土壤中微量元素硒含量的影響因素分析

康愛華

摘要：土壤在自然形成和發(fā)育過程中受到各方面因素的影響，這些因素也影響著土壤中的微量元素硒。其中，成土母巖是土壤硒含量的決定性因素，而土壤的酸堿度和有機(jī)質(zhì)是影響土壤硒含量的主要因素。除此以外，土壤質(zhì)地、土地利用類型、氣候、地形等也較明顯地影響著土壤中硒的含量。

關(guān)鍵詞：微量元素硒；成土母巖；酸堿度；有機(jī)質(zhì)；土壤地質(zhì)

引言

硒（se）作為一種稀有的元素，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中含量較低，但其重要性日益被人們所重視。硒的化學(xué)性質(zhì)活潑，具有有益和有害的雙重生物學(xué)功能，缺硒和硒過量都會(huì)引起生物以及人體的不良反應(yīng)。在硒循環(huán)過程中，土壤是基礎(chǔ)媒介，它通過食物鏈實(shí)現(xiàn)植物、動(dòng)物以及人對(duì)硒的營養(yǎng)要求，全面和客觀分析土壤中硒的含量、形態(tài)及其影響因素，可以為富硒土壤高效科學(xué)利用、生產(chǎn)富硒農(nóng)產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)。

1土壤中的硒含量及其影響因素

1.1成土母巖

土壤在成土過程中受到各種自然因素的影響，成土母巖是其決定性因素。土壤的主要組成物質(zhì)是成土母巖風(fēng)化后的殘留物質(zhì)，因此母巖的各種元素含量決定了土壤中各元素的含量，往往成土母巖硒含量與土壤硒含量有較大的相關(guān)性。而且，硒元素在土壤形成和發(fā)育過程中逐漸積累，表現(xiàn)出土壤中硒含量高于成土母巖硒含量的特征。倪師軍等通過對(duì)萬源富硒地區(qū)的巖石、土壤分析得出，頁巖中硒含量最高，碳酸鹽巖次之，砂巖最低，含炭質(zhì)成分的頁巖、板巖硒含量明顯偏高，它們形成的土壤硒含量也有相應(yīng)的關(guān)系。此外，地層也影響著土壤硒含量，老地層相比新地層有著更高的硒含量，而含煤巖層也有較高的硒。

1.2氣候條件

降水和溫度影響硒的遷移過程。濕熱地區(qū)土壤中粘粒含量較高，增加對(duì)硒的吸附固定，造成硒含量增加，干旱氣候也可能引起土壤硒累積。樸河春等指出，我國從東北到西南的缺硒帶是由于自東亞季風(fēng)氣候形成以來，氣候的干濕變替和凍融作用作為地表生物地球化學(xué)作用的基本驅(qū)動(dòng)力，造成土壤硒的長期揮發(fā)和損失。

2土壤的酸堿度（pH）

土壤的pH值（酸堿度）和Eh（氧化還原電位）是影響土壤中硒形態(tài)的重要因素。pH值對(duì)硒形態(tài)的影響分直接和間接2個(gè)方面。直接影響表現(xiàn)在土壤不同的酸堿性可控制硒與土壤組分eye、A1、ca和Mg離子等）的吸附和解吸過程。間接影響表現(xiàn)為pH值可通過氧化還原電位、粘土礦物吸附量、土壤微生物種類和活性等影響土壤硒狀態(tài)。土壤Eh則主要是通過影響硒價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化來影響其有效性。在土壤酸堿性基本穩(wěn)定的情況下，氧化環(huán)境下Se（0價(jià)和一2價(jià)）可立刻轉(zhuǎn)化為亞硒酸化合物Se4+，同樣，還原性環(huán)境下，Se6+可轉(zhuǎn)化為Se4+。土壤pH值和Eh相輔相成，更多時(shí)候不能僅僅考慮其中某一個(gè)因素的影響。土壤氧化電位低，有利于Se6+還原為難溶的、易交換沉淀的Se4+，增加了有機(jī)物結(jié)合態(tài)硒的含量。

1.3有機(jī)質(zhì)

有機(jī)質(zhì)對(duì)硒的影響也表現(xiàn)在影響其有效性方面，在有機(jī)組分當(dāng)中，硒常常與有機(jī)化合物結(jié)合，或者在微生物的作用下結(jié)合到氨基酸或蛋白質(zhì)里，因此有機(jī)質(zhì)對(duì)硒的吸附能力強(qiáng)于粘土礦物，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)能固結(jié)土壤中的硒。但是有機(jī)質(zhì)將土壤溶液中的硒固定在土壤中的同時(shí)也降低了硒的有效性。另外，有機(jī)質(zhì)在發(fā)生礦化的同時(shí)會(huì)釋放出硒，從而增加了土壤中的有效硒。

1.4土壤質(zhì)地

土壤中的粘粒對(duì)硒有較強(qiáng)的富集作用，粘粒含量越高，土壤的保肥性越好，能有效地減少硒的流失。即在同一片區(qū)域內(nèi)，粘性土壤中的含硒量往往高于砂性土壤。土壤中各種形態(tài)的硒都可與Fe、A1等復(fù)合物發(fā)生沉淀反應(yīng)。鐵、鋁等金屬氧化物具有相當(dāng)強(qiáng)的硒吸附能力，如氧化鐵，其吸附能力強(qiáng)于粘土礦物，吸附量與土壤氧化鐵的含量和活化程度正相關(guān)。鐵的氧化物可以吸附Se（+4價(jià)和+6價(jià)）2種形態(tài)，但以吸附Se（+4價(jià)）為主。土壤中的氧化鐵與亞硒酸鹽形成的復(fù)合物在堿性條件下穩(wěn)定性較低，有利于亞硒酸鹽轉(zhuǎn)化成可溶性硒酸鹽，但在酸性還原條件下這種復(fù)合物比較穩(wěn)定。

1.5土壤中Fe、Mn金屬氧化物的作用

金屬氧化物對(duì)表生環(huán)境中的硒有著深遠(yuǎn)的影響，土壤中金屬元素對(duì)硒的影響主要表現(xiàn)為吸附固定作用。章海波等人對(duì)香港富硒土壤研究時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤中硒的含量與土壤中Fe、A1含量有著十分顯著的相關(guān)性。土壤中各形態(tài)的硒都能與Fe、A1和Mn的復(fù)合物發(fā)生反應(yīng)而沉淀下來，F(xiàn)e、Mn等的金屬氧化物對(duì)硒有著很強(qiáng)的吸附能力，甚至強(qiáng)于粘土礦物，其作用類似于粘土礦物。

2硒在土壤中的形態(tài)及轉(zhuǎn)化

2.1土壤中硒的形態(tài)

土壤中硒形態(tài)的分級(jí)方法可分為2種，即浸提形態(tài)和化學(xué)形態(tài)。硒的浸提形態(tài)是指按照硒與土壤不同組分的結(jié)合能力，建立在化學(xué)浸提技術(shù)的基礎(chǔ)上，最早應(yīng)用于研究土壤中重金屬和準(zhǔn)重金屬元素。Cutter最早提出了土壤硒的4步分級(jí)法，即劃分為吸附態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)。目前，國內(nèi)外比較普遍認(rèn)可的浸提方法是確定了將土壤硒劃分為可溶態(tài)（水溶態(tài)）、可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物一硫化物結(jié)合態(tài)及元素態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)硒的5級(jí)形態(tài)浸提法。在一般農(nóng)田土壤中，HCl浸提態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)硒含量最高，可交換態(tài)硒（磷酸鹽和氨水浸提）含量次之，可溶態(tài)硒含量最低；而在富硒土壤中以可交換態(tài)硒含量最高，HCl浸提態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)硒含量次之，可溶態(tài)硒含量最低常用的浸提劑有水、KH2P04/NaHC03等鹽溶液、稀堿和有機(jī)絡(luò)合劑（如EDTA、DTPA等）、NH4C1HCl、HNOJH2S04/高氯酸等。這些浸提劑中，以Nat-IC03和KH2P04對(duì)有效硒的提純效果最好。

2.2土壤中不同形態(tài)硒的轉(zhuǎn)化

各種形態(tài)的硒在土壤的氧化還原環(huán)境、微生物生物作用、土壤腐殖質(zhì)以及植物吸收的聯(lián)合作用下不斷地轉(zhuǎn)化，最終在某一時(shí)間段達(dá)到一種平衡狀態(tài)。對(duì)于人類有實(shí)踐意義的是土壤硒的損失途徑、數(shù)量以及植物有效性。損失途徑中，甲基化起著非常重要的作用，在南極和北極的大氣和冰川中都檢測(cè)到硒。北方雖然硒主要以硒酸鹽形態(tài)存在，植物有效性高，但氣候的干濕變替和凍融作用作為地表生物地球化學(xué)作用的基本驅(qū)動(dòng)力，加上灌溉、水蝕等造成土壤硒的長期揮發(fā)和損失。

3.研究展望

3.1區(qū)域大氣一土壤一水一植物系統(tǒng)的硒平衡，特別是針對(duì)大氣沉降、硒甲基化（揮發(fā)）、硒的淋失等途徑的定量規(guī)律和影響因素，應(yīng)開展大尺度范圍的監(jiān)測(cè)和分析。

3.2針對(duì)不同氣候條件、土壤類型、地表水/地下水利用方式以及作物品種，分類開展硒的植物有效性研究。當(dāng)前國內(nèi)外在土壤不同形態(tài)硒有效性和土壤母質(zhì)、pH值、Eh、有機(jī)質(zhì)、鐵鋁氧化物等因素之間關(guān)系的研究結(jié)果不盡相同，主要原因在于影響硒轉(zhuǎn)化的因素太多、太復(fù)雜，很多時(shí)候單純的相關(guān)或回歸分析會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)果。

3.3硒同位素技術(shù)是硒循環(huán)研究的重要手段，今后在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。利用硒同位素技術(shù)（自然豐度和加富標(biāo)記），人們可以更加準(zhǔn)確地追蹤硒在土壤、植物等子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化規(guī)律，從而為提高硒的利用效率提供科學(xué)依據(jù)。