石灰性土壤硒含量與小麥籽粒硒相關性研究

張　棟，張　妮，侯振安，冶　軍

(石河子大學農(nóng)學院資源與環(huán)境系， 新疆 石河子 832003)

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石灰性土壤硒含量與小麥籽粒硒相關性研究

張棟，張妮，侯振安，冶軍

(石河子大學農(nóng)學院資源與環(huán)境系， 新疆 石河子 832003)

對新疆不同地區(qū)的39個小麥田耕層土壤及籽粒進行調(diào)查取樣，研究土壤的全硒、有效硒含量與小麥籽粒硒含量的相關性及土壤硒含量的影響因素。結果表明：土壤全硒含量在0.144～1.153 mg·kg-1之間，其中10%屬于少硒土壤(0.125～0.175 mg·kg-1)，49%屬于足硒土壤(0.175～0.450 mg·kg-1)，41%屬于富硒土壤 (0.450～2.000 mg·kg-1)，土壤硒的活化率平均為25.11%；小麥籽粒全硒含量在0.004～0.055 mg·kg-1之間，達到國家谷物類食品富硒標準(0.040～3.000 mg·kg-1)的僅有8%，92%小麥籽粒硒含量低于國家谷物類食品富硒標準，由此可知土壤全硒含量與小麥籽粒硒含量無相關性，而土壤有效硒與籽粒硒含量呈極顯著正相關，所以要充分利用富硒土壤生產(chǎn)富硒小麥就必須提高土壤中硒的有效性；土壤有效硒與土壤pH值呈極顯著正相關，因此在實際生產(chǎn)中可以通過改善土壤條件的方法來提高土壤硒的有效性，從而提高小麥籽粒中硒的含量；土壤全硒含量隨土壤質(zhì)地粘重程度的增加而增加。

小麥籽粒；石灰性土壤；全硒；有效硒；活化率；顆粒組成

硒是人和動物必須的微量元素之一，在人體中具有抗氧化、排毒、預防癌變、提高免疫力等多方面的功能[1-4]。我國出現(xiàn)的克山病、大骨節(jié)病已被證實是缺硒引起的[5-7]。據(jù)調(diào)查我國72%的國土面積屬低硒或缺硒地區(qū)，生活在缺硒地區(qū)的人口有7億多[8]。盧良恕、李振聲等院士呼吁加強富硒農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)[9]，建立日常食物攝取的人類硒營養(yǎng)模式，加大富硒食品的生產(chǎn)，保障人體健康。

植物是人和動物攝入硒營養(yǎng)的主要來源[10]，而農(nóng)作物對土壤中硒的吸收程度取決于硒的形態(tài)及其有效性，而大多數(shù)硒以礦物晶格形態(tài)存在難以被作物利用[11]，這就制約著食物中硒的營養(yǎng)狀況。目前，我國的食品市場上出現(xiàn)了諸如富硒茶葉、富硒雞蛋、富硒米、富硒蘋果等產(chǎn)品，一方面此類產(chǎn)品的價格相對較高，購買量有限，另一方面由于這些食品不能作為人們?nèi)粘４罅渴秤玫氖澄?，所以對硒的補給量有限。據(jù)調(diào)查新疆小麥主產(chǎn)區(qū)多屬于足硒和富硒土壤，但小麥籽粒含硒量普遍偏低，在谷類作物中, 小麥對硒的積聚能力最強, 而通過食物鏈使無機硒轉(zhuǎn)化為有機硒是最安全有效的補硒途徑，可見，通過提高土壤中硒的有效性從而使植物農(nóng)產(chǎn)品的硒含量提高，是從源頭調(diào)控硒營養(yǎng)和預防有關硒缺乏病的出路[5]。

本研究通過分析不同地區(qū)小麥田耕層土壤、小麥籽粒中硒含量及土壤理化性質(zhì)與土壤硒含量相關性，為正確評價表層土壤及籽粒硒狀況，有效利用富硒土壤硒資源提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試樣品的采集及處理

新疆石河子、伊犁、塔城、哈密、吉木薩爾、奎屯等地區(qū)小麥產(chǎn)量之和占新疆總產(chǎn)量的比例超過30%，且均是冬春麥兼種地區(qū)[12]，主要種植品種新春35號、6號，寧春16號、17號，奎東5號，新東18號。

2014年7月至9月，小麥收獲期在以上幾個地區(qū)采集小麥及土壤樣品39個，其中石河子22個，伊犁4個，塔城5個，哈密3個，吉木薩爾3個(圖1)。在每個小麥地隨機選擇3～4個大小為1 m2的采樣點按S型線路采取小麥及土壤樣品。小麥樣品經(jīng)人工脫粒，粉碎后，儲存于干燥器中，備用待測，土壤樣品經(jīng)風干、剔除雜物后分別過2 mm、1 mm、0.25 mm的尼龍篩，備用待測。

圖1采樣點分布示意圖

Fig.1Distribution of the sampling sites

1.2測定項目與方法

土壤理化性質(zhì)：分析方法參照《土壤農(nóng)化分析》[13]。土壤顆粒組成采用比重計速測法。

土壤全硒測定：分析方法參照王丹君等[14]、袁菊等[15]推薦的測試方法，稱取過0.25 mm尼龍篩待測土壤樣品1.0000 g于100 mL錐形瓶中，加入優(yōu)級純混合酸(硝酸∶高氯酸=3∶2)10 mL，蓋上小漏斗，放置過夜。次日在砂浴鍋上以100℃加熱至棕色煙霧冒盡，繼續(xù)升溫到160℃～170℃加熱消化至灰白色并伴有白煙且溶液體積剩余3 mL左右，然后加入10 mL 6 mol·L-1鹽酸置于沸水浴中加熱20 min，取出冷卻至室溫，加入濃鹽酸10 mL后用高純水將消化液轉(zhuǎn)移定容到50 mL容量瓶中，搖勻待測。同時做空白試驗，原子熒光光譜儀測定

土壤有效硒測定：分析方法參照溫國燦等[16]、吳雄平等[17]推薦的測定方法，稱取1.0000 g左右的土壤樣品，以1∶15的固液比，加0.5 mol·L-1KH2PO4溶液15 mL，振蕩離心，取上清液10 mL置于50 mL離心管中。加入濃鹽酸2.0 mL和100 g·L-1的鐵氰化鉀溶液1.0 ml搖勻，同時做空白實驗，用原子熒光光譜儀測定。

小麥籽粒全硒測定：分析方法參照唐玉霞等[18]、于振等[19]推薦的方法，稱取0.5000 g樣品于燒杯中，加入混酸(硝酸與高氯酸的體積比為4∶1)10.0 mL，室溫放置過夜，在砂浴鍋上以160℃加熱消化，當溶液無色并伴有白霧產(chǎn)生時且溶液體積剩余約為2 mL時，加入5 ml 6 mol·L-1鹽酸，繼續(xù)加熱，待燒杯內(nèi)的溶液變?yōu)橥该鳠o色并出現(xiàn)白煙時停止加熱。置于室溫條件下冷卻，消化液于25 mL容量瓶中定容，搖勻備用，用原子熒光光譜儀測定。

土壤硒的活化率：參照趙妍等[20]推薦的計算方法，(有效硒含量/全硒含量)×100%

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003及SPSS13.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)處理和差異顯著性檢驗，并用Microsoft Excel 2003軟件進行繪圖。

2　結果與分析

2.1不同地區(qū)土壤硒含量

2.1.1土壤全硒含量對新疆不同地區(qū)的39個小麥地表層土壤樣品及籽粒樣品檢測結果表明，土壤全硒含量變幅為(表1)0.144～1.153 mg·kg-1，平均值為0.462 mg·kg-1，而全國土壤硒含量平均值為0.2900 mg·kg-1，新疆地區(qū)土壤硒含量平均值為0.220 mg·kg-1[21]，可見所研究的耕層土壤全硒含量大于全國及新疆土壤硒含量的平均值。

依據(jù)譚見安等[22]劃分的我國硒元素生態(tài)景觀的界限值，對所調(diào)查的新疆不同地區(qū)的小麥田耕層土壤進行了硒全量的頻度分析，結果表明(圖2)，研究區(qū)表層土壤10%為少硒土壤(0.125～0.175 mg·kg-1)，49%的為足硒土壤(0.175～0.450 mg·kg-1)，41%的為富硒土壤(0.450～2.000 mg·kg-1)。

2.1.2土壤有效硒含量根據(jù)對新疆不同地區(qū)的39個小麥田耕層土壤的分析結果表明，有效硒含量為(表1)17.47～84.09 μg·kg-1，平均值為42.26 μg·kg-1。為了更直觀地反映土壤硒的有效性程度以及土壤供硒潛力，本研究引入了活化率[20]指標。經(jīng)調(diào)查研究分析，土壤硒活化率偏低，變幅為(表1)2.00%～31.37%，均值為12.16%。可見供試土壤中硒的有效度較低。

圖2　土壤硒含量頻度分布圖

2.1.3土壤全硒與有效硒的相關性分析對新疆不同地區(qū)的39個小麥田耕層土壤的的分析結果表明，在所調(diào)查區(qū)域中土壤有效硒與全硒含量并沒有顯示出相關性(圖3)，主要由于新疆不同地區(qū)成土母質(zhì)以及土壤理化性質(zhì)的差異所造成的。這與趙妍等[20]研究結果相符。

圖3土壤有效硒與全硒的相關分析

Fig.3Correlation analysis between available Se and Se in soli

2.2土壤理化性質(zhì)、顆粒組成與土壤全硒及有效硒的相關性

2.2.1土壤理化性質(zhì)、顆粒組成與土壤全硒的相關性分析對新疆不同地區(qū)39個小麥田耕層土壤中全硒含量與土壤理化性質(zhì)的數(shù)據(jù)分析表明，土壤全硒含量與土壤pH值(n=39、r=0.18、圖4b)、有機質(zhì)(n=39、r=0.21、圖4a)、電導率(n=39、r=0.15、圖4c)均無顯著相關性。供試土壤中大部分以砂土和粘壤土為主，土壤粘粒含量(n=39、r=0.43、P<0.01、圖4e)與土壤全硒含量呈極顯著正相關性(圖4e)，且與粉粒含量(n=39、r=-0.02、圖4d)，砂粒含量(n=39、r=-0.29、圖4f)均無顯著相關性?？梢娡寥廊S土壤質(zhì)地粘重程度的增加硒含量增加。

圖4土壤理化性質(zhì)、顆粒組成與土壤全硒含量的相關性分析

Fig.4Correlation analysis among soil basic, soil structure and soil selenium content

2.2.2土壤理化性質(zhì)、顆粒組成與土壤有效硒的相關性分析本研究供試的新疆不同地區(qū)小麥田的39個耕層土壤樣品的有效硒含量與pH值、有機質(zhì)、電導率及土壤的顆粒組成的相關性分析表明，土壤有效硒含量與土壤pH值(圖5a)呈極顯著相關，這與魏顯有等[23]，趙美芝等[24]，趙妍等[20]研究相符。土壤有效硒含量與土壤有機質(zhì)(n=39、r=-0.12、圖5b)、電導率(n=39、r=0.19、圖5c)、粘粒含量(n=39、r=0.04、圖5d)、粉粒含量(n=39、r=0.23、圖5e)、砂粒含量(n=39、r=-0.19、圖5f)之間并不存在明顯的相關性。

2.3小麥籽粒硒含量

小麥籽粒全硒含量的變幅為0.008～0.055 mg·kg-1，平均值為0.019 mg·kg-1。依據(jù)國家富硒食品含量分類，對所調(diào)查的小麥籽粒進行了硒含量的頻度分析，結果表明僅有8%的小麥籽粒達到富硒標準(0.040～0.300 mg·kg-1),其余的92%的小麥籽粒均未到達富硒標準(<0.0400 mg·kg-1)(圖6)。

2.4小麥籽粒硒含量土壤硒含量的相關性

本研究對39個土壤的有效硒含量與小麥籽粒硒含量的相關性分析(圖6)表明土壤有效硒含量與籽粒硒含量呈極顯著相關(n=39、r=0.64、P<0.01)。由此得出土壤中有效硒含量在0.08～0.61 mg·kg-1時小麥籽粒達到富硒標準且低于硒中毒標準。

3　討　論

全國土壤硒含量平均值為0.290 mg·kg-1，新疆地區(qū)土壤硒含量平均值為0.220 mg·kg-1[21]，本研所供試土壤全硒含量平均值為0.462 mg·kg-1，可見供試土壤全硒含量均高于全國及新疆土壤全硒含量的平均值，并且有研究表明：土壤中有效硒是能夠被植物直接吸收利用的部分，它是決定食物鏈中硒水平的關鍵因素[25]，對供試土壤分析結果表明，有效硒含量平均值為42.26 μg·kg-1，硒的活化率的平均值12.16%。前人發(fā)現(xiàn)土壤全硒是有效硒的來源，在一定條件下土壤全硒會活化成植物能利用的有效硒，而有效硒在一定條件下也能轉(zhuǎn)化為固定態(tài)硒[25]。但是土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)中，土壤全硒代表土壤中各種形態(tài)的總和，并不代表土壤中硒的生物有效性[26]，本研究與上述研究一致，土壤全硒含量與有效硒含量并無相關性?？梢姽┰囃寥乐形挠行Ф容^低，但有效度提高的空間很大。

圖5　土壤理化性質(zhì)、顆粒組成與土壤有效硒硒含量的相關性分析

圖6　小麥籽粒硒含量頻度分布

圖7土壤有效硒含量與小麥籽粒硒含量的相關分析

Fig.7Correlation analysis between soil available Se and seed Se content

巖石通過風化進入土壤，因此土壤中的硒含量主要與母質(zhì)有關，不同地區(qū)土壤中的硒含量差異很大，土壤全硒含量除了與土壤母質(zhì)有關還與土壤理化性質(zhì)有關[27-29]。前人對影響土壤硒有效度的研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值是影響土壤價態(tài)變化主要因素之一，土壤溶液中，pH決定了土壤硒的價態(tài)特征，一般來說pH值越高，土壤中硒可溶性越強，活性越大[20]。且有研究報道，有機質(zhì)對土壤硒有雙重作用，一方面有機組分中的硒是以與有機化合物成結合物的形式存在，或者由于微生物的作用結合到氨基酸和蛋白質(zhì)中，所以比粘土礦物有更強的固定能力；另一方面有機質(zhì)的增加會導致有機硒的增加，從而增加硒的生物可利用性[26]。本研究結果發(fā)現(xiàn)，土壤全硒含量與土壤粘粒含量呈顯著正相關，而與土壤pH值、有機質(zhì)、電導率等均無顯著相關性，而土壤有效硒含量與土壤pH值呈顯著相關性，與其他理化性質(zhì)及土壤顆粒組成均無顯著相關性。

土壤中硒的總量只能看作是土壤的潛在供應能力和貯量的指標，植物能直接吸收、利用的是土壤溶液中的有效態(tài)硒，有大量的研究證明作物中硒的含量與土壤中有效硒的含量呈顯著正相關[30]。本研究結果表明，供試小麥籽粒硒含量平均值為0.019 mg·kg-1，且在與土壤全硒，土壤有效硒的相關性分析中發(fā)現(xiàn)，籽粒硒含量與土壤有效硒含量呈顯著正相關，而與土壤全硒含量無明顯相關性。

4　結　論

1) 供試的耕層土壤樣品硒含量大部分都達到足硒及富硒的標準，但大部分小麥籽粒樣品硒含量均未達到國家標準，由此可知土壤全硒含量與小麥籽粒硒含量無相關性，而土壤有效硒與籽粒硒含量呈極顯著正相關，所以要充分利用富硒土壤就必須提高土壤中硒的有效性。

2) 小麥籽粒硒含量與土壤有效硒含量呈極顯著正相關關系，因此通過提高土壤中硒的有效性可以使植物農(nóng)產(chǎn)品的硒含量提高。

3) 土壤有效硒含量與土壤pH值呈極顯著正相關關系，因此，可以在實際生產(chǎn)中通過改善土壤環(huán)境條件的方法來提高土壤硒的有效性。土壤全硒含量隨土壤質(zhì)地粘重程度的增加，硒含量亦增加，且增加幅度明顯。

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Correlation between calcareous soil selenium content and wheat grain selenium content

ZHANG Dong, ZHANG Ni, HOU Zheng-an, YE Jun

(Department of Resources and Environmental Sciences, College of Agronomy, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832003, China)

As a traceable element, selenium is of great importance on human health and its contents in environment directly affects the health and safety of human beings, animals and plants. Concentration and availability of selenium in wheat soils in Xinjiang province were investigated and the governing factors were analyzed by collecting 39 surface soil samples from different regions in Xinjiang. The results showed that the total selenium content ranges from 0.144 mg·kg-1to 1.153 mg·kg-1. 10% of the soils contain little selenium (0.125～0.175 mg·kg-1), 49% contain full selenium (0.175～0.450 mg·kg-1), and 41% are selenium-rich (0.450～2.000 mg·kg-1). The average activation rate of soil selenium is 25.11%. The wheat grain selenium content ranges from 0.004 mg·kg-1to 0.055 mg·kg-1. While 92% of the wheat grains selenium content is lower than the national cereal food selenium-rich standard, indicating that there was no correlation between total selenium content in soil and wheat grain selenium content. But soil availability selenium and wheat grain selenium content have significant correlation. Soil availability selenium and soil pH have significant correlation. Therefore, improvement of the availability of selenium in soil can help to produce selenium-rich wheat. Through the control of soil conditions in the actual production by improving the available soil selenium, the selenium content in wheat grain can also be improved. Soil total selenium content becomes increased with the increase of heavy degree in soil texture.

wheat grain; calcareous soil; total Se; available Se; activity index; soil structure

1000-7601(2016)05-0152-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.23

2015-07-01

國家科技支撐項目：滴灌條件下糧食作物水肥資源高效利用與農(nóng)田肥力提升研究與示范(2012BAD42B02)

張棟(1990—)，男，新疆塔城人，碩士研究生，主要從事新型肥料與現(xiàn)代施肥技術的研究。 E-mail: xjzhangdong@sina.cn。

冶軍，E-mail: yejun.shz@163.com。

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