西北农林科技大学梁东丽团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表了题为“土壤-植物系统中硒的生物有效性及其调控措施（Bioavailability of selenium in soil-plant system and a regulatory approach; 2019, 49(6): 443-517）”的重磅综述。
查明土壤硒的生物有效性对于缺硒地区硒生物强化和硒污染土壤的风险评价具有举足轻重的作用。本文主要综述了土壤理化性质、农艺措施、植物类型及气候条件等因素对土壤硒的生物有效性的影响（图1），总结了表征硒生物有效性的土壤和植物相关的指标，讨论了包括施用农业废弃物、外源施硒或利用硒与其他营养元素的相互作用等的生物有效性的调控方法。
大量研究表明，土壤硒的总量不能表征和评估硒的生物有效性和污染程度，而硒的赋存形态，尤其是有效态硒含量才是决定其迁移性和毒性的关键参数，其决定了硒在土壤中的最终去向和植物吸收硒的量。本文将硒的生物有效性定义为在给定时间内土壤中的硒可自由地穿过植物细胞膜从而被植物吸收利用的程度。一般来说，硒按其在土壤中的活性可以分为：有效态、潜在有效态和无效态（图2）。按照化合价态分类，硒在土壤中有四种存在形式：硒化物Se(−II)、元素态硒Se(0)、亚硒酸盐Se(IV)和硒酸盐Se(VI)。硒在土壤中的赋存形态一般按照硒与土壤组分结合的难易程度分为可溶态硒、可交换态及碳酸盐结合态硒、铁锰氧化物结合态硒、有机结合态和残渣态硒，其移动性和生物有效性逐渐降低。研究表明，土壤中六价硒比四价硒更容易被植物利用，部分可溶性有机硒也是潜在的硒源。
图2 土壤-植物系统中硒生物有效性的概念
硒一旦进入土壤，会发生如吸附-解吸、沉淀-溶解、氧化-还原、配位作用和甲基化作用等一系列的物理化学过程，使得硒以不同的化学形态存在于土壤中，表现出不同的迁移性和生物有效性（图3）。因此，硒在土壤中的行为过程在很大程度上决定着土壤中硒生物有效性。
图3 土壤中硒的化学行为过程
评估土壤有效硒的方法主要包括化学提取法和生物测定法。化学提取法包括单一浸提法和连续浸提法，而生物测定法包括植物指示法和梯度扩散薄膜技术（DGT方法）。目前常以连续浸提法测定的土壤各形态硒含量为基础，通过数学运算得出的特征参数来评价土壤硒的有效性。常用参数包括硒分布系数（Kd）、土壤硒再分配指数（Uts）、土壤结合强度（IR值）和移动系数（MF值）。硒在土壤中的有效性最终反映在植物体硒含量，常用富集（BCF）和转运系数（TF）来表征。在缺硒地区施用硒肥是提高作物体内硒含量的重要举措。但由于硒在人体中缺乏和毒害的范围非常窄，生产安全高效的富硒作物仍然是一项挑战。此外，硒肥中硒的利用效率和生物有效性不仅受土壤理化性质的制约，还受外源硒的种类、用量、施硒方式和时期等多种因素的影响。同时，施用氮、磷和硫肥料会显著影响植物对硒的吸收和积累。长期施用农业废弃物，如施用畜禽粪肥或秸秆还田，会改变土壤性质，提高土壤养分和有机质含量，从而改变硒的生物有效性。然而，有机质对土壤硒生物有效性具有活化和固定的双重影响作用，因此有机添加物的施用中仍应综合考虑。
本文综合收集、整理和评价了有关硒的生物地球化学行为的研究，包括土壤中硒的化学形态、硒的生物有效性和植物对硒的吸收作用，评价硒生物有效性的方法和指标，影响硒生物有效性的因素及其通过农艺措施等的调控方法，为缺硒地区的生物强化和硒污染地区的植物修复提供参考依据。未来的研究应重点关注：1）开发和利用DGT等技术来提高硒生物有效性评估的准确性；2）查明植物各主要必需营养元素（氮、磷、硫）对硒吸收的作用及其机制；3）探究有机物料成分对土壤硒生物有效性的影响；4）建立模型来预测气候、土壤类型等对土壤有效硒分布的影响。
第一作者简介：
Quang Toan Dinh，越南人，2015-2019年在西北农林科技大学资源环境学院攻读环境科学博士学位。
通讯作者简介：
梁东丽，博士，西北农林科技大学资源环境学院教授、博士生导师。主要研究方向为土壤环境化学，主要集中在硒在土壤—植物体系中的形态转化、迁移及其有效性。近年来先后在国内外顶级刊物上发表研究论文150余篇，其中SCI论文60余篇，ESI高被引论文2篇。2019年作为大会主席主持召开了“The 6th International Conference on Selenium in the Environment and Human Health”国际会议，并获得国际硒研究学会颁发的杰出贡献奖。