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土壤中硒形态和价态及生物有效性研究

王松山  
【摘要】:硒在土壤中的迁移转化及生物有效性与其赋存形态和价态有关。本文采集我国16种农田土壤样品,紫阳富硒地区土壤、水体、植物和人发样品以及青海平安-乐都足硒地区土壤和植物样品,分析各生态环境中总硒含量;应用连续浸提技术将土壤硒分为可溶态、可交换态及碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态等五个形态,土壤硒价态分为四价、六价和负二价;探讨了土壤硒形态和价态与土壤理化性质及生物有效性的关系;并对紫阳富硒地区土壤中内源硒和外源硒在石灰性土壤中的形态转化作用进行了研究。得到的主要结果如下: 1.我国16种农田土壤平均含硒量为292μg/kg,平安-乐都地区有近60%土壤达到硒足量水平,且以平安县土壤硒含量最高。农作物中以小麦和玉米等粮食作物,大蒜和胡萝卜等蔬菜中硒含量较高。紫阳富硒地区土壤中硒含量普遍在5mg/kg以上,最高可达33.4mg/kg;玉米和人发中硒平均含量分别为1.89mg/kg和11.6mg/kg;水体中硒含量大部分低于10μg/L,个别水样最高达40μg/L;灌溉水中硒含量普遍高于5μg/L。平安-乐都地区以小麦硒富集系数为最高(0.2),玉米、胡萝卜、大蒜次之(0.15),蚕豆和胡麻最小(0.05);紫阳富硒地区作物硒富集系数为0.08,说明紫阳富硒地区虽然土壤硒含量高,但是硒的生物有效性却不高。 2.16种农田土壤和青海足硒地区土壤中硒主要以有机结合态和残渣态硒形式存在,可交换态及碳酸盐结合态硒含量大于铁锰氧化物结合态硒含量,可溶态硒含量最低;在可溶态和可交换态及碳酸盐结合态中以负二价硒含量最高,六价硒最低。紫阳富硒地区旱地土壤99%以上硒为铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态,且这三种形态硒含量依次递减,可交换态及碳酸盐结合态硒含量约为可溶态硒含量的3倍;水田土壤有机结合态硒含量大于铁锰氧化物结合态,为最高,残渣态硒占总量的百分比与旱地土壤相当,可溶态和可交换态及碳酸盐结合态约占总硒的16%;土壤可溶态硒以六价硒和负二价硒为主,可交换态及碳酸盐结合态组分中大部分只能检测出四价硒。 3.土壤可溶态硒含量与有机质、黏粒、pH值、无定形铁含量等显著相关;其他形态硒含量仅与无定形铁含量显著相关,而与有机质和黏粒等其他理化性质相关不显著。路径分析结果表明土壤理化性质对可交换态及碳酸盐结合态、有机结合态和残渣态硒的影响作用大小接近;有机质对铁锰氧化结合态硒有负影响作用,而对其他四形态硒均为正影响作用;无定形铁对可溶态硒无影响作用,但对其他四形态硒的正影响作用大于有机质的;土壤有机质和无定形铁含量分别对有机结合态和铁锰氧化物结合态硒的影响最大,而pH和黏粒分别通过对有机质和无定形铁的负和正作用而影响硒形态。 4.田间条件下,玉米各器官硒与土壤可溶态六价硒、可交换态及碳酸盐结合态四价硒和有机结合态硒显著相关,而与其他形态和价态硒相关不显著。路径分析结果表明土壤可溶态六价硒对玉米硒吸收累积的影响大于可交换态及碳酸盐结合态四价硒,有机结合态硒则通过这两种形态和价态硒对玉米吸收累积硒产生影响;土壤可溶态六价硒对玉米叶中硒的影响最大,对根部硒的影响最小;而可交换态及碳酸盐结合态(四价硒)对籽粒和根部硒的影响最大,而对叶中硒影响最小。Monod方程拟合石灰性土壤中小白菜对外源硒的吸收,结果表明硒酸盐处理小白菜地上和地下部最大硒含量分别为亚硒酸盐处理的5倍和2倍,亚硒酸盐处理小白菜地下部最大硒含量是地上部的2.3倍,而硒酸盐处理小白菜地下和地上部最大硒含量相近。 5.磷酸盐浸提去除紫阳富硒地区土壤可溶态和可交换态及碳酸盐结合态硒后,土壤其他形态硒将向这两种硒形态转化,培养一个月后土壤中二种形态硒含量之和平均约为培养前的64%(可溶态硒含量高于培养前,而可交换态及碳酸盐结合态硒含量低于培养前),且与培养前有机结合态硒含量显著相关。可检测的硒价态中以可溶态四价硒含量最高,为培养前的4.4倍;可交换态及碳酸盐结合态四价硒含量次之,为培养前的23%;可溶态六价硒含量最少,与培养前大致相同。外源硒施入土壤后,与对照相比各处理土壤硒的形态分布值(Uts)增大,而硒与土壤的结合程度值(IR)将降低,且以硒酸盐处理最为明显。随硒施入时间增加,2.5~20mg/kg亚硒酸盐处理土壤铁锰氧化物结合态硒占总硒的比例基本不变,可溶态和可交换态及碳酸盐结合态硒占总硒的比例降低,而有机结合态和残渣态硒占总硒的比例增加。1~5mg/kg硒酸盐处理土壤可交换态及碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态硒占总硒的比例在前66天有显著升高而后无显著变化,可溶态硒占总硒的比例在前66天显著降低而后无显著变化。40~60mg/kg亚硒酸盐和10~40mg/kg硒酸盐处理则主要为可溶态与可交换态及碳酸盐结合态硒之间的转化。2.5和5.0mg/kg硒酸盐处理土壤比亚硒酸盐处理土壤更易趋于平衡状态。随硒施入时间增加,硒酸盐处理土壤Uts值比亚硒酸盐处理土壤下降明显,且40~60mg/kg亚硒酸盐处理的Uts有增高趋势;硒酸盐处理IR值较亚硒酸盐处理下降明显,但在硒酸盐含量时,降低不明显。


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