陳錦平，劉永賢*，潘麗萍，吳天生，楊 彬，邢 穎，廖 青，梁潘霞，江澤普

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潯郁平原不同作物的硒富集特征及其影響因素①

陳錦平1，劉永賢1*，潘麗萍1，吳天生2，楊 彬3，邢 穎1，廖 青1，梁潘霞1，江澤普1

(1 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/廣西富硒農(nóng)業(yè)研究中心，南寧 530007；2 廣西地質(zhì)調(diào)查院，南寧 530023； 3 廣西貴港市富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，廣西貴港 537100)

作物中的硒含量是影響食物鏈硒水平的關(guān)鍵因素。以潯郁平原土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)項(xiàng)目中的農(nóng)作物調(diào)查結(jié)果和多年定位試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，探究不同作物對(duì)土壤硒的富集特征及其影響因素。結(jié)果表明：潯郁平原的覃塘、港南、桂平市和平南縣等4個(gè)縣(市、區(qū))的水稻富硒率均高于86%?；ㄉ?、黃豆、玉米和水稻的天然富硒率最高，富硒率依次為100%、100%、100% 和89%。水稻根、莖、籽粒的生物富集系數(shù)依次下降，分別為 0.663、0.130和0.108，水稻籽粒的生物富集系數(shù)遠(yuǎn)高于龍眼、荔枝和甘蔗。根系土與水稻籽粒硒含量的相關(guān)系數(shù)為0.660，遠(yuǎn)高于龍眼和荔枝。港南區(qū)作物硒與土壤pH相關(guān)系數(shù)為0.342，在堿性土壤中甘蔗莖的硒含量(0.012 1 mg/kg)最高，在酸性土壤中水稻的硒含量(0.065 3 mg/kg)最高。本研究中，以種子為可食部分的作物其天然富硒率較高，土壤硒含量和土壤酸堿性對(duì)水稻籽粒硒含量影響較大。

潯郁平原；作物；硒富集特征；pH

硒是動(dòng)物和人體的一種必需營養(yǎng)元素[1]，與人體健康息息相關(guān)，缺硒不僅導(dǎo)致免疫功能下降，還會(huì)引發(fā)疾病，有“生命的火種”、“心臟的守護(hù)神”和“抗癌之王”等美譽(yù)[2]。在世界范圍內(nèi)土壤硒缺乏極為普遍，有2/3的地區(qū)缺硒，硒攝入不足嚴(yán)重威脅著人類健康的發(fā)展，近10億人受此影響[3]。植物中的硒含量是影響食物鏈硒水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，人和動(dòng)物體內(nèi)獲得硒的來源都是直接或間接從植物中攝取，因此食用富硒農(nóng)作物是缺硒人群最主要的補(bǔ)硒方法。

充分利用富硒地區(qū)的富硒土壤資源開展天然富硒農(nóng)作物的生產(chǎn)研究，以滿足缺硒地區(qū)人們對(duì)膳食補(bǔ)硒的需要，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。潯郁平原是潯江平原與郁江平原的合稱，位于廣西中南部，是我國為數(shù)不多的優(yōu)質(zhì)天然富硒區(qū)之一，擁有全國最大連片的平坦優(yōu)質(zhì)自然富硒土壤資源，具有得天獨(dú)厚的土壤資源與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在生產(chǎn)富硒農(nóng)產(chǎn)品上極具優(yōu)勢[4]。從2014年開始到2015年底該平原區(qū)域內(nèi)就有21家龍頭企業(yè)帶頭創(chuàng)建了1 266.7 hm2的富硒產(chǎn)業(yè)示范基地，并形成富硒十大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)[5]。但該平原生產(chǎn)的作物天然富硒情況尚未開展較為全面的調(diào)查，影響該平原作物硒吸收的關(guān)鍵因素也缺乏深入探討。為了進(jìn)一步探究該富硒地區(qū)在生產(chǎn)天然富硒農(nóng)產(chǎn)品上的潛力，以潯郁平原“土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)”項(xiàng)目中的農(nóng)作物地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)與多年的定位試驗(yàn)調(diào)查研究數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)，總結(jié)分析不同農(nóng)作物對(duì)土壤硒的富集特征，兼以討論土壤硒在農(nóng)作物上的遷移特征及其影響因素，為該區(qū)科學(xué)合理開發(fā)天然富硒農(nóng)產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)(潯郁平原)位于廣西中南部(22°30′~ 23°21′N，109°03′~ 110°03′E)，包括貴港市港南區(qū)、覃塘區(qū)、平南縣及桂平市4個(gè)縣(市、區(qū))。該區(qū)土壤肥沃，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，是廣西重要的商品糧、糖、果、茶、菜和禽畜、水產(chǎn)生產(chǎn)基地，盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大米、白砂糖、荔枝、龍眼等特色農(nóng)產(chǎn)品，素有廣西“魚米之鄉(xiāng)”、“中國糖城”的美譽(yù)。年均氣溫21.5 ℃，年均降雨量1 600 mm。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)樣品來源于廣西《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)》項(xiàng)目成果中的農(nóng)作物調(diào)查結(jié)果和多年定位試驗(yàn)結(jié)果，涵蓋貴港市港南區(qū)、覃塘區(qū)、平南縣及桂平市的研究成果。土壤樣品以梅花形多點(diǎn)采樣法采樣，垂直采集地表至20 cm深處的土柱，保證上下采集均勻，去除草根、礫石、磚塊等雜物，混勻并用四分法取約2 kg土樣。采集的農(nóng)作物有水稻、花生、黃豆、玉米、甘蔗、蓮藕、蔬菜、荔枝、淮山、木薯和龍眼等共11種。采用原子熒光法測定樣品硒含量，pH計(jì)電極法測定土壤pH。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及作圖均采用Microsoft Excel 2013軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 主要作物的富硒特征

一般來說，植物中的無機(jī)化學(xué)組分都是從土壤中得到的，盡管硒元素尚未確定是否是植物的必需元素，但植物只要種植在含硒土壤中都會(huì)或多或少地吸收一些土壤中的硒。植物對(duì)硒的吸收程度取決于植物的種類，根據(jù)植物對(duì)硒的吸收能力大小可以將植物分為3種類型，即累積植物(指示植物)、中度含硒植物與低度含硒植物[6]。一般累積硒植物對(duì)硒的吸收和耐受能力都很強(qiáng)，而大部分栽培作物吸收累積硒的能力都較差，南京市某設(shè)施蔬菜種植基地蔬菜硒含量范圍為26.4 ~ 64.2 μg/kg[7]。除植物因素外，土壤中的硒含量也是影響植物對(duì)土壤硒吸收轉(zhuǎn)化最重要的因素之一[8-9]。潯郁平原具有豐富的優(yōu)質(zhì)富硒土壤資源，作物天然富硒的可能性也因此較大。以國家《富硒稻谷》(GB/T22499—2008)規(guī)定的水稻硒含量0.04 ~ 0.30 mg/kg為富硒標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該平原內(nèi)的覃塘區(qū)、港南區(qū)、桂平市和平南縣等4個(gè)縣(市、區(qū))的水稻天然富硒率極高且差別不大，均在86%以上，覃塘區(qū)、桂平市的水稻富硒率都超過90%(圖1)。在港南區(qū)的75件水稻樣品中，硒含量范圍在0.037 ~ 0.340 mg/kg，硒平均含量達(dá)到0.064 mg/kg，可見這些水稻樣品中即使硒含量最低的樣品其硒含量也極為接近富硒標(biāo)準(zhǔn)(0.04 mg/kg)，潯郁平原生產(chǎn)天然富硒水稻的優(yōu)勢非常明顯。

綜合覃塘、桂平、港南和平南4個(gè)縣(市、區(qū))的作物數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，除水稻外，花生、黃豆和玉米的富硒率也極高，均達(dá)到了100%，甘蔗、蓮藕、蔬菜、荔枝、淮山、木薯和龍眼的富硒率依次降低，其中淮山、木薯和龍眼的富硒率都低于10%(圖2)(以安康市《富硒食品硒含量分類標(biāo)準(zhǔn)》(DB6124.01—2010)劃分)。在港南區(qū)的110件甘蔗樣品中，硒含量范圍為0.003 ~ 0.041 mg/kg，平均硒含量0.011 mg/kg?？梢娂词股L在相同的富硒土壤環(huán)境中，作物間的天然富硒水平仍然存在較大差異，對(duì)潯郁平原來說，糧食作物中以籽粒為食用部分的作物類型(花生、黃豆、玉米和水稻)其天然富硒率最高?？赡苁且?yàn)檫@些可食用的籽粒同時(shí)也是該作物的種子，因此籽粒是這些作物最重要的營養(yǎng)儲(chǔ)存器官，在成熟時(shí)其他器官中大部分可溶性硒化物被轉(zhuǎn)移到籽粒中[10]。大體來看，糧食作物中籽?；蚍N子的含硒量大于莖稈[11]。

圖1 潯郁平原不同區(qū)縣的水稻富硒率

圖2 不同作物的富硒率

2.2 不同作物的硒富集能力

生物富集系數(shù)是反映植物對(duì)元素富集程度的高低或富集能力強(qiáng)弱的一項(xiàng)重要指標(biāo)，不同物種或者同一植株的不同部位積累某一元素的能力不同，其生物富集系數(shù)差異也較大，生物富集系數(shù)越大，表明該作物對(duì)元素吸收的能力越強(qiáng)。計(jì)算方法為：作物對(duì)硒的生物富集系數(shù)(BCF)=根或地上器官硒含量(mg/kg)/土壤硒含量(mg/kg)[12]。

對(duì)平南縣采集的70個(gè)水稻樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，水稻根系土硒含量為0.546 mg/kg，水稻根、莖、籽粒的生物富集系數(shù)依次下降，根部富集系數(shù)高達(dá)0.663，但莖和籽粒的只有0.130和0.108(圖3)?？梢娝緩母低恋礁?、莖、籽粒的硒含量是一個(gè)遞減的過程，而且從根到莖的減少幅度最大，說明水稻從土里吸收的硒元素有很大一部分積累在了根部，限制了絕大部分硒往地上器官的轉(zhuǎn)移。姜超強(qiáng)等[12]和鐘松臻等[13]的研究也發(fā)現(xiàn)，水稻根系、莖葉和籽粒中的硒含量也呈現(xiàn)根系＞莖葉＞籽粒的特點(diǎn)，這與張城銘等[14]的研究結(jié)果一致。籽粒硒含量較低可能是水稻的一種保護(hù)機(jī)制，植株為了防止地上部分重要的生理器官受到過量硒的損害而減少轉(zhuǎn)運(yùn)，也可能與水稻植株對(duì)不同土壤形態(tài)硒的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制有所差異有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，植物根部吸收硒酸鹽后可以將大部分硒酸鹽轉(zhuǎn)移到地上部分[15]。而對(duì)于亞硒酸鹽態(tài)硒則不然，植物根部吸收的亞硒酸鹽極易轉(zhuǎn)化成有機(jī)態(tài)硒。Huang等[15]對(duì)小麥進(jìn)行3 d的亞硒酸鹽處理后其有機(jī)硒含量即接近于總硒的90%，而這些生成的有機(jī)硒大部分可以直接積累在根部，因此不容易轉(zhuǎn)移到地上部分[16-17]。水稻土由于長期處于滯水狀態(tài)，因此其還原性較強(qiáng)，土壤硒主要以亞硒酸鹽的形式存在，吸收的亞硒酸鹽大部分在根部即轉(zhuǎn)化成有機(jī)硒進(jìn)行積累，所以造成地上部分的硒生物富集系數(shù)偏低。

圖3 水稻不同部位的硒富集系數(shù)

只從食用部分來看，與平南縣的龍眼、荔枝以及港南區(qū)的甘蔗的生物富集系數(shù)相比，水稻的生物富集系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他作物 (圖4)。這也可以看出水稻對(duì)土壤硒的富集能力要高于龍眼、荔枝和甘蔗。

2.3 影響作物硒含量的因素

2.3.1 土壤硒含量 植物吸收的硒主要來源于土壤，因此土壤硒含量、土壤質(zhì)地、pH、土壤水分含量、土壤鹽度和土壤氧化還原電位等都與植物對(duì)土壤硒的吸收轉(zhuǎn)化過程密切相關(guān)[18]。盡管植物能夠吸收利用的只是土壤中的有效硒，但土壤有效硒含量水平與土壤全硒含量仍具有顯著相關(guān)關(guān)系[19]。因此，土壤全硒對(duì)作物硒含量具有重要的影響作用，但根據(jù)作物的不同也有所差異。

圖4 不同作物的硒富集系數(shù)

對(duì)平南縣主要農(nóng)作物食用部位及其根系土中Se含量的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，水稻、龍眼和荔枝的根系土硒含量依次為0.546、0.430和0.818 mg/kg，水稻籽粒硒含量與土壤硒的相關(guān)系數(shù)為0.660，遠(yuǎn)高于龍眼和荔枝(表1)?？梢姼低林械奈繉?duì)水稻籽粒硒含量具有重要的決定性作用，想要提高水稻籽粒硒含量，增加土壤的硒是一個(gè)行之有效的方法，對(duì)龍眼和荔枝則效果較差。耿建梅等[20]研究兩個(gè)水稻品種對(duì)土壤硒的吸收也發(fā)現(xiàn)，高硒土壤的水稻硒累積量、糙米和精米的硒含量與有機(jī)硒含量都顯著高于低硒土壤。

表1 作物硒含量與土壤硒含量的相關(guān)系數(shù)

2.3.2 土壤酸堿性 土壤理化性質(zhì)通過影響土壤硒形態(tài)而間接影響植物對(duì)土壤硒的吸收轉(zhuǎn)化。其中土壤酸堿性在很大程度上決定了硒在土壤的存在形態(tài)，并由此影響硒的有效性，在堿性和氧化條件下，硒酸鹽是土壤硒的主要形態(tài)[21]。很多研究表明，硒酸鹽的生物有效性要高于亞硒酸鹽，因此植物對(duì)硒酸鹽的吸收速率大于亞硒酸鹽[22-24]。本研究對(duì)港南區(qū)采集的110件甘蔗莖樣品及其土壤酸堿性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，甘蔗莖硒含量在堿性土壤中較高，其硒含量均值最大，達(dá)到0.012 1 mg/kg(表2)。這可能是因?yàn)閴A性土壤中的硒主要以硒酸鹽態(tài)存在，因此更有利于甘蔗的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)。

表2 不同酸堿性土壤的作物硒含量

然而，與同在港南區(qū)采集的甘蔗相比，水稻籽粒(75件)的硒含量則在酸性土壤中較高，酸性土壤中水稻硒含量均值達(dá)到0.065 3 mg/kg，堿性土壤則為0.061 3 mg/kg(表2)。

由此可見，土壤酸堿性對(duì)不同作物硒吸收的影響存在較大差異，對(duì)甘蔗和水稻的影響作用相反。這可能與兩者生長環(huán)境的水分條件存在較大差異有關(guān)，甘蔗是在旱地生長，水稻生長環(huán)境為滯水水田，水淹或滯水土壤其還原性也較強(qiáng)[25]。土壤水分通過影響土壤氧化還原條件又能間接影響土壤硒形態(tài)。在土壤水淹條件下，水稻土中存在Se6+/Se4+的還原體系，因此水稻土和旱地土壤的硒形態(tài)會(huì)存在較大的差別，水稻土以亞硒酸鹽態(tài)硒為主[26]。基于作物對(duì)自己長期生長環(huán)境的一種適應(yīng)，研究表明旱地作物和水生植物對(duì)硒酸鹽和亞硒酸鹽的吸收轉(zhuǎn)移規(guī)律不同[27-28]。通常情況下旱地植物對(duì)硒酸鹽的吸收能力要高于亞硒酸鹽，而水生植物對(duì)亞硒酸鹽的吸收速率則更快[24]。不僅如此，還有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在不同pH環(huán)境下，亞硒酸鹽會(huì)以不同的形式存在，且水稻對(duì)不同形式的亞硒酸鹽具有不同的吸收機(jī)制，整體來看，水稻根系對(duì)硒的吸收能力在不同pH條件下的大小順序?yàn)閜H 3.0 > pH 5.0 > pH 8.0[29]?？偟膩碚f，不管是旱地作物還是水生作物，土壤酸堿性對(duì)作物的硒含量都具有重要影響。

進(jìn)一步對(duì)港南區(qū)采集的225件農(nóng)作物硒含量與土壤pH的關(guān)系進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，農(nóng)作物硒含量與土壤pH的相關(guān)系數(shù)為0.342(數(shù)據(jù)未列出)。綜上，土壤pH在作物對(duì)土壤硒的吸收上扮演著重要角色，但影響作用因物種而異，尤其對(duì)生長環(huán)境差異較大的不同物種來說，土壤酸堿性的影響作用有可能是相反的。

3 結(jié)論

潯郁平原的水稻天然富硒率極高，覃塘、港南、桂平和平南4個(gè)縣(市、區(qū))的水稻富硒率均在86% 以上。以種子為食用部分的作物其天然富硒率最高，花生、黃豆、玉米和水稻的富硒率依次為100%、100%、100% 和89%。水稻根、莖、籽粒的生物富集系數(shù)依次下降，依次為 0.663，0.130和0.108。

水稻籽粒與根系土硒含量的相關(guān)系數(shù)為0.660，遠(yuǎn)高于龍眼和荔枝，根系土中的硒含量對(duì)水稻硒含量具有重要的決定性作用。土壤pH對(duì)農(nóng)作物硒含量的影響較大，作物硒與土壤pH相關(guān)系數(shù)為0.342。土壤酸堿性對(duì)甘蔗和水稻的影響作用相反，在堿性土壤中甘蔗莖的硒含量(0.012 1 mg/kg)最高，在酸性土壤中水稻的硒含量(0.065 3 mg/kg)最高。

綜上，潯郁平原極適宜生產(chǎn)天然的富硒花生、富硒黃豆、富硒玉米和富硒水稻，以種子為食用部位的作物可重點(diǎn)研發(fā)；土壤硒含量和土壤酸堿性對(duì)水稻籽粒硒含量影響較大。

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[29] 張聯(lián)合, 李友軍, 苗艷芳, 等. pH 對(duì)水稻離體根系吸收亞硒酸鹽生理機(jī)制的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2010(3): 523–528

Selenium Accumulation Characteristics and Influential Factors of Different Crops in Xunyu Plain

CHEN Jinping1, LIU Yongxian1*, PAN Liping1, WU Tiansheng2, YANG Bin3, XING Ying1, LIAO Qing1, LIANG Panxia1, JIANG Zepu1

(1 Agricultural Resources and Environment Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Selenium Enriched Agriculture Research Center of Guangxi, Nanning 530007, China; 2 Geological Survey Institute of Guangxi, Nanning 530023, China; 3 Leading Group Office for Se-enriched Agricultural Products R&D, Guigang, Guangxi 537100, China)

Selenium (Se) content in crop is one key factor affecting Se level in food chains. Based on the results of geochemical survey of soil environmental quality regarding crops and long-term positioning observation in Xunyu plain, Se accumulation characteristics of crops and influential factors were studied. Results showed that more than 86% of the rice were rich in Se in Qingtang, Gangnan, Guiping and Pingnan. In the studied area, the proportions of Se-rich peanut, soybean, corn and rice were 100%, 100%, 100% and 89%, respectively. Se bioconcentration factors of the root, stem, and grain of rice were 0.663, 0.130 and 0.108, respectively. Se bioconcentration factor of rice grain was much higher than those of longan, litchi and sugarcane. The correlation coefficient between Se contents in the rice grain and rice rhizosphere soil was 0.660, higher than those of longan and litchi. The correlation coefficient between Se contents in crops and soil pH was 0.342 in Gangnan.Se content in sugarcane stem (0.012 1 mg/kg) was higher in the alkaline soils than in other crops, whereas in the acid soils Se content in ricegrain (0.065 3 mg/kg)was the highest among all the crops.These results indicated thatthe crops with seeds as edible part are generally rich in Se in the Xunyu plain, and Se content in rice is largely affected by soil Se content and pH.

Xunyu plain; Crop; Selenium accumulation characteristic; pH value

廣西科技重大專項(xiàng)(桂科AA17202026)、廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科AB16380207)、廣西農(nóng)業(yè)重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目(201604)、廣西富硒特色作物試驗(yàn)站項(xiàng)目(桂TS2016011)、廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(桂農(nóng)科2017YZ03)和廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技發(fā)展基金項(xiàng)目(2017JM07)資助。

(liuyx27@163.com)

陳錦平(1989—)，男，廣西岑溪人，碩士，主要研究方向?yàn)槲⒘吭嘏c植物生理。E-mail: 447355175@qq.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.06.015

S184；S314

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