硒肥在土壤—植物系統(tǒng)中的作用及影響因素

摘要：硒是一種對動植物以及微生物比較重要的一種微量元素，但是硒元素對于植物不是必須的，硒元素對于人類相當(dāng)重要，因此硒肥是一個當(dāng)今人們的研究熱點。硒肥對于土壤的理化性質(zhì)有一定的影響，對于改善土壤肥力、提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)及對作物的抗逆性有一定的影響。本文說明了硒肥的內(nèi)涵和類型，討論了硒肥對土壤的培肥作用：包括對土壤養(yǎng)分、土壤有機質(zhì)和結(jié)構(gòu)、土壤酶活性的作用，以及硒肥對提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆性的影響。同時，提出了一些對硒肥的一些問題和對以后的展望。

1 引言

硒是一種對動植物以及微生物比較重要的一種微量元素。雖然硒元素對于植物來說不是必需的，但是對于人類來說，硒元素是很重要的。世界健康組織在1996年給出的成年人每天硒元素的攝入量限額是40到70μɡ。[1]在歐洲，人體硒的來源主要是海鮮和谷類植物，其中谷類植物占多數(shù)。對于哺乳動物，硒是一種重要的抗氧化劑、甲狀腺調(diào)節(jié)劑以及大腦和性腺保護劑。而這些作用是通過一些酶和含硒蛋白進行的，有谷胱甘肽過氧化物酶、硫氧化還原蛋白酶等。硒的缺乏會引起人體的一些傷害，比如肌肉萎縮、心血管病，骨頭和免疫系統(tǒng)的疾病，以及增加癌癥和淋巴瘤的危害。[2]比如，中國有一些地區(qū)出現(xiàn)的大骨節(jié)病、克山病等。[3]但是，硒元素的過量攝入也會造成硒的中毒，表現(xiàn)為掉頭發(fā)、指甲脫落等。[4]低Se 土壤通常指Se 含量＜ 0． 131 mg /kg 的土壤; 當(dāng)土壤Se 含量＞ 0． 400 mg /kg 則稱其為富Se 土壤，而≥3． 000 mg /kg 則屬于Se 過剩土壤或Se 毒土壤。有40多個國家曾報道土壤缺硒（全硒含量低于0.1mg /kg），我國也是其中之一，全國有70%以上區(qū)域的土壤含硒量偏低，黃土高原中北部是典型缺硒區(qū)，土壤全硒含量僅0.095mg /kg。[5]另外恩施、紫陽是硒中毒區(qū)，屬于世界級的高硒地區(qū)。[6]

有很多研究表明，硒元素對于植物的產(chǎn)量、品質(zhì)以及抗逆性有一定的影響，之后我們會對這個問題進行說明。同時，植物積累硒的能力也不同，有不易積累硒的植物，硒含量通常吸收少于25μɡ/ɡ（以植物干重計算），指示劑類，通常吸收25-1000μɡ/ɡ，最后是極易積累的植物，可能積累幾千μɡ/ɡ。[7]

2 硒肥的基本情況

我國目前大部分地區(qū)是缺硒的，而土壤中的硒可以分為元素態(tài)的硒、硒化物、硒酸鹽、亞硒酸鹽、有機態(tài)硒以及揮發(fā)態(tài)硒。[8]而這些形態(tài)的硒中元素態(tài)的硒以及硒化物是難以被植物利用的，硒酸鹽、亞硒酸鹽以及有機態(tài)硒才有生物有效性。[9]近20年對硒肥的研究都是把硒化物形式的硒肥或者是硒的礦石直接施到土壤里以及噴灑到葉面上，使得植物的硒元素含量增加，人體通過食物鏈對硒元素進行積累，使得硒元素達到一定的限值。

硒肥沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)的含義，一些對植物生物有效性高的硒元素都可以作為硒肥施用。多與其它的化肥一起施用，也有的研究會把硒肥與一些有機肥一起施用，廣西培元生物科技有限公司生物酶硒肥對水稻、玉米、小麥、大豆等大田作物作用，可以使得作物的品質(zhì)提高。[10]例如吳其飛等對金桔在莖部施加硒肥，發(fā)現(xiàn)施加硒肥的金桔效果很好。[11]還有一些新型的硒肥，比如納米硒也對植物有積極的作用，席旭東等發(fā)現(xiàn)用量低于225 kg/hm2的納米硒植物營養(yǎng)劑對蒙古黃芪的產(chǎn)量及品質(zhì)有較好的影響。[12]另外，硒肥中所含的硒元素的濃度不同，也會使得植物的生長有所不同。并不是硒的濃度越高植物的吸收效果越好，一般硒的有效值都有一個限定的范圍。鄭甲成等對秈稻施用四種不同濃度的硒酸鈉，發(fā)現(xiàn)作物產(chǎn)量會隨著硒肥濃度的增加而增加，可是濃度過高，產(chǎn)量也會下降。[13]國外也有研究表明施用硒的濃度過高會導(dǎo)致生物量的下降。[1]同時，也有研究發(fā)現(xiàn)硒的價態(tài)不同，可能會對有些植物造成不同的影響。付冬冬等就用四價的硒根六價的硒分別對小白菜作用，發(fā)現(xiàn)施用六價硒的小白菜對營養(yǎng)元素的吸收明顯優(yōu)于用四價硒處理的小白菜。[14]

由于硒對于人類特殊的作用，硒肥的開發(fā)最近十幾年是研究的熱點，陸續(xù)有一些可以使植物富硒又不會產(chǎn)生副作用的硒肥被研發(fā)出來，廣西培元生物科技有限公司前研發(fā)團隊早在2003年就著手研發(fā)了這樣的新型化肥。但是由于人們在種植作物的時候大都還是會考慮效益，對其他的一些例如保護土壤的肥力以及如何增加作物的對人類有益的元素這些問題考慮的不夠，因此對于硒肥這樣的新型的肥料，還沒有大范圍推廣使用。但是硒肥的開發(fā)和利用會帶來很大的經(jīng)濟效益，是很有前景的一種肥料。早在2001年就有報道稱在遼寧省盤山縣推廣的富硒水稻在上海、福州等地大受歡迎，甚至還可以遠銷國外，經(jīng)濟價值不可估量。[13]

3 硒肥對土壤的作用及影響因素

3.1  硒肥對土壤養(yǎng)分含量的相互作用及影響因素

關(guān)于硒肥對土壤養(yǎng)分含量的相互作用要研究起來時很復(fù)雜的，因為土壤-植物是一個關(guān)系密切的系統(tǒng)，自然界的生態(tài)系統(tǒng)是息息相關(guān)的，絕對不可能單獨研究一項內(nèi)容，它們是一定會相互滲透、相互影響的。所以，要研究硒對于土壤的影響，我們要先了解一下土壤對硒的影響。土壤中的有效硒與生態(tài)環(huán)境、土壤質(zhì)地、pH、Eh等有關(guān)，沉積巖中的硒元素含量高，干旱半干旱地區(qū)土壤硒的濃度比較高，而濕潤的地區(qū)比較低，有機質(zhì)會吸附硒以及其他元素，有鐵錳結(jié)核的由于對硒吸附弱，因此土壤中硒元素含量較高，酸性土壤中硒的有效性低，堿性土壤中硒的有效性高，而在還原條件下，硒變?yōu)?價，植物較難吸收，氧化條件下，變?yōu)槲猁}，硒的有效性高。[15]

對于硒肥對土壤養(yǎng)分含量的作用這個問題，國內(nèi)有一些研究。是趙建平等把活性硒施加到油茶林土壤中，進行田間試驗，分別在土壤中施加不同濃度不同配比放入活性硒肥，最后測定土壤中的營養(yǎng)元素，發(fā)現(xiàn)不同處理的硒肥對土壤的養(yǎng)分元素的含量會有不同的影響。發(fā)現(xiàn)用2.475kg?hm-2的硒肥的時候，對油茶成齡林土壤中的K、Ca、Mg、S的含量有較好的增長效果；用3.3kg?hm-2的硒肥的時候，對N素的影響效果最好；用4.125kg?hm-2的硒肥時候，對土壤中P素的影響最好。[16]

3.2  硒肥對土壤有機質(zhì)及結(jié)構(gòu)的相互作用及影響因素

土壤有機質(zhì)的含量是土壤肥力的一個重要的指標(biāo)。土壤有機質(zhì)不僅可以通過化學(xué)的轉(zhuǎn)化為植物提供礦質(zhì)元素，同時，有機質(zhì)對土壤的肥力和結(jié)構(gòu)也有一定的積極影響，因為有機質(zhì)中有很多的膠體和功能基團，可以吸附營養(yǎng)元素，同時增加土壤的保肥公肥能力，另外有機膠體也是團粒結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)體，會對透氣性產(chǎn)生影響，影響水、肥、氣、熱等的差異。土壤有機質(zhì)的含量會直接影響到土壤中硒的情況。有機的硒是土壤有效硒的重要來源，有機質(zhì)會釋放硒而增加有效硒，當(dāng)有機質(zhì)構(gòu)成有機-無機復(fù)合膠體的黏粒時，會吸附陰離子，從而可能影響硒的循環(huán)，而有機質(zhì)作為陰離子的宿體時，則會對硒產(chǎn)生固定作用，有研究表明后者作用強烈。另外，一般情況下，與生物酶結(jié)合的硒更易被植物吸收，而與胡敏酸結(jié)合的硒難以被吸收，主要是因為生物酶活性大于胡敏酸，功能基團多，保肥供肥能力更強。培元生物團隊的研究也表明了生物酶肥更適合用于制作富硒農(nóng)產(chǎn)品的專用肥料。[17]

關(guān)于硒對于有機質(zhì)的影響的研究還很少，郭孝等在對苜蓿草地進行硒鈷配施時，發(fā)現(xiàn)硒肥能夠促進0～20cm土層中根系中根瘤菌的生長,改善表層土壤的結(jié)構(gòu)性,促進0～10cm土層中速效氮和有機質(zhì)含量的提高;硒鈷配施不但能夠增強硒肥功能,而且有利于提高0～20cm耕作層內(nèi)速效鉀的含量。[18]相信這樣的研究一定會在未來大量開展，硒是一種重要的元素，一直以來都受到人們的熱捧，這樣的研究有很大的價值。

3.3  硒肥對土壤酶活性的相互作用及影響因素

土壤酶是一種復(fù)雜的蛋白質(zhì)分子，是一種生物催化劑，土壤中各種復(fù)雜生物生物化學(xué)反應(yīng)無一不由酶來推動，土壤酶活性不僅可以直接表征土壤生物的活性，而且可作為土壤肥力的指標(biāo)之一。硒對于動物的作用大都是通過酶來實現(xiàn)的，因此，硒與土壤酶的相互作用是值得研究的。[1]土壤酶的來源都有微生物分泌、植物根系分泌、土壤區(qū)系釋放和動植物殘體的釋放。影響土壤酶的因素都有物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)甚至是耕作管理。粘土的酶活性就比砂土大，重金屬、殺蟲劑等會抑制酶的活性、耕翻也會降低酶的活性。土壤酶有很多種類，如氧化還原類、水解酶類，還有胞內(nèi)酶和胞外酶等。

那么，有研究稱硒也會對一些土壤酶產(chǎn)生一定的影響。楊蘭芳等使用從野外挖回的紅壤土樣，經(jīng)過一系列處理，分別用不同濃度的硒來培養(yǎng)土樣，在培養(yǎng)10d、20d、30d時，對土樣中的酶進行分析。發(fā)現(xiàn)硒對土壤酶的影響隨著硒濃度的不同以及酶的種類而發(fā)生變化，土壤過氧化氫酶和脲酶對硒的反應(yīng)比較敏感，而淀粉酶則反應(yīng)不敏感。[19]

4 硒肥對植物的作用及影響因素

4.1  硒肥對植物產(chǎn)量的作用及影響因素

由于土壤中存在有機硒和無機硒兩種形態(tài)，因此植物中也主要有無機硒和有機硒兩種。植物體內(nèi)的無機硒含量很少，主要是有機硒，包括一些含硒蛋白、硒多糖、硒核酸、含硒RNA、硒多酚等，其中硒蛋白又是最多的。[20]由于人們傳統(tǒng)的施肥形式，都是想要使得作物增產(chǎn)以獲得更高的經(jīng)濟效益，因此硒肥如果既能增產(chǎn)又能使得缺硒地區(qū)的人通過使用蔬菜谷物獲得足夠的硒，就會達到雙贏的效果。

最近十幾年有很多研究都著眼于硒肥能否增加作物的產(chǎn)量上。殷金巖等通過對馬鈴薯施用不同種類不同濃度的硒肥，發(fā)現(xiàn)生物酶硒肥、保水緩釋硒肥對馬鈴薯的增產(chǎn)效果比硒酸鈉硒肥和亞硒酸鈉硒肥要好。[21]趙京等對紫花苜蓿施用硒肥，發(fā)現(xiàn)適量施硒可以促進紫花苜蓿的生長，提高苜蓿產(chǎn)量、株高、葉莖比等。[22]而周勛波等在對大豆噴施硒肥時，發(fā)現(xiàn)有限莢習(xí)性的大豆品種的產(chǎn)量隨硒肥濃度增加而增加，但是亞有限莢習(xí)性的大豆品種的產(chǎn)量隨硒肥濃度的增加產(chǎn)量下降。[23]

4.2  硒肥對植物品質(zhì)的影響

在研究硒對作物的影響時，除了產(chǎn)量，作物的品質(zhì)也是研究的一個熱點，有很多研究表明了硒元素對于作物的品質(zhì)也有積極的影響。有研究表明施用硒肥可以改善梨葉片的質(zhì)量，增強樹體營養(yǎng)生長。盛花期和果實發(fā)育期葉面噴施硒肥可顯著減少果實石細胞含量，提高梨果實的品質(zhì)。[24]殷金巖等發(fā)現(xiàn)，適量的硒肥會使得馬鈴薯的產(chǎn)量增高，品質(zhì)變化，但是過高濃度的硒肥又會產(chǎn)生消極的作用。[20]尤鐵學(xué)等對玉米、水稻、大豆等施用含硒的生物酶肥，發(fā)現(xiàn)對作物的產(chǎn)量和品質(zhì)均有積極的影響。[25]

4.3  硒肥對植物抗逆性的作用

   很多研究都表明硒與硫、氮、汞、鈣等元素有重要的關(guān)系。硒與硫有著相似的化學(xué)性質(zhì)，幾乎所有的硫化合物都有相應(yīng)的硒化合物，所以在植物的代謝作用中，二者也會相互作用，關(guān)于硒和硫之間的相互作用雖然有不同的試驗結(jié)果，但大部分試驗結(jié)果表明硫?qū)ξ修卓棺饔谩埓浯涞韧ㄟ^對西瓜施用不同濃度的硒肥發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量濃度為2.0 ～ 4.0 mg /L 的亞硒酸鈉，不僅能提高西瓜的硒含量，還能降低果實內(nèi)鉛和鎘的含量。[26]官恩響等在對稻米做研究時也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)論。[27]有人在研究小麥毒害時，發(fā)現(xiàn)加硒可以減少植物干重和籽粒產(chǎn)量，同時也減少氮素以及蛋白質(zhì)的含量。[28]許珂等對水稻施用硒肥，發(fā)現(xiàn)施用這些肥料可以抑制水稻對鎘的吸收。[29]張穎等通過對農(nóng)作物施用硒肥，結(jié)果表明硒能有效地降低汞的蓄積。[30]

5 結(jié)論與展望

硒作為一個微量元素，不僅是動物的必需元素，也對植物和微生物有很重要的作用。根據(jù)之前對硒肥的研究，發(fā)現(xiàn)硒肥不僅可以改善土壤的肥力狀況，而且可以使得作物增產(chǎn)以及對作物中的有毒金屬元素以及其他一些元素產(chǎn)生一定的抗逆性。而且硒肥的種類也多種多樣，不同的植物適合不同的硒肥種類以及施肥的方式也會影響植物對硒的吸收。對于硒的研究最早的是在上世紀(jì)七十年代左右，直到現(xiàn)在，已經(jīng)取得了比較顯著的成果，廣西地區(qū)已經(jīng)研發(fā)出富硒大米、富硒綠茶以及其他的一些富硒的瓜果，并且取得了一定的經(jīng)濟效益。

對于將來對硒的研究，我們認為應(yīng)該著重于在作物增產(chǎn)以及抗逆性的方面，同時，對土壤肥力的影響也比較重要。如果硒肥既可以增產(chǎn)又可以調(diào)節(jié)土壤的肥力，將給人類帶來巨大的益處。另外，現(xiàn)在大多數(shù)人施用肥料只著眼于作物產(chǎn)量，一般只施一些常規(guī)的化肥，硒肥的施用還不具產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模。今后應(yīng)該著力于使硒肥大規(guī)模的施用，為人類創(chuàng)造更多的收益。