曲 航，尼瑪扎西，韋澤秀，卓 瑪，孫文濤，高 雪，陜 紅，梅旭榮

(1.西藏農(nóng)牧科學(xué)院，西藏拉薩 850000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，北京 100081；3.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110161)

土壤中硒元素的豐缺往往決定了動(dòng)物和人體的硒攝入水平，從而直接關(guān)系到動(dòng)物和人體健康。中國(guó)是缺硒大國(guó)，存在一條由東北三省經(jīng)川滇地區(qū)再到西南青藏高原的缺硒帶，而西藏正是缺硒帶上最為嚴(yán)重的地區(qū)[1]。張曉平等[2]的研究顯示，西藏土壤全硒含量平均值為0.150 mg·kg-1，而中國(guó)表層土壤全硒含量背景值為0.29 mg·kg-1。十一五和十二五期間，尼瑪扎西等[3]完成了《中國(guó)西藏自治區(qū)家畜礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況調(diào)查》，王小丹等[4]完成了《西藏高原土壤質(zhì)量變化及其維持理論與技術(shù)》，多 吉等在研項(xiàng)目《西藏自治區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查》以及楊林生完成的國(guó)家自然基金項(xiàng)目《西藏大骨節(jié)病持續(xù)活躍的地理生態(tài)系統(tǒng)機(jī)理研究》等研究，從土壤、水、作物、飼料、牲畜血液等方面評(píng)估后，明確指出西藏生態(tài)系統(tǒng)仍然處于普遍缺硒狀況，而土壤缺硒則是根本原因。西藏居民通過食用青稞、肉、奶和蔬菜等食物，每人每天硒攝入量遠(yuǎn)低于推薦標(biāo)準(zhǔn)[5]。

西藏缺硒土壤主要分布在雅魯藏布江以北地區(qū)，大骨節(jié)病高發(fā)區(qū)也在這一區(qū)域，但雅魯藏布江以南有土壤全硒含量較高且面積較大區(qū)域[2]。王小丹等[4]指出，西藏有3個(gè)典型富硒區(qū)域(土壤全硒含量在0.3 mg·kg-1以上)：(1)山南富硒區(qū)-山南市大部分區(qū)域；(2)年楚河富硒區(qū)-日喀則市的亞東、崗巴、康馬、江孜、浪卡子一線；(3)阿里西部富硒區(qū)-阿里地區(qū)的日土、札達(dá)以西的區(qū)域。通常，土壤全硒背景值高，作物硒含量也高。在中國(guó)的硒都恩施，土壤全硒含量高達(dá)3.45～ 7.68 mg·kg-1，玉米籽粒硒含量也高達(dá) 0.37～ 33.47 mg·kg-1[6]。然而，也有研究表明，作物對(duì)硒吸收利用程度的決定因素是土壤有效硒含量，而非土壤全硒含量[7]。青稞是西藏居民的主要糧食作物。目前，關(guān)于西藏土壤有效硒含量的報(bào)道有限，西藏青稞產(chǎn)區(qū)土壤全硒含量較高的土壤是否可生產(chǎn)出硒含量高的青稞籽粒，是否可達(dá)到富硒農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此尚缺少有力證明。本研究擬通過采集西藏主要青稞產(chǎn)區(qū)土壤和青稞籽粒，測(cè)定和評(píng)價(jià)土壤全硒含量、有效硒含量以及青稞籽粒硒含量，以明確西藏青稞主產(chǎn)區(qū)土壤和青稞籽粒硒含量的區(qū)域變化及土壤硒含量與籽粒硒含量之間的相關(guān)性，為西藏優(yōu)質(zhì)青稞生產(chǎn)和育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域基本情況

西藏青稞主要種植在雅魯藏布江和三江流域，包括昌都市、林芝市、拉薩市、日喀則市、山南市阿里地區(qū)的部分地區(qū)。本研究在以上青稞主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行采樣(圖1)，這些區(qū)域是典型的高原氣候類型，采樣點(diǎn)海拔范圍在2 950～5 012 m。根據(jù)1971-2000年氣象數(shù)據(jù)[8]，該區(qū)域年平均降雨量最少為阿里扎達(dá)縣134 mm，最多是林芝的米林縣，達(dá)708 mm。全年中60%～90%的降水發(fā)生在6月到9月。日照時(shí)數(shù)范圍在1 710 h～3 300 h，最低為林芝米林縣，最高為阿里扎達(dá)縣。在林芝市，青稞通常在3月中旬播種，7月下旬收獲，生長(zhǎng)季平均氣溫為14.3 ℃；拉薩市、山南市和昌都市，通常在4月中下旬播種，8月中上旬收獲，生長(zhǎng)季平均氣溫為14.5～14.6 ℃；日喀則市，在5月上旬播種，8月下旬收獲，生長(zhǎng)季平均氣溫為15.0 ℃；阿里地區(qū)在四月下旬播種，在8月下旬收獲，生長(zhǎng)季平均氣溫不足10.0 ℃。青稞栽培區(qū)域施肥方式為，播種前基施氮肥115±44 kg N·hm-2和磷肥78±39 kg P2O5·hm-2，肥料種類為尿素和磷酸二胺，在分蘗期追施尿素7±4 kg N·hm-2，青稞農(nóng)田基本不施用鉀肥。

圖1 西藏青稞產(chǎn)區(qū)青稞籽粒和土壤采樣點(diǎn)Fig.1 Sampling sites for grains and soils in major hulless barley production areas of Tibet

1.2 樣品采集與測(cè)定

2015年，在西藏青稞主產(chǎn)區(qū)，按照縣級(jí)尺度調(diào)查，在收獲期統(tǒng)一采集了80個(gè)農(nóng)田地塊的土壤樣品，并在其中收獲到67個(gè)青稞樣品，青稞品種主要為藏青2000和藏青320。在各采樣點(diǎn)收獲青稞樣品，裝入網(wǎng)袋后，采用5點(diǎn)采樣法用土鉆采集0～20 cm土層樣品，并混成一個(gè)土壤樣品。隨后，青稞和土壤樣品均帶回到西藏農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，進(jìn)行樣品前處理。

土壤樣品風(fēng)干后，全部過2 mm篩，取部分過篩樣品，機(jī)器研磨后過0.149 mm篩子備用。青稞樣品全部脫粒后，用去離子水清洗2遍，60 ℃烘干至恒重。取20 g青稞籽粒樣品用球磨儀粉碎后(MM400)備用。籽粒樣品用HNO3和HClO4消解，方法依據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中硒的測(cè)定方法進(jìn)行(GB 5009.5-2010)。土壤全硒用HNO3、HCl和H2O消解，土壤有效硒用KH2PO4浸提，參照瞿建國(guó)等[9]的方法進(jìn)行。硒含量均采用原子熒光光度計(jì)測(cè)定(AFS-9120，北京吉天)，加入空白、小麥標(biāo)準(zhǔn)物(GBW10046)和黃棕壤標(biāo)準(zhǔn)物(GBW07403)標(biāo)樣進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.3 土壤和青稞硒含量劃分標(biāo)準(zhǔn)

土壤硒含量分類標(biāo)準(zhǔn)按照譚建安等[1]建議，定義為3個(gè)等級(jí)：缺硒土壤(≤0.14 mg·kg-1)、適量硒土壤(0.14 mg·kg-1<土壤全硒含量≤0.3 mg·kg-1)和富硒土壤(>0.3 mg·kg-1)。根據(jù)譚建安等[10]建議將作物籽粒硒含量定義為5個(gè)等級(jí)：硒缺乏(<0.025 mg·kg-1)、臨界 (0.025 mg·kg-1≤籽粒硒含量<0.04 mg·kg-1)、適量 (0.04 mg·kg-1≤籽粒硒含量<0.07 mg·kg-1)、富硒(0.07 mg·kg-1≤籽粒硒含量<1.0 mg·kg-1)和過量(≥1.0 mg·kg-1)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用SASS 9.2和Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖。硒活化率是土壤有效硒含量占土壤全硒含量的百分比。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤和青稞硒含量

在西藏青稞產(chǎn)區(qū)的80個(gè)農(nóng)田土壤樣品中，土壤全硒含量范圍為0.026～0.432 mg·kg-1，變異系數(shù)為62%，平均為0.180 mg·kg-1，中位數(shù)為0.143 mg·kg-1(圖2a)。土壤有效硒含量范圍為0.001～0.059 mg·kg-1，平均為0.013 mg·kg-1(圖2b)。籽粒硒含量范圍在0～0.098 mg·kg-1，平均值和中位數(shù)分別為0.011 mg·kg-1和0.005 mg·kg-1，變異系數(shù)為151%，其中70%青稞籽粒硒含量不足 0.01 mg·kg-1(圖2c)。

圖2 西藏青稞主產(chǎn)區(qū)土壤全硒含量(a)、土壤有效硒含量(b)和青稞籽粒硒含量(c)分布Fig.2 Distribution of soil total Se content(a),soil available Se content(b) and grain Se content(c) in major hulless barley production areas of Tibet

在西藏青稞主產(chǎn)區(qū)土壤樣品中，49%屬于缺硒土壤，土壤全硒含量平均值為0.087 mg·kg-1，不足0.1 mg·kg-1。33%屬于適量硒土壤，土壤全硒含量平均值0.207 mg·kg-1。18%屬于富硒土壤，土壤全硒含量平均值為 0.371 mg·kg-1(表1)，缺硒和適量硒土壤主要分布在雅魯藏布江以北區(qū)域，而富硒土壤主要分布在山南市的乃東、瓊結(jié)和浪卡子縣，日喀則市的江孜、薩迦、定日、吉隆、崗巴和康馬縣，以及阿里地區(qū)的扎達(dá)和日土縣。

西藏青稞缺硒、適量硒和富硒土壤中有效硒含量的平均值分別為0.007、0.014和0.024 mg·kg-1。90%的青稞籽粒硒含量處于硒缺乏水平(<0.025 mg·kg-1)，而富硒土壤區(qū)域籽粒硒含量平均值為0.031 mg·kg-1(表1)，青稞籽粒硒含量最高值出現(xiàn)在瓊結(jié)、康馬和崗巴縣，籽粒硒含量達(dá) 0.057～0.098 mg·kg-1。

表1 不同類型土壤全硒、有效硒和青稞籽粒硒含量Table 1 Total Se,soil available Se and grain Se content in different soil types from Tibet

2.2 土壤和青稞硒含量相關(guān)性

80個(gè)青稞樣地的土壤全硒含量和土壤有效硒含量呈極顯著正相關(guān)(r=0.758，P<0.001)，土壤全硒含量每增加0.1mg·kg-1，土壤有效硒含量增加0.006 1 mg·kg-1(圖3a)。土壤全硒含量與青稞籽粒硒含量呈極顯著正相關(guān)(r= 0.616，P<0.001)，土壤全硒含量每增加0.1 mg·kg-1，青稞籽粒硒含量增加0.009 1 mg·kg-1。土壤有效硒含量與青稞籽粒硒含量亦呈極顯著的正相關(guān)(r=0.689，P<0.001)，土壤有效硒含量每增加0.01 mg·kg-1，青稞籽粒硒含量增加0.014 4 mg·kg-1(圖3b和圖3c)。

***表示P<0.001。***:P<0.001.圖3 西藏青稞主產(chǎn)區(qū)土壤全硒含量、有效硒含量和籽粒硒含量間的相關(guān)關(guān)系Fig.3 Relationship between soil total Se content and soil available Se content(a),between soil total Se content and grain Se content(b),and between soil available Se content and grain Se content(c) in major hulless barley production areas of Tibet

3 討 論

3.1 西藏土壤和青稞硒含量分布特點(diǎn)

本調(diào)查結(jié)果顯示，西藏青稞主產(chǎn)區(qū)土壤全硒含量平均為0.180 mg·kg-1，最低值出現(xiàn)在昌都八宿縣，為0.026 mg·kg-1，最高值出現(xiàn)在阿里日土縣，為0.432 mg·kg-1。此結(jié)果與前人的研究結(jié)果基本一致[2，11]；Li等[11]對(duì)藏東南的22個(gè)農(nóng)田土壤調(diào)查顯示，土壤全硒含量在0.04～0.59 mg·kg-1之間。在土壤全硒含量分布上，雅魯藏布江以南高于雅魯藏布江以北地區(qū)，缺硒土壤主要集中在雅魯藏布江以北，部分研究已證明該區(qū)域的土壤缺硒嚴(yán)重，土壤全硒含量不足0.1 mg·kg-1[1，3]。富硒土壤區(qū)主要在雅魯藏布江以南，這一結(jié)果與前期調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的三個(gè)典型的富硒區(qū)域相吻合，特別是山南和年楚河流域富硒區(qū)[4]，這種硒分布呈地帶性很可能是歐亞和印度板塊碰撞后使得北岸和南岸成土母質(zhì)不同造成的[10，12]。相應(yīng)地雅魯藏布江流域大骨節(jié)病病區(qū)主要分布于北岸，而南岸基本未發(fā)現(xiàn)病區(qū)[13]。

本研究中，西藏青稞主產(chǎn)區(qū)土壤有效硒含量在0.001～0.059 mg·kg-1，活化率為2.1%～17.1%，這與前人在江西[14]、河北[15]和新疆[16]取得的結(jié)果大致相同，以上研究中，活化率分別為1.5%～ 27.9%、2.0%～17.2%、2.61%～ 14.21%。在同屬于缺硒帶的黑龍江，土壤可溶態(tài)和可交換態(tài)硒兩種形態(tài)占土壤全硒含量的百分比分別為0.7%～7.2%和0.8%～9.4%[17]，該研究利用瞿建國(guó)等[9]的土壤硒形態(tài)連續(xù)分級(jí)提取方法，且可溶態(tài)+可交換態(tài)硒與磷酸二氫鉀提取的土壤有效硒含量非常接近。

本調(diào)查結(jié)果顯示，青稞籽粒硒含量分布基本與土壤硒分布特點(diǎn)相同，90%的青稞籽粒樣品處于缺硒水平，平均僅為0.011±0.017 mg·kg-1，即使是在適量硒土壤地區(qū)產(chǎn)出的青稞籽粒硒含量也較低。在四川缺硒土壤上，青稞籽粒硒含量同樣不足0.01 mg·kg-1[18]。劉 慧等[19]的研究表明，同處于缺硒帶的黑龍江省的春小麥籽粒硒含量同樣嚴(yán)重缺硒。

3.2 青稞籽粒硒含量與土壤全硒和有效硒含量之間的關(guān)系

本研究結(jié)果顯示，土壤全硒含量和土壤有效硒含量極顯著正相關(guān)。在國(guó)內(nèi)外的研究中有許多相似報(bào)道，在贛南低丘紅壤水稻土上發(fā)現(xiàn)，除亞硒酸鹽外，土壤浸提液中的各形態(tài)硒與土壤全硒或可提取有效硒均具有顯著的正相關(guān)性(n=26)[20]。在河北省麥田土壤的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，土壤有效硒和土壤全硒存在顯著正相關(guān)性(n=106)[15]。這種線性相關(guān)性在馬拉維的玉米農(nóng)田調(diào)查中也有相同發(fā)現(xiàn)(n=195)[7]。在西藏青稞主產(chǎn)區(qū)，土壤全硒和有效硒含量均與青稞籽粒硒累積量顯著相關(guān)，因此在西藏青稞主產(chǎn)區(qū)用土壤全硒和有效硒均可作為衡量青稞富硒潛力有效指標(biāo)。李順江[21]在西藏大骨節(jié)病區(qū)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，土壤全硒與青稞籽粒硒含量顯著相關(guān)，這與本研究結(jié)果相一致。土壤有效硒與作物籽粒硒含量之間的顯著相關(guān)性，已在許多報(bào)道中得到證實(shí)[7]。

硒不是植物所必需的礦質(zhì)元素，因此植物對(duì)于硒的累積調(diào)控能力有限，植物硒含量主要是反映土壤硒水平[22]。盡管可以利用土壤全硒進(jìn)行土壤硒水平的初步評(píng)估，而最終作物吸收和利用的是土壤中的有效硒[7;23]。在西藏缺硒和適量硒地區(qū)，西藏青稞籽粒硒含量<0.01 mg·kg-1，土壤有效硒含量偏低無疑是首要限制因子，這與同在我國(guó)缺硒帶的黑龍江省的土壤調(diào)查結(jié)果相一致[17]；在富硒地區(qū)，瓊結(jié)、康馬和崗巴一帶青稞籽粒硒含量能達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)的原因主要是其較高的土壤有效硒含量(0.017～0.040 mg·kg-1)。值得注意的是，在西藏其他的富硒土壤區(qū)域，土壤有效硒含量為0.012～0.023 mg·kg-1，大多數(shù)青稞籽粒硒含量?jī)H達(dá)到適量硒水平(0.04 mg·kg-1)。相比較而言，馬拉維的3個(gè)農(nóng)田土壤有效硒含量平均值與西藏適量硒土壤相當(dāng)，而小麥籽粒硒含量卻能達(dá)到0.173～0.413 mg·kg-1[7]。這可能因?yàn)橥寥乐形挠行耘c有效硒形態(tài)密切相關(guān)[24]。研究表明，土壤pH和氧化還原電位(Eh)對(duì)土壤有效硒形態(tài)影響最為顯著[25]。馬拉維3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤pH在6.97～8.02，同時(shí)又是土壤Eh較高的旱地農(nóng)田土，使得土壤有效硒以硒酸鹽形式存在[7]。雖然西藏青稞產(chǎn)區(qū)旱地土壤pH在6.78～8.55[26]，但青藏高原海拔高、土壤空氣和土壤溶液中氧含量低，旱地土壤Eh為290 mV[27]，甚至更低，遠(yuǎn)小于中國(guó)一般旱地土壤的Eh值400～700 mV。在西藏土壤Eh-pH影響下土壤有效硒更可能以亞硒酸鹽形態(tài)存在。

3.3 富硒土壤資源利用

西藏富硒青稞主要的生產(chǎn)路徑：(1)在缺硒區(qū)域主要依據(jù)西藏居民的飲食習(xí)慣，采用作物硒生物強(qiáng)化補(bǔ)硒方式；(2)在富硒區(qū)域主要著重富硒土壤資源的合理開發(fā)利用[5]。在富硒區(qū)域應(yīng)探明西藏農(nóng)區(qū)蘊(yùn)含的連片和零散富硒土壤資源，并評(píng)價(jià)零散和連片典型富硒土壤等級(jí)，發(fā)展當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)產(chǎn)品。藏族以糌粑作為主食，比例占總谷物食用量的41%，人均食用青稞276～425 g·d-1[28-29]。以此估算，硒攝入量不足5 μg·d-1。天然富硒青稞能夠健康且有效的提高藏族的硒營(yíng)養(yǎng)健康水平，食用天然富硒青稞后，硒攝入量將提高到 15～38 μg·d-1，加上肉、奶、蔬菜和水果等硒攝入途徑，能夠達(dá)到世界衛(wèi)生組織推薦的日攝入量標(biāo)準(zhǔn)30～40 μg[30]。