廣西鹿寨水稻及其種植土壤中硒含量分布特征分析

張靖源 陳劍平 黃邵華 卓小雄

摘要：【目的】研究廣西鹿寨水稻及其種植土壤硒含量的分布特征，為廣西富硒有機(jī)稻的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化和科學(xué)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。【方法】采集廣西鹿寨具有代表性的28套水稻植株及其對(duì)應(yīng)的根系土樣品，采用氫化物原子熒光光譜法分析水稻植株各部位的硒含量，并與其對(duì)應(yīng)根系土中的硒含量進(jìn)行對(duì)比，考查水稻生長過程中的富硒能力。【結(jié)果】28個(gè)水稻根系土樣品的足硒率、富硒率及硒中毒率分別占樣品總數(shù)的3.57%、92.86%和3.57%；28個(gè)水稻籽實(shí)樣品中有26個(gè)樣品達(dá)富硒標(biāo)準(zhǔn)值，富硒率達(dá)92.86%，剩余的2個(gè)樣品硒含量低于標(biāo)準(zhǔn)值（占7.14%）。水稻植株不同部位及對(duì)應(yīng)根系土硒含量的分布規(guī)律為：根系土>根須>莖葉>籽實(shí)；水稻籽實(shí)、莖葉、根須硒含量與對(duì)應(yīng)根系土硒含量間均存在極顯著正相關(guān)（P<0.01），且隨著根須、莖葉、籽實(shí)與對(duì)應(yīng)根系土距離的增加，其相關(guān)性隨之依次減弱。【結(jié)論】廣西鹿寨水稻田土壤富硒率高，其平均值（1.002 mg/kg）遠(yuǎn)高于全國平均水平（0.29 mg/kg），產(chǎn)出的水稻有92.86%達(dá)國家富硒水稻標(biāo)準(zhǔn)，具備生產(chǎn)天然富硒水稻的條件。

關(guān)鍵詞： 硒；水稻；根系土；含量；分布特征；廣西鹿寨

中圖分類號(hào)： S511.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2016）11-1856-05

Abstract：【Objective】The present study was conducted to study distribution characteristics of rice and rhizosphere soil in Luzhai，Guangxi，in order to provide a theoretical basis for industrialized，large-scale and scientific production of selenium-enriched rice in Guangxi. 【Method】Twenty-eight sets of representative rice plants and corresponding rhizosphere soil samples were collected from Luzhai，Guangxi，and the selenium content in different parts of rice plants was determined by hydride atomic fluorescence spectrometry，compared with selenium content of corresponding rhizosphere soil，so as to investigate ability of rice to enrich selenium during growth process. 【Result】Results showed that，enough-selenium rate，selenium-enriched rate and selenium poisoning rate of 28 rice rhizosphere soil samples accounted for 3.57%，92.86% and 3.57% of total samples. Twenty-six of twenty-eight seed samples were up to standard of selenium enrichment，selenium-enriched rate was 92.86%，but two of which were lower than standard，accounting for 7.14%. Distributions of selenium contents in different parts of rice plant and rhizosphere soil were ranked as follows：rhizosphere soil>root hair>cauline leaf>seed. Selenium content of corresponding rhizosphere soil was extremely significantly positively correlated with selenium content of seeds，cauline leaf and root hair，respectively（P<0.01），however，this correlation was attenuated with the increase of distance between rhizosphere soil and each of root，cauline leaf and seed. 【Conclusion】Paddy soil of Luzhai，Guangxi is rich in selenium，with an average selenium content of 1.002 mg/kg，which is much higher than national average（0.29 mg/kg），92.9% of total rice reach up to national standard of selenium-enriched rice，therefore，Luzhai of Guangxi has natural condition for production of selenium-enriched rice.

Key words： selenium； rice； rhizosphere soil； content； distribution characteristics； Luzhai， Guangxi

0 引言

【研究意義】硒（Se）是人類和動(dòng)物的必需微量元素，在人體中發(fā)揮著重要的生理功能（楊朔，2015；陳健等，2016），如抗氧化、延緩衰老、解毒排毒、降低心腦血管疾病、保護(hù)肝臟、預(yù)防癌變及提高免疫力等，硒還可以緩解砷、鉛、鎘和汞等重金屬對(duì)人體的毒害作用（程義勇，2014）。在我國，克山?。ǖ胤叫孕募〔。┑陌l(fā)生主要是病區(qū)居民硒元素?cái)z入量不足，與甲狀腺功能減退相關(guān)的呆小癥也與硒元素缺乏有關(guān)（郎春燕等，2013）；但在高劑量攝入的情況下，硒又可能造成毒害作用，因此必須將硒的攝入量控制在一個(gè)安全范圍內(nèi)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】由于硒元素的地區(qū)分布極不均勻，目前國家已投入大量資金進(jìn)行硒資源調(diào)查。李慧等（2011）采用氫化物原子熒光光譜法對(duì)恩施芭蕉地區(qū)玉露茶園的茶葉、土壤樣品硒含量進(jìn)行測定，并探究了富硒茶葉的最佳種植條件；魏然等（2012）研究了江西省鄱陽湖流域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤硒元素含量的變化，發(fā)現(xiàn)江西鄱陽湖流域農(nóng)田土壤硒的主要輸入途徑是大氣干濕沉降、灌溉水、化肥和農(nóng)藥，其中大氣干濕沉降占絕對(duì)主導(dǎo)地位，四者對(duì)土壤硒富集的貢獻(xiàn)比例約為77∶20∶1∶2；楊忠芳等（2012）通過研究分析海南島農(nóng)田土壤硒的地球化學(xué)特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)研究區(qū)69.98%的土地為足硒和富硒土壤；郎春燕等（2013）研究表明，四川成都市東郊稻田土壤硒主要以有機(jī)物—硫化物結(jié)合及元素態(tài)硒、殘?jiān)鼞B(tài)硒存在，占土壤總硒含量的80%以上，而作物可吸收利用的可溶態(tài)、可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒僅占3%左右；何偉燕和王占岐（2015）通過采集福建三元區(qū)表層土壤樣品和主要農(nóng)產(chǎn)品樣品進(jìn)行硒含量特征分析，結(jié)果表明部分水稻、地瓜和黃豆等農(nóng)產(chǎn)品硒含量達(dá)到相應(yīng)的富硒標(biāo)準(zhǔn)；商靖敏等（2015）采集洋河流域上、下游171個(gè)代表性表層土壤，系統(tǒng)分析了土壤總硒含量、分布及影響因素，發(fā)現(xiàn)平均硒含量排序?yàn)椋毫值?城鎮(zhèn)工礦用地>草地>農(nóng)業(yè)用地；硒含量隨海拔增高顯著增加，而隨pH增加顯著減小，此外，總有機(jī)碳、鐵和鋁含量也是影響土壤硒含量的重要因素?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)勢頭迅猛，已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的新亮點(diǎn)（徐慶國等，2013），因其經(jīng)濟(jì)效益顯著，得到了各級(jí)政府的高度重視。為推動(dòng)廣西現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型、優(yōu)化和升級(jí)，2015年廣西區(qū)政府啟動(dòng)了實(shí)施現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)“10+3”提升行動(dòng)，計(jì)劃在2015～2020年大力推動(dòng)富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展。【擬解決的關(guān)鍵問題】采用氫化物原子熒光光譜法分析廣西鹿寨水稻植株各部位的硒含量，并與其對(duì)應(yīng)根系土中的硒含量進(jìn)行對(duì)比，考查水稻生長過程中的富硒能力，為廣西富硒有機(jī)稻的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；涂茖W(xué)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

于水稻收獲盛期，通過GPS定位，在采樣點(diǎn)地塊內(nèi)采用梅花點(diǎn)法進(jìn)行多點(diǎn)取樣（圖1）。每個(gè)采樣地塊范圍內(nèi)采集3～5個(gè)子樣等量混勻組成1個(gè)樣品，稻谷植株連同對(duì)應(yīng)根系土一起挖出，抖凈根部土壤，并進(jìn)行收集，水稻植株剪下稻谷籽粒、秸稈和根須分別裝入樣袋，并對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)，采樣數(shù)量見表1。硒標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 μg/mL）購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，硝酸為電子純，鹽酸、氫氧化鈉、硼氫化鉀和鐵氰化鉀均為國產(chǎn)分析純，水為去離子水。主要儀器設(shè)備：FW100型高速萬能粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司）、LTJM-2099精米機(jī)（上海賽霸精密儀器有限公司）、MARS6微波消解系統(tǒng)（美國CEM公司）、AFS-9700雙道原子熒光分光光度計(jì)（北京科創(chuàng)海光儀器有限公司）、硒空心陰極燈（北京有色金屬研究總院）、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG-9626A（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）、恒溫水浴鍋HH-S（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）、瑪瑙球磨機(jī)LK-XZM-100（錦州市磊科科儀有限公司）等。

1. 2 樣品預(yù)處理

植株樣品經(jīng)分揀去掉其雜質(zhì)和泥土，清水淘洗干凈，再用去離子水清洗3次，60 ℃烘干。籽粒經(jīng)精米機(jī)處理，去除稻殼，得到一級(jí)精米，再用粉碎機(jī)粉碎成米粉，通過100目篩，得到較細(xì)米粉，儲(chǔ)存于塑料瓶內(nèi)，備用。秸稈和根須經(jīng)剪碎，用粉碎機(jī)粉碎，待用。根系土樣品除去非土壤雜質(zhì)，常溫下風(fēng)干、過10目篩、混勻；于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)60 ℃烘干后取100 g樣品，采用瑪瑙球磨機(jī)將樣品碾磨至100目。

1. 3 樣品消解

根系土消解：稱取根系土樣品0.2000 g置于25 mL比色管中，加入10 mL王水（濃鹽酸∶濃硝酸=3∶1），沸水浴中消解2 h，每隔30 min振蕩1次，取下冷卻后定容，搖勻，取上清液檢測；同時(shí)設(shè)空白試驗(yàn)。

植株樣品消解：稱取0.500 g植株樣品置于消化管中，加5 mL硝酸，振蕩混勻，放入微波消化儀中進(jìn)行消解：1200 W，10 min升溫至125 ℃，保持10 min；接著1200 W，10 min升溫至180 ℃，保持20 min，待消化完成、冷卻至室溫后取出消化管，用洗瓶移入50 mL燒杯中，加入幾粒玻璃珠，在電熱板上繼續(xù)加熱近干，再加入6 mol/L鹽酸5 mL，繼續(xù)加熱至溶液變?yōu)榍辶翢o色并伴有白煙出現(xiàn)，冷卻，轉(zhuǎn)移樣品消化液至25 mL容量瓶中，用鹽酸溶液（1+1）定容，搖勻待測，同時(shí)設(shè)空白試驗(yàn)。

1. 4 氫化物原子熒光光譜法測定分析

采用氫化物原子熒光光譜法（GB/T 5009.93-2010）進(jìn)行測定。儀器工作條件：負(fù)高壓280 V，燈電流20 mA，爐高8 mm，載氣流量300 mL/min，屏蔽氣流速800 mL/min，加液時(shí)間5 s，讀數(shù)時(shí)間12 s，延遲時(shí)間0 s，進(jìn)樣量2 mL，載流液濃度10% HCl，硼氫化鉀濃度2%。土壤樣品分析方法檢出限4 μg/kg，生物樣品檢出限5 μg/kg。

1. 5 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 17.0對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)性分析，再以Excel 2010繪制直方圖和散點(diǎn)圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 水稻根系土的硒含量特征

本研究共采集28套水稻植株及對(duì)應(yīng)根系土樣品。從表2可看出，水稻根系土硒含量最小值為0.359 mg/kg、最大值為3.819 mg/kg，平均含量為1.002 mg/kg，明顯高于全國表層土壤硒的平均含量0.29 mg/kg（商靖敏等，2015）。按照譚見安（1989）的劃分標(biāo)準(zhǔn)，采集的28個(gè)水稻根系土樣品中有1個(gè)樣品處于足硒狀態(tài)、26個(gè)樣品處于富硒狀態(tài)、1個(gè)樣品處于硒中毒狀態(tài)，分別占樣品總數(shù)的3.57%、92.86%和3.57%，總體上屬于富硒土壤。

2. 2 水稻籽實(shí)的硒含量特征

由表2可知，水稻籽實(shí)硒含量最小值為0.026 mg/kg、最大值為0.532 mg/kg，平均含量為0.079 mg/kg。根據(jù)《富硒稻谷》（GB/T 22499-2008）標(biāo)準(zhǔn)，稻谷硒含量在0.04～0.30 mg/kg為富硒標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)28個(gè)水稻籽實(shí)樣品中有26個(gè)樣品達(dá)富硒標(biāo)準(zhǔn)值，富硒率達(dá)92.86%；剩余的2個(gè)樣品硒含量低于標(biāo)準(zhǔn)值，占7.14%。但參照廣西發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)（DB45/T 1061-2014），糧食類的富硒含量標(biāo)準(zhǔn)為0.15～0.28 mg/kg，僅有5個(gè)籽實(shí)樣品達(dá)富硒標(biāo)準(zhǔn)，占17.86%。

在采集的28個(gè)水稻籽實(shí)樣品中，有2個(gè)籽實(shí)樣品的硒含量較高，分別達(dá)0.456和0.532 mg/kg，超出GB/T 22499-2008和DB45/T 1061-2014的上限。依照我國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量對(duì)照表（程義勇，2014）可知，硒的人均推薦攝入量60 μg/d，平均需要量50 μg/d，可耐受最高攝入量400 μg/d。按人均每天攝入谷薯類食物250～400 g（中國營養(yǎng)協(xié)會(huì)，2016）計(jì)算，通過這兩個(gè)富硒大米攝入的硒含量為114～182和132～212 μg/d，高出推薦攝入量的1～2倍，但仍在可耐受的最高攝入量范圍內(nèi)。

2. 3 水稻植株不同部位硒含量與根系土硒含量的相關(guān)性

水稻植株不同部位及對(duì)應(yīng)根系土硒含量的分布規(guī)律（圖2）為：根系土>根須>莖葉>籽實(shí)，與蔣旭玲（2013）的研究結(jié)果一致，符合生物學(xué)的基本原理，即農(nóng)作物在生長過程中可通過根系或葉片兩種途徑吸收營養(yǎng)元素，植物吸收四價(jià)硒時(shí)先在根部同化，再以有機(jī)硒的形式沿木質(zhì)部向地上轉(zhuǎn)運(yùn)（Asher et al.，1977）。

圖3為水稻不同部位與對(duì)應(yīng)根系土硒含量關(guān)系的散點(diǎn)圖。由圖3可看出，水稻籽實(shí)、莖葉、根須的硒含量與對(duì)應(yīng)根系土硒含量間均存在極顯著正相關(guān)（P<0.01），且隨著根須、莖葉、籽實(shí)與根系土距離的增加，其相關(guān)性隨之依次減弱。其中，水稻根須硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=1.0776x0.8061（R2=0.7612）；水稻莖葉硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=0.1732x0.8486（R2=0.6585）；水稻籽實(shí)硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=0.1010x0.7282（R2=0.3904）。由此可見，水稻根須主要從根系土吸收營養(yǎng)；莖葉除了通過根系吸收營養(yǎng)外，還可從外界吸收營養(yǎng)，如葉片表面的氣孔可幫助葉片與外界溝通，莖葉吸收根系和外界的硒后將其轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入水稻籽實(shí)中。

3 討論

水稻是我國居民的主要口糧，因此通過提高稻米硒含量，以食用方式增加人體攝硒量，被認(rèn)為是最直接、有效、安全的補(bǔ)硒途徑（李玉梅等，2016）。至今，有關(guān)水稻吸收硒元素的機(jī)理和途徑已有較多研究報(bào)道。蔣旭玲（2013）對(duì)硒在水稻植株不同部位的分布情況進(jìn)行研究，結(jié)果表明，整個(gè)水稻植株中根須硒含量最高，米糠次之，精米最低。李玉梅等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，在水稻籽粒成熟過程中，其莖葉吸收的四價(jià)硒逐漸向籽粒轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致這些部位的硒含量降低。可見，植株生長部位不同，其硒含量也不相同（劉海燕等，2015）。本研究結(jié)果表明，水稻根須的硒含量與對(duì)應(yīng)根系土壤接近，是由于根須吸收了土壤中存在的大量硒元素；而個(gè)別根須樣品的硒含量略高于根系土硒含量，可能與土壤本身的理化性質(zhì)有關(guān)，如土壤pH、土壤類型、土壤中黏土礦物、有機(jī)碳、鐵錳氧化物等。這些指標(biāo)通過影響硒元素在土壤中的賦存狀態(tài)，進(jìn)而影響硒的生物有效性，當(dāng)土壤有機(jī)碳、黏粒等含量越高，硒的生物有效性越低（楊忠芳等，2012）；土壤pH則會(huì)影響土壤中硒元素的賦存狀態(tài)，硒的價(jià)態(tài)不同，在水中的溶解能力不同，植物根系對(duì)其吸收的作用也不同（何偉燕和王占岐，2015）。

本研究采集的28個(gè)水稻根系土樣品硒含量平均值為1.002 mg/kg，明顯高于全國土壤平均值0.29 mg/kg（商靖敏等，2015），也高于貴州稻田土壤的平均值（0.36±0.23 mg/kg）、浙江稻田土壤的平均值（0.29 mg/kg）（耿建梅等，2012）及福建三明市三元區(qū)土壤的平均值（0.52 mg/kg）（何偉燕和王占岐，2015）。農(nóng)作物在生長過程中，可通過根系或葉片兩種途徑吸收營養(yǎng)元素。本研究結(jié)果表明，水稻籽實(shí)、莖葉、根須的硒含量與對(duì)應(yīng)根系土硒含量間均存在極顯著正相關(guān)，且隨著根須、莖葉、籽實(shí)與根系土距離的增加，其相關(guān)性隨之依次減弱。其中，水稻根須硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=1.0776x0.8061（R2=0.7612）；水稻莖葉硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=0.1732x0.8486（R2=0.6585）；水稻籽實(shí)硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=0.1010x0.7282（R2=0.3904）。由于廣西鹿寨水稻田土壤硒元素含量豐富，在水稻種植過程中無需采取葉面施噴施肥或通過根部施加硒肥的手段即可生產(chǎn)出富硒大米（富硒率達(dá)92.86%），即廣西鹿寨水稻田具備生產(chǎn)天然富硒水稻的條件。

4 結(jié)論

廣西鹿寨水稻田土壤富硒率高，其平均值（1.002 mg/kg）遠(yuǎn)高于全國平均水平（0.29 mg/kg），產(chǎn)出的水稻有92.86%達(dá)國家富硒水稻標(biāo)準(zhǔn)，具備生產(chǎn)天然富硒水稻的條件。

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（責(zé)任編輯 蘭宗寶）