貴州省凱里市農(nóng)作物籽實與根系土硒含量特征與應(yīng)用

尹 祺，嚴 琦

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局六總隊，貴州 凱里 556000)

硒元素是地球上一種稀有且分散的元素，是維持人體和動物必須的微量元素。硒能改善動物機體的免疫能力，提高人體抗癌能力，抑制鎘、砷、貢、銀等重金屬毒性。缺硒可引起克山病、大骨節(jié)病等地方病(陳婕 等，2018)。

硒在地殼中存在量極少，大約只有9×10-8，多集中在硫酸鹽礦物中，與硫伴生(王景懷 等，2005)。研究表明，我國從東三省起，斜穿云貴高原，2/3以上地區(qū)缺硒，其中50%為嚴重缺硒區(qū)(布和敖斯?fàn)?等，1995)。農(nóng)作物中富硒在一定程度上能改善缺硒的狀況，在缺硒的地區(qū)提供相對富集的硒農(nóng)作物產(chǎn)品利于改善缺硒的狀況，有益于人體健康。鑒于此，農(nóng)作物中硒含量的研究成為相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的焦點，開展對農(nóng)作物硒含量的調(diào)研能為特色土地資源規(guī)劃和開發(fā)利用提供建議，為硒資源的開發(fā)利用及地方經(jīng)濟發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省東南部的凱里市。出露地層以寒武系婁山關(guān)組、石冷水組、高臺組和清虛洞組為主，次為青白口系下江群、奧陶系桐梓組、紅花園組及大灣組和泥盆系蟒山群、高坡場組，另有第四系零星分布。出露巖性主要為：碳酸鹽巖，次為碎屑巖，少量分布有變質(zhì)巖及黑色巖系。

研究區(qū)土壤以石灰土、黃壤為主，水稻土次之，粗骨土最少。石灰土主要分布在區(qū)內(nèi)中部爐山、大風(fēng)洞、鴨塘等地。黃壤主要分布于西部、西北部、東部。水稻土成片分布于區(qū)內(nèi)山間盆地和河谷階地；粗骨土分布在西部。

研究區(qū)主要農(nóng)作物以水稻為主，玉米次之，呈北東至南西向分布，其中中心城區(qū)由于城市建設(shè)等原因，農(nóng)作物分布較少。

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集

本研究采集了地區(qū)具有代表性農(nóng)作物144件(水稻64件、玉米64件、葡萄16件)及相應(yīng)的根系土壤樣(144件)。

圖2 研究區(qū)農(nóng)作物采樣點位圖Fig.2 Sampling points of agricultural product in the studying area1—玉米采樣點；2—水稻采樣點；3—葡萄采樣點

2.1.1 農(nóng)作物樣品采集

農(nóng)作物采集了調(diào)查區(qū)特色農(nóng)作物葡萄及大宗農(nóng)作物水稻和玉米，采用了棋盤法、梅花點法等對分樣點進行了布置，對9-15個分樣點進行采集，然后等量混勻組成一個混合樣品。每個農(nóng)作物樣品采集時避開了病蟲害、腐爛等不可食用的樣品，采集樣品的總重量一般大于2.5 kg(嚴琦 等，2019)。

2.1.2 農(nóng)作物根系土樣采集

采集農(nóng)作物樣品的同時進行根系土的采集工作，分樣點數(shù)量和位置與農(nóng)作物對應(yīng)一致，采樣位置位于分樣點農(nóng)作物根部，每個分樣點采集的根系土壤重量一致，將采集的子樣點土壤掰碎，挑出了根系、石塊、蟲體等雜物，混合均勻后，組成了一個根系土壤樣品。若土壤較為潮濕，則用清潔的塑料袋套在樣品外部。

2.2 樣品加工及分析方法

2.2.1 樣品加工

2.2.1.1 鮮基樣的加工

將樣品用自來水沖洗，除去粘附的土壤和因施肥、噴農(nóng)藥等引起的污染，然后再用純水沖洗干凈，在室溫下晾干。分取需檢測部位(葡萄是分析其果實)，切塊后直接用搗碎機搗碎或打漿。

2.2.1.2 干基樣的加工

2.2.1.3 根系土的加工

剔除根系土中雜質(zhì)，并捶打研磨，使之通過0.25 mm(60目)孔徑篩。然后用無污染磨樣機(瑪瑙罐)磨細，使之全部通過0.074 (200目)孔徑篩。分取適量裝袋或瓶供分析用。剩余試樣作副樣保存。

2.2.2 分析方法

用原子熒光光譜法(AFS)進行硒元素的分析。

原子熒光光譜法(AFS)是一種通過測量元素在輻射能激發(fā)下所發(fā)射原子熒光強度進行元素定量分析的儀器分析方法(王曉輝，2011)。對Se元素測定具有很高的靈敏度(劉勇 等，2008)。

以0.500 0 g樣品硝酸、氫氟酸處理溶樣，用KBH4作為還原劑，于原子熒光光譜儀上測定樣品中的Se元素。

同時對采用外部和內(nèi)部質(zhì)量控制，保證準確度、精密度和合格率。

2.2.2.1 外部質(zhì)量控制

按照《規(guī)范(DZ/T02582014)》要求，在樣品分析前，由本實驗室向廊坊物化探所購買密碼控制樣，每50個號碼密碼插入4件外部控制樣。隨樣品一次分析；密碼控制樣測試結(jié)果的合格率、相關(guān)系數(shù)r等測試質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)由中國地質(zhì)調(diào)查局化探樣品分析質(zhì)量監(jiān)督檢查組統(tǒng)計。

2.2.2.2 內(nèi)部質(zhì)量控制

3 樣品數(shù)據(jù)及處理

3.1 處理Se元素的軟件

Se元素的含量統(tǒng)計是在Excel中完成，地球化學(xué)圖的繪制是在Mapgis中完成，土地質(zhì)量地球化學(xué)評價圖件的數(shù)據(jù)處理和表達是由中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價管理與維護(應(yīng)用)子系統(tǒng)》及Arcgis 10.2軟件聯(lián)合處理完成。

3.2 農(nóng)作物富Se的標(biāo)準

4 結(jié)果與分析

4.1 不同巖性上覆土壤和農(nóng)作物硒含量特征

在碳酸鹽巖上覆土壤中，農(nóng)作物的富硒能力較強。同時，在不同農(nóng)作物中，水稻富硒含量較高，為0.074 mg/kg。說明在碳酸鹽巖上覆土壤中更適合種植出硒含量高的水稻。

4.2 不同土壤類型和農(nóng)作物硒含量特征

在黃壤中，農(nóng)作物的富硒能力較強。同時，在不同農(nóng)作物中，水稻中硒含量較高，為0.079mg/kg。說明在黃壤上更適合種植出富硒水稻。

表1 不同巖性上覆土壤和農(nóng)作物硒含量表Table 1 Se content of different lithology overlying soil and agricultural product

表2 不同土壤類型和農(nóng)作物硒含量表Table 2 Different soil types and Se content of agricultural product

綜上可知，不同巖性上覆土壤、不同土壤類型及不同農(nóng)作物中硒含量不同。由此可看出在碳酸巖巖性上覆土壤和黃壤中，更有利于種植出硒含量較高的水稻。這和王玥琳等研究成果相似。即不同土壤類型硒含量不同，由于土壤類型由成土母質(zhì)決定，成土母質(zhì)不同，以及土壤上種植植物不同，造成硒含量不同(王玥琳 等，2016)。

4.3 農(nóng)產(chǎn)品富硒情況

本次研究區(qū)共采集水稻樣品64件，其中富硒水稻44件，占采集水稻比例的68.75%。農(nóng)產(chǎn)品富硒情況詳見下表3。

表3 農(nóng)產(chǎn)品富硒評價統(tǒng)計表Table 3 Evaluation and statistics of Se-rich agricultural product

4.4 農(nóng)產(chǎn)品與根系土關(guān)系

農(nóng)產(chǎn)品與根系土和相關(guān)系數(shù)是根據(jù)根系土中硒含量和對應(yīng)的籽實中硒含量作的散點圖。詳見下圖3、圖4、圖5。

圖3 水稻根系土和籽實Se含量散點圖Fig.3 Scatter diagram of rice root soil and seed

圖4 玉米根系土和籽實Se含量散點圖Fig.4 Scatter diagram of corn root soil and seed

圖5 葡萄根系土和籽實Se含量散點圖Fig.5 Scatter diagram of grape root soil and seed

驗證農(nóng)產(chǎn)品與根系土的相關(guān)性如表4、表5、表6。

表4 水稻農(nóng)產(chǎn)品與根系土相關(guān)性檢測Table 4 Correlation detection of rice agricultural product and root soil

表5 玉米農(nóng)產(chǎn)品與根系土相關(guān)性檢測Table 5 Correlation detection of corn agricultural product and root soil

表6 葡萄農(nóng)產(chǎn)品與根系土相關(guān)性檢測Table 6 Correlation detection of grape agricultural product and root soil

由圖3、4、5和表4、5、6得出水稻和玉米籽實中Se含量與其根系土中Se含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.27和0.28，在p<0.05時，呈顯著相關(guān)程度，而葡萄籽實中Se含量與其根系土中Se含量的相關(guān)系數(shù)為0.08，不具有顯著相關(guān)性。對于水稻、玉米葡萄中其中個別硒含量較高，可能是與土壤本身理化性質(zhì)有關(guān)(尹猛 等，2017)。

4.5 農(nóng)作物生物富集系數(shù)

生物富集系數(shù)又稱生物濃縮系數(shù)，生物濃縮率等，可表示生物富集、濃縮等與程度的數(shù)量關(guān)系。農(nóng)作物和土壤間的富集系數(shù)是農(nóng)作物灰分中某物質(zhì)的濃度與其生長的土壤中該物質(zhì)濃度的比值，是評價農(nóng)作物吸收富集能力的評價指標(biāo)，農(nóng)作物對某中元素的生物富集系數(shù)越高表明農(nóng)作物對該元素的吸收能力越強(李振寧，2010)。因此，生物富集系數(shù)可以很好的衡量農(nóng)產(chǎn)品對硒元素富集能力。

將根系土與農(nóng)產(chǎn)品的硒含量求平均值，再用農(nóng)產(chǎn)品中硒含量/根系土硒含量得到各農(nóng)作物中硒的生物富集系數(shù)(尚翎 等，1997)。詳見表7。

表7 農(nóng)作物與其根系土中硒含量的平均值及其生物富集系數(shù)Table 7 Se average value and its bio-concentration coefficient in the agricultural product and its root soil

4.6 富硒水稻分布情況

富硒水稻主要沿北東至南西向分布，相對集中分布的有龍場鎮(zhèn)和舟溪鎮(zhèn)，富硒比例高達采樣數(shù)量的68.75%，如圖6。

由圖6可看出，全市富硒水稻相對集中，可集中發(fā)展富硒水稻。

圖6 凱里市富硒水稻分布圖Fig.6 Distribution of Se-rich rice in Kaili city1—富硒水稻；2—一般水稻

4.7 農(nóng)作物富硒生態(tài)效應(yīng)的應(yīng)用及推廣

富Se水稻相對集中分布的有龍場鎮(zhèn)和舟溪鎮(zhèn)，可以著重發(fā)展其富硒農(nóng)產(chǎn)品。結(jié)合凱里市地質(zhì)背景、地層巖性及當(dāng)?shù)亟煌ㄇ闆r及居民的農(nóng)作物種植情況等，可以在舟溪鎮(zhèn)發(fā)展富硒農(nóng)產(chǎn)品，在龍場鎮(zhèn)發(fā)展冷水田富硒大米。

利用其交通地理優(yōu)勢，向非富硒地區(qū)提供優(yōu)質(zhì)的富硒農(nóng)作物，以此保證缺硒地區(qū)對硒的補充，同時，土壤養(yǎng)分含量多少會明顯影響農(nóng)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，對于含量較低的養(yǎng)分可通過科學(xué)施肥提高其含量(駱珊 等，2020)。并進一步運用推廣，為硒的開發(fā)利用及地方經(jīng)濟發(fā)展提供重要的資源。

5 結(jié)論

研究表明，不同巖性上覆土壤不同、土壤類型不同，土壤中硒含量不同，農(nóng)作物中硒含量差異性較大。其中土壤中硒含量很大程度繼承了母巖含量，并在土壤中發(fā)生了明顯的富集作用(張鐘華 等，2020)。

在凱里代表性農(nóng)作物中，其碳酸鹽巖上覆土壤和黃壤中水稻硒含量較高。說明在其碳酸鹽巖上覆土壤和黃壤中，更容易產(chǎn)出硒含量較高的水稻。同時，水稻的富硒能力較強，且富硒地區(qū)相對集中。結(jié)合凱里市地質(zhì)背景、當(dāng)?shù)鼐用竦霓r(nóng)作物種植情況、富硒水稻的分布區(qū)域及當(dāng)?shù)氐慕煌l件，可以在舟溪鎮(zhèn)，利用地理、交通、資源優(yōu)勢，著重發(fā)展富硒農(nóng)產(chǎn)品；在龍場鎮(zhèn)，地理條件較差，主要發(fā)展冷水田富硒大米。