碱性富硒土壤区大蒜营养元素积累规律研究

代 璐，张亚峰，马 强，王 帅，贺连珍，秦永强

（1.青海省第五地质勘查院，西宁 810099；2.海东市平安区高原富硒现代农业示范园区管理委员会，青海海东 810600）

大蒜（Allium sativumL.）为百合科葱属植物的鳞茎，饮食调味品，属药食两用植物。其本身含有100余种含硫挥发物、硫化亚磺酸酯类、氨基酸、肽类、苷类及酶类等药用和保健成分，蒜氨素作为含硫化合物发挥消炎抗菌、预防癌症和心血管疾病等功能［1，2］；富含的Cu、Zn-超氧化物歧化酶（SOD）发挥清除超氧自由基，抗辐射、抗肿瘤及延缓机体衰老等功能；富含的维生素发挥调节代谢等功能［3］。另外有研究表明，大蒜还具有较强的聚Se 能力［4］，且大蒜是蔬菜中富Se 能力最强的作物［5］，这些有益成分亦能进一步增强大蒜的抗癌能力。因此，研究大蒜的营养元素积累特征，掌握土壤-大蒜系统中硒等营养元素的转化规律，对挖掘大蒜的保健功能具有重要意义。

以往关于大蒜的营养成分分析多集中在其生物活性成分上［4，5］，针对痕量和微量元素的研究不多，尤其在天然富硒土地环境背景下，多元素叠加的营养价值方面的研究甚少。青藏高原东部属中国大蒜主产区，尤其乐都紫皮大蒜作为地理标志产品享有较高的知名度。大蒜主产地平安、乐都一带是西北碱性富硒土壤的典型区，具有总Se 含量稳定、有效Se 含量高、重金属含量低等优势［6-8］。本试验以青藏高原东部碱性土壤区大蒜为研究对象，开展大蒜和根系土Se 及其他有益元素的协同监测，评价其富Se水平和综合营养品质，以期深入挖掘碱性土壤区天然富硒大蒜的价值潜力，为高效培育天然富硒大蒜并提升其经济价值提供技术数据，也为优化食物补硒途径及科学开发碱性天然富硒土地提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域地处青藏高原北缘湟水谷地，是全国大蒜主产区和西北天然富硒区，属高原大陆性气候，平均海拔为2 300～3 000 m，年均气温为5～6 ℃，年均降水量为350～500 mm。主栽品种乐都紫皮大蒜是青海省优良地方品种，种植在河谷地带，总面积有3 000 余公顷，每年3 月春播6 月收获，生育期100 余天，鳞片2层，鳞芽4～6瓣，平均产量为25 500 kg/hm2。富硒土壤延湟水河展布在两岸冲洪积阶地，土壤Se来源于咸水湖相沉积的新生界西宁组红色泥岩，其含量在167～654 μg/kg，土壤pH 中位数为8.5，呈碱性。土壤类型主要为栗钙土和灰钙土。

1.2 样品采集与测定

样品按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）要求采集，在乐都、平安两区富硒区和低硒区分别采集大蒜和根系土样本。采取主点与副点组合的方法，即在预采集样点位置选择1 个主点，在同一地块内选择3～4 个副点共同采样，主副点样本混合确定为1 件样品。根系土为被采集大蒜样本的根际土壤，同样为主副点混合，用四分法留取约500 g 风干。研究共采集大蒜样本31 份，根系土31份。采样位置见图1。

图1 采样位置示意

土壤样过0.85 mm 尼龙筛，取筛下物100 g 放置于小于60 ℃的恒温干燥箱内烘干。称取100 g 烘干样用玛瑙球磨机研磨至0.074 mm，分取0.5 g 在750 ℃下艾斯卡半熔，取提取液加热酸化、KBH4还原，采用原子荧光法测定Se 含量；采用催化比色法测定I 含量；分取5 g 在35 t 压力下压成样片，采用X射线荧光光谱法测定Cu、Zn、Fe、Mg、Mn、Cr、Sr 的含量。大蒜先经清水淘洗，后用去离子水淘洗，室温晾干经专用机具加工至约0.42 mm 粒度，置于小于60 ℃的恒温箱内烘干。称取0.5 g 加入浓HNO3、H2O2消解，加HCIO4溶解样品至冒烟、定容，采用原子荧光法测定Se 含量；称取2 g 干样加浓HNO3、H2O2消解，采用等离子体质谱法测定Cr、Cu、I 的含量，等离子体光谱法测定Fe、Mn、Zn、Sr、Mg 的含量。各指标测试的原始报出率为100%，原始一次性合格率为100%，5%样本的重复性检验原始一次性合格率为100%。经评价，数据质量满足分析评价要求。

1.3 数据分析

采用Excel 软件对数据进行常规统计分析，采用SPSS软件进行描述性统计、方差检验和相关性分析。

生物富集系数可表示大蒜对各元素的富集、积累和吸收能力与程度的定量关系，可反映大蒜从土壤中吸收特定元素的能力［9］，计算式见式（1）。

式中，BCFi为作物i元素的富集系数；Ci-Garlic指作物i元素的含量；Ci-Soil为作物所对应根系土i元素的含量。

2 结果与分析

2.1 大蒜营养元素富集特征

大蒜及根系土营养元素含量统计结果见表1。大蒜Se含量处于29.9～120.0 μg/kg，均值为43.6 μg/kg。根系土Se含量处于167～654 μg/kg，均值为344 μg/kg。大蒜Se 的富集系数为8.0%～27.5%，均值为12.7%。对照富硒大蒜行业标准（NY/T 3115—2017）［10］，Se 在30～300 μg/kg被认定为富硒大蒜，研究区96.8%的大蒜处于富硒范畴。在土壤Se≥230 μg/kg 地块中的大蒜Se 处于30.6～120.0 μg/kg，100%达到富硒水平。这一点也印证了碱性富硒土壤有效Se含量高的事实，即在土壤总Se 含量低于谭见安［11］推荐的富硒土壤（400 μg/kg）限定值的情况下，大蒜也能100%富硒。

表1 大蒜及根系土营养元素含量参数

大蒜Cu 含量处于1.64～2.51 mg/kg，均值为2.10 mg/kg；根系土Cu 含量处于22.1～36.9 mg/kg，均值为28.6 mg/kg；大蒜Cu 的富集系数为4.6%～10.0%，均值为7.3%。大蒜Zn 含量处于5.77～9.12 mg/kg，均值为7.56 mg/kg；根系土Zn含量处于66.0～140.8 mg/kg，均值为86.2 mg/kg；大蒜Zn 的富集系数为5.3%～12.6%，均值为8.8%。大蒜Fe 含量处于0.012～0.025g/kg，均值为0.017 g/kg；根系土Fe 含量处于28.2～36.3 g/kg，均值为32.8 g/kg；大蒜Fe 的富集系数为0.04%～0.08%，均值为0.05%。大蒜Mg 含量处于0.20～0.30 g/kg，均值为0.27 g/kg；根系土Mg 含量处于15.4～20.1 g/kg，均值为17.7 g/kg；大蒜Mg 的富集系数为1.0%～2.0%，均值为1.5%。大蒜Mn 含量处于2.65～3.79 mg/kg，均值为3.33 mg/kg；根系土Mn 含量处于582～734 mg/kg，均值为666 mg/kg；大蒜Mn的富集系数为0.4%～0.6%，均值为0.5%。大蒜I 含量处于0.030～0.050 mg/kg，均值为0.035 mg/kg；根系土I 含量处于1.86～4.61 mg/kg，均值为3.02 mg/kg；大蒜I 的富集系数为0.7%～1.9%，均值为1.2%。大蒜Sr 含量处于1.2～5.1 mg/kg，均值为2.6 mg/kg；根系土Sr 含量处于235～362 mg/kg，均值为272 mg/kg；大蒜Sr 的富集系数为0.5%～2.0%，均值为1.0%。大蒜Cr含量处于0.05～0.07 mg/kg，均值为0.06 mg/kg；根系土Cr含量处于72.3～109.5 mg/kg，均值为87.0 mg/kg；大蒜Cr的富集系数为0.06%～0.08%，均值为0.07%。

就大蒜对各营养元素的富集程度而言，大致呈Se＞Zn＞Cu＞Mg＞I＞Sr＞Mn＞Cr＞Fe 的趋势。为区分表征各元素的富集强弱，更好揭示大蒜的特定营养功能，将富集系数按照5%和1%的界限值划分为3 个数字区间，代表大蒜对各元素的富集能力分别为强、中、弱。以此判定，大蒜对Se、Zn、Cu 为强富集，对Mg、I、Sr为中度富集，对Mn、Fe、Cr为弱富集。因此，可认为大蒜在富集和发挥Se、Zn、Cu 的健康功效方面具有物种优势，在富集和发挥Mn、Fe、Cr的健康功效方面不具潜力。

2.2 大蒜各营养元素富集系数的相关性分析

元素经土壤向农产品、农产品向人和动物体转化的过程中，从量和形态上是互相制约和影响的［12］。研究区属中国西北典型的碱性土壤，拥有干旱咸水湖沉积型富硒土壤资源，具有有效硒含量高、重金属含量低的特征，具备开发利用的综合优势。因Se 会与其他元素发生协同或拮抗作用，导致可强化或削弱农产品的综合营养品质。故研究大蒜-土壤系统Se 与其他元素间的影响关系，以期为富硒大蒜高品质开发提供依据。

从表2 可以看出，大蒜Se 富集系数与Cu、Zn、Cr的富集系数在P＜0.01 水平上显著正相关；大蒜Cu富集系数与Zn、Cr、Mn、Fe、I 的富集系数在P＜0.01水平上显著正相关；大蒜Zn 富集系数与Cr、Sr、Mn、Fe、I 的富集系数在P＜0.01 水平上显著正相关；大蒜Cr 富集系数与Mn、Fe、I 的富集系数在P＜0.01 水平上显著正相关；Sr 富集系数与Mn 富集系数在P＜0.01 水平上显著正相关；Mg 富集系数与Mn、Fe 的富集系数在P＜0.01 水平上显著正相关；Mn 富集系数与Fe、I 的富集系数在P＜0.01 水平上显著正相关；Fe富集系数与I 富集系数在P＜0.01 水平上显著正相关。以此揭示，研究区大蒜在富集Se 的同时，还具有强聚集Cu、Zn、Cr 等元素的能力。已有研究表明，Cu 具有促进人体血液神经和免疫系统功能发挥的功能，Zn 具有参与体内多种生长调节因子合成并激发代谢的功能，Cr 具有增加体内胰岛素的敏感活力并影响糖、脂肪和蛋白质代谢的功能；同时，Cu、Zn、Cr 由土壤中的无机形态经农作物吸收转化成农产品中的有机形态，其本身的毒性成分在降低［13］，且研究区土壤和农产品Cu、Zn、Cr 等均在安全限值内。综上所述认为，研究区大蒜有叠加Se、Cu、Zn、Cr 等营养元素的潜能，能提升大蒜的综合健康功效。

表2 大蒜各元素富集系数的相关系数

2.3 大蒜营养元素品质分析

基于人体通过饮食对营养成分安全摄入量的建议，《食品安全国家标准预包装食品营养标签通则》（GB 28050—2011）［14］规定了各营养素参考值。为进一步量化表达大蒜各营养素的含量水平，以国标参考值为基准，计算了大蒜各营养元素水平（表3）。预包装食品营养标签通则规定Se 营养素参考值为0.5 mg/kg，判定研究区大蒜Se 营养素水平为参考值的8.8%；Cu 营养素参考值为15 mg/kg，判定大蒜Cu营养素水平为参考值的14.0%；Zn 营养素参考值为150 mg/kg，判定大蒜Zn 营养素水平为参考值的5.0%；Fe 营养素参考值为150 mg/kg，判定大蒜Fe 营养素水平为参考值的11.3%；Mg 营养素参考值为3 000 mg/kg，判定大蒜Mg 营养素水平为参考值的9.0%；Mn 营养素参考值为30 mg/kg，判定大蒜Mn 营养素水平为参考值的11.1%；I 营养素参考值为1.5mg/kg，判定大蒜I营养素水平为参考值的2.3%。

表3 大蒜各营养元素

综上分析，研究区大蒜所含营养素与NRV 的比值从高到低依次为Cu、Fe、Mn、Mg、Se、Zn、I，这说明人群在食用研究区大蒜后，Cu、Fe、Mn 等元素的贡献率最大，Se处于中等；Zn 和I的贡献率最低。

3 小结

通过对青藏高原东部乐都—平安一带富硒土壤区产出的大蒜营养元素特征监测分析，选用特征参数、富集系数和营养素水平开展品质评价，得出以下结果，以此揭示研究区大蒜的综合营养品质。

1）大蒜Se 平均含量为43.6 μg/kg，Cu 平均含量为2.10 mg/kg，Zn 平均含量为7.56 mg/kg，Fe 平均含量为0.017 g/kg，Mg 平均含量为0.27 g/kg，Mn 平均含量为3.33 mg/k，I 平均含量为0.035 mg/kg，Sr 平均含量为2.6 mg/kg，Cr 平均含量为0.06 mg/kg。青海省富硒土壤（土壤Se≥230 μg/kg）区上产出的大蒜100%达到富硒水平（大蒜Se≥30 μg/kg）。

2）基于土壤-大蒜系统中元素的迁移能力分析认为，大蒜对Se、Zn、Cu 的转运富集能力最强，其次为Mg、I、Sr，Mn、Fe、Cr 富集能力最弱。同时揭示，大蒜具有协同富集Se、Cu、Zn、Cr 等营养元素的能力。这一特征揭示了大蒜对营养元素的富集水平，反映了其物种的特性。

3）基于研究区土壤背景水平和食品营养素参考值厘定标准分析认为，人群食用研究区产出的大蒜后，Cu、Fe、Mn 等营养元素的贡献率最大，Se 次之，Zn 和I 最低。这一特征揭示了研究区特定土壤背景下大蒜的营养水平，反映了其产地特性。