天然富硒土壤上三种蔬菜对硒的吸收与转化差异

张 青，王煌平，孔庆波，章赞德，栗方亮，罗 涛

（1 福建省农业科学院土壤肥料研究所/福建省地力培育工程技术研究中心，福州 350013；2 福建省大田县农田建设与土肥技术推广站，福建大田 366100；3 福建省农业科学院农业生态研究所，福州 350013）

硒 (Se) 是人和动物必需的微量营养元素之一，对人体健康起着非常重要的作用[1-2]，国际硒学会推荐人体对硒的需求量标准是60 µg/d，中国营养学会的推荐标准是50 µg/d[3]，而Taylor等[4]通过对我国13个省市的调查发现，目前我国成人每日的摄硒量仅为26.63 µg，远低于营养学会的推荐标准，缺硒现象普遍存在，而且较为严重。福建省国土资源厅调查表明，福建省富硒土地占全省土地面积的1/4，其城市郊区蔬菜硒含量状况为葱蒜类硒含量10.64µg/kg，芥菜类硒含量10.63 µg/kg，绿叶类硒含量9.08 µg/kg[5]。也有研究表明，福建省蔬菜中硒含量均小于10 µg/kg[6]，如果按每日蔬菜的平均摄入量为255 g计算[7]，福建省居民从蔬菜中摄入的硒每日约为2.6 µg，仅占中国营养学会推荐标准的5.2%。因此，如何利用当地的富硒资源，合理提高蔬菜中硒含量对人类硒营养健康具有重要意义。

蔬菜是人们日常饮食中必不可少的食物之一，可提高人体所必需的维生素、矿物质和膳食纤维，蔬菜种类繁多，不同蔬菜对硒的吸收、积累和转运的能力不同，处于同一土壤环境和自然条件下的同种蔬菜中硒的含量也存在差异。Fleming[2]研究发现，十字花科、百合科和豆科作物对Se的耐受程度比菊科、禾本科植物强；魏廷珍等[8]研究表明，不同蔬菜对 Se的吸收能力依次为大蒜 ＞ 马铃薯 ＞ 萝卜 ＞胡萝卜 ＞ 甜菜；不同种类蔬菜可食部分富硒能力依次为葱蒜类 ＞ 白菜类 ＞ 绿叶菜类 ＞ 豆类 ＞ 瓜类 ＞ 薯芋类 ＞茄果类[9]。蔬菜的不同部位对硒的吸收能力也不同[10]，一般为可食部位的含硒量低于非可食部位的含硒量，为根 ＞ 叶 ＞ 茎 ＞ 果实 (籽粒)[11]，万洪福[12]的研究发现大麦、番茄和甜菜的可食部位的硒含量要比非可食部位低，这与Wan等[13]的研究结果一致。对同种蔬菜的富硒能力的研究结果也各不相同，可能是因为不同研究所选的品种和土壤性质不同，不能直接进行比较。因此，本试验选用3种蔬菜在4种不同硒含量的土壤中进行种植，比较不同蔬菜在同种土壤上的硒含量和同种蔬菜在不同硒含量土壤上的硒含量情况。

蔬菜对土壤中硒的吸收除了与硒的总含量有关外，还与硒在土壤中的存在形态有关，土壤中总硒含量高的，生长的作物硒含量并不一定高。以往的许多研究是通过外源喷施或土施硒来达到生产富硒产品的目的，但这种方法存在成本增加，施用量不当可能对植物造成危害、对环境造成污染的问题。本文采用在硒含量不同的天然土壤上，种植对硒敏感程度不同的三种蔬菜，研究不同蔬菜在不同硒含量土壤上对硒的吸收、转化和硒不同形态与蔬菜硒含量的关系，以期为在不同硒含量的天然土壤上种植合适蔬菜提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤采自福建省大田县，硒含量分别为0.29、0.58、0.98和 2.07 mg/kg，分别用 Se0.29、Se0.58、Se0.98、Se2.07表示，土壤类型为红壤。取0—20 cm土壤，自然风干，研磨后过2 cm筛备用，其基本理化性质见表1。供试蔬菜为台友丹麦菠菜 (Spinacia oleracea Linn)、盖山宽杆芥菜 (Ipomoea aquatica) 和山东大蒜 (Allium sativum L.)。

1.2 试验设计

试验于2017年9月3日在福建省农业科学院土壤肥料研究所网室内进行。共设12个处理，即在Se0.29、Se0.58、Se0.98和Se2.07四种土壤上分别种植芥菜、大蒜和菠菜，每个处理6次重复。试验所用盆钵为聚乙烯盆 (直径25 cm、高16.5 cm)，每盆装土4 kg，共72盆，随机排列。各处理肥料用量均为尿素0.67 g/kg土、过磷酸钙0.60 g/kg土、氯化钾0.50 g/kg土。大蒜、芥菜和菠菜播种量分别为每盆6粒、20粒和20粒。肥料中70%尿素、全部磷、钾肥与土壤充分混匀做基肥，另30%尿素做追肥施用。3种蔬菜整个生育期均用纯净水浇灌，进行常规管理，芥菜和菠菜在生长40 d、53 d、68 d和82 d取样，测定蔬菜可食部分硒含量，生长97 d收获，收获后分别采集芥菜和菠菜地下部和地上部，大蒜分别在生长42 d、68 d、82 d、120 d后取样，测定植株硒含量，生长165 d后收获根、鳞茎和叶，收获的植株用纯净水洗净、晾干称重后，于105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，称重磨碎后备用，同时收获后的土样经风干磨碎后备用。

1.3 测定指标与方法

土壤中硒的形态参照瞿建国等[14]推荐的逐级连续化学浸提技术进行；土壤硒测定参考行业标准方法[15]；土壤有效硒的测定采用0.5 mol/L NaH2PO4溶液浸提；植株硒测定参考国家标准[16]方法；植株无机硒的测定为称取2.5 g样品于50 mL具塞试管中，加入6 mol/L的HCl溶液20 mL，充分混匀后置于70℃的恒温水浴中振荡浸提2 h，冷却至室温后用6 mol/L HCl溶液定容至25 mL，再经脱脂棉过滤。取滤液12.5 mL于25 mL具塞刻度试管中，并置于沸水浴中加热20 min，冷却至室温后分别加入2.5 mL铁氰化钾溶液、正辛醇3滴，加水定容，混匀后待测，测定方法同总硒，植株有机硒含量为总硒含量与无机硒含量的差值。土壤理化性质采用常规农化分析方法[17]。

表1 供试土壤基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soils

1.4 数据处理

采用Excel 2007和SPSS19.0软件进行数据分析，用Duncan新复极差法进行差异显著性检验。

蔬菜对硒的转化率 = 有机硒含量/总硒含量 ×100%；

蔬菜对硒的吸收系数 = 蔬菜根部硒含量/土壤硒含量；

蔬菜对硒的转移系数 = 蔬菜地上部 (可食部位)硒含量/地下部位 (根) 硒含量。

2 结果与分析

2.1 不同硒含量土壤对三种蔬菜生物量的影响

由表2可以看出，三种蔬菜的生长对土壤硒含量均很敏感。芥菜对硒最为敏感，四个土壤的根系鲜重呈现Se0.29＞ Se0.58＞ Se0.98，且三个土壤处理之间差异显著。Se2.07的根系鲜重与Se0.58、Se0.98差异未达到显著水平，但也显著低于Se0.29。芥菜的植株鲜重Se0.29和Se0.58之间差异不显著，二者均显著高于Se0.98和Se2.07。菠菜对硒也敏感，土壤硒含量低于1 mg/kg的Se0.29、Se0.58和Se0.98植株鲜重没有显著差异，但均显著高于Se2.07。而菠菜根系鲜重含硒低的三个土壤也显著高于含硒高的Se2.07。大蒜鳞茎鲜重Se0.29和Se0.58处理显著高于Se0.98和Se2.07处理，根长和株高均以Se0.58处理最高，与其他处理差异显著。

2.2 不同硒含量土壤对三种蔬菜不同生长期地上部硒含量的影响

由图1可知，三种蔬菜地上部硒含量在整个生育期呈现先增加后降低，最后再增加的趋势。可能是因为蔬菜生育中期进入生长旺盛时期，生物量增长较快，蔬菜地上部硒含量出现稀释效应，蔬菜整个生育期整体上表现为增加的趋势。因此，适当增加蔬菜生长时间可以提高地上部硒含量。

同种蔬菜菜体中硒含量随着土壤硒含量的升高而增加，表现为 Se2.07(1.28～31.98 μg/kg) ＞Se0.98(0.84～18.12 μg/kg) ＞ Se0.58(0.67～7.73 μg/kg) ＞Se0.29(0.28～7.04 μg/kg)。同时，不同蔬菜硒含量在相同硒含量土壤中也不相同，基本表现为大蒜(2.64～31.98 μg/kg) ＞ 芥菜 (0.31～14.94 μg/kg) ＞ 菠菜(0.28～7.14 μg/kg)。由此可知，植物中的硒含量与土壤中硒含量呈正相关，不同蔬菜对硒的吸收能力不同，在生产过程中根据需要和土壤硒含量选择不同富硒能力的蔬菜种植。

表2 不同硒含量土壤对收获期蔬菜生物量的影响Table 2 Effects of different soil Se concentrations on the vegetables biomass at harvest stage

图1 不同硒含量土壤上蔬菜生长期地上部硒含量变化Fig. 1 Change of selenium content in shoots during vegetables growing season in soils with different Se concentrations

2.3 不同硒含量土壤对三种蔬菜不同部位硒含量和吸收量的影响

由图2可见，蔬菜鲜样地上部和地下部硒含量均随着土壤硒含量的增加显著增加，可食部分含硒量Se2.07显著高于Se0.98，这两个处理又显著高于Se0.29和Se0.58，而后两个处理间差异不显著。菠菜和芥菜根部含量四个土壤处理间的高低变化与地上部相同，但均显著高于可食部分。大蒜根部硒含量显著高于叶部，但是低于鳞茎。在四种硒含量土壤中，三种蔬菜地上部和根部硒含量均表现为大蒜 ＞芥菜 ＞ 菠菜。收获期三种蔬菜可食部位硒吸收量表现为大蒜 (1.04～30.75 µg) ＞ 芥菜 (0.81～1.88 µg) ＞菠菜 (0.14～0.80 µg)(图3)，并且随着土壤硒含量的增加蔬菜硒的吸收量也随之增加，Se0.29、Se0.58、Se0.98和Se2.07四种硒含量的土壤上大蒜可食部位硒吸收量分别为1.04、1.35、20.81和30.75 µg/pot，芥菜为 0.81、1.01、1.68 和 1.88 µg/pot，菠菜为 0.14、0.29、0.49 和 0.80 µg/pot。其中，Se0.98和 Se2.07的芥菜可食部位以及大蒜鳞茎和叶部含硒量均达到了富硒标准 (0.01 mg/kg)[18]，而菠菜可食部位在4种土壤均未达到富硒标准。

2.4 三种蔬菜可食部位有机硒、无机硒含量及有机硒比例

蔬菜吸收的硒，可以通过自身的生化作用转化为有机态硒，有机硒含量越高，利用越安全，利用率也越高。试验结果表明 (表3)，蔬菜中总硒、无机硒和有机硒含量均随土壤硒含量的增加而增加，有机硒含量的增加幅度高于无机硒。菠菜有机硒在全硒中的比例在73.5%～84.7%之间，Se2.07菠菜的有机硒比例显著高于Se0.29，但与Se0.58、Se0.98差异不显著，Se0.58、Se0.98与Se0.29差异也不显著。芥菜有机硒占比在76.7%～86.6%之间，大蒜在78.3%～88.5%之间。菠菜和大蒜Se2.07、Se0.98处理有机硒占比差异不显著，但大蒜显著高于Se0.58和Se0.29。相同硒含量土壤中三种蔬菜的有机硒比例没有显著差异，表明蔬菜有机硒的比例与土壤含硒量有关，而与蔬菜种类关系不大。

图2 不同硒含量土壤中蔬菜不同部位的硒含量Fig. 2 Se content in different parts of vegetables in soils with different Se concentrations[注（Note）：柱上不同小写字母代表不同处理之间在0.05水平下差异显著Different letters above the bars indicate significantly different at the 0.05 level.]

图3 不同硒含量土壤中三种蔬菜硒的吸收量Fig. 3 Se absorption of three vegetables in soils with different Se concentrations[注（Note）：柱上不同小写字母代表不同处理间在0.05水平下差异显著Different letters above the bars indicate significantly different at the 0.05 level.]

2.5 蔬菜对土壤硒的吸收和转移

表4表明，三种蔬菜根系对土壤硒的吸收系数不同。菠菜和大蒜吸收系数Se0.98处理显著高于其他处理，而芥菜Se0.98、Se2.07显著高于Se0.29、Se0.58土壤。可见，Se0.98是供试蔬菜可以接受的土壤硒含量上限。Se0.29、Se0.58、Se0.98和Se2.07处理大蒜吸收系数分别是芥菜的1.70、2.42、1.82倍和1.46倍，是菠菜的3.07、3.83、7.04倍和8.47倍。可见，大蒜是容易富集硒的作物。

三种蔬菜可食部位对根部硒的转移系数不同。菠菜的转移系数以Se2.07、Se0.58显著高于Se0.98处理，芥菜以Se0.58、Se0.29、Se0.98显著高于Se2.07处理，大蒜以Se0.98、Se2.07显著高于Se0.29、Se0.58处理，三种蔬菜转移系数大小顺序为大蒜 ＞ 菠菜 ＞ 芥菜。可见，大蒜不但容易从土壤中吸收硒，而且从根部向可食部位转移硒的能力也比较强，可作为富硒蔬菜种植。

2.6 土壤中不同形态硒与蔬菜硒含量相关性

由表5可看出，土壤有效硒含量、土壤各形态硒含量均与蔬菜硒含量呈正相关，菠菜、芥菜和大蒜中硒含量与土壤有效硒含量均呈显著正相关，其中，菠菜和大蒜中硒含量也与土壤总硒含量呈显著或极显著的正相关，而芥菜中硒含量与土壤总硒含量未达显著水平，可见，土壤有效硒含量与蔬菜硒含量的相关程度高于土壤总硒含量。可溶态和可交换态都是易被作物吸收的形态，可交换态硒含量与三种蔬菜硒含量均呈显著或极显著正相关。由此可见，土壤各形态硒含量主要受土壤总硒含量的影响，同时土壤有效硒和总硒含量与蔬菜硒含量呈显著或极显著正相关，土壤有效硒和土壤总硒含量对蔬菜硒的影响较大。

表3 蔬菜可食部位有机硒含量及其在全硒中的占比Table 3 Organic Se concentration and its proportion in total Se of edible vegetable parts

表4 蔬菜对土壤硒的吸收和转移系数Table 4 Se absorption and transfer coefficients of vegetables in soils with different Se concentrations

表5 土壤不同形态硒与蔬菜可食部分硒含量的相关性Table 5 Correlation between the Se content in different forms and the Se content in edible parts of vegetables

3 讨论

3.1 不同硒含量土壤对蔬菜产量的影响

硒对植物的生长有双重作用，适量的硒不仅能够提高作物的产量，而且可以有效改善作物的营养品质，但是硒浓度过高则对植物产生毒害作用[19-23]。夏永香等[24]的研究表明，叶面喷施适量的硒 (喷2次10 mg/L) 能促进大蒜的生长，而喷硒浓度和次数增加 (3次，15 mg/L) 则明显抑制了大蒜的生长；姜超强等[25]研究表明当土壤硒浓度过高 (≥ 1.5 mg/kg) 时对水稻产量构成不良影响。本研究所选用的4种土壤，除了硒含量不同外，肥力状况也稍有不同，所以蔬菜产量的差异一方面与硒含量不同有关，另一方面也与土壤的基础养分有关。从Se0.98和Se2.07这两个土壤的养分状况来看，Se2.07的土壤肥力水平高于Se0.98的土壤，但是菠菜、芥菜和大蒜的产量都是Se0.98的处理高于Se2.07，这可能是由于Se2.07的土壤中硒含量过高，对蔬菜的生长造成了一定的影响，具体原因有待进一步研究。

3.2 不同类型蔬菜对硒吸收的差异

在农作物中，十字花科植物累积硒的能力最强，其次是黑麦草，而后是豆科植物，谷类是最低的，而谷类中小麦对硒的积聚最多[26]。在蔬菜中，大蒜的含硒量最高，可以达到300 mg/kg[27]。并且在蔬菜中，非可食部位的含硒量要高于可食部位[28]，这与本研究的结论一致，在Se0.98和Se2.07的土壤上芥菜和大蒜都达到富硒标准，而菠菜均未达到，三种蔬菜对硒的吸收能力顺序为大蒜 ＞ 芥菜 ＞ 菠菜，而且非可食部位 ＞ 可食部位。大蒜对硒富集能力最强，其吸收系数最高，在0.046～0.169之间，其次为芥菜，在0.019～0.093之间，菠菜最低，在0.012～0.024之间，据此可以根据所属科目筛选出富硒能力较强的蔬菜。开发富硒蔬菜资源就要从富硒植物的筛选和土壤硒调控2个方面加以考虑，筛选出适合当地种植的富硒蔬菜品种，然后调控土壤有效硒含量，制定合理的施肥方案，为开发利用富硒植物资源提供重要科学依据。

3.3 不同硒含量土壤对蔬菜硒含量的影响

由于不同植物种类对Se的吸收、积累和运转能力不同，处于同一土壤环境和自然条件下的不同植物硒的含量也存在着差异。许多研究表明，植物体中的硒含量随土壤中硒含量的增高而增加[29-31]，本试验也得到同样的结果，即，三种蔬菜地上、地下部硒含量均随土壤硒浓度的升高而增加，芥菜和大蒜在Se0.98和Se2.07的土壤上均达到富硒标准，而菠菜在四种土壤上均未达到标准，原因是大蒜为藜科植物、芥菜为十字花科植物，具有较强的吸收并挥发硒的能力[2]，说明大蒜和芥菜能充分吸收土壤中的硒，在土壤硒达到一定含量时，能生产富硒大蒜和芥菜，取代叶面喷硒或土壤施用硒肥，可满足人体硒营养的要求。在天然富硒土壤上种植蔬菜，一方面能够产出营养价值高的天然富硒蔬菜，充分体现纯天然、绿色生态的优越性；另一方面能够节省外源添加硒肥的成本，同时也避免了外源硒可能导致的土壤和水体污染。

大蒜和芥菜在Se0.98和Se2.07土壤上可食部位硒含量达到富硒标准，而水稻在Se ≥ 1.5 mg/kg土壤上生产的大米 (0.319 mg/kg) 超过了硒的限量标准 (0.3 mg/kg)[25]，则有可能是因为水稻比蔬菜容易富集硒，需要在同一种富硒土壤上同时种植水稻和蔬菜进行验证。由于本研究中天然富硒土壤硒含量范围较小(0.29～2.07 mg/kg)，因此，土壤中比本研究更高的硒含量是否会使菠菜富硒或大蒜和芥菜硒超标，则有待进一步研究。

3.4 蔬菜对土壤硒的吸收和转移

根系吸收系数反映了土壤中该物质的生物有效性，吸收系数越大，说明土壤中硒越易被蔬菜吸收利用，硒的生物有效性越大[32-33]。菠菜根系硒含量在0.004～0.030 mg/kg，芥菜根系硒含量在0.008～0.180 mg/kg，大蒜根部硒含量在0.013～0.263 mg/kg，均显著低于土壤中硒含量。大蒜的吸收系数在0.046～0.169，芥菜吸收系数在0.019～0.093，菠菜吸收系数在0.012～0.024，三种蔬菜吸收系数均小于1，说明三种蔬菜根系不容易富集硒。段曼莉等[34]研究表明，外源喷施硒酸钠，芥菜吸收系数为87.48～215.94，菠菜吸收系数为9.73～38.70，远大于本试验中芥菜和菠菜的吸收系数，这可能是因为本试验是自然富硒土壤，硒的有效性较低，不容易被根系吸收，而段曼莉等的试验为喷施硒酸钠，容易被蔬菜吸收。芥菜吸收系数大于菠菜吸收系数，与本试验结果一致。三种蔬菜吸收系数均为Se0.98时最大，土壤硒含量继续增加时，吸收系数反而降低，说明土壤硒达到一定含量时，继续升高，根系对土壤硒的利用率会有所降低。

转移系数为蔬菜地上部 (可食部位) 硒含量与地下部位 (根) 硒含量的比值，反映作物由根部向可食部位转运硒的能力。大蒜转移系数在0.33～1.11之间，菠菜在0.14～0.21之间，芥菜在0.08～0.17之间，大蒜的转移系数和吸收系数都为最高，因此大蒜可食部位硒含量高于芥菜和菠菜。

天然植物中硒主要以硒酸盐和有机硒存在，有机硒主要以硒代蛋氨酸形式存在于蛋白质中，基于有机硒的毒性要远远小于无机硒，因此最安全的补硒途径是摄入足量的有机硒，是人体安全有效的补硒形态[35-36]。三种蔬菜有机硒的转化率均随着土壤硒含量的升高而增加，与刘庆等[29]的研究结果一致。菠菜有机硒转化率在73.5%～84.7%之间，芥菜转化率在76.7%～86.6%之间，大蒜转化率在78.3%～88.5%之间，3种蔬菜的转化率为大蒜稍高于芥菜和菠菜，但差异不大，说明不同蔬菜之间有机硒的转化率差别不大。刘庆等[29]研究表明玉米中有机硒转化率为86.9%～90.8%，宁婵娟等[37]研究表明，喷施3次100 mg/L硒时，苹果有机硒的转化率为87.7%。莜麦有机硒转化率为71.2%～82.5%[31]，胡婷等[38]研究表明，浇灌不同质量浓度的Na2SeO3溶液茄子、辣椒和西红柿中有机硒转化率分别为80.0%、79.6%和90.0%。可见，无论是蔬菜、稻谷还是水果，自然富硒还是外源施硒，有机硒的转化率均在70%以上，自然富硒和外源喷硒对有机硒转化率影响不大。因此，结合我国三分之二以上地区缺硒的实际情况，可以适量的进行外源施加硒肥，再根据不同蔬菜品种吸收硒能力的差异，选择高效安全的补硒途径尤为重要。

4 结论

菠菜、芥菜和大蒜各部位的硒含量随着土壤硒含量 (0.29～2.07 mg/kg) 的增加而增加，表现为Se2.07＞Se0.98＞ Se0.58＞ Se0.29；菠菜和芥菜各部位硒含量分布情况为地下部 ＞ 地上部，Se0.29和Se0.58的大蒜各部位硒含量分布情况为根部 ＞ 鳞茎 ＞ 叶部，Se0.98和 Se2.07的大蒜各部位硒含量分布则为鳞茎 ＞ 根部 ＞ 叶部，同时3种蔬菜可食部位硒含量表现为大蒜 ＞ 芥菜 ＞ 菠菜。在富硒土壤条件下，大蒜和芥菜能从土壤中富集硒，吸收系数和转移系数大于菠菜，Se0.98和Se2.07土壤上生长的大蒜和芥菜达到了富硒蔬菜标准，而生长的菠菜未达到富硒标准。因此，在自然富硒的土壤上种植富硒蔬菜时，不但要考虑土壤硒含量，而且要考虑蔬菜种类。