栗林嘴村富硒水稻硒含量與土壤的相關(guān)性研究

李碧波 余彥銘 張軼

摘要：通過對栗林嘴村富硒水稻和土壤硒含量分析，研究了土壤pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、硒的形態(tài)與水稻硒富集能力的關(guān)系。結(jié)果表明，水稻硒含量與土壤中硒的含量呈正相關(guān)，可以根據(jù)富硒土壤的范圍合理布局，對富硒水稻的載種有一定參考價值；提高土壤pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀能加強(qiáng)水稻硒富集，銨態(tài)氮與水稻硒的富集能力無明顯相關(guān)性；土壤硒形態(tài)中強(qiáng)有機(jī)態(tài)硒和腐殖酸態(tài)硒與土壤硒全量相關(guān)性顯著，且硒含量占比較高，說明水稻對硒的富集主要依賴于強(qiáng)有機(jī)態(tài)硒和腐殖酸態(tài)硒。

關(guān)鍵詞：硒；水稻；土壤；富集；有機(jī)質(zhì)；形態(tài)分析

中圖分類號：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）16-0016-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.16.004 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

The Correlation of Selenium between Rice and Soil in Lilinzui

LI Bi-bo，YU Yan-ming，ZHANG Yi

（Xiantao Food and Drug Inspection Center， Xiantao 433000，Hubei，China）

Abstract： Based on analysis selenium content of selenium-enriched rice and soil from Lilinzui， the relationship between the soil pH， organic matter， available phosphorus， available potassium， ammonium nitrogen， form of selenium and the ability of enriching selenium in rice was studied. The results showed that the rice selenium was positively related to the content of soil selenium， which could be reasonably arranged according to the scope of selenium-enriched soil， and had certain reference significance for the cultivation of selenium-enriched rice. Increasing soil pH， organic matter， available phosphorus and available potassium could enhance the enrichment of selenium in rice， but there was no significant correlation between ammonium nitrogen and the enrichment ability of rice selenium. In soil selenium form， strongly organic selenium and humic acid-bound selenium was positively related with selenium in soil， and the content of selenium was higher， it indicated that selenium accumulation in rice mainly depends on strongly organic selenium and humic acid-bound selenium.

Key words： selenium； rice； soil； enrichment； organic matter； morphological analysis

硒是人體必需的微量元素之一[1]。硒具有抗氧化、防衰老、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、促進(jìn)生長、協(xié)同鋅與維生素等有益要素的作用、拮抗重金屬與毒素等功效，能有效抑制腫瘤生長，有“抗癌之王”的美稱[2-4]。攝入硒量不均衡對人體也有害，缺硒可能導(dǎo)致克山病和大骨節(jié)病，攝入過量也會造成中毒[5，6]。

全球富硒土地資源相當(dāng)緊缺，地球表面的硒含量很低，且分布很不均衡，WHO公布的資料表明全世界有42個國家或地區(qū)缺硒。中國富硒土地資源也相當(dāng)緊缺，有超過7成的地區(qū)土壤環(huán)境缺硒，缺硒人口基數(shù)較大。補(bǔ)硒已越來越被人們重視，科學(xué)補(bǔ)硒更顯重要。食補(bǔ)和藥補(bǔ)是較為常見的補(bǔ)硒方式，有機(jī)硒是人體較為容易吸收的硒，通過提高食物鏈中易被人體吸收的有機(jī)硒的含量，從而達(dá)到食補(bǔ)的目的。有研究表明，食補(bǔ)是目前較為科學(xué)有效的補(bǔ)硒途徑之一[7，8]。隨著社會的發(fā)展，人們越來越重視營養(yǎng)保健，既要吃得放心，也要吃得舒心，而富硒產(chǎn)品的出現(xiàn)恰好填補(bǔ)了這方面的空缺，越來越受到大眾的青睞，富硒產(chǎn)業(yè)也在高速發(fā)展。

在自然界中硒主要以無機(jī)態(tài)硒和有機(jī)態(tài)硒存在，目前勘探出的硒主要存在于硫化物礦床及輝鉬礦、鈾礦中，土壤中硒包含多種形態(tài)，主要有水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)等形態(tài)[9，10]。水稻硒的來源主要是土壤中的水溶性硒和有機(jī)態(tài)硒，而土壤的特征也會影響硒的各形態(tài)含量。因此研究土壤中硒的形態(tài)分布與土壤的關(guān)系對水稻吸收硒很有必要。

近年來，對于硒研究的課題及項目越來越受重視，在土壤—植物—人生態(tài)系統(tǒng)中，土壤是硒的主要來源，研究土壤與農(nóng)作物之間的關(guān)系顯得尤為重要。仙桃市是一個農(nóng)業(yè)大市，盛產(chǎn)水稻、小麥、油菜及其他農(nóng)作物，為研究農(nóng)作物硒含量與土壤之間的關(guān)系，本研究中主要調(diào)查分析了栗林嘴村富硒水稻硒含量與土壤之間的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

仙桃市地處江漢平原中心地帶，南倚長江，北鄰漢水，南北貫穿，承東啟西，地理位置得天獨厚，享有“江漢明珠”的美稱。仙桃市在地質(zhì)構(gòu)造上基本處于江漢盆地中心位置。江漢盆地歷經(jīng)了白堊—古近紀(jì)多期構(gòu)造變動，周邊山地與江漢盆地間歇性的升降運動仍在持續(xù)進(jìn)行，盆地內(nèi)廣泛發(fā)育了一套內(nèi)陸河湖相堆積。由于江漢盆地來水量增大，長江、漢水呈漫流和三角形分流形式進(jìn)入沉降區(qū)，河流中的大量泥沙不斷地淤積，隨著南北差異性升降運動，形成現(xiàn)今江漢平原區(qū)的概貌[11]。仙桃市土壤成土母質(zhì)主要為河流沉積物，主要由江漢上游的砂巖、頁巖、片麻巖、灰?guī)r等母巖風(fēng)化物經(jīng)流水搬運形成。仙桃市地表富硒土壤平均硒含量為0.44 mg/kg，波動范圍0.40～1.53 mg/kg，土壤垂直剖面顯示硒含量隨著深度的增大而增加。富硒土壤主要沿“兩圈兩帶”（環(huán)排湖、環(huán)沙湖、沿漢江南、沿東荊河北）分布。

根據(jù)土地質(zhì)量地球化學(xué)評估項目土壤采樣分析表明，仙桃市栗林嘴村蘊(yùn)含豐富的富硒土地資源。2014年中糧米業(yè)（仙桃）有限公司在栗林嘴村建設(shè)富硒稻米核心種植基地，大力發(fā)展富硒產(chǎn)業(yè)，建設(shè)仙桃富硒稻米產(chǎn)業(yè)園。為研究土壤與富硒水稻的關(guān)系，特選此區(qū)作為研究對象。

1.2 樣品采集與測試方法

2016年對仙桃市栗林嘴村進(jìn)行第一次樣品采集，2017年擴(kuò)大采樣范圍進(jìn)行第二次樣品采集（圖1），對栗林嘴村中南部以及東部區(qū)域按隨機(jī)采樣法先后采集水稻樣品共計16個，每份水稻樣品采集量為600 g左右，于采樣袋中保存送至實驗室進(jìn)行檢查；同時采集每份水稻樣品相同位置的水稻根系周圍0～20 cm的表層土，土壤樣品每份重量約為1 kg，于樣品袋中密封保存送至實驗室。

水稻樣品用四分法取樣，嚴(yán)格按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中硒的測定》（GB 5009.93-2010）檢測硒含量。

土壤樣品按照《土壤中全硒的測定》（NY/T 1104-2006）檢測土壤全硒。按照《中性、石灰性土壤銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀的測定聯(lián)合浸提-比色法》（NY/T 1848-2010）檢測土壤中有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮。按照《土壤檢測 第6部分：土壤有機(jī)質(zhì)的測定》（NY/T 1121.6-2006）檢測土壤中有機(jī)質(zhì)。按照《土壤pH的測定》（NY/T 1377-2007）檢測土壤中pH。此外也檢測了土壤中硒的各種形態(tài)。

土壤形態(tài)樣品提取簡易流程：先用去離子水提取水溶態(tài)硒，殘渣用氯化鎂提取離子交換態(tài)硒，所得殘渣用醋酸鈉溶液提取碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒，所得殘渣用焦磷酸鈉溶液提取腐殖酸結(jié)合態(tài)硒，所得殘渣用鹽酸羥胺-鹽酸溶液提取鐵錳結(jié)合態(tài)硒，所得殘渣用硝酸、雙氧水、醋酸銨-硝酸提取強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)硒，所得殘渣用硝酸、高氯酸提取殘渣態(tài)硒[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測結(jié)果

對研究區(qū)采集的樣品與土壤進(jìn)行檢測分析，結(jié)果見表1。由表1可知，所采集土壤硒平均含量為0.42 mg/kg，最高值為0.47 mg/kg，最低值為0.30 mg/kg，低于0.40 mg/kg的采集點有兩個，但是也達(dá)到了中硒土壤的標(biāo)準(zhǔn)，富硒土壤（Se≥0.40 mg/kg）占總采集點的87.5%，表明栗林嘴村的富硒土壤覆蓋率比較高，基本集中在栗林嘴村的中部、南部以及東部區(qū)域。水稻硒平均含量為0.047 mg/kg，最高值為0.066 mg/kg，最低值為0.030 mg/kg，按照《富硒稻谷》（GB/T 22499-2008）進(jìn)行評估，其中有14個樣品高于富硒稻谷（Se 0.04～0.30 mg/kg）的要求。

研究區(qū)土壤總體呈堿性，平均pH為7.46，最高值為7.58，最低值為7.32。土壤中有機(jī)質(zhì)平均值為23.5 g/kg，最高值為27.6 g/kg，最低值為19.5 g/kg。土壤中有效磷平均值為18.197 mg/kg，最高值為22.300 mg/kg，最低值為13.087 mg/kg。土壤中速效鉀平均值為170.81 mg/kg，最高值為236.24 mg/kg，最低值為108.12 mg/kg。土壤中銨態(tài)氮平均值為114.60 mg/kg，最高值為131.82 mg/kg，最低值為97.42 mg/kg。水稻硒富集能力是指水稻從土壤中富集硒的程度，平均水稻硒富集能力為0.110，最高值為0.120，最低值為0.102。

2.2 水稻硒與土壤硒含量的相關(guān)性

通過對水稻和土壤硒含量的數(shù)據(jù)分析（圖2）可以看到，水稻硒含量與土壤硒含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.857 9。說明隨著土壤硒濃度的增加，水稻硒含量也會增加。仙桃市富硒土壤形成主要是自然因素引起，土壤物質(zhì)主要是不同時期的地理環(huán)境沉積而成，土壤中的硒主要來自第四紀(jì)內(nèi)陸河湖相沉積，同時上游“硒都”恩施的富硒母質(zhì)巖系經(jīng)風(fēng)化搬運至江漢平原的長江、漢水沖積帶內(nèi)沉積，被土壤中有機(jī)質(zhì)吸附，形成了仙桃市以湖積相為主的優(yōu)質(zhì)富硒土壤[13]。

2.3 土壤pH與水稻硒富集能力的關(guān)系

仙桃市栗林嘴村的土壤偏堿性。從圖3可以看出，在堿性環(huán)境下，土壤pH與水稻硒富集度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.273 2。pH對土壤中的硒有較大影響，主要影響土壤中亞硒酸鹽和硒酸鹽之間的相互轉(zhuǎn)換。亞硒酸鹽主要存在于酸性至中性土壤中，容易與有機(jī)質(zhì)和金屬氧化物結(jié)合而形成穩(wěn)定物質(zhì)；在堿性環(huán)境中，硒容易被氧化為可溶性的硒酸鹽，溶解性好且不易被金屬氧化物固定，是植物吸收的有效態(tài)硒。有研究表明，土壤pH較高時加劇了硒的甲基化程度，增強(qiáng)硒的活性，可使硒在土壤中的移動性和從表土逸出的可能性增大[14]。當(dāng)然，土壤pH過高也會影響酶的活性，抑制水稻的生長；同時pH過高也會影響水稻對土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。因此，控制土壤中的pH有利于提高水稻對硒的富集。

2.4 土壤有機(jī)質(zhì)與水稻硒富集能力的關(guān)系

從圖4可以看出，水稻對硒的富集能力隨著土壤有機(jī)質(zhì)的增多而加強(qiáng)。土壤有機(jī)質(zhì)與水稻硒富集能力呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.423 6?？赡苁怯捎谕寥乐杏袡C(jī)質(zhì)形成有機(jī)-無機(jī)締合物吸附陰離子，吸附無機(jī)硒，有利于水稻對硒的富集。土壤中的有機(jī)質(zhì)腐解過程會釋放自身結(jié)合的部分硒，在此過程中也產(chǎn)生了一些中間物質(zhì)會提高硒的活性，從而提高水稻對硒的吸收[15]。

2.5 土壤中有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮對水稻硒富集能力的影響

磷、鉀、氮是水稻生長發(fā)育的重要營養(yǎng)元素。對栗林嘴村土壤的有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮與水稻硒富集能力之間的關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果見圖5、圖6、圖7。

由圖5可以看出，土壤有效磷與水稻硒富集能力呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.401 7。水稻吸收的磷成分主要來自有效磷，其中包括水溶性磷、部分吸附態(tài)磷和有機(jī)態(tài)磷。磷是水稻體內(nèi)細(xì)胞中核酸、核蛋白、磷脂和ATP等重要化合物的組分，對植物生長發(fā)育有重要作用，參與細(xì)胞新陳代謝和遺傳信息傳遞等重要生命過程。磷同樣參與水稻的光合作用，有助于水稻呼吸作用，還能促進(jìn)碳水化合物、蛋白質(zhì)及油脂的合成運輸。水稻發(fā)育期間缺磷會導(dǎo)致水稻生長緩慢，甚至?xí)霈F(xiàn)縮苗、紅苗等現(xiàn)象，水稻質(zhì)量嚴(yán)重下降，從而影響產(chǎn)量。因此，提高土壤中的有效磷含量有助于提升水稻硒的吸收能力。

由圖6可知，土壤速效鉀與水稻硒富集能力呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.315 6。土壤中的速效鉀主要包含水溶性鉀和交換性鉀，評估土壤鉀的養(yǎng)分供應(yīng)能力的重要指標(biāo)就是土壤速效鉀的含量。速效鉀可以提高氨基酸向水稻體內(nèi)轉(zhuǎn)化的效率，促進(jìn)生理代謝，提高氨基酸轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的速度，從而使蛋白質(zhì)含量提高。速效鉀還能增強(qiáng)很多酶的活性，提高水稻硒含量及品質(zhì)。據(jù)相關(guān)研究表明，土壤速效鉀對水稻有一定的增產(chǎn)效果[16]。

由圖7可知，土壤銨態(tài)氮與水稻硒富集能力相關(guān)性不明顯。雖然銨態(tài)氮與水稻硒富集能力無明顯關(guān)系，但是氮在各種營養(yǎng)元素中對水稻生育和產(chǎn)量影響最大，是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分，在維持和調(diào)節(jié)水稻生理功能上具有多方面的作用。有研究表明，氮能明顯促進(jìn)水稻的生長[17，18]，因此不能忽視土壤中氮對水稻的影響。

2.6 土壤中硒的形態(tài)分析

土壤中各種硒形態(tài)含量與土壤硒全量有一定的內(nèi)在聯(lián)系，土壤硒含量也影響著水稻硒含量，因此研究水稻土壤中硒的形態(tài)很有必要。由表2可以看出，土壤中強(qiáng)有機(jī)態(tài)硒、腐殖酸態(tài)硒和殘渣態(tài)硒含量遠(yuǎn)高于其他形態(tài)，占硒全量分別為31.24%、28.14%、26.54%。前兩者與硒全量相關(guān)性較高，說明有機(jī)質(zhì)的活動對水稻硒含量有較大影響[19]。殘渣態(tài)在全量中也有較大的比重，一般作為儲備硒難以被植物吸收，在土壤中以比較穩(wěn)定的形式存在，會隨著巖石風(fēng)化逐步釋放出來[20，21]。水溶態(tài)硒和鐵錳結(jié)合態(tài)硒隨土壤硒全量變化的幅度較小，無明顯相關(guān)性，水溶態(tài)硒與周圍的環(huán)境達(dá)到了溶解平衡的狀態(tài)。離子交換態(tài)硒和碳酸鹽態(tài)硒與土壤硒呈弱正相關(guān)。其中水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)和鐵錳結(jié)合態(tài)占土壤硒全量較低，且與土壤硒全量相關(guān)性不高，對土壤硒全量的影響很小，說明水稻對硒的富集主要依賴于強(qiáng)有機(jī)態(tài)硒和腐殖酸態(tài)硒。

3 小結(jié)

對栗林嘴村水稻及土壤的硒含量進(jìn)行測定，并分析其相關(guān)性，研究土壤中的pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮和土壤中硒的形態(tài)對水稻硒富集能力的影響，分析結(jié)果如下。

1）水稻硒含量與土壤中硒的含量呈正相關(guān)，可以根據(jù)富硒土壤的范圍分布合理布局，對富硒水稻的種植有一定參考意義。

2）栗林嘴村土壤偏堿性，土壤pH與水稻硒富集能力呈正相關(guān)，一定程度的堿性土壤可以提高水稻對土壤中硒的吸收。

3）土壤有機(jī)質(zhì)影響水稻硒的吸收，適當(dāng)增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，能提高水稻的硒含量。

4）隨著土壤中有效磷與速效鉀含量的增加，水稻對硒的富集能力也隨之增強(qiáng)，因此提高土壤中的磷、鉀含量，有助于提高水稻對硒的吸收；銨態(tài)氮與水稻硒的富集能力無明顯相關(guān)性，但是氮同樣影響水稻硒含量，不能忽視氮對水稻的影響。

5）土壤中強(qiáng)有機(jī)態(tài)硒和腐殖酸態(tài)硒在土壤硒全量中占比較重，且與土壤硒全量相關(guān)性顯著，說明水稻硒含量與有機(jī)質(zhì)的活動密切相關(guān)，水稻對硒的富集主要依賴于強(qiáng)有機(jī)態(tài)硒和腐殖酸態(tài)硒。

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