添加改良劑對(duì)土壤中硒的生物有效性的影響

張志敏，晁 旭，鄭小鋒

（陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西西安 710068）

0 引言

硒屬微量元素，在土壤中含量較低，硒在地殼中的平均含量為0.05 mg/kg，通常極難形成工業(yè)富集。據(jù)地質(zhì)學(xué)家考證：中國72%的地區(qū)屬于缺硒地區(qū)，糧食等天然食物硒含量較低；華北、東北、西北等大中城市都屬于缺硒地區(qū)，中國22 個(gè)省市的廣大地區(qū)，約7億人生活在缺硒地區(qū)。

硒作為人體必需的14 種微量元素之一，具有防治癌癥、延緩衰老、預(yù)防克山病、保護(hù)心血管等多方面的生理功能。近年來國內(nèi)外有大量研究表明，飲食、水中的低硒，容易使人產(chǎn)生癌癥、心血管病、關(guān)節(jié)炎等多種疾?。?］。

土壤中的硒由植物吸收后，通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人類健康起到良好的保護(hù)作用。硒具有較強(qiáng)的抗氧化作用，可以降解和消除人體內(nèi)的自由基，同時(shí)硒具有很好的抗癌作用。硒還可以作為解毒劑，與人體內(nèi)的重金屬元素進(jìn)行結(jié)合，形成金屬硒蛋白修復(fù)，從而起到抵消毒性的效果［1］。然而土壤中硒的含量，并不能代表植物中硒的含量水平［2］，也就說，土壤富硒，在此土壤中生長的農(nóng)作物不一定富硒。因?yàn)橹参镏械奈罱K源于土壤，土壤中硒的形態(tài)，土壤的理化性質(zhì)等都會(huì)對(duì)植物吸收硒產(chǎn)生影響。土壤中硒的生物有效性與土壤pH、質(zhì)地、拮抗離子、有機(jī)質(zhì)等因素有關(guān)［3］。土壤pH是控制亞硒酸鹽和硒酸鹽之間轉(zhuǎn)化的主要因素。堿性土壤中，硒多以硒酸鹽形式存在，易遷移且易被植物吸收利用；而酸性條件下，硒多以亞硒酸鹽形式存在，遷移淋溶較弱，生物有效性較低［4-6］。

陳懷滿［7］研究發(fā)現(xiàn)，硒在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化影響因素主要受土壤中全量硒、土壤pH 以及有機(jī)質(zhì)的影響。此外，不同作物對(duì)于土壤中硒的吸收能力有所差異。

安康地區(qū)土壤富硒資源豐富，作為“中國硒谷”，享譽(yù)世界。近年來富硒水稻、富硒礦泉水、紫陽富硒茶等產(chǎn)品種類繁多。富硒產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為安康地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展六大支柱之首。

陜西省地質(zhì)調(diào)查院2017—2019 年，在安康地區(qū)的紫陽縣開展了1∶5萬土地質(zhì)量調(diào)查工作，結(jié)合研究區(qū)工作成果，發(fā)現(xiàn)紫陽縣土地以富硒為主，硒含量大于0.4 mg·kg的土壤占該區(qū)總面積的66.1%，然而工作區(qū)農(nóng)產(chǎn)品富硒水平差異較大。這可能與研究區(qū)土壤偏酸性有關(guān)。

大量學(xué)者研究表明，酸性土壤不利于植物對(duì)硒的吸收，堿性土壤中硒的生物有效性更高，更易進(jìn)入土壤。因此，本次工作選取了紫陽縣蒿坪鎮(zhèn)玉米種植地進(jìn)行試驗(yàn)，選取4種土壤改良劑，旨在通過改變土壤酸堿性，進(jìn)而研究其對(duì)土壤中硒的生物有效性的影響。

目前，國內(nèi)對(duì)于土壤改良的研究較多，大多集中于對(duì)污染土壤的改良。郭培俊等［8］利用焦磷酸鹽、層狀硅酸鹽鈍化技術(shù)，對(duì)農(nóng)田中存在的高鎘土壤進(jìn)行改良，研究發(fā)現(xiàn)這種改良劑可以明顯降低水稻中的鎘。

易鎮(zhèn)邪等［9］研究發(fā)現(xiàn)，水稻產(chǎn)量與器官間鎘累積分配規(guī)律受土壤鎘含量和pH 值的影響顯著，同時(shí)也存在明顯的品種間差異。楊忠芳等［10］研究表明，pH值的改變能打破土壤中原有鎘存在形態(tài)的平衡，當(dāng)pH 值＜6.5 時(shí)，土壤中有效態(tài)鎘比例隨著pH 值的降低而相對(duì)增加，提高了土壤鎘的有效性。磷礦粉為磷酸鹽類物質(zhì)其可通過改變土壤pH、化學(xué)反應(yīng)等使土壤溶液中的重金屬離子形成磷酸鹽類重金屬沉淀，進(jìn)而降低污染土壤中重金屬的有效性，減少植物的吸收［11-13］。

pH在很大程度上決定了硒在土壤中存在的化學(xué)形態(tài)，所以會(huì)影響硒的有效性［14］。然而研究改良土壤理化性質(zhì)，提高土壤硒的生物有效性方面研究較少。

1 研究方法及材料

1.1 材料選擇

段然等［15］采用室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)草酸活化磷礦粉的施加可提高土壤pH，土壤中鎘和鎳均由弱酸提取態(tài)逐漸向可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，生物有效性降低。粉煤灰pH與其酸堿成分密切相關(guān)。根據(jù)來源不同，粉煤灰可以分為酸性粉煤灰和堿性粉煤灰［16］。酸性粉煤灰可以用于改良?jí)A性土壤，降低土壤pH；反之，堿性粉煤灰可用于改良酸性土壤，提高土壤pH［17］。本次研究選擇磷礦粉、堿性粉煤灰、生物炭3種試劑進(jìn)行改良實(shí)驗(yàn)，3種試劑均從實(shí)驗(yàn)室購買。

1.2 試驗(yàn)方法

本次研究在陜西省紫陽縣選取0.5 畝玉米種植地，通過向土壤中添加改良劑來改變土壤理化性質(zhì)，研究其對(duì)土壤中硒的生物有效性的影響。試驗(yàn)分成4 組，對(duì)照組（CK1，2）、添加粉煤灰（F1，2）、添加生物炭（S1，2）、添加磷礦粉（L1，2）。首先，測(cè)試土壤容重，根據(jù)5%的比例進(jìn)行添加改良劑，深翻土壤攪拌均勻，每組之間采用溝渠加薄木板隔離，溝渠為10 cm 寬，20 cm 深，防止相互影響。添加改良劑采集土壤樣品。玉米長至50 cm左右采集土壤樣品，玉米成熟后再次采集土壤樣品。每次、每組樣品采集3件土壤樣品進(jìn)行分析測(cè)試。

樣品測(cè)試由陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所承擔(dān)。樣品分析依據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》（DD2005-1）和《區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求》（DD2005-3）進(jìn)行，各測(cè)試項(xiàng)目與內(nèi)檢的相對(duì)偏差［RE=（A-B）/（A+B）×100%］，全部滿足檢出限要求。土壤中常量元素含量、pH 值、重金屬含量、各形態(tài)含量分析結(jié)果全部符合規(guī)范要求，數(shù)據(jù)質(zhì)量準(zhǔn)確。

2 結(jié)果分析

2.1 空白對(duì)照組

從表1 中可以看出CK1、CK2 無添加鈍化劑的兩組，土壤中硒含量總量減小，這可能是由于植物吸收，導(dǎo)致了土壤中硒總量的下降。此外pH 也發(fā)生了變化，由4.38 升至5.21，土壤中有效硒含量變化不大。土壤中有效硒是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程。

表1 添加不同改良劑土壤中硒、有效硒、pH變化對(duì)比

2.2 添加粉煤灰組

F1、F2為玉米長至50 cm處以及成熟后采集的兩次土壤樣品，研究發(fā)現(xiàn)土壤pH 明顯高于CK1、CK2。通常情況下，通氣良好的氧化堿性土壤中硒以六價(jià)為主，生物有效性大，植物可直接利用［3］。pH 升高，硒的生物有效性提高，這與本次試驗(yàn)結(jié)果是一致的。

2.3 添加生物炭組

對(duì)比CK1、CK2、S1、S2，從表1 中明顯看出，有效硒的含量明顯上升，pH逐漸升高，尤其是S1～S2，上升幅度較大，這也是有效硒含量大幅上升的原因。

2.4 添加磷礦粉組

添加磷礦粉后土壤中有效硒含量大幅上升，pH變化最大，L2土壤中pH高達(dá)6.01，有效硒含量也達(dá)到最大25.7 μg/kg。

3 結(jié)論與建議

（1）添加粉煤灰、磷礦粉、生物炭，可以明顯改良土壤酸堿度，提高土壤中硒的生物有效性，進(jìn)而通過食物鏈進(jìn)入人體，有益于人類健康。

（2）從改良效果來看3種添加劑效果差異不大。

（3）紫陽地區(qū)是我國著名的富硒區(qū)，然而土壤多呈酸性，土壤中有效硒含量不高，不利于植物吸收。建議地方通過添加適量改良劑，提高硒的利用率，有利于更好地開發(fā)富硒農(nóng)業(yè)品。

（4）本次研究采集樣品較少，地塊較小，在以后需要繼續(xù)研究。