于都地區(qū)水稻籽實(shí)-根系土系統(tǒng)硒含量影響因素研究

劉永旭，米振華、2，吳 煒

（1.江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌330001；2.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌330013）

Se（硒）是人體和動(dòng)物的必需微量元素，具有廣泛的生物學(xué)功能，尤其具有增強(qiáng)人體免疫力、預(yù)防心血管疾病、抗腫瘤以及抗衰老等作用[1-3]，已有研究證實(shí)硒也是與長(zhǎng)壽人口分布有關(guān)的關(guān)鍵元素之一[4]。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心在于都地區(qū)開(kāi)展的1:5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果和化驗(yàn)數(shù)據(jù)表明于都地區(qū)土壤富硒區(qū)面積廣、水稻自然富硒率高。為支持于都富硒土壤合理開(kāi)發(fā)和特色農(nóng)業(yè)發(fā)展，特選擇在于都地區(qū)開(kāi)展水稻籽實(shí)富硒規(guī)律的研究。

1 調(diào)查區(qū)概況

于都縣地處江西省贛州市東部，位于贛江源流貢水中游；東鄰瑞金市，南接安遠(yuǎn)縣，西連贛縣區(qū)，北毗興國(guó)和寧都縣；介于北緯25°35′8″～26°20′53″、東經(jīng)115°11′～115°49′之間，總面積2 893 km2。該區(qū)地處中亞熱帶南緣，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明、氣候溫和、熱量豐富、雨量充沛。地形地貌主要以山地、丘陵、盆地為主。區(qū)內(nèi)土地類(lèi)型地域性強(qiáng)、土地利用差異明顯、山地多平原少、耕地面積小、主要的農(nóng)作物以水稻、臍橙、油茶為主。

2 樣品采集與測(cè)試

根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范（DZ/T029 5-2016）》的要求，于水稻收獲盛期，以0.1～0.2公頃為采樣單元，采用棋盤(pán)法、梅花點(diǎn)法、對(duì)角線法等進(jìn)行多點(diǎn)取樣，然后等量混合組成一個(gè)混合樣品。每一混合樣由5～20個(gè)以上水稻植株組成，同時(shí)采集配套水稻根系土樣品。共采集水稻籽實(shí)樣品148件，水稻秸稈6件、水稻根系6件（見(jiàn)圖1）。根系土采樣與農(nóng)作物采樣配套進(jìn)行。

圖1 研究區(qū)采樣品的分布

農(nóng)作物樣品采集后，進(jìn)行初步加工，水稻籽實(shí)樣品應(yīng)采用四分法縮分。先將水稻籽實(shí)樣品用小型脫粒機(jī)或憑借硬木搓板與硬木塊進(jìn)行手工脫粒，反復(fù)混合均勻，鋪成一個(gè)圓形，過(guò)中心線畫(huà)十字線，把圓分為四等分，取對(duì)角線兩等分，如此繼續(xù)縮分至所需數(shù)量為止。經(jīng)初加工后，將水稻樣品送至國(guó)土資源部西安礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行化驗(yàn)測(cè)試。樣品分析嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行，對(duì)分析測(cè)試過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3 水稻籽實(shí)硒含量

本次測(cè)試分析水稻籽實(shí)樣品148件。籽實(shí)平均硒含量為0.075 mg/kg，其中最大值為0.38 mg/kg，最小值為0.005 6 mg/kg。根據(jù)食品中硒限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 13105-91)以及富硒稻谷(GB/T 22499- 2008)規(guī)定，富硒稻谷加工的大米硒含量應(yīng)在0.04～0.3 mg/kg之間，并且糧食硒含量應(yīng)小于0.30 mg/kg。共有127件樣品達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，富硒率達(dá)到85.2%，這說(shuō)明于都地區(qū)水稻自然富硒率高。水稻是我國(guó)主要糧食作物,全國(guó)稻米硒含量平均為0.032 mg/kg，低的僅有0.016 mg/kg[5],遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人體正常的需求。因此提高稻米硒含量具有不言而喻的迫切意義。而于都地區(qū)水稻自然富硒率高，合理開(kāi)發(fā)利用于都富硒土地資源，可以進(jìn)一步解決我國(guó)面臨的人口存在硒攝入量嚴(yán)重不足的問(wèn)題。

4 水稻籽實(shí)硒含量的影響因素探討

4.1 根系土中的全硒

土壤全硒是水稻籽實(shí)硒的基礎(chǔ)，植物吸收的硒主要來(lái)源于土壤。分析的水稻籽實(shí)與根系土148件樣品，根系土中總硒含量在0.12～1.05 mg/kg范圍內(nèi)，平均含量為0.32 mg/kg，明顯大于全國(guó)表層土壤硒的平均含量0.29 mg/kg和全國(guó)水稻土的含硒水平0.20 mg/kg。通過(guò)相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩者相關(guān)系數(shù)為0.377 6，具有顯著的相關(guān)性（見(jiàn)圖2）。說(shuō)明水稻籽實(shí)中的硒含量隨著根系土中的總硒含量增大而增大，這與前人對(duì)它們之間的研究成果一致[6]。在今后選富硒水稻開(kāi)發(fā)基地中，應(yīng)該選擇一些土壤中總硒含量比較大的水田，取代噴硒或施用硒肥達(dá)到提高大米硒含量，從而滿足人體硒營(yíng)養(yǎng)的要求。在天然富硒土壤上種植水稻，一方面能夠產(chǎn)出營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的天然富硒大米，充分體現(xiàn)純天然、綠色生態(tài)的優(yōu)越性；另一方面能夠節(jié)省外源添加硒肥的成本，同時(shí)也避免了外源硒可能導(dǎo)致的土壤和水體污染。

圖2 根系土總硒與水稻籽實(shí)硒含量的相關(guān)關(guān)系

4.2 根系土中的酸堿度

土壤pH值被認(rèn)為是影響土壤硒含量的重要因素之一，通過(guò)控制土壤元素的生物有效性進(jìn)而影響作物中硒的含量。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[7]。將土壤pH劃分為三個(gè)等級(jí)：pH＜6.5（酸性），6.5≤pH＜7.5(中性)，pH≥7.5（堿性），通過(guò)分析不同pH條件下水稻籽實(shí)的硒含量，來(lái)探討土壤不同pH條件下硒吸收富集規(guī)律。為了更好地描述水稻籽實(shí)對(duì)土壤硒的吸收富集，本研究引入富集系數(shù)（PUF）表現(xiàn)水稻籽實(shí)的硒富集特征，富集系數(shù)越高說(shuō)明水稻籽實(shí)對(duì)土壤中硒的吸收越好。PUF=水稻籽實(shí)中硒含量/根系土硒含量。

表1 不同pH條件下水稻籽實(shí)硒的吸收規(guī)律比較

圖3 PH與水稻籽實(shí)硒含量的相關(guān)關(guān)系

通過(guò)樣本分析，發(fā)現(xiàn)根系土pH值處于6.5左右條件下水稻籽實(shí)中的硒含量較高，在酸性條件下，隨著土壤pH的增大水稻籽實(shí)硒的含量有增大趨勢(shì)。但當(dāng)土壤變?yōu)橹行院蛪A性時(shí)，水稻籽實(shí)硒的含量呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。這可能與亞硒酸鹽是酸性土壤或中性土壤中硒的主要形態(tài)有關(guān)。另外，硒的有效性隨土壤pH值的增加而提高，原因是土壤中pH值的降低在增加H+的同時(shí)，減少了土壤表面的負(fù)電荷，使得陰離子的硒酸根更易吸附到土壤表面，從而導(dǎo)致水稻根系土硒的生物有效性下降，使水稻從根系土中硒的吸收得到抑制。這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，為今后贛南地區(qū)開(kāi)發(fā)富硒水稻基地提供了依據(jù)，土壤pH值為6.5時(shí)有利于開(kāi)發(fā)富硒水稻基地，合理地改善水田土壤酸堿度有利于提高水稻籽實(shí)硒的含量。

4.3 根系土中有機(jī)質(zhì)

根據(jù)《DZT0295-2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》，將土壤有機(jī)質(zhì)含量分為五個(gè)等級(jí)(g/kg)：豐富(SOM＞40)、較豐富(30＜SOM≤40)、中等（20＜SOM≤30）、較缺乏（10＜SOM≤20）、缺乏（10≤SOM）。本次共收集水稻籽實(shí)和水稻根系有機(jī)質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)138件，其中根系土有機(jī)質(zhì)等級(jí)為豐富的有59件、等級(jí)為較豐富的有31件、等級(jí)為中等的有36件、等級(jí)為較缺乏的有11件、等級(jí)為缺乏的有1件，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同有機(jī)質(zhì)條件下水稻籽實(shí)硒的吸收規(guī)律比較

通過(guò)表2可以得出：根系土中的有機(jī)質(zhì)等級(jí)為豐富的時(shí)候，水稻籽實(shí)的硒含量及根系土的硒含量是最高的，分別為0.082 mg/kg、0.41 mg/kg；當(dāng)根系土中有機(jī)質(zhì)含量為較豐富時(shí)，水稻籽實(shí)硒的富集系數(shù)最大，為0.300。根系土有機(jī)質(zhì)含量為較豐富的一組數(shù)據(jù)，顯示兩者具有較強(qiáng)相關(guān)性。上述結(jié)果表明土壤有機(jī)質(zhì)含量處于豐富-較豐富水平時(shí)，有利于水稻籽實(shí)硒的富集吸收，可促進(jìn)富硒大米的產(chǎn)生。

4.4 根系土養(yǎng)分元素

為了分析營(yíng)養(yǎng)元素N、P、K對(duì)水稻籽實(shí)硒含量的影響，對(duì)樣品測(cè)試分析了根系土N、P、K與水稻籽實(shí)硒的含量。利用SPSS23對(duì)養(yǎng)分元素與水稻籽實(shí)硒含量做了相關(guān)性分析，分析結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，根系土養(yǎng)分元素和水稻籽實(shí)硒含量相關(guān)性不大, 說(shuō)明土壤養(yǎng)分元素與水稻籽實(shí)硒含量關(guān)系不明顯。

表3 水稻籽實(shí)硒含量與土壤養(yǎng)分相關(guān)系數(shù)

4.5 根系土中重金屬元素

為了得出水稻籽實(shí)硒含量與土壤重金屬元素的相關(guān)性，利用SPSS23軟件對(duì)它們之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析。分析結(jié)果見(jiàn)表4。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，水稻籽實(shí)中硒含量與根系土中呈相關(guān)的重金屬元素有：Cr、Cu、Ni。可以得出若要提高水稻籽實(shí)硒的含量，可從提高土壤中Cr、Cu、Ni的含量入手的結(jié)論，但要注意控制土壤中重金屬的量，確保水稻籽實(shí)吸收的重金屬元素不能超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在測(cè)試水稻籽實(shí)硒含量時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)硒含量特別高，應(yīng)注意檢測(cè)土壤中Cr、Cu、Ni重金屬是否超標(biāo)，從而導(dǎo)致水稻籽實(shí)Cr、Cu、Ni重金屬超標(biāo)，影響人體健康。

表4 水稻籽實(shí)硒與根系土重金屬元素相關(guān)系數(shù)

5 硒在土壤-水稻系統(tǒng)中的遷移態(tài)勢(shì)

為了解土壤-水稻系統(tǒng)中硒的遷移態(tài)勢(shì)。本次選取了6組非根系土、根系土、水稻的根系、秸稈、籽實(shí)樣品對(duì)硒含量進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)圖4可以發(fā)現(xiàn)，非根系土與根系土之間的硒含量沒(méi)有很大的聯(lián)系，這說(shuō)明水稻對(duì)土壤中的硒沒(méi)有富集到根系的作用。根系的硒含量普遍高于根系土中的硒含量，表明根系具有很強(qiáng)的聚集吸收土壤硒的能力；從根系至秸稈，植物中的硒含量明顯下降，表明從根系吸收的硒向上運(yùn)移的過(guò)程中發(fā)生分散作用；六件樣品中有四件樣品水稻籽實(shí)中的硒含量略高于秸稈，表明從秸稈到籽實(shí)又有聚集的趨勢(shì)。而水稻根系硒含量大于水稻土硒含量，這說(shuō)明水稻根系具有很強(qiáng)的硒元素吸收能力。在今后的富硒水稻種植方面，可以利用一些技術(shù)手段來(lái)提高水稻根系-水稻秸稈之間的吸收率，從而提高水稻籽實(shí)硒含量。

圖4 硒在水稻不同部位的積累情況

6 結(jié)語(yǔ)

1）土壤全硒是水稻籽實(shí)硒的基礎(chǔ)和來(lái)源,土壤全硒量與水稻籽實(shí)硒含量成正比，隨著土壤全硒含量的增大，水稻籽實(shí)中硒含量也將增大。

2）土壤pH值是影響土壤硒含量的重要影響因素，本次研究表明水稻籽實(shí)硒含量具有在pH為6.5時(shí)富集的特性，后續(xù)富硒土地資源開(kāi)發(fā)時(shí)，可通過(guò)控制土壤的酸堿度，調(diào)控農(nóng)作物對(duì)硒元素的吸收和利用；

3）土壤有機(jī)質(zhì)含量處于豐富-較豐富水平時(shí)，有利于水稻籽實(shí)硒的富集吸收，可促進(jìn)富硒大米的產(chǎn)生。

4）水稻籽實(shí)硒還與土壤中Cr、Cu、Ni存在著顯著相關(guān)性。原因可能跟土壤的淋浴程度有關(guān)。

5）水稻從根系至秸稈，植物中的硒含量明顯下降，表明從根系吸收的硒向上運(yùn)移的過(guò)程中發(fā)生分散作用，提高硒從根系到秸稈吸收率，可以提高水稻籽實(shí)硒含量。

綜上，富硒土壤不一定能產(chǎn)出富硒水稻籽實(shí)，水稻籽實(shí)硒含量還與土壤中多種因素有關(guān)。在今后于都富硒水稻開(kāi)發(fā)基地建設(shè)中，應(yīng)注意多方面的因素，開(kāi)發(fā)建設(shè)更多高質(zhì)量富硒水稻基地。