西藏青稞产区土壤和籽粒硒含量调查研究

曲 航，尼玛扎西，韦泽秀，卓 玛，孙文涛，高 雪，陕 红，梅旭荣

(1.西藏农牧科学院，西藏拉萨 850000；2.中国农业科学院，北京 100081；3.辽宁省农业科学院，辽宁沈阳 110161)

土壤中硒元素的丰缺往往决定了动物和人体的硒摄入水平，从而直接关系到动物和人体健康。中国是缺硒大国，存在一条由东北三省经川滇地区再到西南青藏高原的缺硒带，而西藏正是缺硒带上最为严重的地区[1]。张晓平等[2]的研究显示，西藏土壤全硒含量平均值为0.150 mg·kg-1，而中国表层土壤全硒含量背景值为0.29 mg·kg-1。十一五和十二五期间，尼玛扎西等[3]完成了《中国西藏自治区家畜矿物质营养状况调查》，王小丹等[4]完成了《西藏高原土壤质量变化及其维持理论与技术》，多 吉等在研项目《西藏自治区多目标区域地球化学调查》以及杨林生完成的国家自然基金项目《西藏大骨节病持续活跃的地理生态系统机理研究》等研究，从土壤、水、作物、饲料、牲畜血液等方面评估后，明确指出西藏生态系统仍然处于普遍缺硒状况，而土壤缺硒则是根本原因。西藏居民通过食用青稞、肉、奶和蔬菜等食物，每人每天硒摄入量远低于推荐标准[5]。

西藏缺硒土壤主要分布在雅鲁藏布江以北地区，大骨节病高发区也在这一区域，但雅鲁藏布江以南有土壤全硒含量较高且面积较大区域[2]。王小丹等[4]指出，西藏有3个典型富硒区域(土壤全硒含量在0.3 mg·kg-1以上)：(1)山南富硒区-山南市大部分区域；(2)年楚河富硒区-日喀则市的亚东、岗巴、康马、江孜、浪卡子一线；(3)阿里西部富硒区-阿里地区的日土、札达以西的区域。通常，土壤全硒背景值高，作物硒含量也高。在中国的硒都恩施，土壤全硒含量高达3.45～ 7.68 mg·kg-1，玉米籽粒硒含量也高达 0.37～ 33.47 mg·kg-1[6]。然而，也有研究表明，作物对硒吸收利用程度的决定因素是土壤有效硒含量，而非土壤全硒含量[7]。青稞是西藏居民的主要粮食作物。目前，关于西藏土壤有效硒含量的报道有限，西藏青稞产区土壤全硒含量较高的土壤是否可生产出硒含量高的青稞籽粒，是否可达到富硒农作物标准，对此尚缺少有力证明。本研究拟通过采集西藏主要青稞产区土壤和青稞籽粒，测定和评价土壤全硒含量、有效硒含量以及青稞籽粒硒含量，以明确西藏青稞主产区土壤和青稞籽粒硒含量的区域变化及土壤硒含量与籽粒硒含量之间的相关性，为西藏优质青稞生产和育种提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域基本情况

西藏青稞主要种植在雅鲁藏布江和三江流域，包括昌都市、林芝市、拉萨市、日喀则市、山南市阿里地区的部分地区。本研究在以上青稞主产区进行采样(图1)，这些区域是典型的高原气候类型，采样点海拔范围在2 950～5 012 m。根据1971-2000年气象数据[8]，该区域年平均降雨量最少为阿里扎达县134 mm，最多是林芝的米林县，达708 mm。全年中60%～90%的降水发生在6月到9月。日照时数范围在1 710 h～3 300 h，最低为林芝米林县，最高为阿里扎达县。在林芝市，青稞通常在3月中旬播种，7月下旬收获，生长季平均气温为14.3 ℃；拉萨市、山南市和昌都市，通常在4月中下旬播种，8月中上旬收获，生长季平均气温为14.5～14.6 ℃；日喀则市，在5月上旬播种，8月下旬收获，生长季平均气温为15.0 ℃；阿里地区在四月下旬播种，在8月下旬收获，生长季平均气温不足10.0 ℃。青稞栽培区域施肥方式为，播种前基施氮肥115±44 kg N·hm-2和磷肥78±39 kg P2O5·hm-2，肥料种类为尿素和磷酸二胺，在分蘖期追施尿素7±4 kg N·hm-2，青稞农田基本不施用钾肥。

图1 西藏青稞产区青稞籽粒和土壤采样点Fig.1 Sampling sites for grains and soils in major hulless barley production areas of Tibet

1.2 样品采集与测定

2015年，在西藏青稞主产区，按照县级尺度调查，在收获期统一采集了80个农田地块的土壤样品，并在其中收获到67个青稞样品，青稞品种主要为藏青2000和藏青320。在各采样点收获青稞样品，装入网袋后，采用5点采样法用土钻采集0～20 cm土层样品，并混成一个土壤样品。随后，青稞和土壤样品均带回到西藏农牧科学院农业资源与环境研究所，进行样品前处理。

土壤样品风干后，全部过2 mm筛，取部分过筛样品，机器研磨后过0.149 mm筛子备用。青稞样品全部脱粒后，用去离子水清洗2遍，60 ℃烘干至恒重。取20 g青稞籽粒样品用球磨仪粉碎后(MM400)备用。籽粒样品用HNO3和HClO4消解，方法依据食品安全国家标准食品中硒的测定方法进行(GB 5009.5-2010)。土壤全硒用HNO3、HCl和H2O消解，土壤有效硒用KH2PO4浸提，参照瞿建国等[9]的方法进行。硒含量均采用原子荧光光度计测定(AFS-9120，北京吉天)，加入空白、小麦标准物(GBW10046)和黄棕壤标准物(GBW07403)标样进行质量控制。

1.3 土壤和青稞硒含量划分标准

土壤硒含量分类标准按照谭建安等[1]建议，定义为3个等级：缺硒土壤(≤0.14 mg·kg-1)、适量硒土壤(0.14 mg·kg-1<土壤全硒含量≤0.3 mg·kg-1)和富硒土壤(>0.3 mg·kg-1)。根据谭建安等[10]建议将作物籽粒硒含量定义为5个等级：硒缺乏(<0.025 mg·kg-1)、临界 (0.025 mg·kg-1≤籽粒硒含量<0.04 mg·kg-1)、适量 (0.04 mg·kg-1≤籽粒硒含量<0.07 mg·kg-1)、富硒(0.07 mg·kg-1≤籽粒硒含量<1.0 mg·kg-1)和过量(≥1.0 mg·kg-1)。

1.4 统计分析

用SASS 9.2和Excel 2016进行数据统计分析和作图。硒活化率是土壤有效硒含量占土壤全硒含量的百分比。

2 结果与分析

2.1 土壤和青稞硒含量

在西藏青稞产区的80个农田土壤样品中，土壤全硒含量范围为0.026～0.432 mg·kg-1，变异系数为62%，平均为0.180 mg·kg-1，中位数为0.143 mg·kg-1(图2a)。土壤有效硒含量范围为0.001～0.059 mg·kg-1，平均为0.013 mg·kg-1(图2b)。籽粒硒含量范围在0～0.098 mg·kg-1，平均值和中位数分别为0.011 mg·kg-1和0.005 mg·kg-1，变异系数为151%，其中70%青稞籽粒硒含量不足 0.01 mg·kg-1(图2c)。

图2 西藏青稞主产区土壤全硒含量(a)、土壤有效硒含量(b)和青稞籽粒硒含量(c)分布Fig.2 Distribution of soil total Se content(a),soil available Se content(b) and grain Se content(c) in major hulless barley production areas of Tibet

在西藏青稞主产区土壤样品中，49%属于缺硒土壤，土壤全硒含量平均值为0.087 mg·kg-1，不足0.1 mg·kg-1。33%属于适量硒土壤，土壤全硒含量平均值0.207 mg·kg-1。18%属于富硒土壤，土壤全硒含量平均值为 0.371 mg·kg-1(表1)，缺硒和适量硒土壤主要分布在雅鲁藏布江以北区域，而富硒土壤主要分布在山南市的乃东、琼结和浪卡子县，日喀则市的江孜、萨迦、定日、吉隆、岗巴和康马县，以及阿里地区的扎达和日土县。

西藏青稞缺硒、适量硒和富硒土壤中有效硒含量的平均值分别为0.007、0.014和0.024 mg·kg-1。90%的青稞籽粒硒含量处于硒缺乏水平(<0.025 mg·kg-1)，而富硒土壤区域籽粒硒含量平均值为0.031 mg·kg-1(表1)，青稞籽粒硒含量最高值出现在琼结、康马和岗巴县，籽粒硒含量达 0.057～0.098 mg·kg-1。

表1 不同类型土壤全硒、有效硒和青稞籽粒硒含量Table 1 Total Se,soil available Se and grain Se content in different soil types from Tibet

2.2 土壤和青稞硒含量相关性

80个青稞样地的土壤全硒含量和土壤有效硒含量呈极显著正相关(r=0.758，P<0.001)，土壤全硒含量每增加0.1mg·kg-1，土壤有效硒含量增加0.006 1 mg·kg-1(图3a)。土壤全硒含量与青稞籽粒硒含量呈极显著正相关(r= 0.616，P<0.001)，土壤全硒含量每增加0.1 mg·kg-1，青稞籽粒硒含量增加0.009 1 mg·kg-1。土壤有效硒含量与青稞籽粒硒含量亦呈极显著的正相关(r=0.689，P<0.001)，土壤有效硒含量每增加0.01 mg·kg-1，青稞籽粒硒含量增加0.014 4 mg·kg-1(图3b和图3c)。

***表示P<0.001。***:P<0.001.图3 西藏青稞主产区土壤全硒含量、有效硒含量和籽粒硒含量间的相关关系Fig.3 Relationship between soil total Se content and soil available Se content(a),between soil total Se content and grain Se content(b),and between soil available Se content and grain Se content(c) in major hulless barley production areas of Tibet

3 讨 论

3.1 西藏土壤和青稞硒含量分布特点

本调查结果显示，西藏青稞主产区土壤全硒含量平均为0.180 mg·kg-1，最低值出现在昌都八宿县，为0.026 mg·kg-1，最高值出现在阿里日土县，为0.432 mg·kg-1。此结果与前人的研究结果基本一致[2，11]；Li等[11]对藏东南的22个农田土壤调查显示，土壤全硒含量在0.04～0.59 mg·kg-1之间。在土壤全硒含量分布上，雅鲁藏布江以南高于雅鲁藏布江以北地区，缺硒土壤主要集中在雅鲁藏布江以北，部分研究已证明该区域的土壤缺硒严重，土壤全硒含量不足0.1 mg·kg-1[1，3]。富硒土壤区主要在雅鲁藏布江以南，这一结果与前期调查中发现的三个典型的富硒区域相吻合，特别是山南和年楚河流域富硒区[4]，这种硒分布呈地带性很可能是欧亚和印度板块碰撞后使得北岸和南岸成土母质不同造成的[10，12]。相应地雅鲁藏布江流域大骨节病病区主要分布于北岸，而南岸基本未发现病区[13]。

本研究中，西藏青稞主产区土壤有效硒含量在0.001～0.059 mg·kg-1，活化率为2.1%～17.1%，这与前人在江西[14]、河北[15]和新疆[16]取得的结果大致相同，以上研究中，活化率分别为1.5%～ 27.9%、2.0%～17.2%、2.61%～ 14.21%。在同属于缺硒带的黑龙江，土壤可溶态和可交换态硒两种形态占土壤全硒含量的百分比分别为0.7%～7.2%和0.8%～9.4%[17]，该研究利用瞿建国等[9]的土壤硒形态连续分级提取方法，且可溶态+可交换态硒与磷酸二氢钾提取的土壤有效硒含量非常接近。

本调查结果显示，青稞籽粒硒含量分布基本与土壤硒分布特点相同，90%的青稞籽粒样品处于缺硒水平，平均仅为0.011±0.017 mg·kg-1，即使是在适量硒土壤地区产出的青稞籽粒硒含量也较低。在四川缺硒土壤上，青稞籽粒硒含量同样不足0.01 mg·kg-1[18]。刘 慧等[19]的研究表明，同处于缺硒带的黑龙江省的春小麦籽粒硒含量同样严重缺硒。

3.2 青稞籽粒硒含量与土壤全硒和有效硒含量之间的关系

本研究结果显示，土壤全硒含量和土壤有效硒含量极显著正相关。在国内外的研究中有许多相似报道，在赣南低丘红壤水稻土上发现，除亚硒酸盐外，土壤浸提液中的各形态硒与土壤全硒或可提取有效硒均具有显著的正相关性(n=26)[20]。在河北省麦田土壤的调查中发现，土壤有效硒和土壤全硒存在显著正相关性(n=106)[15]。这种线性相关性在马拉维的玉米农田调查中也有相同发现(n=195)[7]。在西藏青稞主产区，土壤全硒和有效硒含量均与青稞籽粒硒累积量显著相关，因此在西藏青稞主产区用土壤全硒和有效硒均可作为衡量青稞富硒潜力有效指标。李顺江[21]在西藏大骨节病区调查中发现，土壤全硒与青稞籽粒硒含量显著相关，这与本研究结果相一致。土壤有效硒与作物籽粒硒含量之间的显著相关性，已在许多报道中得到证实[7]。

硒不是植物所必需的矿质元素，因此植物对于硒的累积调控能力有限，植物硒含量主要是反映土壤硒水平[22]。尽管可以利用土壤全硒进行土壤硒水平的初步评估，而最终作物吸收和利用的是土壤中的有效硒[7;23]。在西藏缺硒和适量硒地区，西藏青稞籽粒硒含量<0.01 mg·kg-1，土壤有效硒含量偏低无疑是首要限制因子，这与同在我国缺硒带的黑龙江省的土壤调查结果相一致[17]；在富硒地区，琼结、康马和岗巴一带青稞籽粒硒含量能达到富硒标准的原因主要是其较高的土壤有效硒含量(0.017～0.040 mg·kg-1)。值得注意的是，在西藏其他的富硒土壤区域，土壤有效硒含量为0.012～0.023 mg·kg-1，大多数青稞籽粒硒含量仅达到适量硒水平(0.04 mg·kg-1)。相比较而言，马拉维的3个农田土壤有效硒含量平均值与西藏适量硒土壤相当，而小麦籽粒硒含量却能达到0.173～0.413 mg·kg-1[7]。这可能因为土壤中硒的有效性与有效硒形态密切相关[24]。研究表明，土壤pH和氧化还原电位(Eh)对土壤有效硒形态影响最为显著[25]。马拉维3个试验点土壤pH在6.97～8.02，同时又是土壤Eh较高的旱地农田土，使得土壤有效硒以硒酸盐形式存在[7]。虽然西藏青稞产区旱地土壤pH在6.78～8.55[26]，但青藏高原海拔高、土壤空气和土壤溶液中氧含量低，旱地土壤Eh为290 mV[27]，甚至更低，远小于中国一般旱地土壤的Eh值400～700 mV。在西藏土壤Eh-pH影响下土壤有效硒更可能以亚硒酸盐形态存在。

3.3 富硒土壤资源利用

西藏富硒青稞主要的生产路径：(1)在缺硒区域主要依据西藏居民的饮食习惯，采用作物硒生物强化补硒方式；(2)在富硒区域主要着重富硒土壤资源的合理开发利用[5]。在富硒区域应探明西藏农区蕴含的连片和零散富硒土壤资源，并评价零散和连片典型富硒土壤等级，发展当地特色农产品。藏族以糌粑作为主食，比例占总谷物食用量的41%，人均食用青稞276～425 g·d-1[28-29]。以此估算，硒摄入量不足5 μg·d-1。天然富硒青稞能够健康且有效的提高藏族的硒营养健康水平，食用天然富硒青稞后，硒摄入量将提高到 15～38 μg·d-1，加上肉、奶、蔬菜和水果等硒摄入途径，能够达到世界卫生组织推荐的日摄入量标准30～40 μg[30]。