栗林嘴村富硒水稻硒含量与土壤的相关性研究

2018-10-11李碧波余彦铭张轶

湖北农业科学 2018年16期

李碧波余彦铭张轶

摘要：通过对栗林嘴村富硒水稻和土壤硒含量分析，研究了土壤pH、有机质、有效磷、速效钾、铵态氮、硒的形态与水稻硒富集能力的关系。结果表明，水稻硒含量与土壤中硒的含量呈正相关，可以根据富硒土壤的范围合理布局，对富硒水稻的载种有一定参考价值；提高土壤pH、有机质、有效磷、速效钾能加强水稻硒富集，铵态氮与水稻硒的富集能力无明显相关性；土壤硒形态中强有机态硒和腐殖酸态硒与土壤硒全量相关性显著，且硒含量占比较高，说明水稻对硒的富集主要依赖于强有机态硒和腐殖酸态硒。

关键词：硒；水稻；土壤；富集；有机质；形态分析

中图分类号：S511 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）16-0016-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.16.004 开放科学（资源服务）标识码（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、增强机体免疫力、促进生长、协同锌与维生素等有益要素的作用、拮抗重金属与毒素等功效，能有效抑制肿瘤生长，有“抗癌之王”的美称[2-4]。摄入硒量不均衡对人体也有害，缺硒可能导致克山病和大骨节病，摄入过量也会造成中毒[5，6]。

全球富硒土地资源相当紧缺，地球表面的硒含量很低，且分布很不均衡，WHO公布的资料表明全世界有42个国家或地区缺硒。中国富硒土地资源也相当紧缺，有超过7成的地区土壤环境缺硒，缺硒人口基数较大。补硒已越来越被人们重视，科学补硒更显重要。食补和药补是较为常见的补硒方式，有机硒是人体较为容易吸收的硒，通过提高食物链中易被人体吸收的有机硒的含量，从而达到食补的目的。有研究表明，食补是目前较为科学有效的补硒途径之一[7，8]。随着社会的发展，人们越来越重视营养保健，既要吃得放心，也要吃得舒心，而富硒产品的出现恰好填补了这方面的空缺，越来越受到大众的青睐，富硒产业也在高速发展。

在自然界中硒主要以无机态硒和有机态硒存在，目前勘探出的硒主要存在于硫化物矿床及辉钼矿、铀矿中，土壤中硒包含多种形态，主要有水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、强有机结合态、铁锰结合态、腐殖酸结合态和残渣态等形态[9，10]。水稻硒的来源主要是土壤中的水溶性硒和有机态硒，而土壤的特征也会影响硒的各形态含量。因此研究土壤中硒的形态分布与土壤的关系对水稻吸收硒很有必要。

近年来，对于硒研究的课题及项目越来越受重视，在土壤—植物—人生态系统中，土壤是硒的主要来源，研究土壤与农作物之间的关系显得尤为重要。仙桃市是一个农业大市，盛产水稻、小麦、油菜及其他农作物，为研究农作物硒含量与土壤之间的关系，本研究中主要调查分析了栗林嘴村富硒水稻硒含量与土壤之间的相关性。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

仙桃市地处江汉平原中心地带，南倚长江，北邻汉水，南北贯穿，承东启西，地理位置得天独厚，享有“江汉明珠”的美称。仙桃市在地质构造上基本处于江汉盆地中心位置。江汉盆地历经了白垩—古近纪多期构造变动，周边山地与江汉盆地间歇性的升降运动仍在持续进行，盆地内广泛发育了一套内陆河湖相堆积。由于江汉盆地来水量增大，长江、汉水呈漫流和三角形分流形式进入沉降区，河流中的大量泥沙不断地淤积，随着南北差异性升降运动，形成现今江汉平原区的概貌[11]。仙桃市土壤成土母质主要为河流沉积物，主要由江汉上游的砂岩、页岩、片麻岩、灰岩等母岩风化物经流水搬运形成。仙桃市地表富硒土壤平均硒含量为0.44 mg/kg，波动范围0.40～1.53 mg/kg，土壤垂直剖面显示硒含量随着深度的增大而增加。富硒土壤主要沿“两圈两带”（环排湖、环沙湖、沿汉江南、沿东荆河北）分布。

根据土地质量地球化学评估项目土壤采样分析表明，仙桃市栗林嘴村蕴含丰富的富硒土地资源。2014年中粮米业（仙桃）有限公司在栗林嘴村建设富硒稻米核心种植基地，大力发展富硒产业，建设仙桃富硒稻米产业园。为研究土壤与富硒水稻的关系，特选此区作为研究对象。

1.2 样品采集与测试方法

2016年对仙桃市栗林嘴村进行第一次样品采集，2017年扩大采样范围进行第二次样品采集（图1），对栗林嘴村中南部以及东部区域按随机采样法先后采集水稻样品共计16个，每份水稻样品采集量为600 g左右，于采样袋中保存送至实验室进行检查；同时采集每份水稻样品相同位置的水稻根系周围0～20 cm的表层土，土壤样品每份重量约为1 kg，于样品袋中密封保存送至实验室。

水稻样品用四分法取样，严格按照《食品安全国家标准食品中硒的测定》（GB 5009.93-2010）检测硒含量。

土壤样品按照《土壤中全硒的测定》（NY/T 1104-2006）检测土壤全硒。按照《中性、石灰性土壤铵态氮、有效磷、速效钾的测定联合浸提-比色法》（NY/T 1848-2010）检测土壤中有效磷、速效钾、铵态氮。按照《土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》（NY/T 1121.6-2006）检测土壤中有机质。按照《土壤pH的测定》（NY/T 1377-2007）检测土壤中pH。此外也检测了土壤中硒的各种形态。

土壤形态样品提取简易流程：先用去离子水提取水溶态硒，残渣用氯化镁提取离子交换态硒，所得残渣用醋酸钠溶液提取碳酸盐结合态硒，所得残渣用焦磷酸钠溶液提取腐殖酸结合态硒，所得残渣用盐酸羟胺-盐酸溶液提取铁锰结合态硒，所得残渣用硝酸、双氧水、醋酸铵-硝酸提取强有机结合态硒，所得残渣用硝酸、高氯酸提取残渣态硒[12]。

2 结果与分析

2.1 检测结果

对研究区采集的样品与土壤进行检测分析，结果见表1。由表1可知，所采集土壤硒平均含量为0.42 mg/kg，最高值为0.47 mg/kg，最低值为0.30 mg/kg，低于0.40 mg/kg的采集点有两个，但是也达到了中硒土壤的标准，富硒土壤（Se≥0.40 mg/kg）占总采集点的87.5%，表明栗林嘴村的富硒土壤覆盖率比较高，基本集中在栗林嘴村的中部、南部以及东部区域。水稻硒平均含量为0.047 mg/kg，最高值为0.066 mg/kg，最低值为0.030 mg/kg，按照《富硒稻谷》（GB/T 22499-2008）进行评估，其中有14个样品高于富硒稻谷（Se 0.04～0.30 mg/kg）的要求。

研究区土壤总体呈碱性，平均pH为7.46，最高值为7.58，最低值为7.32。土壤中有机质平均值为23.5 g/kg，最高值为27.6 g/kg，最低值为19.5 g/kg。土壤中有效磷平均值为18.197 mg/kg，最高值为22.300 mg/kg，最低值为13.087 mg/kg。土壤中速效钾平均值为170.81 mg/kg，最高值为236.24 mg/kg，最低值为108.12 mg/kg。土壤中铵态氮平均值为114.60 mg/kg，最高值为131.82 mg/kg，最低值为97.42 mg/kg。水稻硒富集能力是指水稻从土壤中富集硒的程度，平均水稻硒富集能力为0.110，最高值为0.120，最低值为0.102。

2.2 水稻硒与土壤硒含量的相关性

通过对水稻和土壤硒含量的数据分析（图2）可以看到，水稻硒含量与土壤硒含量呈显著正相关，相关系数R2为0.857 9。说明随着土壤硒浓度的增加，水稻硒含量也会增加。仙桃市富硒土壤形成主要是自然因素引起，土壤物质主要是不同时期的地理环境沉积而成，土壤中的硒主要来自第四纪内陆河湖相沉积，同时上游“硒都”恩施的富硒母质岩系经风化搬运至江汉平原的长江、汉水冲积带内沉积，被土壤中有机质吸附，形成了仙桃市以湖积相为主的优质富硒土壤[13]。

2.3 土壤pH与水稻硒富集能力的关系

仙桃市栗林嘴村的土壤偏碱性。从图3可以看出，在碱性环境下，土壤pH与水稻硒富集度呈正相關，相关系数R2为0.273 2。pH对土壤中的硒有较大影响，主要影响土壤中亚硒酸盐和硒酸盐之间的相互转换。亚硒酸盐主要存在于酸性至中性土壤中，容易与有机质和金属氧化物结合而形成稳定物质；在碱性环境中，硒容易被氧化为可溶性的硒酸盐，溶解性好且不易被金属氧化物固定，是植物吸收的有效态硒。有研究表明，土壤pH较高时加剧了硒的甲基化程度，增强硒的活性，可使硒在土壤中的移动性和从表土逸出的可能性增大[14]。当然，土壤pH过高也会影响酶的活性，抑制水稻的生长；同时pH过高也会影响水稻对土壤中营养物质的吸收。因此，控制土壤中的pH有利于提高水稻对硒的富集。

2.4 土壤有机质与水稻硒富集能力的关系

从图4可以看出，水稻对硒的富集能力随着土壤有机质的增多而加强。土壤有机质与水稻硒富集能力呈正相关，相关系数R2为0.423 6。可能是由于土壤中有机质形成有机-无机缔合物吸附阴离子，吸附无机硒，有利于水稻对硒的富集。土壤中的有机质腐解过程会释放自身结合的部分硒，在此过程中也产生了一些中间物质会提高硒的活性，从而提高水稻对硒的吸收[15]。

2.5 土壤中有效磷、速效钾、铵态氮对水稻硒富集能力的影响

磷、钾、氮是水稻生长发育的重要营养元素。对栗林嘴村土壤的有效磷、速效钾、铵态氮与水稻硒富集能力之间的关系进行分析，结果见图5、图6、图7。

由图5可以看出，土壤有效磷与水稻硒富集能力呈正相关，相关系数R2为0.401 7。水稻吸收的磷成分主要来自有效磷，其中包括水溶性磷、部分吸附态磷和有机态磷。磷是水稻体内细胞中核酸、核蛋白、磷脂和ATP等重要化合物的组分，对植物生长发育有重要作用，参与细胞新陈代谢和遗传信息传递等重要生命过程。磷同样参与水稻的光合作用，有助于水稻呼吸作用，还能促进碳水化合物、蛋白质及油脂的合成运输。水稻发育期间缺磷会导致水稻生长缓慢，甚至会出现缩苗、红苗等现象，水稻质量严重下降，从而影响产量。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。

由图6可知，土壤速效钾与水稻硒富集能力呈正相关，相关系数R2为0.315 6。土壤中的速效钾主要包含水溶性钾和交换性钾，评估土壤钾的养分供应能力的重要指标就是土壤速效钾的含量。速效钾可以提高氨基酸向水稻体内转化的效率，促进生理代谢，提高氨基酸转化为蛋白质的速度，从而使蛋白质含量提高。速效钾还能增强很多酶的活性，提高水稻硒含量及品质。据相关研究表明，土壤速效钾对水稻有一定的增产效果[16]。

由图7可知，土壤铵态氮与水稻硒富集能力相关性不明显。虽然铵态氮与水稻硒富集能力无明显关系，但是氮在各种营养元素中对水稻生育和产量影响最大，是构成蛋白质的主要成分，在维持和调节水稻生理功能上具有多方面的作用。有研究表明，氮能明显促进水稻的生长[17，18]，因此不能忽视土壤中氮对水稻的影响。

2.6 土壤中硒的形态分析

土壤中各种硒形态含量与土壤硒全量有一定的内在联系，土壤硒含量也影响着水稻硒含量，因此研究水稻土壤中硒的形态很有必要。由表2可以看出，土壤中强有机态硒、腐殖酸态硒和残渣态硒含量远高于其他形态，占硒全量分别为31.24%、28.14%、26.54%。前两者与硒全量相关性较高，说明有机质的活动对水稻硒含量有较大影响[19]。残渣态在全量中也有较大的比重，一般作为储备硒难以被植物吸收，在土壤中以比较稳定的形式存在，会随着岩石风化逐步释放出来[20，21]。水溶态硒和铁锰结合态硒随土壤硒全量变化的幅度较小，无明显相关性，水溶态硒与周围的环境达到了溶解平衡的状态。离子交换态硒和碳酸盐态硒与土壤硒呈弱正相关。其中水溶态、离子交换态、碳酸盐态和铁锰结合态占土壤硒全量较低，且与土壤硒全量相关性不高，对土壤硒全量的影响很小，说明水稻对硒的富集主要依赖于强有机态硒和腐殖酸态硒。

3 小结

对栗林嘴村水稻及土壤的硒含量进行测定，并分析其相关性，研究土壤中的pH、有机质、有效磷、速效钾、铵态氮和土壤中硒的形态对水稻硒富集能力的影响，分析结果如下。

1）水稻硒含量与土壤中硒的含量呈正相关，可以根据富硒土壤的范围分布合理布局，对富硒水稻的种植有一定参考意义。

2）栗林嘴村土壤偏碱性，土壤pH与水稻硒富集能力呈正相关，一定程度的碱性土壤可以提高水稻对土壤中硒的吸收。

3）土壤有机质影响水稻硒的吸收，适当增加土壤中有机质的含量，能提高水稻的硒含量。

4）随着土壤中有效磷与速效钾含量的增加，水稻对硒的富集能力也随之增强，因此提高土壤中的磷、钾含量，有助于提高水稻对硒的吸收；铵态氮与水稻硒的富集能力无明显相关性，但是氮同样影响水稻硒含量，不能忽视氮对水稻的影响。

5）土壤中强有机态硒和腐殖酸态硒在土壤硒全量中占比较重，且与土壤硒全量相关性显著，说明水稻硒含量与有机质的活动密切相关，水稻对硒的富集主要依赖于强有机态硒和腐殖酸态硒。

参考文献：

[1] 梁立军.微量元素硒与人体健康[J].医学理论与实践，2008， 21（3）：287-288.

[2] 王成，田新玲.微量元素硒与人体健康[J].中国食物与营养，2006，12（5）：53-54.

[3] 陈以水，熊红.硒与癌症[J].广东微量元素科学，2002，9（10）：44-46.

[4] 廖金凤.土壤环境中的硒对人和动物健康的影响[J].广东微量元素科学，2002，9（3）：20-23.