硒的最小需要量應(yīng)為100g/kg，而硒濃度在3 000g/kg時(shí)屬硒的低毒水平（Kitagishi et al. 1981）。在我國(guó)土壤

8、中的低硒含量常與克山病聯(lián)系在一起，病區(qū)草本植物和大豆中硒含量范圍為21-32g/kg，而非病區(qū)的含量為31-83g/kg。含硒量最低的作物是水稻，含量最高的作物是大豆。（二）其它來(lái)源的硒大氣沉降帶來(lái)一定的硒，降水中的硒含量范圍為0.03-0.59g/kg，一般為0.1-0.2g/kg。降水中的硒主要取決于當(dāng)?shù)叵聣|面的情況，海洋輸送的硒是微量的。人類活動(dòng)增加大氣中硒的含量，在工業(yè)區(qū)甚至出現(xiàn)硒污染的現(xiàn)象。對(duì)于低硒地區(qū)可以土壤或葉面噴施亞硒酸鈉來(lái)補(bǔ)充硒。三、土壤-植物系統(tǒng)中硒的遷移（一）土壤-植物系統(tǒng)中硒行為的一般特征土壤中水溶態(tài)硒是最容易被植物吸收的有效性硒；硫化物和硅酸鹽態(tài)硒最不容易被植物吸收；

9、交換態(tài)硒分布在土壤固相最外層，雖然能被植物吸收，但受土壤條件限制；有機(jī)態(tài)硒主要賦存在土壤腐殖質(zhì)、胡敏酸和富啡酸中，胡敏酸為高分子有機(jī)化合物，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其結(jié)合態(tài)硒難以被植物吸收利用；富啡酸結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，與其結(jié)合的硒容易礦化分解成無(wú)機(jī)硒和低分子有機(jī)硒化合物（如硒氨基酸），因此可以被植物吸收利用。酸溶性鐵錳氧化物態(tài)硒主要為鐵、鋁、錳氧化物及其水合物結(jié)合態(tài)硒，難以被植物吸收利用。（二）土壤及根際條件對(duì)硒行為的影響不同的土壤中存在一定形態(tài)的硒；條件的改變導(dǎo)致硒的有效性降低；水稻等植物可以通過(guò)根和葉片揮發(fā)硒。植物對(duì)硒的吸收與土壤溫度和濕度有關(guān)。低硒土壤中生長(zhǎng)的植物，當(dāng)溫度高于20時(shí)比在較冷季節(jié)（溫度15）

10、時(shí)可吸收更多的硒。降雨也可能較大程度地影響草本植物對(duì)硒的吸收，在雨水充足的地區(qū)，植物體內(nèi)硒含量常常較低。植物對(duì)硒的吸收與土壤中其他元素的存在互有影響，植物中硒含量的增加將抑制其對(duì)N、P、S等元素的吸收，降低植物體內(nèi)某些氨基酸的含量；硒含量過(guò)高也抑制植物對(duì)重金屬M(fèi)n、Zn、Cu、Fe和Cd等的吸收，P、S和N的施用將有助于減少硒毒，可能是由于這幾種元素的施用抑制了植物根系對(duì)硒的吸收。土壤可溶性有機(jī)酸可以改變植物對(duì)硒的響應(yīng)，如富啡酸對(duì)硒的植物毒害有一定的抑制作用。人類與低硒有關(guān)的疾病包括循環(huán)系統(tǒng)的心血管疾病、克山??；骨骼形成大骨節(jié)?。幌到y(tǒng)的胃癌、肝癌、胰腺癌等；造血系統(tǒng)的溶血性貧血、白血病等。動(dòng)物和人對(duì)硒的反應(yīng)比較敏感，可分為高硒性反應(yīng)和低硒性反應(yīng)和低硒性反應(yīng)，以及因硒過(guò)?；虿蛔阋鸬母鞣N地方性疾病。人和動(dòng)物硒中毒有多種影響，可引起生殖力下降、高畸胎率。高硒有致突變作用，導(dǎo)致癌癥發(fā)生。兒童硒中毒可使中樞神經(jīng)和消化系統(tǒng)功能紊亂，引起貧血等疾病。對(duì)于低硒反應(yīng)，動(dòng)物較人更為敏感，在動(dòng)物的低硒反應(yīng)中，以白肌病的分布最廣，危害最大。硒中毒的主要癥狀是脫發(fā)、脫指甲、皮膚壞死、肝腫大、腸胃不適等。缺硒的危害和硒的毒害硒污染土壤的植物改良主要有兩種方式，植物揮發(fā)，即通過(guò)植物吸收和代謝及植物微生物聯(lián)合作用將硒從土壤中揮發(fā)出來(lái)；植物提取，