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硒奇古怪——多角度谈硒

来源:科普中国 作者: 日期:2024-12-30 10:30 属于:城市创建

引言:在知网输入搜索“富硒”这一词语,跳出来14821的中文信息和1570英文信息。在百度上搜索更是数不胜数,还有不少是富硒食品、保健品的广告。硒是什么?为什么突然之间出现那么多的富硒产品?它们有哪些特殊的功能?待我娓娓道来。我们通常说的富硒产品的硒是指产品中富含硒这种元素,在食品中硒是以有机硒的形式存在。各种富硒产品琳琅满目,富硒鸡蛋、富硒大米、富硒茶、富硒果蔬等等。当然也不乏富硒的保健品。为什么富硒食品如此火爆,冠以富硒就备受青睐呢?

一、“硒”世珍宝——硒的发现与应用

硒的发现纯属偶然,1817 年瑞典化学之父贝采利乌斯在铅室焙烧黄铁矿制硫酸时,发现铅室有红色的残泥。本来以为这是一种影响生产的废物,却从中发现了仙子——月亮女神。老贝将残泥加热,产生一股臭味,性质与碲相似,经过反复研究确认其中有一种新的元素,参照碲(原意为地球)的命名,他希腊文“月亮女神(Selene)”一词给了新元素一个仙气飘飘的名为Selenium,也就是硒。

硒是一种非金属元素,与氧、硫和碲同一家子,在元素周期表同位于第六主族(ⅥA)。从硒被发现的200来年间,对于硒的研究逐步深入,硒的广泛应用也越来越被认识。硒元素可以应用于冶金 、化工 、电子、玻璃、陶瓷、农业、生物、医药、食品等众多行业。例如激光打印机里的硒鼓,就是用硒做光敏材料。工业纯硒主要用于玻璃、颜料和冶金等工业。

而从1915年Walker和Klein建议将硒用于癌症的化学治疗开始,硒在生物医学领域的创新研究正日益成为科研的热点。国内外大量临床实验证明,人体缺硒可引起某些重要器官的功能失调,导致许多严重疾病发生。[1]

1973 年,世界卫生组织确认,硒是人和动物活动必需的微量元素,并建议:人体每天补充200μg的硒,可有效预防多种疾病的高发。根据2000年制订的《中国居民膳食营养素参考摄入量》,明确提出:18岁以上者硒元素推荐摄入量为50微克/天,适宜摄入量为100微克/天,可耐受最高摄入量为400微克/天。[2]同时,硒在疾病预防与治疗方面所起的作用超乎人们的想象。适量补硒不但能够预防肿瘤、肝病等的发生,而且可以提高机体免疫能力,维护心、肝、肺、胃等重要器官正常功能,预防老年性心、脑血管疾病的发生[3]。

人体所需的硒或硒化物通过饮食、呼吸和皮肤接触途径获得。也就是说硒的摄入水平直接受到食物含硒量的影响, 间接受环境硒含量影响。然而,由于硒的分布极为不均衡,有些地方硒含量丰富,有些地方却极度缺乏,也会导致不同地区人们摄入的硒不同。

请理性认识“硒”,既不要谈硒色变,也不要盲目追捧。

二、“硒”熙攘攘——硒的来源与循环、富集
说实话,确实是物以“硒”为贵。硒是一种地壳中含量极微的稀有元素,据研究硒在地壳中的含量约为0.05×10-6g/kg。地壳中的硒主要集中在火山岩、沉积岩和某些特定土壤中,分布非常分散而且极为不均衡。俄罗斯、秘鲁、美国等是全球硒资源最丰富的国家(图 6a)。我国虽然硒资源丰富,但是分布也不均衡,主要集中在甘肃、江西、新疆和浙江等 4 个省区(图 6b)。世界范围来看 , 缺硒土地范围要明显高于富硒土地;在中国,硒缺乏地区占到了国土面积的72%。而因为硒缺乏引起的疾病地区分布很显著。

硒在自然环境中的循环主要包括岩石风化、土壤淋溶、水体迁移和生物转化等过程。岩石中的硒经过风化作用释放到土壤中,土壤中的硒通过淋溶进入水体,进而通过食物链进入生物体。生物体中的硒经过代谢转化,最终以硒酸盐、亚硒酸盐等形态排出体外,再次进入自然环境,形成硒的循环。有研究表明,循环过程中,有机硒成分占据了几乎一半循环周期,而这些成分主要由动植物贡献。

饮食是人体摄入硒的重要途径。随着民众生活水平提高,健康饮食意识越来越强,社会对硒元素的认识更加深入,市场对富硒食品的需求逐渐增加,推动富硒食品的研究与开发。

当然我们应当理性对待硒元素,不应过分夸大硒的生理功能、无节制使用无机硒(硒肥等添加剂),做到绿色研发,保护生态环境。我们也需要加强对硒的环境监测和评估,及时发现和解决硒污染问题,保护生态环境和人类健康。

三、东邪“硒”毒——硒的污染与修复

硒作为人体必需的微量元素之一,在维护人体健康方面发挥着重要作用。

然而,在20世纪前,硒一直被当成有毒物质。因为过量的硒摄入(850~900 μg/d) 会导致一系列健康问题 ,包括头发和指甲脱落、肤损伤、神经系 统疾病、瘫痪 , 甚至死亡。1980 年, 美国 Kesterson水库的野生动物中毒事件引发多地的环境硒污染的调查。由于硒在缺乏(小于40μg/d) 到过量 (大于400μg/d)之间具有非常窄的范围[5],所以必需严格控制硒元素的摄入量,当然也就要注意硒及其化合物对环境造成的污染。燃煤动力工业,玻璃陶瓷工业,铜、锌和铅矿石焙烧工业,半导体和电子工业以及颜料、染料、橡胶、冶金等工业生产与应用过程中都会排放含硒废水。硒在水体中常以硒酸盐和亚硒酸盐形式存在,在酸性条件下亚硒酸根离子可被还原为细颗粒状的元素硒。摄入过量的硒会刺激人眼和呼吸系统,严重时引起胃肠功能紊乱等。[6]

1 硒污染的主要来源与途径

硒污染的主要来源与途径多样且复杂,工业排放、农业活动、自然因素是主要来源。其中工业排放是硒污染的主要源头之一。据环境监测数据显示,有色金属冶炼、煤炭开采与燃烧、化工生产等行业是硒污染的主要贡献者。例如,在有色金属冶炼过程中,硒作为杂质元素被释放到大气和废水中,进而通过降雨和地表径流进入土壤和水体。农业活动也是硒污染的重要来源。在农业生产中,硒肥的过量使用或不合理使用,会导致土壤中硒的积累,进而通过农作物吸收进入食物链。 自然因素同样对硒污染有所贡献。火山喷发、岩石风化和土壤侵蚀等自然现象会释放硒元素,但这些自然来源的硒污染通常较为分散,且浓度较低,对环境和人体健康的影响相对较小。

值得注意的是,硒污染的途径多样,包括大气沉降、水体迁移和土壤渗透等。大气中的硒污染物可通过降雨、降雪等过程沉降到地表,进而进入土壤和水体。水体中的硒则可能通过地表径流、地下水流动等方式迁移至其他区域,造成更广泛的污染。土壤中的硒则可能通过渗透作用进入地下水,或通过风蚀、水蚀等过程进入大气和水体。

2 硒污染的治理

硒污染土壤的修复技术是当前环境保护领域的重要研究方向之一。针对硒污染土壤,科学家们已经开发出多种修复技术,旨在降低土壤中硒的含量,恢复土壤的健康状态。生物修复技术、化学修复技术和物理修复技术都有其相应的运用。其中,生物修复技术因其环境友好、成本较低而备受关注。例如,通过引入能够吸收和转化硒的微生物或植物,可以有效降低土壤中硒的浓度。据研究,某些特定植物品种对硒具有较强的吸收能力,通过种植这些植物,不仅可以减少土壤中的硒含量,还能将硒转化为无害或低毒形态,降低其对环境和生物的危害。

在实际应用中,硒污染土壤的修复技术选择需要根据具体情况进行综合考虑。例如,污染程度、土壤类型、环境条件等因素都会影响修复技术的选择。同时,修复技术的实施也需要考虑成本效益、环境风险等因素。因此,在制定硒污染土壤修复方案时,需要综合考虑各种因素,选择最适合的修复技术,确保修复效果的同时,降低环境风险和经济成本。

引用环保专家的话来说:“硒污染土壤的修复技术选择是一个复杂而重要的决策过程,需要综合考虑多种因素。只有选择最适合的修复技术,才能确保修复效果的同时,降低环境风险和经济成本。”因此,在未来的研究中,我们需要继续探索新的硒污染土壤修复技术,提高修复效率和质量,为环境保护事业做出更大的贡献。

在治理硒污染水体时,也有物理方法、化学方法和生物方法。主要包括共沉淀法、离子交换法、吸附法、生物法等方法。

其中生物方法如生物修复、植物修复和微生物修复等,在硒污染水体的治理中也显示出良好的应用前景。例如,一些植物如苜蓿、芦苇等具有较强的硒耐受性和积累能力,可以通过种植这些植物来吸收和去除水体中的硒。

实际上结合多种治理策略,形成综合治理方案, 可以更有效地去除水体中的硒,保护水环境安全。

而硒污染大气的控制,首先需要明确并且有效控制硒污染的主要来源,如工业排放、农业活动以及自然因素等,实现源头减排。此外,农业活动中合理使用硒肥,避免过量施用,也能有效减少硒进入大气环境的可能。

而大气中的硒污染还可以通过物理、化学和生物等多种方法进行治理。在实际应用中,多种控制方法往往需要结合使用,以达到最佳效果。例如,在工业区周边种植具有硒吸收能力的植物,不仅可以减少硒进入大气的量,还能通过植物的代谢活动将硒转化为无害物质。

加强我们每个人对硒污染的认识和意识,提高环保参与度,更是控制硒污染的重要手段之一。

四、“硒”望之星——硒的环境保护作用

不过不要以为硒就只有毒性,必须除之而后快。硒在环境保护方面可以起到极为重要的作用。近年来,随着环境污染问题的日益严重,生态修复工程成为了环境保护的重要领域之一。硒作为一种具有特殊生物活性的微量元素,在生态修复工程中展现出了其独特的优势。例如,在重金属污染土壤的修复中,硒可以通过与重金属离子形成稳定的络合物,降低重金属的生物毒性,促进土壤微生物的活性,从而加速土壤生态系统的恢复。硒与重金属如铅、镉等存在拮抗作用,能够减少这些重金属在植物体内的积累,从而保障农产品的安全。据研究,在硒添加量为0.5mg/kg的土壤中,重金属铅的生物有效性降低了约30%,土壤微生物数量增加了约20%。

在一些地区,农民通过向土壤中施加含硒肥料,不仅提高了作物的产量和品质,还改善了土壤环境,减少了化肥和农药的使用量。这种绿色农业的发展模式,不仅有利于农业可持续发展,还有助于保护生态环境和人体健康。此外,硒还能促进植物的生长和抗逆性,提高植物对污染物的吸收和转化能力。在生态修复工程中,通过种植富硒植物,不仅可以有效吸收土壤中的污染物,还能提高土壤肥力和生物多样性。例如,在硒污染地区的生态修复项目中,种植了富硒的紫花苜蓿,经过几年的修复,土壤中的硒含量显著降低,同时紫花苜蓿的产量和品质也得到了提升。

通过科学合理地利用硒资源,我们可以实现农业发展与环境保护的双赢,为子孙后代留下更加美好的家园。

五、物以“硒”为贵——硒资源的可持续利用

硒作为一种重要的微量元素,在全球范围内的分布与储量评估对于其可持续利用与管理至关重要。以中国为例,作为全球硒资源储量丰富的国家之一,其硒资源主要分布在湖北、四川、贵州等省份。这些地区的硒矿床类型多样,包括硒化物型、硒酸盐型以及硒的共生矿等。其中,湖北恩施地区以其独特的硒矿床和丰富的硒资源储量,被誉为“世界硒都”,成为全球硒产业发展的重要基地。

除了中国,世界上还有许多其他国家也拥有丰富的硒资源。例如,美国、加拿大、澳大利亚等国的硒资源储量也相当可观。这些国家通过地质勘探和科学研究,不断发现新的硒矿床,为硒资源的可持续利用提供了有力保障。

在硒资源的利用方面,应积极探索多元化的利用途径,提高硒资源的附加值。硒在农业、工业、医药等领域具有广泛的应用前景。通过技术创新和工艺改进,提高硒资源的回收利用率,减少资源浪费。例如,在硒冶炼过程中,采用先进的冶炼技术和设备,提高硒的回收率;在硒产品的生产过程中,采用环保材料和工艺,减少污染物的排放。

在硒资源的开采与利用过程中,实施循环经济模式可以显著提高资源利用效率。绿色利用模式则强调在硒资源的利用过程中,注重环境保护和生态平衡。据研究数据显示,通过实施循环经济与绿色利用模式,硒资源的利用效率可以显著提高,同时减少环境污染和生态破坏。例如,某地区在硒的开采和加工过程中,采用循环经济模式,将废渣进行回收再利用,不仅减少了环境污染,还降低了生产成本,提高了经济效益。此外,在硒的农业应用中,通过科学施肥和合理管理,提高了硒在作物中的含量和利用率,同时减少了化肥和农药的使用量,保护了生态环境。

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