施石灰和沸石对红壤中水溶态硒和交换态硒含量的影响研究

施石灰和沸石对红壤中水溶态硒和交换态硒含量的影响研究
摘要在浙江省瑞安市的富硒红壤中施加石灰和天然沸石，采用二因素回归最优设计进行室内模拟试验，考察土壤中水溶态硒和交换态硒含量的变化。

结果表明，在红壤中施加石灰可提升土壤中的水溶态硒含量，最佳施入量为0.134％；适量施加沸石可提高水溶态硒含量，适宜施加量为0.211％；施加石灰和天然沸石，对酸性红壤中的交换态硒含量均有降低效应，石灰的降低效应明显。

关键词红壤；水溶态硒；交换态硒；石灰；沸石；模拟试验
硒是人和动物必须的微量元素之一，缺硒和硒过剩均将严重影响人体和畜禽的健康。

在土壤—植物—动物和人的生态系统中，通过食物链，土壤把硒供应给生产者和消费者，以满足植物和人、畜对硒的需求。

土壤中硒以多种形态存在。

水溶态硒是最易被植物吸收的有效态硒，包括可溶性无机硒和可溶性有机硒，是土壤中最直接的有效硒。

交换态硒主要指那些被水合氧化物、粘土矿物及腐殖质表面吸附的四价态硒酸离子，在一定条件下可被植物吸收[1，2]。

为保证人、畜健康，研究硒在土壤—植物生态系统中的循环途径及影响土壤硒对植物有效性的因素，以及如何调节土壤和植物中硒的含量，使之处于合适的水平，引起了国内外学术界的普遍关注[3，4]。

1材料与方法
1.1供试土壤
供试土壤采自浙江省瑞安市马屿镇潘山村的杨梅种植地，采样深度0～50cm，属红壤土；pH值 4.59，有机质含量 1.47％，阳离子交换量（CEC）118mmol/kg，粘粒（<0.002mm）含量20.5％；土壤样品中全硒含量为1.21mg/kg。

1.2研究方法
土样经自然风干、粉碎过0.25mm筛后，贮存于磨口广口瓶中。

采用二因素回归最优设计，即石灰、沸石二因素回归最优设计。

室内模拟培养在培养皿中进行，称取<0.25mm土样50.0g，石灰、沸石最小用量均为0，最大用量分别为100.0mg、500.0mg。

根据二因素回归最优设计，得试验处理（表1），各处理重复3次。

用蒸馏水干湿交替培养，28℃恒温下培养30d。

室内模拟培养试验样品经风干磨细后，其中的水溶态硒、交换态硒提取参照有关文献提出的方法[5]，水溶态硒用去离子水提取，交换态硒用0.1mol/L KH2PO4溶液提取。

用原子荧光分光光度法分别测定模拟试验处理样品中的水溶态硒、交换态硒含量。

2结果与分析
土壤样品中水溶态硒、交换态硒分析结果与试验处理结构矩阵一并列于表2中。

2.1水溶态硒、交换态硒含量与石灰、沸石之间数学模型的建立
各处理的水溶态硒、交换态硒含量变化结果分别见表2中的y1和y2值。

根据水溶态硒、交换态硒含量分析结果，应用二次回归最优设计的统计分析，建立了瑞安市马屿镇潘山村红壤中水溶态硒含量（y1）、交换态硒含量（y2）与施石灰量（x1）、施沸石量（x2）间的二元二次回归模型为：
对模型（1）的回归式显著性测定结果（见表3），样本容量n＝18，显著性水平α＝0.05，检验值Ｆt＝4.29，查F值表得临界值Ｆ（0.05，5，12）＝3.11，Ｆt＞Ｆ（0.05，5，12）。

说明此回归方程式关系显著，能较好地反映实际情况，可以进行田间预报及因素控制。

采用t值测定法对各回归系数的显著性测定结果，石灰（x1）的一次项系数对应的t值为 3.445，大于t0.01=3.055（f=10）。

该项回归系数达1%显著水准，说明石灰为正效应，利于水溶态硒含量的上升；沸石（x2）的一次项系数对应的t值为 1.113，小于t0.05 =2.179（f=10），说明沸石为弱的正效应；石灰、沸石交互作用项系数（t=1.701），显示弱的正交互作用。

同样地，对模型（2）的回归式显著性测定结果（表4），检验值Ｆt＝15.00，查F值表得临界值Ｆ（0.01，5，12）＝5.06，Ｆt＞Ｆ（0.01，5，12），说明此回归方程式关系极显著，能很好地反映实际情况，可以进行田间预报及因素控制。

采用t值测定法对各回归系数的显著性测定结果，石灰（x1）的一次项系数对应的t值为-6.715，|t|大于t0.01 =3.055（f=10）。

该项回归系数达1%显著水准，说明石灰为负效应，不利于交换态硒含量的上升；沸石（x2）的一次项系数对应的t值为-0.387，|t|小于t0.05=2.179（f=10），说明沸石仅为很弱的负效应；石灰、沸石交互作用项系数t=-2.431，|t|大于t0.05 =2.179（f=10），显示显著的负交互作用。

2.2石灰、沸石单因素效应分析
采用降解法，将模型（1）中的x1和x2分别固定于-1水平，可导出不施石灰或不施沸石时水溶态硒、交换态硒分别与石灰、沸石施用量的关系式：
（1）石灰施入量与水溶态硒含量：
y1=4.42+0.296x1 -0.375x12 （3）
将模型（3）作图（如图1所示），可以看出石灰施入量与土壤水溶态硒含量均呈抛物线关系，且抛物线开口向下。

模型（3）在x1=0.394 6（编码解出石灰加入量为0.134％）时土壤中水溶态硒含量有极大值，说明在酸性红黄壤中适当施加石灰可提升土壤中水溶态硒的含量。

（2）沸石施入量与水溶态硒含量：
y1=3.728-0.155x2-0.134x22（4）
将模型（4）作图（如图2所示），可以看出石灰施入量与土壤水溶态硒含量均呈抛物线关系，模型（4）在x2=-0.578（编码解出沸石加入量为0.211％）时土壤中水溶态硒含量有极大值，说明在酸性红黄壤中适量施加沸石可提升土壤中水溶态硒的含量；但是当施加量大于0.2％时反而会降低水溶态硒的含量。

（3）石灰施加量与交换态硒含量：
y2=5.016-0.667x1+0.646x12（5）
综合模型（2）、（5）分析得知，酸性红黄壤中施加石灰不利于土壤中交换态硒含量的升高，且在x1=0.516（编码解出石灰加入量为0.152％）土壤中交换态硒含量达最小值，随后在增加施加量时交换态硒含量复又逐步升高。

（4）沸石施加量与交换态硒含量：
y2=6.375+0.395x2+0.359x22（6）
综合模型（2）、（6）分析得知，酸性红黄壤中施加沸石不利于土壤中交换态硒含量的升高，交换态硒的含量在x2= -0.550（编码解出石灰加入量为0.225％）时达最小值。

以上分析结果表明，红壤中施加石灰、天然沸石后土壤中水溶态硒、交换态硒的含量发生变化。

①石灰是碱性物质，石灰施入土壤中一方面调节土壤pH值，另一方面和土壤中物质发生各种反应。

在较低石灰水平下，土壤有机质上的主要官能团羟基和羧基与OH-反应，促使其土壤表面带负电荷。

同时粘土矿物表面羟基与OH-发生反应，使表面羟基带负电荷，因此，土壤表面可交换电荷增加，进
而影响硒在土壤中的有效态含量，尤其是对交换态硒的含量有重要影响作用。

魏显有等[2]的试验研究指出，不管是原土硒还是外加硒，它们在土壤中诸形态分布中具有相似规律，土壤pH值增高，土壤硒溶解度就增大，土壤硒易被植物吸收利用，说明土壤pH值对硒形态分布影响较大；在酸性土壤中外加硒并伴施少量CaCO3，提高土壤pH值，有利于增加硒的溶解度，是解决低硒地区土壤缺硒的一种措施。

②天然沸石是一种多孔铝硅酸盐矿物，是良好的土壤改良剂，尤其是对改良酸性土壤和盐碱地等方面有良好的效果。

沸石加入到土壤中后，可以增加土壤对一些离子的吸附、吸收能力，影响到土壤中水溶态硒、交换态硒含量的变化。

关于土壤对各种形态硒的吸附与解吸机制有待于进一步研究。

3结语
在本研究的瑞安市富硒红壤中，经模拟试验研究表明，适量施加石灰和沸石可提升土壤中的水溶态硒含量，而水溶态硒是最易被植物吸收的有效态硒。

施加石灰和沸石对红壤中交换态硒含量有降低效应，其中石灰的降低效应相对明显。

施加石灰的主要作用效应是提高酸性红壤的pH值，沸石对土壤中不同形态硒的影响作用机制复杂，有待进一步探索。

本文模拟试验研究结果对合理利用含硒土壤、开发富硒农作物有指导作用。

本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。