富硒土壤重金属污染研究进展

孙协平，谢永红，胡佳羽，陈元平，王 武，史文景

（重庆市农业科学院果树研究所，重庆 401329）

硒是人体必须的微量元素，在抗氧化、抗衰老、防癌和抗癌方面有显著的作用[1]。中国是一个缺硒大国[2]，发展富硒农产品既能够满足全民补硒的需求[3]，又能促进相关产业的发展。然而随着工业化、城镇化的发展，土壤重金属污染问题也越来越严重[4]，重金属对作物的毒害主要表现为抑制植物生长、降低作物产量，更严重的是会增加可食部位重金属含量，这将会直接危害人类健康[5-6]。因此，研究富硒地区土壤重金属含量的情况对富硒农产品安全生产有重要的意义。

1 我国富硒地区的分布情况

硒是一种稀有的分散元素，在自然环境中分布并不均匀，因而在世界范围内形成了不同的富硒区和缺硒带。我国从东北向西南直至西藏高原构成了一条缺硒带，它包括东北的暗棕壤、黑土，黄土高原的褐土、黑垆土，川滇的紫色土、红褐土、红棕壤以及西藏高原东部和南部的亚高山草甸土等[7]。

土壤中的硒的来源有：成土母质、化学肥料、大气沉降、灌溉水、农用石灰等[8]。一般来讲，成土母质是决定土壤硒含量的关键因素。Blazina 等[9]根据土壤硒含量分为4个区：土壤硒含量≤0.1 mg/kg 地区为缺硒地区；0.1～0.2 mg/kg 为低硒地区；0.2～0.4 mg/kg 为正常硒含量地区；>0.4mg/kg 为高硒地区。富硒地区一般指的是土壤硒含量高于0.4 mg/kg，目前国内报道的富硒地区主要有湖北恩施、重庆江津、安徽池州、陕西紫阳、浙江宁波、江西北部湾地区、贵州开阳、海南东北部以及青海东部、新疆石河子、玛纳斯、呼图壁和沙湾地区等地[10-14]。由此可以看出我国硒富集地主要集中在南方和西北地区（图1）。

图1 我国土壤硒含量分布[9]

2 土壤重金属含量现状

土壤重金属含量状况直接影响到农产品的质量安全。农田土壤重金属污染主要来源于大气沉降、污水农灌、农用物资施用（化肥、农药、地膜等）和固体废弃物堆放等[15]。随着工业化、城镇化的发展，农田重金属问题日益突出。宋伟等[4]依据《土壤环境质量标准（GB15618-1995）》Ⅱ级标准对我国138个典型区域耕地土壤重金属污染进行分析，得出我国耕地土壤重金属污染概率约16.67%，且镉的污染概率为25.20%。曾希柏等[16]指出，我国农业主产区农田重金属含量基本安全，但是重金属累积趋势明显，特别指出采矿区和冶炼区周边及部分城郊地区等高风险区域农田重金属超标较为严重。

由于农田立地条件以及重金属来源因素较多，导致不同地区土壤重金属含量有一定的差异。郭朝晖等[17]对湖南省湘江中下游的219个农田土壤样品进行重金属含量分析，指出农田土壤和菜地土壤中镉、砷、铜、镍、铅和锌的含量超过《土壤环境质量标准（GB15618-1995）》Ⅱ级标准，并指出湘江中下游的土壤重金属污染的潜在风险值得关注。梁烜赫等[18]通过对吉林省26个县（市）97个农田土壤样品进行重金属含量的测定，结果表明农田土壤重金属含量超过上述土壤环境质量标准Ⅱ级的共计6个样品涉及镉、铜两种重金属，土壤总体污染等级为清洁。

3 富硒土壤存在重金属威胁

大量研究表明，土壤硒与重金属之间有一定的伴生关系。各种因素导致的农田土壤重金属积累量增加，使富硒地区存在较大的重金属威胁。目前有些富硒地区已经存在重金属含量超标，而有些富硒地区重金属含量较低，存在潜在危害。沈燕春[10]研究表明安徽池州富硒地区硒均值大于0.589 mg/kg，土壤重金属镉与土壤硒水分空间分布较为一致，并指出富硒地区重金属污染评价中多数样品受到一定程度的重金属协同污染，但处于轻度污染范围。张运强等[19]对浙江金华富硒地区（土壤硒含量：0.67～0.90 mg/kg）菜地重金属污染程度进行综合评判，指出该区土壤重金属污染程度：镉>铅>锌>铜，轻度污染占31%，中重度污染占30%。李慧等[11]测量湖北恩施富硒茶叶硒与土壤重金属的关系研究指出，土壤重金属镉的含量为0.2～0.45 mg/kg，中酸性土壤镉的临界值是0.3 mg/kg，对于茶园来说土壤镉含量略有超标。巴西58个土壤样分析土壤硒含量为0.08～1.61 mg/kg，且硒含量与土壤pH 值和金属铝的含量相关[20]。然而，宋明义等[12]指出特殊的地形地貌、母岩风化物质搬运条件以及有利的土壤理化性质等条件，使得浙江典型富硒地区土壤中重金属较少，但是该地区硒与重金属的形态分析中表明成土母岩中与硒伴生的重金属汞、镉、铅、砷等含量较高。此外，耿建梅等[21]研究表明硒含量高的稻田土壤主要集中在海南东北部的海口及其周边的澄迈、定安、文昌和琼海，东南部的万宁和保亭，重金属含量较低，可以种植富硒水稻。但是海南稻田土壤硒与重金属汞、镉、铅和砷呈极显著或显著正相关，应加强研究稻田土壤硒与重金属的有效性以及相互作用。

4 硒与重金属的关系

人体积累过多的重金属会诱发肝癌、肺癌和胃癌等病症[22]。硒是人体和动物的必须微量元素，吃富硒食品能够降低动物体内的重金属的毒害作用。硒主要通过提高抗氧化能力水平来增强人体免疫作用。陈兵[23]研究表明，在慢性肾功能衰竭患者中镉含量相对较高，而硒缺乏比较普遍。林海等[24]研究表明硒、锌能够拮抗体内的镉毒性，对镉中毒的防护与干预性清排具有积极作用。黄莉[25]通过对绵阳口服醋酸铅和氯化镉溶液后注射亚硒酸钠，其血液学指标的变化表明硒能够减轻铅镉毒性。

硒是植物有益微量元素，也是非必需元素。大量研究表明，低浓度的硒能够抑制重金属的吸收、起到拮抗作用，高浓度的硒促进重金属的吸收、起到协同的作用。高扬等[26]研究硒铅混合液对大蒜根尖有丝分裂的影响，结果表明铅浓度较低时，硒对铅的拮抗作用明显；当铅浓度高时，硒协同抑制了有丝分裂指数。同时，在硒汞互作中，硒与土壤中的汞形成难溶的HgSe 复合物沉淀，抑制植物对汞和硒的吸收[27]。施用硒肥能够通过增加蛋白质的积累，如提高谷酰基激酶活性和降低脯氨酸氧化酶的活性，减缓铅毒害导致的活性氧胁迫[28]。铁梅等[29]研究表明，土壤硒浓度低于1.5 mg/kg 时对镉有拮抗作用；在高浓度的硒处理下，小麦根系对铜和锰的吸收积累量各增加12%～24%和30%～35%[30]。

5 展 望

总之，无论在富硒地区还是非富硒地区，重金属都会伴随着土壤-生物系统的迁移进入人体，进而对人体健康产生一定影响。然而，随着土壤硒含量的增加，土壤硒将协同重金属进入作物体内，促进重金属在作物中积累，进而对农产品的安全产生严重的影响。因此，建议富硒地区必须时刻关注重金属的潜在危害性。除了定期测量土壤重金属的含量之外，也要杜绝使用不合格的农药、化肥等农资用品、杜绝用污水灌溉农田等人为因素导致的土壤重金属积累。对于富硒地区已经出现重金属含量超标问题，除了采取正常的防御措施来防止其恶化外，应采取土壤重金属污染修复技术进行土壤修复，如物理化学修复、植物修复、微生物修复等措施。

[1]薛美如，常海静，杨学举，等. 植物富集硒的关键酶及其转基因研究进展[J]. 贵州农业科学，2013，41（11）：52-55.

[2]Hargreaves M K， Liu J， Buchow ski MS， et al. Plasma Selenium Biomarkers in Low Income Black and White Americans from the Southeastern United States[J]. Plos One， 2014， （9）： 1-9.

[3]Banuelos G S， Lin Z Q. Phytoremediation of selenium-contaminated soil and water produces biofortified products and new agricultural byproducts[M]. Development and Uses of Biofortified Agricultural Products. Florida： CRC Press， Boca Raton， 2009， 57-70.

[4]宋 伟，陈百名，刘 琳. 中国耕地土壤重金属污染概况[J]. 水土保持研究，2013，20（2）：293-298.

[5]Cui W， Chen H， Zhu K， et al. Cadm ium-induced hydrogen sulfide synthesis is involved in cadm ium tolerance in Medicago sativa by reestablishment of reduced （homo）glutathione and reactive oxygen species homeostases[J]. PLOS ONE， 2014， 9（10）： e109669.

[6]唐 咏，王萍萍，张 宁. 植物重金属毒害作用机理研究现状[J]. 沈阳农业大学学报，2006，37（4）：551-555.

[7]戴 伟，耿增超. 土壤硒的研究概况[J]. 西北林学院学报，1995，（10）：93-97.

[8]李静贤，刘家军. 硒矿资源研究现状[J]. 资源与产业，2014，16（2）：90-97.

[9]Blazina T， Sun Y， Voegelin A， etal. Terrestrial selenium distribution in China is potentially linked to m onsoonal climate[J]. Nature Communications. 2014， （5）： 17-47.

[10]沈燕春. 贵池富硒区伴生重金属及其生物效应研究[D]. 合肥：安徽农业大学，2011.

[11]李 慧，魏昌华，鲍征宇，等. 恩施富硒茶叶中Se 含量与对应土壤中Se 及重金属元素As、Cd、U 的关系[J]. 地质科技情报，2011，（30）：103-107.

[12]宋明义，冯雪外，周涛发，等. 浙江典型富硒区硒与重金属的形态分析[J]. 现代地质，2008，（6）：960-965.

[13]Ren H， and Yang R. Distribution and controlling factors of selenium in weathered soil in Kaiyang County， Southwest China[J]. Chinese J Geochem， 2014， 33（3）： 300-309.

[14]冯彩霞. 扬子地块周边∈、P 硅岩建造中硒的富集机理对比研究以渔塘坝、紫阳富硒区为例[D]. 北京： 中国科学院地球化学研究所，2004.

[15]樊 霆，叶文玲，陈海燕，等. 农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J]. 生态环境学报，2013，22（10）：1727-1736.

[16]曾希柏，徐建明，黄巧云，等. 中国农田重金属问题的若干思考[J]. 土壤学报，2013，50（1）：186-194.

[17]郭朝辉，肖细元，陈同斌，等. 湘江中下游农田土壤和蔬菜的重金属污染[J]. 地理学报，2008，63（1）：3-11.

[18]梁烜赫，曹铁华，张 磊，等. 吉林省农田重金属含量及其在作物中的累积[J]. 吉林农业科学，2011，36（6）：59-62.

[19]张运强，毛德玲. 金华富硒区菜地土壤重金属污染程度模糊综合评判[J]. 湖南农业科学，2012，（1）：47-49.

[20]Gabos M B， Alleoni L R F， Abreu C A. Background levels of selenium in some selected Brazilian tropical soils[J]. J Geochem Explor， 2014， （145）： 35-39.

[21]耿建梅，王文斌，温翠萍，等. 海南稻田土壤硒与重金属的含量、分布及其安全性[J]. 生态学报，2012，（32）：3477-3486.

[22]Zhao Q， Wang Y， Cao Y， et al. Potential health risks of heavy metals in cultivated topsoil and grain， including correlations w ith human primary liver， lung and gastric cancer， in Anhui province， Eastern China[J]. Science of The Total Environment， 2014， （470）： 340-347.

[23]陈 兵. 我国肾功能衰竭患者铅、镉、硒、锶、铝的水平研究[D]. 济南：山东大学，2009.

[24]林 海，于晓波，龚 桦，等. 海洋贝类摄取对人体重金属镉沉积的影响及绿藻、硒和锌干预性清排的机制[J]. 大连工业大学学报，2009，28（2）：90-93.

[25]黄 莉. 绵羊实验性铅镉中毒及硒解毒时血液学指标的变化[J]. 甘肃农业大学学报，1998，33（4）：417-421.

[26]高 扬，马子明，何正飚. 硒铅混合液对大蒜根尖有丝分裂的影响[J]. 长春师范学院学报，2004，23（3）：46-49.

[27]张 华，冯新斌，王祖光，等. 硒汞相互作用及机理研究进展[J]. 地球与环境，2013，41（6）：696-707.

[28]Khan M I R， Nazir F， Asgher M， et al. Selenium and sulfur influence ethylene formation and alleviate cadm ium-induced oxidative stress by improving proline and glutathione production in wheat[J]. J Plant Phys， 2015， 173（15）： 9-18.

[29]铁 梅，刘 阳，李华为，等. 硒镉处理对萝卜硒镉吸收的影响及其交互作用[J]. 生态学杂志，2014，33（6）：1587-1593.

[30]Guerrero B， Llugany M， Palacios O， et al. Dual effects of different selenium species on wheat[J]. Plant physiol biochem， 2014， （83）： 300-307.