于都地区水稻籽实-根系土系统硒含量影响因素研究

刘永旭，米振华、2，吴 炜

（1.江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌330001；2.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌330013）

Se（硒）是人体和动物的必需微量元素，具有广泛的生物学功能，尤其具有增强人体免疫力、预防心血管疾病、抗肿瘤以及抗衰老等作用[1-3]，已有研究证实硒也是与长寿人口分布有关的关键元素之一[4]。中国地质调查局南京地质调查中心在于都地区开展的1:5万土地质量地球化学调查成果和化验数据表明于都地区土壤富硒区面积广、水稻自然富硒率高。为支持于都富硒土壤合理开发和特色农业发展，特选择在于都地区开展水稻籽实富硒规律的研究。

1 调查区概况

于都县地处江西省赣州市东部，位于赣江源流贡水中游；东邻瑞金市，南接安远县，西连赣县区，北毗兴国和宁都县；介于北纬25°35′8″～26°20′53″、东经115°11′～115°49′之间，总面积2 893 km2。该区地处中亚热带南缘，属亚热带季风气候区，四季分明、气候温和、热量丰富、雨量充沛。地形地貌主要以山地、丘陵、盆地为主。区内土地类型地域性强、土地利用差异明显、山地多平原少、耕地面积小、主要的农作物以水稻、脐橙、油茶为主。

2 样品采集与测试

根据《土地质量地球化学评价规范（DZ/T029 5-2016）》的要求，于水稻收获盛期，以0.1～0.2公顷为采样单元，采用棋盘法、梅花点法、对角线法等进行多点取样，然后等量混合组成一个混合样品。每一混合样由5～20个以上水稻植株组成，同时采集配套水稻根系土样品。共采集水稻籽实样品148件，水稻秸秆6件、水稻根系6件（见图1）。根系土采样与农作物采样配套进行。

图1 研究区采样品的分布

农作物样品采集后，进行初步加工，水稻籽实样品应采用四分法缩分。先将水稻籽实样品用小型脱粒机或凭借硬木搓板与硬木块进行手工脱粒，反复混合均匀，铺成一个圆形，过中心线画十字线，把圆分为四等分，取对角线两等分，如此继续缩分至所需数量为止。经初加工后，将水稻样品送至国土资源部西安矿产资源监督检测中心进行化验测试。样品分析严格按照相关规范要求进行，对分析测试过程进行严格的质量控制，确保分析结果准确可靠。

3 水稻籽实硒含量

本次测试分析水稻籽实样品148件。籽实平均硒含量为0.075 mg/kg，其中最大值为0.38 mg/kg，最小值为0.005 6 mg/kg。根据食品中硒限量卫生标准(GB 13105-91)以及富硒稻谷(GB/T 22499- 2008)规定，富硒稻谷加工的大米硒含量应在0.04～0.3 mg/kg之间，并且粮食硒含量应小于0.30 mg/kg。共有127件样品达到富硒标准，富硒率达到85.2%，这说明于都地区水稻自然富硒率高。水稻是我国主要粮食作物,全国稻米硒含量平均为0.032 mg/kg，低的仅有0.016 mg/kg[5],远远不能满足人体正常的需求。因此提高稻米硒含量具有不言而喻的迫切意义。而于都地区水稻自然富硒率高，合理开发利用于都富硒土地资源，可以进一步解决我国面临的人口存在硒摄入量严重不足的问题。

4 水稻籽实硒含量的影响因素探讨

4.1 根系土中的全硒

土壤全硒是水稻籽实硒的基础，植物吸收的硒主要来源于土壤。分析的水稻籽实与根系土148件样品，根系土中总硒含量在0.12～1.05 mg/kg范围内，平均含量为0.32 mg/kg，明显大于全国表层土壤硒的平均含量0.29 mg/kg和全国水稻土的含硒水平0.20 mg/kg。通过相关性分析，发现两者相关系数为0.377 6，具有显著的相关性（见图2）。说明水稻籽实中的硒含量随着根系土中的总硒含量增大而增大，这与前人对它们之间的研究成果一致[6]。在今后选富硒水稻开发基地中，应该选择一些土壤中总硒含量比较大的水田，取代喷硒或施用硒肥达到提高大米硒含量，从而满足人体硒营养的要求。在天然富硒土壤上种植水稻，一方面能够产出营养价值高的天然富硒大米，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。

图2 根系土总硒与水稻籽实硒含量的相关关系

4.2 根系土中的酸碱度

土壤pH值被认为是影响土壤硒含量的重要因素之一，通过控制土壤元素的生物有效性进而影响作物中硒的含量。其中，土壤酸碱性在很大程度上决定了硒在土壤的存在形态，并由此影响硒的有效性[7]。将土壤pH划分为三个等级：pH＜6.5（酸性），6.5≤pH＜7.5(中性)，pH≥7.5（碱性），通过分析不同pH条件下水稻籽实的硒含量，来探讨土壤不同pH条件下硒吸收富集规律。为了更好地描述水稻籽实对土壤硒的吸收富集，本研究引入富集系数（PUF）表现水稻籽实的硒富集特征，富集系数越高说明水稻籽实对土壤中硒的吸收越好。PUF=水稻籽实中硒含量/根系土硒含量。

表1 不同pH条件下水稻籽实硒的吸收规律比较

图3 PH与水稻籽实硒含量的相关关系

通过样本分析，发现根系土pH值处于6.5左右条件下水稻籽实中的硒含量较高，在酸性条件下，随着土壤pH的增大水稻籽实硒的含量有增大趋势。但当土壤变为中性和碱性时，水稻籽实硒的含量呈负相关趋势。这可能与亚硒酸盐是酸性土壤或中性土壤中硒的主要形态有关。另外，硒的有效性随土壤pH值的增加而提高，原因是土壤中pH值的降低在增加H+的同时，减少了土壤表面的负电荷，使得阴离子的硒酸根更易吸附到土壤表面，从而导致水稻根系土硒的生物有效性下降，使水稻从根系土中硒的吸收得到抑制。这一规律的发现，为今后赣南地区开发富硒水稻基地提供了依据，土壤pH值为6.5时有利于开发富硒水稻基地，合理地改善水田土壤酸碱度有利于提高水稻籽实硒的含量。

4.3 根系土中有机质

根据《DZT0295-2016土地质量地球化学评价规范》，将土壤有机质含量分为五个等级(g/kg)：丰富(SOM＞40)、较丰富(30＜SOM≤40)、中等（20＜SOM≤30）、较缺乏（10＜SOM≤20）、缺乏（10≤SOM）。本次共收集水稻籽实和水稻根系有机质测试数据138件，其中根系土有机质等级为丰富的有59件、等级为较丰富的有31件、等级为中等的有36件、等级为较缺乏的有11件、等级为缺乏的有1件，统计分析结果见表2。

表2 不同有机质条件下水稻籽实硒的吸收规律比较

通过表2可以得出：根系土中的有机质等级为丰富的时候，水稻籽实的硒含量及根系土的硒含量是最高的，分别为0.082 mg/kg、0.41 mg/kg；当根系土中有机质含量为较丰富时，水稻籽实硒的富集系数最大，为0.300。根系土有机质含量为较丰富的一组数据，显示两者具有较强相关性。上述结果表明土壤有机质含量处于丰富-较丰富水平时，有利于水稻籽实硒的富集吸收，可促进富硒大米的产生。

4.4 根系土养分元素

为了分析营养元素N、P、K对水稻籽实硒含量的影响，对样品测试分析了根系土N、P、K与水稻籽实硒的含量。利用SPSS23对养分元素与水稻籽实硒含量做了相关性分析，分析结果见表3。通过分析发现，根系土养分元素和水稻籽实硒含量相关性不大, 说明土壤养分元素与水稻籽实硒含量关系不明显。

表3 水稻籽实硒含量与土壤养分相关系数

4.5 根系土中重金属元素

为了得出水稻籽实硒含量与土壤重金属元素的相关性，利用SPSS23软件对它们之间的相关性进行了分析。分析结果见表4。通过分析发现，水稻籽实中硒含量与根系土中呈相关的重金属元素有：Cr、Cu、Ni。可以得出若要提高水稻籽实硒的含量，可从提高土壤中Cr、Cu、Ni的含量入手的结论，但要注意控制土壤中重金属的量，确保水稻籽实吸收的重金属元素不能超过国家标准。在测试水稻籽实硒含量时，如果发现硒含量特别高，应注意检测土壤中Cr、Cu、Ni重金属是否超标，从而导致水稻籽实Cr、Cu、Ni重金属超标，影响人体健康。

表4 水稻籽实硒与根系土重金属元素相关系数

5 硒在土壤-水稻系统中的迁移态势

为了解土壤-水稻系统中硒的迁移态势。本次选取了6组非根系土、根系土、水稻的根系、秸秆、籽实样品对硒含量进行测试。通过图4可以发现，非根系土与根系土之间的硒含量没有很大的联系，这说明水稻对土壤中的硒没有富集到根系的作用。根系的硒含量普遍高于根系土中的硒含量，表明根系具有很强的聚集吸收土壤硒的能力；从根系至秸秆，植物中的硒含量明显下降，表明从根系吸收的硒向上运移的过程中发生分散作用；六件样品中有四件样品水稻籽实中的硒含量略高于秸秆，表明从秸秆到籽实又有聚集的趋势。而水稻根系硒含量大于水稻土硒含量，这说明水稻根系具有很强的硒元素吸收能力。在今后的富硒水稻种植方面，可以利用一些技术手段来提高水稻根系-水稻秸秆之间的吸收率，从而提高水稻籽实硒含量。

图4 硒在水稻不同部位的积累情况

6 结语

1）土壤全硒是水稻籽实硒的基础和来源,土壤全硒量与水稻籽实硒含量成正比，随着土壤全硒含量的增大，水稻籽实中硒含量也将增大。

2）土壤pH值是影响土壤硒含量的重要影响因素，本次研究表明水稻籽实硒含量具有在pH为6.5时富集的特性，后续富硒土地资源开发时，可通过控制土壤的酸碱度，调控农作物对硒元素的吸收和利用；

3）土壤有机质含量处于丰富-较丰富水平时，有利于水稻籽实硒的富集吸收，可促进富硒大米的产生。

4）水稻籽实硒还与土壤中Cr、Cu、Ni存在着显著相关性。原因可能跟土壤的淋浴程度有关。

5）水稻从根系至秸秆，植物中的硒含量明显下降，表明从根系吸收的硒向上运移的过程中发生分散作用，提高硒从根系到秸秆吸收率，可以提高水稻籽实硒含量。

综上，富硒土壤不一定能产出富硒水稻籽实，水稻籽实硒含量还与土壤中多种因素有关。在今后于都富硒水稻开发基地建设中，应注意多方面的因素，开发建设更多高质量富硒水稻基地。