外源硒在我国典型土壤中的老化模型及机制研究

Selenium (Se) is an essential trace element for human, however, excessive intake of Se could pose health risk. Soil is the main source of Se in agro-products. Currently, the soil threshods of Se have not been establishment in China. The development of aging model is of great significance to the establishment of scientific and reasonable soil thresholds. However, the aging characteristics of different types of exogenous selenium in soils are still ack of systematic and in-depth research. Therefore, the present study will collect typical soils from China for laboratory incubation and greenhouse experiments. The aging stability time of different types of exogenous selenium in soils and its effect on Se chemical availability and bioavailability will be explored. The aging model of exogenous selenium in typical Chinese soils will be developed, and then the model will be validated using data from field sampling in different areas. The Se species transformation and binding characteristics with different soil components during aging process will be analyzed through chemical (sequential) extraction and X-ray absorption fine structure spectroscopy based on synchrotron radiation (XAFS). Then, the aging mechanisms of exogenous Se in soil will be clarified. The results will provide theoretical basis for the correct understanding and prediction of the environmental behavior of exogenous Se in soil, and the establishment of soil thresholds for Se.

硒（Se）是人体必需微量元素，但过量Se摄入也会带来健康风险。土壤是农产品中Se的主要来源，我国目前尚未制定土壤Se的安全阈值。老化模型的建立是制定科学合理的土壤安全阈值的重要前提，但是关于不同形态外源Se进入土壤后的老化特征，目前还缺乏系统和深入的研究。因此，本项目拟采集我国代表性土壤，通过室内培养和盆栽实验，探讨不同形态外源Se在土壤中的老化稳定时间及其对化学有效性和生物有效性的影响，构建我国典型土壤中外源Se的老化模型，结合不同地区田间采样进行老化模型的验证，进一步采用化学（连续）浸提和基于同步辐射的X射线吸收精细结构谱（XAFS）等技术，分析老化过程中外源Se在土壤中的形态转化及其与不同土壤组分的结合特征，阐明外源Se在土壤中的老化机制。研究结果可为正确认识和预测外源Se进入土壤后的环境行为，以及土壤Se安全阈值的制定提供理论依据。

硒是人体必需的微量营养元素，适量摄入硒对人体有益，摄入过量或不足均对人体有害。粮食作物是人体摄入硒的重要来源，作物硒含量与土壤中硒的有效性密切相关。外源硒施入土壤后有效性会随着时间而改变，进而影响作物硒吸收累积效果，通常将金属或类金属进入土壤后有效性随时间衰减的过程称为“老化”。为进一步了解外源硒进入土壤后有效性变化过程及其对作物硒吸收累积的影响，本研究首先采集了我国不同地区19种理化性质各异的农田土壤，通过室内培养试验研究了外源亚硒酸钾在土壤中的老化特征，运用动力学方程拟合了硒老化过程，发现准二级动力学方程拟合土壤硒老化动力学过程效果最佳，表明硒老化过程中主要限速步骤是通过化学吸附控制而并非内部扩散过程。硒老化速率主要与土壤游离态铁氧化物、有效磷含量有关，利用土壤pH、黏粒含量、有效磷含量和老化时间建立的经验模型能较好预测外源亚硒酸盐在好氧条件下的老化特征，并经文献数据验证为合理可靠。进一步选取6种典型外源硒肥（硒酸钾、亚硒酸钾、EDTA螯合硒肥、粉煤灰、硒矿粉、富硒秸秆），通过小麦盆栽试验研究了不同种类外源硒在土壤中的有效性变化及其对小麦生长、硒吸收分配的影响。小麦各部位硒吸收量与不同生育期土壤有效硒含量呈显著正相关，其中与孕穗期的相关性最好。小麦对不同外源硒的累积能力顺序为：硒酸盐＞亚硒酸盐、EDTA螯合硒＞硒矿粉、粉煤灰、富硒秸秆。最后，通过水稻田间试验，阐明了不同种类外源硒肥、施用时期、施肥方式对水稻籽粒硒吸收累积的影响。同一时期基施外源硒酸钾效果优于亚硒酸钾；在不同时期土施/叶面施用亚硒酸钾均为孕穗期施用效果最优；在孕穗期或分蘖期以不同施用方式施用亚硒酸钾，土施优于叶面喷施。研究结果可为富硒农业发展中硒肥的合理施用，以及土壤硒安全阈值的制定提供理论依据。