南瓜冰妈
第一章 食用菌的营养成分自古以来,菌类就受到广大人民的喜爱,被誉为“山珍”,与海味一样都是席上珍品。它营养丰富,滋味鲜美,并具有独特的、其他食品无法替代的风味。它又具有的“高蛋白、低脂肪、低热量”的特点,更是符合现代人的健康理念。随着我国经济社会又快又好向前发展,国民生活水平不断提高,人们对食物的要求也正逐步由“温饱型”向“营养健康型”转变,“平衡膳食,合理营养”正成为现代人开始普遍接受的生活理念。正源于此,正确全面认识食用菌的营养成分,科学合理地膳食食用菌,才能真正利用好食用菌的营养价值。作为优质的绿色食源,食用菌的营养价值作用是很突出的。为了让读者更好地了解各种食用菌的性质、功能及作用,现将食用菌的主要营养成分介绍如下。1、食用菌的蛋白质蛋白质是生命的基础。它不仅是构成人体组织的基本材料,而且是机体合成多种具有特殊生理功能物质的原料。人体的蛋白质含量仅次于水,约占体重的16%。一个体重60公斤的成人,体内有10-11公斤的蛋白质。对蛋白质的需求,以一个成人为例,每天所需蛋白质平均量为,推荐摄入量每天平均为体重。蛋白质还是一种产能营养素,蛋白质供给的热量约占人体总热能的1/10(发育中的青少年占到1/6)。食用菌粗蛋白质含量为其干重的13%-46%,远高于水果、蔬菜和粮食作物,可与肉、蛋类食物媲美,营养价值高。比如常见食用菌干品中,猴头菇蛋白质含量为,香菇为20%,金针菇含量为162%,黑木耳为,而鲫鱼,鸡193%,土鸡蛋,猪肉,牛肉。同时,食用菌蛋白质的质量优于肉类。食用菌不含胆固醇,但含丰富的类甾醇(麦角固醇),有降低血液中胆固醇含量的作用。而动物性食品的蛋白质含量虽高,但是鱼、肉类均含有较多的胆固醇,吃多了容易增加胆固醇的摄入量,进而引发高血压、高血脂及心脑血管疾病。蛋白质由主要的20种基本氨基酸组成,并且食物中的蛋白质必须经过消化分解为氨基酸后才能为人体所吸收。考察蛋白质的组成成分-氨基酸配比是否与人体代谢的需要平衡是判定蛋白质是否优越的另一个指标。谷物是我国人民的主食,但谷物中的氨基酸配比不能完全满足人的需要,尤其缺乏赖氨酸。禾本科作物种子常缺乏其中的1-2种氨基酸。食用菌蛋白质所含氨基酸种类比较齐全,平均含17-18种氨基酸、包括人体必需的8种氨基酸、赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸。18种氨基酸的总量在,8种人体必需氨基酸在总氨基酸中的比例为30%-50%。同时食用菌所含氨基酸主要是L型氨基酸,70%可以被人体吸收利用,所以是极好的营养保健食品。2、食用菌的糖类糖类是生命的主要能源物质,人类膳食中约40%-80%的能量来源于糖类。膳食的糖类有淀粉、双糖、单糖,通过消化吸收进入人体的则主要葡萄糖,在体内可以合成糖原。研究表明,摄入糖以多糖的形式为好。因为摄入多糖(主要是淀粉)的同时,能获得其他营养素,以及膳食纤维,而摄入单、双糖(主要是蔗糖)过多,能诱发龋齿、心血管疾病与糖尿病。食用菌含有丰富的糖类物质,如平菇类的多糖含量是,双孢蘑菇干重的60%为多糖。随着食品营养学和分子生态学的发展,人们注意到食用菌中多糖对人体免疫应答的影响是很多的。例如香菇、黑木耳、银耳、灵芝、茯苓、猴头菇、竹荪、灰树花等真菌中的某些多糖成分,具有活化巨噬细胞刺激抗体产生而达到提高人体免疫能力的生理功能。同时,这些真菌有些多糖还有很强的抗肿瘤活性,对癌细胞具有很强的抑制能力。而且,随着研究的深入,食用菌抗脂肪肝、抗衰老、抗病素等生理作用不断地得到报道。3、食用菌的脂类脂类是脂肪、磷脂和胆固醇的总称。脂肪是人体得要的供能营养素,也是体内主要的储能物质。人体合理膳食的总能量约有20%-30%是由脂肪供给。磷脂和胆固醇是细胞的构成原料,与蛋白质构成生物膜,以及血液中的脂蛋白。胆固醇还是人体合成类固醇激素的原料。脂肪的摄入过多,易导致摄取热能超过身体所需,引起超重肥胖。肥胖者易患高血压、高血脂、动肪硬化、糖尿病及胆道疾病。流行病学调查资料证实,高脂肪膳食与肠癌、乳腺癌等发病率有一定关系。摄入脂肪酸的种类、胆固醇的量等与人体健康有密切关系。此外,脂肪还提供人体所需的“必需脂肪酸”。脂肪酸的种类很多,可分饱和、单不饱和与多不饱和脂肪酸三大类。多不饱和脂肪酸中的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸在动物和人体内不能合成,必须取自食物,故称“必须脂肪酸”,缺少它们就会产生一系列缺乏症状,如生长迟缓、皮炎等。动物性食物蛋白含量高于植物性食物,而服氨基酸种类比较齐全,比例平衡。但是,脂肪含量也大大高于植物性食物,且饱和脂肪酸占较大比例。摄入过多的动物脂肪不但会引起发胖,还易引发某些心脑血管系统的疾病。而食用菌蛋白质含量高,可与肉类相媲美,但是脂肪含量却极低,仅为干重的,是很好的高蛋白低能值食物。在其很低的脂肪含量中,不饱和脂肪酸中的油酸、亚油酸、亚麻酸等可有效地清除人体血液中的垃圾,延缓衰老,还有降低胆固醇的含量和血液粘稠度、预防高血压、动肪粥样硬化和脑血栓等心脑血管疾病,是健美减肥者的首选食品。4、食用菌的维生素维生素不是构成人体的原料,也不供给热能,但它是维持人体正常生命活动必须的营养物质。缺乏时会使人体物质代谢发生故障,甚至造成疾病,即“维生素缺乏症”,人体对维生素的需要很少但大多数维生素在体内不能合成,必须由食物供给。维生素的种类很多,根据溶解性可分为脂溶性和水溶性两大类:脂溶性的维生素有维生素A、D、E、K四大类。它们溶于脂肪和脂溶剂,不溶于水,再食物中与脂类共同存在,人体摄入这类维生素以后,大部分储存在脂肪组织中,因此摄入过多会引起中毒,但缺乏时症状出现缓慢。另一类为水溶性的维生素,包括维生素B1、B2、B6、B12及维生素C、烟酸、叶酸、生物素等。顾名思义,水溶性维生素溶于水而不溶于脂肪及脂溶剂,在满足了人体的需要后,多余的将由尿排出,因此摄入过量时不易出现毒性,但缺乏时症状出现较快。维生素A是视紫质的组成部分,视紫质与夜盲症有关,故缺乏维生素A可以发生夜盲症。蜜环菌、羊肚菌、鸡油菌以富含维生素A著称,多食此类蘑菇可以防止视力失常、夜盲症、眼角膜硬化以及皮肤炎症,还可促进性腺功能。食用菌含有丰富的B族维生素,B12的含量比肉类还要高。它能防止恶性贫血,改善神经功能,并有降低血脂的作用。一般说,人体相对易缺乏的是维生素B1,双孢蘑菇、大红菇、黑木耳中所含的维生素B1比一般植物性食品都要高,对提高食欲、恢复大脑功能、增加乳汁有一定好处,心脏病、神经炎、胃肠功能障碍、脚气症患者多食此类蘑菇有助于身体康复。维生素B2参与机体的氧化还原反应,可提高对蛋白质的利用率,促进生长发育;能有效防止各种粘膜及皮肤炎症;还能和烟酸协调进行各种解素作用。一般的食用菌都含有维生素B2,大红菇、松茸、香菇、羊肚菌中含量更为突出。维生素C又称抗坏血酸,因具有高度还原性而具有抗氧化作用。并且是羟化过程底物和酶的辅助因子,参与胶原的合成,促进伤口愈合,并具有促进铁的吸收,提高机体免疫功能的作用。动作性食物和牛奶等食品中维生素C含量很少,但平菇、香菇、草菇、四孢蘑菇中富含维生素C,一般食用菌中也均含有。维生素D是菇类中最常见的维生素,以香菇的含量最高,每克干香菇含128个国际单位,是以营养价值高见称的大豆的21倍,紫菜的8倍。一个正常人每天需要维生素D为400个国际单位,这样每天食用3-4克香菇就可以满足对维生素D的需要。维生素D是钙质成骨的必须因素。所以,多是香菇可防止儿童因钙代谢障碍所致的佝偻病,妊妇、产妇的骨软化症,并能提高人体对疾病的抗御能力。维生素E又称生育酚,与精子生成和繁殖能力有关。其中最突出的化学性质是抗氧化作用。它能增强细胞抗氧化能力,有利于维持各种细胞膜的完整性。研究认为,维生素E具有许多重要的生理功能。譬如:抗衰老作用、抗凝血作用、增强免疫力、改善未梢血液循环、防止动脉硬化等等。灵芝、黑木耳、栗菇等菌中维生素E含量较丰富。以玉米和高梁为主食的人群中,有可能出现由于维生素PP(烟酸、尼克酸)引起的癞皮病,表现为皮炎、腹泻及痴呆。四孢蘑菇、口蘑、香菇等食用菌中的含量丰富,多食有助于促进消化,保持皮肤和神经系统的健康。5、食用菌中的矿物盐人体已发现有20余种必需的无机元素,约占人体重量的4-5%。其中含量较多(>5g)的有钙、磷、钾、钠、镁、氯和硫7种,每天膳食需要都在100mg以上,成为常量无素。微量元素是指占人体总重量万分之一以下(<)的元素。微量元素含量虽微,但与生长、发育、营养、健康、疾病、衰老等生理过程关系密切,是重要营养素。2000年中国营养学会专家委员会确定制定山石营养素参考摄入量的微量元素种类为铁、锌、硒、碘、铜、锰、铬、氟、钼共9种。通常,衡量食物中无机盐的质量,主要看钙、磷、铁等元素的含量,而食用菌是人类膳食所需矿物质的很好的来源。食用菌含有丰富的必需矿质营养元素,其灰分一般占干重的2%-15%,除钙、镁、铁、钾、磷、铜、锌、锰含量较高外,并且富含具有抗衰老,增强免疫力、防治心脑血管病等现代疾病的微量元素硒和锗等。(1)钙 钙是人体内含量最多的元素之一,约占体重的2%。钙不仅是构成骨骼组织的重要矿物质成分,而且能调节体内的酸碱平衡,维持毛细血管的通透性,激活许多重要的酶,参与血液的凝固。缺钙可导致骨软化病、骨质疏松症等。中国营养学会推荐18-50岁成年人的钙每天适宜摄入量为800mg;50岁以后的中老人年为1000mg。常见食用菌中含钙量较的多的有:黑木耳、口蘑、香菇、草菇、羊肚菌、冬菇和银耳。(2)磷 磷占成人体重的1%,常与钙结成“搭挡”,成为骨骼和牙齿的重要材料。磷又是细胞的组成成分,参与细胞的各项能活动。我国营养学会推荐18岁以上成年人的磷每天适摄入量为700mg,合理膳食的磷含量往往超过人体的需要,所以人体的磷缺乏很少见。常见的含磷量较高的食用菌有:羊肚菌、口蘑、冬菇、大红菇、黄菇、香菇、黑木耳、银耳和楱蘑。(3)铁 铁是人体内含量最多的微量元素,铁与人体的生命及其健康有密切的关系。铁是血红蛋白的重要组成成分,具有在呼吸中运输氧和二氧化碳的作用;又是肌红蛋白,细胞色素和酶系统的组成部分;并且对维持人体免疫系统的正常功能是必需的。缺铁会导致缺铁性贫血、免疫力下降。由于食物中最常见的铁形式是不溶的。且肠道内吸收很差。故缺铁性贫血是一个世界范围的营养问题。我国营养学会推荐18岁以上男性和女性铁的每天适宜摄入量分别是15和20mg,孕妇晚期最高到每天35mg。常见含铁丰富的食用菌有普中红菇、珍珠白蘑、香杏白蘑、黑木耳、松蘑和香菇。它们的含铁量是一般蔬菜的数十倍。(4)锌 锌具有促进生长发肓,促进组织修复再生,保护皮肤健康,促进免疫功能,促进食欲、正常的物质代谢及多种内分沁腺功能等作用。儿童缺锌可导致生长发肩不良;孕妇缺锌可导致婴儿脑发肓不良、智力低下,即使出生后补锌也无济于事。我国营养学会推荐的成年男性每天锌的适宜摄入量为,女性。双孢蘑菇、口蘑、楱蘑、羊肚菌和松蘑等食用菌中含锌量相当高,就连最为常见的平菇含锌量也比牛奶高。(5)硒 硒在人体内绝部分与蛋白质结合,是人体内多种酶的组成成分,参与酶的合成。硒在体内起着抗氧化功能,某些含硒酶通过消除脂质过氧化物阻断活性氧和自由基的致病作用。硒几乎存在于所有免疫细胞中,补充硒可以明显提高机体免疫力。硒和金属有很强的亲和力,能解除体内重金属的毒性作用,是一种天然的对抗重金属的解毒剂。有研究指出每天硒摄入量250-300微克对致癌作用有着化学预防作用,这一剂量对硒摄入量低或不足的人群较为明显。我国已证实硒缺乏是引起克山病、大骨节病的一个重要原因。食用菌中含硒最高的是双孢蘑菇,美味牛肝菌、候头菌、珍珠白蘑和松蘑中含量也较为丰富。(6)锗 锗目前还未被认为是人体必需的微量元素,但由于许多名贵中药材的独特医疗保健作用被认为是与其含有丰富的有机锗有关而受到人们的重视。有机锗具有抗肿瘤、消炎与免疫调节、抗病毒、抗氧化,抗衰老、降血脂等多重功能。锗化合物作为一种独特的新型抗癌药物具有抗癌谱广、毒性极低的特点、如锗-132作为一种广谱抗癌药物已经广泛用于各种疾病的治疗。灵芝中的有机锗被认为是灵芝防癌抗癌能力的有效成分,其含量是人参的3-6倍。主要参考文献:[1]黄年来主编:中国大型真菌原色图鉴,北京:中国农业出版社,1998[2]杨月欣主编:中国食物成分表(2002),北京:北京大学医学出版社,2002[3]蔡美琴主编,医学营养学,上海:上海科学技术文献出版社,2201、[4]邵俊杰主编,保健食品,湖南:湖南科学技术出版社,1999[5]陈士瑜主编,菌类谈荟,江苏:江苏科学技术出版社,1985[6]张树庭,,食用蕈菌及其裁培,河北:河北大学出版社,1992[7]中国营养学会编著,中国居民膳食营素参考摄入量(简要本),北京:中国轻工业出版社,2002[8]徐锦堂主编,中国药用真菌学,北京:北京医科大学&中国协和医科大学联合出版社,1997
Incana1992
黄怀曾刘晓端张玲金李奇
(中国地质科学院生物环境地球化学研究中心,北京100037)
武少兴
(中国科学院南京土壤研究所,南京210008)
摘要从我国西北地区干旱土,经中部半干旱—半潮湿地区均腐土、淋溶土,到东南潮湿地区富铁土、铁铝土,表土全硒含量总趋势反映了氧化环境下硒易离散,还原状态下硒易富集的特点;水溶态硒和交换态硒的含量几乎依次下降(干旱土>淋溶土>均腐土>富铁土>铁铝土),而且含量都颇低,它们与总硒的比值在相应的范围内出现了中—高—低的变化;有机硒、酸溶性硒含量明显增高,与总硒量比值,从西北到东南,皆呈上升趋势,与水溶态硒和交换态硒正相反;残留态硒及其与总硒量比值,自西北向东南呈高—低—高的变化,况且无论哪一类土壤,残留态硒量与其所占比例均处于首位。
对植物有意义的是能被它直接吸收的硒,即有效态硒。土壤中释放出来的有效硒受综合因素控制,氧化还原电位和土壤溶液组分是决定硒溶解度和化学形态的最重要参数,土壤理化性质居次要地位,意味着不同环境背景下,有效态硒的内涵也不相同。微生物作用主要生成高分子有机缓效硒,是水溶性速效硒的重要补给源。由于自然环境中水热状态不断变化,生物作用的差异,以及人为活动的干扰,处于动态化学平衡的土壤溶液,是硒形态转化和硒迁移的原动力。硒形态分析和实际调查表明,岩石、土壤中无机硒总量,从我国东北三江(黑龙江—松花江—乌苏里江)到西南三江(怒江—澜沧江—金沙江)并非是一低硒带。由水溶性硒、交换态硒和有机硒组成的非闭蓄性硒才是一低硒带。我国东南潮湿地区虽处于酸性还原氛围中,但生物作用强烈,有机硒含量颇高;西北干旱区氧化环境有利于硒被氧化成高价的、能被植物直接吸收的水溶性无机硒;位于这两区中间的半潮湿—半干旱地区,水溶性硒低于西北区,有机硒低于东南区,从而造成我国中部地区非闭蓄性低硒带,这就对低硒带赋予了新含意。
关键词土壤硒形态
以往硒的研究大多集中在全量和无机两个方面。通过对岩石、土壤、作物、人体中硒的全量分析,得出结论:我国从东北三江(黑龙江、松花江、乌苏里江)到西南三江(怒江、澜沧江、金沙江)出现一低硒带,位于东、西两侧的东南地区和西北地区为高硒区。在低硒带内,因各种介质中硒皆贫乏而引发了克山病,这一认识一直为学术界的重要支柱。现代分子生物学研究揭示的克山病与硒之间的内在联系,也支持了这一论点。
近几年来,我们与英国合作,在河北张家口和邯郸及湖北恩施等地区开展了硒的研究,并在现今克山病尚未绝迹的张家口地区进行流行病学调查,发现岩石、土壤中硒全量和作物、人体中硒含量与克山病并不完全呈对应关系,有些土壤硒总量高的地区照样有克山病患者,某些土壤内全硒含量低的地区未必有克山病患者,调查研究还发现克山病与硒的形态以及有效硒丰度的关系更为密切。土壤中硒形态包含水溶态、交换态、有机态、酸溶态和残留态五类。水溶态硒以Se6+为主,另有少量Se4+和低分子有机硒。交换态硒主要为Se4+,其次为Se6+。有机硒分高分子和低分子两种,前者为缓效硒,赋存在酸不溶性蛋白质和高分子氨基酸中,但在碱性溶液中,可降解为低分子硒氨基酸和+4价与+6价的无机硒;后者为速效态硒氨基酸,即有机水溶性部分。酸溶态硒指与铁、锰和铝氧化物结合的硒。残留态硒、硒化物,以类质同象形式隐含在硫化物中的硒和被硅酸盐矿物包裹的含硒物质。显然,重新认识硒与克山病在地理分布上的关系,合理解释各种矛盾现象,不仅是一种挑战,也是研究深化的迫切需要。
1土壤中硒的形态
土壤中硒的赋存状态,包括价态和结合形式两个方面。硒可构成无机和有机化合物。我们选择了典型土壤作了分析,结果如下。
水溶态硒:用水提取。以硒酸盐类为主,次为亚硒酸盐类。其实,在不同环境中,水溶态硒含意并不一样,在氧化环境中,水溶性硒为碱性水解的硒酸盐和亚硒酸盐;在较强的还原环境中,包括微量酸溶性的,溶于水与酸混合溶液中的结合态硒、次生硒化物和一些挥发性硒化物。此外,还包含有机硒中的水溶性部分以及与交换态的相互转换部分。由此可见,同形态中含量最低的水溶态硒在不同情况下,有着复杂的变化。
交换态硒:吸附在氧化物、粘土矿物和有机质内的亚硒酸根和硒酸根离子。用磷酸二氢钾提取。在实际分析中发现,碱性情况下,硒酸根离子几乎不被吸附,成为溶液中游弋的离子团,亚硒酸根为主要吸附对象,随着pH下降至7~,虽对硒酸根吸附能力增强,但仍以亚硒酸根离子为主,并保持稳定的吸附量。
有机态硒:用焦磷酸钠提取。按分子量分大分子和小分子硒,前者为缓效硒,赋存在酸不溶性蛋白质和高分子氨基酸中,但在碱性溶液中,可降解为低分子硒氨基酸和+4价与+6价的无机硒;后者为速效态硒氨基酸,即前述的有机水溶性部分。
酸溶态硒:指与铁、锰和铝氧化物结合的硒。加盐酸破坏氧化物和碳酸盐结构,使其从结合态中先分解出亚硒酸根,进而生成二氧化硒和单质硒,在强还原条件下,还可生成硒化氢。
残留态硒:用消化方法将硒化物、以类质同象隐含在硫化物中的硒和被硅酸盐矿物包裹的含硒物质全部消溶。
从表1看出,从我国西北地区干旱土,经中部半干旱—半潮湿地区均腐土、淋溶土到东南潮湿地区富铁土、铁铝土,总硒量呈高—低—高马鞍形序列,但中国环境监测总站众多实测数据统计分析结果表明(表3),表土全硒含量总趋势还是从西北到东南逐级升高,反映了氧化环境下硒易离散,还原状态下硒易富集的特点;水溶态硒和交换态硒的含量几乎依次下降(干旱土>淋溶土>均腐土>富铁土>铁铝土),而且含量都颇低,不超过总量的15%和10%,它们与总硒的比值在相应的范围内出现了中—高—低的变化;有机硒、酸溶性硒含量明显增高,与总硒量比值,从西北到东南,皆呈上升趋势,与水溶态硒和交换态硒正相反;残留态硒和它与总硒量之比,自西北向东南也呈高—低—高的变化,况且无论哪一类土壤,残留态硒量与其所占比例均处于首位,显然,它在决定总硒量的分布上起着支配地位。这些残留的无机态硒主要来源于母质,从而说明,原生基岩中硒对于土壤内硒的分布是何等重要。
表1我国代表性土壤(A层)硒形态分析(ng/g)
①非闭蓄性硒包括水溶态硒、交换态硒和有机硒。
2土壤水溶态硒与pH值的关系
图1硒溶解态与Eh、pH值的关系
从化学平衡实验中获知(图1),溶液电子活度负对数(pe)与pH之间的函数关系:当pH+pe>时,为强氧化环境,溶液中 占明显的优势;在pH+pe为~的中等氧化还原环境时,偏碱性溶液中以 为主,而 是偏酸性溶液中的主要类型:在pH+pe<的低氧化还原环境中,溶液中HSe-为主要的形态。现已获知,在土壤水溶液中, 溶解度颇高,而 的溶解度极小,HSe-则易于以气态形式逸散,所以土壤内有效硒浓度随pH+pe值升高而递增。无论是表1中的典型土壤还是表3中的综合统计数据,自我国西北到东南土壤溶液pH值总体上由碱性经弱碱性—弱酸性到酸性,水溶态硒含量(表1)随pH(表2)的变化情况与图1实验结果相符。土壤硒有效率(水溶态硒/总硒)与pH呈显著正相关,相关系数为(p<)。
3土壤中硒的交换态与吸附作用
土壤对交换态亚硒酸盐和硒酸盐的吸附作用主要取决于pH值、活性铁及粘土矿物的性质。现仍以表1中所述的五种典型土壤和我国土纲的综合分析结果为例,将其理化性质和主要元素氧化物的含量分别录于表2和表3中。
表2土壤表层理化性质
表3我国主要土纲的理化性质及硒含量
注:表土全硒据环境监测总站(1990)。
吸附分两类,一种是极性吸附,或谓静电吸附,如活性铁凝胶体阳离子团对硒阴离子团的吸附作用;另一种是普通吸附,即固体物质表面自由力场的吸附,粘土矿物和有机质对硒离子团的吸附一般属于这一类型。从其作用力大小来看,静电吸附要大于自由力场的吸附,这就是活性铁凝胶体比粘土矿物吸附能力强的原因,实验结果也证实了这一点(图2)。从我国西北到东南,随着气候条件的变化,处在不同风化阶段、不同区域内土壤中Fe2O3及Al2O3活度和有机质含量相应增高,粘土矿物则相应地由干旱区的水云母、绿泥石,经半干旱区的水云母、蒙脱石、半潮湿区的蛭石、水云母,到潮湿区的高岭石,这些粘土矿物的吸附能力也由西北向东南增强。除矿物成分和含量外,粘土粒度是衡量吸附系数的另一个重要参数,颗粒愈细,物质表面积愈大,吸附作用越明显。从我国西北到东南,随着化学风化和生物风化作用的增强,土壤粘粒含量逐渐增加,表2和表3分析结果反映了这一变化。鉴于这些原因,土壤吸附量理应从西北到东南依序增加,但表1中不同土壤类型的交换态并不完全反映这一变化。这是因为硒有其自身独特的化学属性,东南沿海地区气候炎热,雨量充沛,植物茂盛,生物体本身制造和有机质分解使得水中02、C02十分丰富,而溶于水的C02、 和 离子间数量比有利于降低OH-浓度,造成低pH背景,硒易于被还原成非交换态的单质硒和硒化物。西北干旱地区,尽管呈良好的碱性环境,但以8<pH<10的弱碱性为主,土壤内还是亚硒酸根离子占主导地位,成为交换态的物质基础。由此推之,交换态吸附量是各种综合因素的产物,酸碱度起着更为重要的作用。图2不同pH值背景下四种物质的吸附量的变化也证实了这一点。
图2pH值和时间对粘土矿物、Fe2O3吸附Se4+量的影响
4土壤有机硒与有效性的关系
原生有机硒是植物遗骸中的残留硒;新生有机硒,在微生物作用下,由无机硒直接转化为有机硒,它还包含挥发性的硒化合物。无论哪一种形式,都是生物代谢作用的产物。总的说来,有机硒丰度随有机质含量的增加而上升,但在我国东北三江地区土壤肥沃,有机质含量高达4%~10%,有机硒绝对含量偏低,如黑龙江省伊春淋溶土仅为20ng/g,甚至低于某些干旱土中的有机硒绝对含量。若与硒总量相比,约为,相对含量并不低,有时可高出干旱土十个百分点,显然是原生母质硒总量过低造成的。干旱的西北区年平均温度和降水量都低,植被受到扼制而不能繁盛生长,导致有机质含量低,东南地区则相反;另一方面,微生物在推动生命物质的自然循环中起着巨大的、不可代替的作用,由于真菌类的活动,使无机硒转为有机硒,而真菌类的繁殖,在还原状态下远胜于氧化状态。正是这些原因造成我国东南沿海高有机硒背景。不过,真正水溶性的速效有机硒含量甚微,大多以大分子有机硒化物蕴藏在胡敏酸和富啡酸内,只有少数与富啡酸结合的小分子有机硒及含在其内的+6价和+4价无机硒才能被植物利用,大分子有机硒仅为速效硒供给的库源。
5讨论
对植物有意义的是能被它直接吸收的硒,即有效态硒。然而,无论理论上或实际上的分析结果,土壤内水溶性硒含量自西北向东南呈逐级递减的趋势,与我国中部作物中的低硒带不相吻合。90年代初全国25个省、市、自治区开展了膳食抽样调查,结果表明,我国现今食物流通量除城市甚高外,广大农村以就地的植物类食物为主,居民元素摄入水平基本上受控于物源和经济发展水平。与此同时,证实我国中部确实存在一个低硒带,只是它的范围比谭见安等所述的更广。
如何解释这一矛盾呢?我们注意到上述典型土壤样品采集于80年代末90年代初,久置之后,近一、二年做的分析,可视为静态的分析结果。这些结果与现今自然界中处于动态情景下的土壤有什么差异?为解决这一问题,采用不同于常温下处理样品的方法,将表1中的各类土样分别置于水浴锅中沸腾1小时,测试结果迥异(表4),即水溶性硒含量从西北向东南倾斜,即铁铝土>富铁土>淋溶土>均腐土>干旱土。究其原因,原先沉寂平静的状态,在热作用下,化学活动顿时活跃起来,不仅解吸了部分吸附物质,还促进有机质的分解和pH增高,从而导致了铁铝土和富铁土中水溶性硒急剧上升。可是干旱土却不一样,沸水处理过的比常温下处理的水溶性硒低得多。表2列举了各类土壤的Fe、Al、Ca、Mg、P氧化物含量,从西北到东南Fe、Al增高,Ca、Mg下降,符合不同地带、不同风化阶段的元素分布特点。干旱土中Ca、Mg含量高出铁铝土和富铁土15%左右,pH值为,显然,碳酸盐和硫酸盐为其重要组成,这类土壤通常有效Cu、Mo、Ca、Mg也较丰足,常与Pb、Ni等一同构成硫酸盐和碳酸盐化合物。在沸水热作用下,碳酸氢钙、碳酸氢镁转为碳酸钙、碳酸镁,CO2降低,Cu、Pb、Ni等金属离子浓度增加,与亚硒酸根和硒酸根结合生成白硒铅矿[PbSeO3]、蓝硒铜矿[]、复硒镍矿[(Ni·Co)Se03·2H2O]、硒铅矿[Pb2(SO4)(SeO4)]等新矿物淀积下来,降低了硒的有效性。矿物成因学也指出,这些矿物是在弱氧化状态下生成的。由于土壤内硒丰度很低,组分复杂,目前还难以运用硒的形态以及溶解度与机制的关系证实这一分析。
人们曾试图通过实验了解硒有效性的变化,如在碱性土壤内添加磷酸盐、石膏和石灰,Ravikovitch和Margolin认为能降低硒的有效性,而Brown和Carter则认为可提高硒的有效性。尽管出现了截然不同的观点,但都不否认土壤溶液组分变化所起的重大作用,正确认识土壤溶液内的化学平衡仍需作巨大的努力。
表4我国主要土类的理化性质及有效硒含量
诚如所述,不同形态的硒始终伴随外界条件的变化而发生溶解和淋滤、吸附和解吸、氧化和还原、水解和水合,处在不断的动态平衡之中。在耕作土中,不仅仅随着一年四季水热状态的变换,水溶性硒的浓度不断变化,其内在的含意也不尽相同,而且在不同环境中,不同形态可互相转换,尤其是非闭蓄硒内的水溶态硒、交换态硒和有机硒转化更为频繁。人为因素又加剧了这种变化,譬如,施钾、氮、磷肥,不仅会改变土壤的氧化还原程度,还会产生其他效应。钾离子半径大,极化能力强,起解吸作用,故用磷酸二氢钾作为吸附态的提取液;氮肥施入后,转为NH4OH,这种碱性溶液在接触点上瞬息间或许能促进有机硒水解,Cary和Allaway依此用氨水萃取有机硒。另据李书鼎和杨健秋用75Se示踪实验的报道,用NH4OH作提取液,在所选择的黑土、草甸棕壤和暗棕色森林土中,有机硒化合物与 萃取率(提取量/总量)分别为~和~; 与土壤固相的结合能和亲和力都大于 也影响着土壤中硒的有效性。尤其要指出的是,生物作用下由无机硒转为有机的甲基硒和二甲基硒挥发物,在OH-、 和生物的催化作用下,还可重新氧化成+4价和+6价无机硒。虽然人们已注意到它们对硒的迁移和转化,在植物吸收和土壤吸附过程中起着重要作用,遗憾的是至今还不能定量的描绘其真实面貌。除了有效态硒含量的变化外,还涉及到转化速率问题,已有研究指出,从不适应某个条件下的形态,转化为适应新环境下的形态。例如,在碱性情况下,亚硒酸盐氧化成硒酸盐;在酸性状态下,亚硒酸盐还原成单质硒,最初速度相当快,随后进入慢速转换期,这就是为什么久置的静态样品与立取的动态样品分析结果有差异的原因。这一推断被另一分析结果证实,采自广东阳春富铁土和湖北恩施富硒淋溶土水溶性硒、交换态硒、有机态硒和总硒在常温下测得的含量分别为和16ng/g、和78ng/g、和450ng/g以及1295ng/g和2540ng/g。它告诉我们,除自然条件和母质因素外,由于取样时间和样品处理方法的差异,同样会得出不同的分析结果。
我国东南潮湿区有效硒正是处在这种不断变化的环境中,既有充足的后备源——大量有机硒的存在,又有大量化肥不断地投入,尤其是氮肥,加上微生物的强烈作用和水热状态的变换,可能正是这些综合效应间隙性地提高硒的有效量,才使得这一地区作物中的硒水平上升。西北干旱区可能由于+6价硒含量较高,且处于相对稳定的状态,故作物所吸收的硒也偏高。中部半干旱半潮湿区+6价硒低于西北区,有机硒大大低于东南区,可溶性硒又不能得到即时的补给,作物的吸收量相对偏低,以致人们膳食中硒也偏低。
综上所述,土壤中释放出来的有效硒受综合因素控制,氧化还原电位和土壤溶液组分是决定硒溶解度和化学形态的最重要参数,理化性质居次要地位,微生物在硒的某些形态转化中可能起着重要的作用,生成缓效态有机硒,是有效硒的重要补给源。由于自然环境中水热状态不断变化,生物作用的差异,以及人为活动的干扰,处于动态化学平衡的土壤溶液,是影响硒形态转化和硒迁移的直接因素。遇到适宜的环境时,我国东南潮湿地区高分子有机硒将会即时转化为可被植物吸收的低分子有机硒和释放出可被利用的无机硒,从而提高了植物对硒的有效利用率。西北干旱区有效硒则以能被植物直接吸收的无机硒为主,从而形成了我国作物和膳食中硒含量中部地区低,东南、西北地区高的分布格局,不同于总硒含量从东南到西北逐级下降的变化趋势。
区域性硒形态分析远远不足,尤其是土壤液相中不同含硒物质的溶解度和不同化学形态之间转换的资料尚不完善,我们还难以定量考虑土壤溶液中溶解与沉淀、吸附与解吸以及无机和有机硒转化过程中的物理和化学反应。
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