魔芋在不同土壤環境條件的含硒量

后丹，楊蘭芳，余同玲

(1.湖北大學資源環境學院，湖北 武漢 430062；2. 南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210046)

0 引言

硒是重要的生命微量元素，缺硒不僅與克山病、大骨節病等地方病有關，還與心血管病和癌癥等幾十種疾病有關[1].低硒區世界上都有廣泛分布[2]，對我國41個主要土類的含硒量研究表明，低硒土類占75.6%[3].在低硒或缺硒區適當補充硒，維持適當的硒水平，不僅能防止缺硒地方病，還能起到防癌、抗衰老、增強免疫力等多方面的作用[4-6].魔芋(Amorphophalms konjac)是天南星科魔芋屬的多年生草本植物，具有散毒、養顏、通脈、降壓、減肥、開胃等多功能[7-8].魔芋塊莖葉富含葡甘聚糖，魔芋食品具有多種氨基酸、微量元素和豐富的食物纖維，對防治結腸癌、乳腺癌有特效；魔芋低熱、低脂、低糖，可預防和治療肥胖癥、高血壓、糖尿病，還可以防治多種腸胃消化系統的多種常見慢性疾病[8-9].研究魔芋對土壤環境硒的吸收富積，不僅有利于認識魔芋對土壤硒的吸收利用特征，也有利于富硒魔芋產品的研究與開發，使硒對人體健康的有益作用與魔芋的保健作用相結合，促進低硒區的硒營養調節.本研究通過對野外魔芋樣品和盆栽試驗魔芋樣品含硒量的研究，探索魔芋對不同土壤條件硒的吸收利用特點，為認識魔芋生長與土壤硒的相互關系提供科學依據.

1 材料與方法

1.1野外魔芋材料2009年國慶期間，在恩施土家族苗族自治州不同地區采集了4個魔芋樣品，分別標號為E1、E2、E3、E4.E1采自恩施市土橋區龍洞河，成土母質為紅砂巖坡積母質，為一農家菜園土壤.E2號樣品采自恩施市雙河鄉魚塘壩村，成土母質為碳質頁巖坡積母質.E3號樣品采自恩施新塘鄉，成土母質為石灰巖.E4號樣品采自恩施州來鳳縣高洞鄉大巖板村6組，成土母質為泥質頁巖坡積母質.魔芋樣品采回后，按地上莖葉部分即莖葉和魔芋球莖分開，洗凈后切細，在70 ℃下烘干.在干燥器中冷卻后用植物粉碎機磨細裝入塑料瓶，保存在干燥器中備分析測試之用.

1.2野外土壤樣品在采集魔芋樣品的同時，采集生長魔芋的表層土壤樣品約500 g，也依次編號S1、S2、S3、S4.土樣帶回試驗室后剔除植物殘體和礫石后平鋪于干凈塑料盤中自然風干.風干后的土樣先過20目篩，混勻后貯于塑料瓶中備分析土壤基本理化性質之用，再從已經通過20目篩的土壤中選取約50 g樣品磨細過100目篩，混合均勻后貯于塑料瓶中備分析有機質和總硒之用.所采土壤樣品的基本理化性質見表1.

表1 野外魔芋樣品生長土壤的基本理化性質

1.3盆栽試驗利用高18 cm、體積為3.2 L的圓臺形陶瓷缽進行盆栽魔芋實驗，每盆裝土3.5 kg.設置加硒0、1、10、50 mg kg-1共4種施硒水平，紅壤和潮土2種土壤，共計8個處理，每處理重復3次.用亞硒酸鈉作為硒源，先將亞硒酸鈉配成一定濃度的溶液，然后按處理和土壤重量加入一定體積的溶液，與底肥一起攪拌均勻后再播種魔芋.每千克土施用200 mg N、100 mg P2O5和200 mg K2O為底肥，分別以(NH4)2SO4、KH2PO4和 K2SO4為肥源.于2007年4月5日每盆播種魔芋球莖葉一顆，管理至魔芋莖葉葉枯萎發黃后，表示魔芋已經生長成熟，于2007年10月15日收獲魔芋.盆栽試驗所用土壤基本理化性質見表2.

表2 盆栽土壤的基本理化性質

魔芋收獲后，將其分為莖葉和球莖2部分，分別洗凈后切細，在70 ℃下烘干然后在干燥器中冷卻后稱重，最后用植物粉碎機磨細裝入塑料瓶保存在干燥器中備分析測試之用.

將收獲魔芋后的土壤充分混勻后按四分法取約500 g平鋪于干凈塑料盤中自然風干.風干后的土樣先過20目篩，混勻后貯于塑料瓶中備用.再從已經通過20目篩的土壤中選取約50 g樣品磨細過100目篩，混合均勻后貯于塑料瓶中備用.

1.4 化學分析

1.4.1 土壤基本理化性質分析 土壤基本性質用常規法分析[10]：有機質用硫酸-重鉻酸鉀氧化容量法測定，堿解氮用堿解擴散法測定，速效磷用碳酸氫鈉浸提鉬藍法分光光度法測定，速效鉀用中性醋酸銨浸提火焰光度法測定，陽離子交換量(CEC)用醋酸銨法測定.

1.4.2 植物與土壤含硒量的測定 植物樣品用1∶2∶8的H2SO4-HClO4-HNO3的混合酸消化，土壤樣品用3∶4 H2SO4-HClO4的混合酸消化.消化液中的硒用鄰苯二胺反應，正己烷萃取，紫外分光光度法測定，利用標準曲線法定量.

2 結果

2.1野外魔芋與土壤樣品的含硒量表3可見，不同采樣地點的魔芋樣品含硒量不同，在所采集的4個魔芋樣品中，魔芋球莖的含硒量在0.13～5.58 μg g-1之間，魔芋莖葉的含硒量在0.19～13.04 μg g-1之間.無論是魔芋球莖還是莖葉的含硒量，均以恩施雙河魚塘壩的最高，而以來鳳高洞大巖板的含硒量最低.所有4個樣品中，魔芋含硒量均呈莖葉大于球莖的規律，莖葉含硒量與球莖含硒量的比值在1.46～5.64之間，即莖葉的含硒量是球莖的1.4～5.6倍.

表3 野外魔芋樣品的含硒量 μg g-1

2.2盆栽試驗土壤樣品的含硒量表4表明，土壤施硒量不同，魔芋含硒量不同，魔芋球莖和莖葉的含硒量均隨土壤施硒量增加而增加.在相同的壤施硒量下，土壤類型不同，魔芋含硒量也不同，潮土中生長的魔芋含硒量明顯高于紅壤，隨施硒量不同，潮土中魔芋球莖的含硒量是紅壤的3.2～4.4倍，莖葉的含硒量是紅壤的2.3～3.6倍.魔芋部位不同，含硒量也不同，在本實驗所有施硒量下，無論紅壤還是潮土，均呈莖葉含硒量明顯高于魔芋球莖的含硒量，在紅壤中，莖葉含硒量是球莖的1.4～4.4倍，在潮土中，莖葉含硒量是球莖的1.1～3.1倍.

表4 盆栽實驗魔芋樣品的含硒量 μg g-1

表5 魔芋含硒量與土壤含硒量和土壤施硒量的線性相關系數

2.3魔芋含硒量與土壤含硒量或施硒量的關系野外魔芋樣品中，無論是魔芋球莖還是魔芋莖葉，含硒量均與土壤含硒量呈極顯著的線性相關.盆栽實驗魔芋樣品中，無論是紅壤還是潮土，也無論是魔芋球莖還是魔芋莖葉，含硒量均與土壤施硒量呈極顯著的線性相關.

2.4魔芋對硒的生物富集系數一般把植物某部分中某元素的含量除以土壤中某元素的含量稱為生物富集系數，也叫生物濃縮系數、生物濃縮率、生物積累率、生物積累倍數、生物吸收系數等.生物富集系數用來評價植物將土壤中的元素吸收轉移到體內的能力.

表6 野外魔芋對硒生物富集系數

從魔芋對硒的生物富集系數來看(表6)，野外魔芋球莖在0.12～0.35，莖葉在0.33～0.83，莖葉的富集系數顯著高于球莖，雖然是含硒量最高時，富集系數也最高，但富集系數的隨土壤含硒量的變化規律不明顯.

盆栽實驗的富集系數中(表7)，紅壤中魔芋球莖和莖葉的富集系數變化范圍分別為0.14～0.31和0.26～0.80，莖葉的富集系數顯著高于球莖.潮土中的變化范圍分別為0.63～1.50和0.72～2.46，也是莖葉的富集系數顯著高于球莖.無論是紅壤還是潮土，最大富集系數并不在最高施硒量，而隨著土壤施硒量的變化，富集系數時高時低，沒有明顯的變化規律.

表7 盆栽實驗魔芋對硒的富集系數

3 討論

3.1魔芋含硒量魔芋是重要的減肥健美保健食品，而硒是重要的生命微量元素，將魔芋與微量元素硒相結合，發揮其共同的有益作用，對于魔芋和硒資源及其產品的開發和人民健康無疑具有重要作用.不同植物硒含量和分布不同，相同條件下，小麥吸收的硒有50%富集在籽粒里，而黑麥草吸收的硒卻有80%富集在根系[11].當前有關魔芋含硒量的方面報道不多，萬佐璽等[12]利用黃棕壤進行盆栽魔芋實驗表明，隨土壤施硒量不同，魔芋莖葉的含硒量可高達343.9 μg g-1，魔芋球莖含硒量可達101.9 μg g-1.在本實驗的土壤施硒范圍內，紅壤和潮土中的魔芋球莖和莖葉的最高含硒量分別為14.52與21.42、55.64與76.83 μg g-1.雖然本實驗的最高土壤施硒量比上述報道的高，但魔芋的最高含硒量卻比上述結果低，其原因一方面是土壤條件不同，另一方面也應該與地理位置不同而導致魔芋的生長環境不同有關.但是魔芋含硒量的分布規律和與土壤施硒量的關系卻是相同的，即均呈莖葉含硒量顯著高于球莖，與土壤施硒呈顯著的線性相關.在本實驗土壤施硒50 mg kg-1的條件下，魔芋生長未見明顯的抑制作用，說明魔芋具有一定的耐受土壤高硒水平的能力.有的根據硒與植物的關系，把植物分為含硒量顯著高的植物，能吸收相當數量硒而生長正常的植物和吸硒能力差的植物，第一類在含硒極低的地區不存在，第二類在富硒和低硒地區都廣泛存在，而第三類在富硒土壤上生長極差[13].我們的野外樣品表明，魔芋既能生在在含硒很高的恩施雙河魚塘壩的高硒區，也能在含硒不高的來鳳等地生長，所以魔芋應該是屬于能吸收相當數量的硒而生長正常的植物.如果將植物分為聚硒植物、非聚硒植物和高硫高硒植物三類[14]，則魔芋應該屬于聚硒和非聚硒植物之間的中間類型植物或者高硫高硒植物.因為聚硒植物可以忍耐高硒濃度而在高硒土壤中生長，非聚硒植物含硒量一般在1 μg g-1以下，而高硫高硒植物可蓄積較高的硒和硫[15].

野外魔芋含硒量與土壤含硒呈極顯著的線性相關，盆栽實驗魔芋的含硒量與土壤施硒量呈極顯著的線性相關，而且魔芋含硒量均呈莖葉高于魔芋球莖葉，魔芋莖葉對硒的生物富集系數也顯著高于球莖，這說明魔芋既能吸收利用天然來源的土壤硒，也能吸收利用人為施入到土壤中的硒，且具有較強的把土壤硒轉移到莖葉的能力.因此利用天然富硒土壤和在低硒土壤人為施硒來提高魔芋含硒量是可行而有效的.

3.2影響魔芋含硒量的因素野外不同采樣點的魔芋含硒量不同，其主要原因是不同土壤的含硒量不同.湖北恩施是中國的第一含硒區，炭質頁巖的最高含硒量可超過500 mg kg-1[16].恩施雙河魚塘壩是恩施著名的高硒區，曾經發生過硒中毒現象，原來在那里居住的村民都已經搬遷，成土母質主要是炭質頁巖，是恩施最重要的含硒母巖.如果將含硒大于0.526 mg kg-1的土壤作為高硒土[3]，則恩施雙河魚塘壩、恩施新塘、恩施龍洞的土壤均為高硒土壤.龍洞的土壤是紅砂巖發育的土壤，一般含硒量很低，而該點土壤和魔芋含硒量也較高的原因是該點為農家菜園土，就在農家的后院，所以有機肥施用多，且施用過草木灰和煤渣，導致其呈堿性，有機質含量較高，而紅砂巖發育的土壤如果不受人為干擾一般是酸性的，有機質含量很低.一般土壤有機質含量高，土壤含硒量也高.因此除了土壤母質因素外，人為因素也是影響土壤和魔芋含硒量的重要因素.

盆栽實驗魔芋樣品中，潮土魔芋的含硒量顯著高于紅壤，主要原因是土壤pH不同，潮土是長江沖積物發育的土壤，呈堿性，而紅壤呈酸性.土壤酸堿度在很大程度上決定了土壤硒的存在形態和有效性.在通氣良好的堿性土壤中，硒主要以硒酸態存在，而中性或酸性土壤中則以亞硒酸態存在，亞硒酸根離子與土壤固相親和力強，容易被土壤固定，而硒酸根較難被吸附而不容易受到土壤固定，因此pH越高，土壤中硒的活性越高[17].如土壤水溶性硒的含量與土壤pH呈極顯著的正相關[18]，燕麥和大麥的含硒量隨土壤pH升高而增加[17]，貓尾草的含硒量與土壤pH呈顯著的正相關[19].植物根系主要從土壤中吸收硒酸根，也可以吸收亞硒酸根，但是植物對硒酸根和亞硒酸根的吸收方式是不同的，對硒酸根的吸收是主動吸收，而對亞硒酸根的吸收則是被動吸收[20].土壤施硒后，在pH 5.7下，貓尾草(Phleumpratense)含硒量大于0.1 μg g-1的時間能維持3年，而在pH 6.6下，卻可以保持5年，施用石灰也可以增加牧草的含硒量[21].潮土魔芋含硒量高于紅壤的原因之二是土壤質地不同，潮土為砂質土，紅壤為粘質土.硒的有效性隨土壤質地變粘而降低[19]，土壤硒的有效性和植物吸收硒的量與粘粒礦物含量呈負相關[17]，如粘粒含量由7%增加到39%，當土壤pH為7時，小麥和油菜對硒的吸收分別下降79%和70%，而土壤pH為5時，硒的吸收量降低72%和77%[22].土壤有機含量不同也可能是潮土魔芋含硒量高于紅壤的另一原因.紅壤有機質含量比潮土高，雖然有機質含量高，也會使土壤含硒量增加，但是有機質具有較強的固定土壤溶液中硒的能力，從而降低施入土壤中硒的有效性.如把富里酸加入到已經施用硒肥的土壤中區，苜蓿的吸硒量下降12%～27%[23].土壤有機質含量由1.4%增加到39%，當土壤pH為7時，小麥和油菜對硒的吸收分別下降88%和69%，而土壤pH為5時，硒的吸收量降低63%和48%[22].

土壤施硒下魔芋對硒的富集系數大于野外魔芋樣品的富集系數，說明施入到土壤中的硒的有效性比天然富硒土中的硒有效性高，而潮土中魔芋對硒的生物富集系數高于紅壤，也表明施入潮土中硒的有效性比施入到紅壤中高.潮土魔芋含硒量高于紅壤的原因歸根到底就是施入到潮土中的硒有效性高于紅壤.

總之，野外魔芋樣品和2種土壤盆栽實驗魔芋樣品的分析表明，土壤類型、土壤pH、土壤硒水平、土壤質地和土壤有機質含量都是影響魔芋含硒量的重要因素，導致潮土魔芋含硒量高于紅壤的原因主要是潮土pH高于紅壤，其次是質地和有機含量的不同.

4 結論

(1)從恩施所采集的樣品中，魔芋球莖和莖葉的最高含硒量為5.58和13.04 μg g-1，魔芋含硒量與土壤含硒量呈極顯著的線性相關，并呈莖葉含量顯著高于球莖的規律.

(2)盆栽魔芋球莖和莖葉的最高含硒量在潮土中為55.6和76.8 μg g-1，在紅壤中為14.5和21.4 μg g-1，魔芋含硒量與土壤施硒量呈極顯著的線性相關，莖葉含硒量高于球莖，潮土含硒量高于紅壤.

(3)魔芋對硒的生物富集系數莖葉高于魔芋球莖，潮土高于紅壤，土壤施硒高于天然含硒土，表明潮土中硒的有效性高于紅壤，土壤施硒的有效性高于天然含硒土.

(4)潮土施硒的有效性高于紅壤導致潮土的魔芋含硒顯著高于紅壤，主要是由于潮土土壤pH比紅壤高.

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