1、浔郁平原不同作物的硒富集特征及其影响因素 陈锦平 1，刘永贤 1，潘丽萍 1，吴天生 2，杨彬 3，邢颖 1，廖青 1，梁潘霞 1，江泽普 1（1 广西农业科学院农业资源与环境研究所/广西富硒农业研究中心，广西 南宁 530007；2 广西地质调查院，广西 南宁 530023；3 广西贵港市富硒农产品开发领导小组办公室，广西 贵港 537100）摘 要：作物中的硒含量是影响食物链硒水平的关键因素。以浔郁平原土地质量地球化学评价项目中的农作物调查结果和多年定位试验结果为基础，探究不同作物对土壤硒的富集特征及其影响因素。结果表明：浔郁平原的覃塘、港南、桂平市和平南县等 4 个县（市、区）的水稻富硒
2、率均高于 86%。花生、黄豆、玉米和水稻的天然富硒率最高，富硒率依次为 100%、100%、100%和 89%。水稻根、茎、籽粒的生物富集系数依次下降，分别为 0.663、0.130 和 0.108，水稻籽粒的生物富集系数远高于龙眼、荔枝和甘蔗。根系土与水稻籽粒硒含量的相关系数为0.660，远高于龙眼和荔枝。港南区作物硒与土壤 pH 值相关系数为 0.342，在碱性土壤中甘蔗茎的硒含量（0.0121 mg/kg）最高，在酸性土壤中水稻的硒含量（0.0653 mg/kg）最高。本研究中，以种子为可食部分的作物其天然富硒率较高，土壤硒含量和土壤酸碱性对水稻籽粒硒含量影响较大。关键词：浔郁平原；作物
3、；硒富集特征；pH 值中图分类号：S184；S314硒是动物和人体的一种必需营养元素 1，与人体健康息息相关，缺硒不仅导致免疫功能下降，还会引发疾病，有“生命的火种”、“心脏的守护神”和“抗癌之王”等美誉 2。在世界范围内土壤硒缺乏极为普遍，有 2/3 的地区缺硒，硒摄入不足严重威胁着人类健康的发展，近 10 亿人受此影响 3。植物中的硒含量是影响食物链硒水平的关键环节，人和动物体内获得硒的来源都是直接或间接从植物中摄取，因此食用富硒农作物是缺硒人群最主要的补硒方法。充分利用富硒地区的富硒土壤资源开展天然富硒农作物的生产研究，以满足缺硒地区人们对膳食补硒的需要，具有极其重要的现实意义。浔郁平原
4、是浔江平原与郁江平原的合称，位于广西中南部，是我国为数不多的优质天然富硒区之一，拥有全国最大连片的平坦优质自然富硒土壤资源，具有得天独厚的土壤资源与农业产业基础，在生产富硒农产品上极具优势 4。从 2014 年开始到 2015年底该平原区域内就有 21 家龙头企业带头创建了 1266.7 hm2 的富硒产业示范基地，并形成富硒 10大优势产业 5。但该平原生产的作物天然富硒情况尚未开展较为全面的调查，影响该平原作物硒吸收的关键因素也缺乏深入探讨。为了进一步探究该富硒地区在生产天然富硒农产品上的潜力，以浔郁平原“土地质量地球化学评价”项目中的农作物地球化学调查数据与多年的定位试验调查研究数基金项
5、目：广西科技重大专项（桂科 AA17202026） 、广西重点研发计划（桂科 AB16380207） 、广西农业重点科技计划项目（201604） 、广西富硒特色作物试验站（桂 TS2016011） 、广西农业科学院基本科研业务专项目（桂农科 2017YZ03）和广西农业科学院科技发展基金（2017JM07）资助。通讯作者()作者简介：陈锦平（1989-） ，男，广西岑溪人，硕士，主要研究方向为微量元素与植物生理。E-mail:据等为基础，总结分析不同农作物对土壤硒的富集特征，兼以讨论土壤硒在农作物的迁移特征及其影响因素，为该区科学合理开发天然富硒农产品提供科学依据。1 材料与方法1.1 研究区
6、概况研究区（浔郁平原）位于广西中南部（22302321N ，1090311003E），包括贵港市港南区、覃塘区、平南县及桂平市 4 个县（市、区）。该区土壤肥沃，经济发达，是广西重要的商品粮、糖、果、茶、菜和禽畜、水产生产基地，盛产优质大米、白砂糖、荔枝、龙眼等特色农产品，素有广西“鱼米之乡”、“中国糖城”的美誉。年均气温 21.5 ，年均降雨量 1600 mm。1.2 数据来源研究区样品来源于广西土地质量地球化学评价项目成果中的农作物调查结果和多年定位试验结果，涵盖贵港市港南区、覃塘区、平南县及桂平市的研究成果。土壤样品以梅花形多点采样法采样，垂直采集地表至 20 cm 深处的土柱，保证上下
7、采集均匀，去除草根、砾石、砖块等杂物，混匀并用四分法取约 2 kg 土样。采集的农作物有水稻、花生、黄豆、玉米、甘蔗、莲藕、蔬菜、荔枝、淮山、木薯和龙眼等共 11 种。采用原子荧光法测定样品硒含量，pH 计电极法测定土壤 pH。1.3 数据处理数据统计分析及作图均采用 Excel 软件处理。2 结果与讨论2.1 主要作物的富硒特征一般来说，植物中的无机化学组分都是从土壤中得到的，尽管硒元素尚未确定是否是植物的必需元素，但植物只要种植在含硒土壤中都会或多或少地吸收一些土壤中的硒。植物对硒的吸收程度取决于植物的种类，根据植物对硒的吸收能力大小可以将植物分为 3 种类型，即累积植物（指示植物）、中度
8、含硒植物与低度含硒植物 6。一般累积硒植物对硒的吸收和耐受能力都很强，而大部分栽培作物吸收累积硒的能力都较差，南京市某设施蔬菜种植基地蔬菜硒含量范围为 26.4 64.2 ug/kg7。除植物因素外，土壤中的硒含量也是影响植物对土壤硒吸收转化最重要的因素之一 8-9。浔郁平原具有丰富的优质富硒土壤资源，作物天然富硒的可能性也因此较大。以国家富硒稻谷（GB/T22499-2008）规定的水稻硒含量 0.04 0.30 mg/kg 为富硒标准，调查发现，该平原内的覃塘区、港南区、桂平市和平南县等 4 个县（市、区）的水稻天然富硒率极高且差别不大，均在 86%以上，覃塘区、桂平市的水稻富硒率都超过
9、90%（图 1）。在港南区的 75 件水稻样品中，硒含量范围在 0.037 0.340 mg/kg，硒平均含量达到 0.064 mg/kg，可见这些水稻样品中即使硒含量最低的样品其硒含量也极为接近富硒标准（0.04 mg/kg），浔郁平原生产天然富硒水稻的优势非常明显。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%覃 塘 桂 平 港 南 平 南水稻富硒率不 同 区 县0%20%40%60%80%100%花 生 黄 豆 玉 米 水 稻 甘 蔗 莲 藕 蔬 菜 荔 枝 淮 山 木 薯 龙 眼富硒率不 同 作 物图 1 浔郁平原不同区县的水稻富硒率Fig. 1 Se-rich p
10、roportions of rice in different areas of Xunyu plain综合覃塘、桂平、港南和平南 4 个县（市、区）的作物数据进行统计发现，除水稻外，花生、黄豆和玉米的富硒率也极高，均达到了 100%，甘蔗、莲藕、蔬菜、荔枝、淮山、木薯和龙眼的富硒率依次降低，其中淮山、木薯和龙眼的富硒率都低于 10%（图 2）（以安康市富硒食品硒含量分类标准（DB6124.01-2010 ）划分）。在港南区的 110 件甘蔗样品中，硒含量范围为 0.003 0.041 mg/kg，平均硒含量 0.011 mg/kg。可见即使生长在相同的富硒土壤环境中，作物间的天然富硒水平仍然
11、存在较大差异，对浔郁平原来说，粮食作物中以籽粒为食用部分的作物类型（花生、黄豆、玉米和水稻）其天然富硒率最高。可能是因为这些可食用的籽粒同时也是该作物的种子，因此籽粒是这些作物最重要的营养储存器官，在成熟时其他器官中大部分可溶性硒化物被转移到籽粒中10。大体来看，粮食作物中籽粒或种子的含硒量大于茎秆 11。图 2 不同作物的富硒率Fig. 2 Se-rich proportions in different crops00.10.20.30.40.50.60.7根 茎 籽 粒富集系数水 稻 不 同 部 位2.2 不同作物的硒富集能力生物富集系数是反映植物对元素富集程度的高低或富集能力强弱的一项
12、重要指标，不同物种或者同一植株的不同部位积累某一元素的能力不同，其生物富集系数差异也较大，生物富集系数越大，表明该作物对元素吸收的能力越强。计算方法为：作物对硒的生物富集系数（BCF）=根或地上器官硒含量（mg/kg）/土壤硒含量（mg/kg） 12。对平南县采集的 70 个水稻样品进行统计分析发现，水稻根系土硒含量为 0.546 mg/kg，水稻根、茎、籽粒的生物富集系数依次下降，根部富集系数高达 0.663，但茎和籽粒的只有 0.130 和0.108（图 3）。可见水稻从根系土到根、茎、籽粒的硒含量是一个递减的过程，而且从根到茎的减少幅度最大，说明水稻从土里吸收的硒元素有很大一部分积累在了
13、根部，限制了绝大部分硒往地上器官的转移。姜超强等 12和钟松臻等 13的研究也发现，水稻根系、茎叶和籽粒中的硒含量也呈现根系茎叶籽粒的特点，这与张城铭等的研究结果一致 14。籽粒硒含量较低可能是水稻的一种保护机制，植株为了防止地上部分重要的生理器官受到过量硒的损害而减少转运。也可能与水稻植株对不同土壤形态硒的迁移转化机制有所差异有关。研究发现，植物根部吸收硒酸盐后可以将大部分硒酸盐转移到地上部分 15。而对于亚硒酸盐态硒则不然，植物根部吸收的亚硒酸盐极易转化成有机态硒，Huang 等 15对小麦进行 3 d 的亚硒酸盐处理后其有机硒含量即接近于总硒的 90%，而这些生成的有机硒大部分可以直接积
14、累在根部，因此不容易转移到地上部分 16-17。水稻土由于长期处于滞水状态，因此其还原性较强，土壤硒主要以亚硒酸盐的形式存在，吸收的亚硒酸盐大部分在根部即转化成有机硒进行积累，所以造成地上部分的硒生物富集系数偏低。图 3 水稻不同部位的硒富集系数Fig. 3 Se bioconcentration factors in different parts of rice只从食用部分来看，与平南县的龙眼、荔枝以及港南区的甘蔗的生物富集系数相比，水稻的生物富集系数远远高于其他作物 （图 4）。从这也可以看出水稻对土壤硒的富集能力要高于龙眼、荔枝和甘蔗。00.10.20.30.40.50.60.7水 稻
15、 荔 枝 龙 眼相关系数不 同 作 物0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12水 稻甘 蔗荔 枝龙 眼富 集 系 数不同作物图 4 不同作物的硒富集系数Fig. 4 Se bioconcentration factors in different crops2.3 影响作物硒含量的因素2.3.1 土壤硒含量 植物吸收的硒主要来源于土壤，因此土壤硒含量、土壤质地、pH 值、土壤水分含量、土壤盐度和土壤氧化还原电位等都与植物对土壤硒的吸收转化过程密切相关 18。尽管植物能够吸收利用的只是土壤中的有效硒，但土壤有效硒含量水平与土壤全硒含量仍具有显著相关关系 19。因此，土壤全硒对
16、作物硒含量具有重要的影响作用，但根据作物的不同也有所差异。对平南县主要农作物食用部位及其根系土中 Se 含量的关系进行相关性分析发现，水稻、龙眼和荔枝的根系土硒含量依次为 0.546 mg/kg、0.430 mg/kg 和 0.818 mg/kg，水稻籽粒硒含量与土壤硒的相关系数为 0.660，远高于龙眼和荔枝（图 5），可见根系土中的硒含量对水稻籽粒硒含量具有重要的决定性作用，想要提高水稻籽粒硒含量，增加土壤的硒是一个行之有效的方法，对龙眼和荔枝则效果较差。耿建梅等 20研究两个水稻品种对土壤硒的吸收也发现，高硒土壤的水稻硒累积量、糙米和精米的硒含量与有机硒含量都显著高于低硒土壤。图 5 作
17、物硒含量与土壤硒含量的相关系数Fig. 5 Correlation coefficients between crop Se content and soil Se content 2.3.2 土壤酸碱性 土壤理化性质通过影响土壤硒形态而间接影响植物对土壤硒的吸收转化。其中土壤酸碱性在很大程度上决定了硒在土壤的存在形态，并由此影响硒的有效性，在碱性和氧化条件下，硒酸盐是土壤硒的主要形态 21。很多研究表明，硒酸盐的生物有效性要高于亚硒酸盐，因此植物对硒酸盐的吸收速率大于亚硒酸盐 22-24。本研究对港南区采集的 110 件甘蔗茎样品及其土壤酸碱性进行统计分析发现，甘蔗茎硒含量在碱性土壤中较高，
18、其硒含量硒含量均值最大，达到 0.0121 mg/kg（表 1）。这可能是碱性土壤中的硒主要以硒酸盐态存在，因此更有利于甘蔗的吸收转运。表 1 不同酸碱性土壤的作物硒含量Tab. 1 Crop Se contents in different pH value soils 然而，与同在港南区采集的甘蔗相比，水稻籽粒（75 件）的硒含量则在酸性土壤中较高，酸性土壤中水稻硒含量均值达到 0.0653 mg/kg，碱性土壤则为 0.0613 mg/kg（表 1）。由此可见，土壤酸碱性对不同作物硒吸收的影响存在较大差异，对甘蔗和水稻的影响作用相反。这可能与两者生长环境的水分条件存在较大差异有关，甘蔗是
19、在旱地生长，水稻则在滞水水田，水淹或滞水土壤其还原性也较强 25。土壤水分通过影响土壤氧化还原条件又能间接影响土壤硒形态。在土壤水淹条件下，水稻土中存在 Se6+/Se4+的还原体系，因此水稻土和旱地土壤的硒形态会存在较大的差别，水稻土以亚硒酸盐态硒为主 26。基于作物对自己长期生长环境的一种适应，研究表明旱地作物和水生植物对硒酸盐和亚硒酸盐的吸收转移规律不同 27-28。通常情况下旱地植物对硒酸盐的吸收能力要高于亚硒酸盐，而水生植物对亚硒酸盐的吸收速率则更快 24。不仅如此，还有学者研究发现，在不同 pH 环境下，亚硒酸盐会以不同的形式存在，且水稻对不同形式的亚硒酸盐具有不同的吸收机制，整体
20、来看，水稻根系对硒的吸收能力在不同 pH 值条件下的大小顺序为 pH 3.0 pH 5.0 pH 8.029。总的来说，不管是旱地作物还是水生作物，土壤酸碱性对作物的硒含量都具有重要影响。进一步对港南区采集的 225 件农作物硒含量与土壤 pH 的关系进行分析发现，农作物硒含量与土壤 pH 值的相关系数为 0.342（数据未列出）。综上，土壤 pH 值在作物对土壤硒的吸收上扮演着重要角色，但影响作用因物种而已，尤其对生长环境差异较大的不同物种来说，土壤酸碱性的影响作用有可能是相反的。3 小结与结论硒含量 ( mg/kg )组别甘蔗茎 水稻籽粒总平均值 0.0106 0.0638酸性土壤 0.0
21、089 0.0653碱性土壤 0.0121 0.0613浔郁平原的水稻天然富硒率极高，覃塘、港南、桂平和平南 4 个县（市、区）的水稻富硒率均在 86%以上。以种子为食用部分的作物其天然富硒率最高，花生、黄豆、玉米和水稻的富硒率依次为 100%、100%、100% 和 89%。水稻根、茎、籽粒的生物富集系数依次下降，依次为 0.663， 0.130 和 0.108。水稻籽粒与根系土硒含量的相关系数为 0.660，远高于龙眼和荔枝，根系土中的硒含量对水稻硒含量具有重要的决定性作用。土壤 pH 值对农作物硒含量的影响较大，作物硒与土壤 pH 值相关系数为 0.342。土壤酸碱性对甘蔗和水稻的影响作
22、用相反，在碱性土壤中甘蔗茎的硒含量（0.0121 mg/kg）最高，在酸性土壤中水稻的硒含量（0.0653 mg/kg）最高。综上，浔郁平原极适宜生产天然的富硒花生、富硒黄豆、富硒玉米和富硒水稻，以种子为食用部位的作物可重点研发；土壤硒含量和土壤酸碱性对水稻籽粒硒含量影响较大。参考文献:1 高阿祥, 周鑫斌, 张城铭. 硒()预处理下根表铁膜对水稻幼苗吸收和转运汞的影响J. 土壤学报, 2017, 54(4): 989-9982 Williams P N, Lombi E, Sun G X, et al. Selenium characterization in the global rice supply chainJ. Environmental science Crop; Selenium accumulation characteristic; pH value
