廣西鹿寨水稻及其種植土壤中硒含量分布特征分析

張靖源 陳劍平 黃邵華 卓小雄

摘要：【目的】研究廣西鹿寨水稻及其種植土壤硒含量的分布特征，為廣西富硒有機稻的產業化、規模化和科學化生產提供理論依據。【方法】采集廣西鹿寨具有代表性的28套水稻植株及其對應的根系土樣品，采用氫化物原子熒光光譜法分析水稻植株各部位的硒含量，并與其對應根系土中的硒含量進行對比，考查水稻生長過程中的富硒能力。【結果】28個水稻根系土樣品的足硒率、富硒率及硒中毒率分別占樣品總數的3.57%、92.86%和3.57%；28個水稻籽實樣品中有26個樣品達富硒標準值，富硒率達92.86%，剩余的2個樣品硒含量低于標準值（占7.14%）。水稻植株不同部位及對應根系土硒含量的分布規律為：根系土>根須>莖葉>籽實；水稻籽實、莖葉、根須硒含量與對應根系土硒含量間均存在極顯著正相關（P<0.01），且隨著根須、莖葉、籽實與對應根系土距離的增加，其相關性隨之依次減弱。【結論】廣西鹿寨水稻田土壤富硒率高，其平均值（1.002 mg/kg）遠高于全國平均水平（0.29 mg/kg），產出的水稻有92.86%達國家富硒水稻標準，具備生產天然富硒水稻的條件。

關鍵詞： 硒；水稻；根系土；含量；分布特征；廣西鹿寨

中圖分類號： S511.01 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）11-1856-05

Abstract：【Objective】The present study was conducted to study distribution characteristics of rice and rhizosphere soil in Luzhai，Guangxi，in order to provide a theoretical basis for industrialized，large-scale and scientific production of selenium-enriched rice in Guangxi. 【Method】Twenty-eight sets of representative rice plants and corresponding rhizosphere soil samples were collected from Luzhai，Guangxi，and the selenium content in different parts of rice plants was determined by hydride atomic fluorescence spectrometry，compared with selenium content of corresponding rhizosphere soil，so as to investigate ability of rice to enrich selenium during growth process. 【Result】Results showed that，enough-selenium rate，selenium-enriched rate and selenium poisoning rate of 28 rice rhizosphere soil samples accounted for 3.57%，92.86% and 3.57% of total samples. Twenty-six of twenty-eight seed samples were up to standard of selenium enrichment，selenium-enriched rate was 92.86%，but two of which were lower than standard，accounting for 7.14%. Distributions of selenium contents in different parts of rice plant and rhizosphere soil were ranked as follows：rhizosphere soil>root hair>cauline leaf>seed. Selenium content of corresponding rhizosphere soil was extremely significantly positively correlated with selenium content of seeds，cauline leaf and root hair，respectively（P<0.01），however，this correlation was attenuated with the increase of distance between rhizosphere soil and each of root，cauline leaf and seed. 【Conclusion】Paddy soil of Luzhai，Guangxi is rich in selenium，with an average selenium content of 1.002 mg/kg，which is much higher than national average（0.29 mg/kg），92.9% of total rice reach up to national standard of selenium-enriched rice，therefore，Luzhai of Guangxi has natural condition for production of selenium-enriched rice.

Key words： selenium； rice； rhizosphere soil； content； distribution characteristics； Luzhai， Guangxi

0 引言

【研究意義】硒（Se）是人類和動物的必需微量元素，在人體中發揮著重要的生理功能（楊朔，2015；陳健等，2016），如抗氧化、延緩衰老、解毒排毒、降低心腦血管疾病、保護肝臟、預防癌變及提高免疫力等，硒還可以緩解砷、鉛、鎘和汞等重金屬對人體的毒害作用（程義勇，2014）。在我國，克山病（地方性心肌病）的發生主要是病區居民硒元素攝入量不足，與甲狀腺功能減退相關的呆小癥也與硒元素缺乏有關（郎春燕等，2013）；但在高劑量攝入的情況下，硒又可能造成毒害作用，因此必須將硒的攝入量控制在一個安全范圍內。【前人研究進展】由于硒元素的地區分布極不均勻，目前國家已投入大量資金進行硒資源調查。李慧等（2011）采用氫化物原子熒光光譜法對恩施芭蕉地區玉露茶園的茶葉、土壤樣品硒含量進行測定，并探究了富硒茶葉的最佳種植條件；魏然等（2012）研究了江西省鄱陽湖流域農田生態系統土壤硒元素含量的變化，發現江西鄱陽湖流域農田土壤硒的主要輸入途徑是大氣干濕沉降、灌溉水、化肥和農藥，其中大氣干濕沉降占絕對主導地位，四者對土壤硒富集的貢獻比例約為77∶20∶1∶2；楊忠芳等（2012）通過研究分析海南島農田土壤硒的地球化學特征，結果發現研究區69.98%的土地為足硒和富硒土壤；郎春燕等（2013）研究表明，四川成都市東郊稻田土壤硒主要以有機物—硫化物結合及元素態硒、殘渣態硒存在，占土壤總硒含量的80%以上，而作物可吸收利用的可溶態、可交換態及碳酸鹽結合態硒僅占3%左右；何偉燕和王占岐（2015）通過采集福建三元區表層土壤樣品和主要農產品樣品進行硒含量特征分析，結果表明部分水稻、地瓜和黃豆等農產品硒含量達到相應的富硒標準；商靖敏等（2015）采集洋河流域上、下游171個代表性表層土壤，系統分析了土壤總硒含量、分布及影響因素，發現平均硒含量排序為：林地>城鎮工礦用地>草地>農業用地；硒含量隨海拔增高顯著增加，而隨pH增加顯著減小，此外，總有機碳、鐵和鋁含量也是影響土壤硒含量的重要因素。【本研究切入點】目前，富硒農產品開發勢頭迅猛，已成為農業生產中的新亮點（徐慶國等，2013），因其經濟效益顯著，得到了各級政府的高度重視。為推動廣西現代特色農業轉型、優化和升級，2015年廣西區政府啟動了實施現代特色農業產業“10+3”提升行動，計劃在2015～2020年大力推動富硒農業發展。【擬解決的關鍵問題】采用氫化物原子熒光光譜法分析廣西鹿寨水稻植株各部位的硒含量，并與其對應根系土中的硒含量進行對比，考查水稻生長過程中的富硒能力，為廣西富硒有機稻的產業化、規模化和科學化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

于水稻收獲盛期，通過GPS定位，在采樣點地塊內采用梅花點法進行多點取樣（圖1）。每個采樣地塊范圍內采集3～5個子樣等量混勻組成1個樣品，稻谷植株連同對應根系土一起挖出，抖凈根部土壤，并進行收集，水稻植株剪下稻谷籽粒、秸稈和根須分別裝入樣袋，并對樣品進行編號，采樣數量見表1。硒標準溶液（1000 μg/mL）購自國家標準物質研究中心，硝酸為電子純，鹽酸、氫氧化鈉、硼氫化鉀和鐵氰化鉀均為國產分析純，水為去離子水。主要儀器設備：FW100型高速萬能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）、LTJM-2099精米機（上海賽霸精密儀器有限公司）、MARS6微波消解系統（美國CEM公司）、AFS-9700雙道原子熒光分光光度計（北京科創海光儀器有限公司）、硒空心陰極燈（北京有色金屬研究總院）、電熱恒溫鼓風干燥箱DHG-9626A（上海精宏實驗設備有限公司）、恒溫水浴鍋HH-S（鞏義市予華儀器有限責任公司）、瑪瑙球磨機LK-XZM-100（錦州市磊科科儀有限公司）等。

1. 2 樣品預處理

植株樣品經分揀去掉其雜質和泥土，清水淘洗干凈，再用去離子水清洗3次，60 ℃烘干。籽粒經精米機處理，去除稻殼，得到一級精米，再用粉碎機粉碎成米粉，通過100目篩，得到較細米粉，儲存于塑料瓶內，備用。秸稈和根須經剪碎，用粉碎機粉碎，待用。根系土樣品除去非土壤雜質，常溫下風干、過10目篩、混勻；于實驗室內60 ℃烘干后取100 g樣品，采用瑪瑙球磨機將樣品碾磨至100目。

1. 3 樣品消解

根系土消解：稱取根系土樣品0.2000 g置于25 mL比色管中，加入10 mL王水（濃鹽酸∶濃硝酸=3∶1），沸水浴中消解2 h，每隔30 min振蕩1次，取下冷卻后定容，搖勻，取上清液檢測；同時設空白試驗。

植株樣品消解：稱取0.500 g植株樣品置于消化管中，加5 mL硝酸，振蕩混勻，放入微波消化儀中進行消解：1200 W，10 min升溫至125 ℃，保持10 min；接著1200 W，10 min升溫至180 ℃，保持20 min，待消化完成、冷卻至室溫后取出消化管，用洗瓶移入50 mL燒杯中，加入幾粒玻璃珠，在電熱板上繼續加熱近干，再加入6 mol/L鹽酸5 mL，繼續加熱至溶液變為清亮無色并伴有白煙出現，冷卻，轉移樣品消化液至25 mL容量瓶中，用鹽酸溶液（1+1）定容，搖勻待測，同時設空白試驗。

1. 4 氫化物原子熒光光譜法測定分析

采用氫化物原子熒光光譜法（GB/T 5009.93-2010）進行測定。儀器工作條件：負高壓280 V，燈電流20 mA，爐高8 mm，載氣流量300 mL/min，屏蔽氣流速800 mL/min，加液時間5 s，讀數時間12 s，延遲時間0 s，進樣量2 mL，載流液濃度10% HCl，硼氫化鉀濃度2%。土壤樣品分析方法檢出限4 μg/kg，生物樣品檢出限5 μg/kg。

1. 5 統計分析

采用SPSS 17.0對測試結果進行統計分析和相關性分析，再以Excel 2010繪制直方圖和散點圖。

2 結果與分析

2. 1 水稻根系土的硒含量特征

本研究共采集28套水稻植株及對應根系土樣品。從表2可看出，水稻根系土硒含量最小值為0.359 mg/kg、最大值為3.819 mg/kg，平均含量為1.002 mg/kg，明顯高于全國表層土壤硒的平均含量0.29 mg/kg（商靖敏等，2015）。按照譚見安（1989）的劃分標準，采集的28個水稻根系土樣品中有1個樣品處于足硒狀態、26個樣品處于富硒狀態、1個樣品處于硒中毒狀態，分別占樣品總數的3.57%、92.86%和3.57%，總體上屬于富硒土壤。

2. 2 水稻籽實的硒含量特征

由表2可知，水稻籽實硒含量最小值為0.026 mg/kg、最大值為0.532 mg/kg，平均含量為0.079 mg/kg。根據《富硒稻谷》（GB/T 22499-2008）標準，稻谷硒含量在0.04～0.30 mg/kg為富硒標準，發現28個水稻籽實樣品中有26個樣品達富硒標準值，富硒率達92.86%；剩余的2個樣品硒含量低于標準值，占7.14%。但參照廣西發布的地方標準（DB45/T 1061-2014），糧食類的富硒含量標準為0.15～0.28 mg/kg，僅有5個籽實樣品達富硒標準，占17.86%。

在采集的28個水稻籽實樣品中，有2個籽實樣品的硒含量較高，分別達0.456和0.532 mg/kg，超出GB/T 22499-2008和DB45/T 1061-2014的上限。依照我國居民膳食營養素參考攝入量對照表（程義勇，2014）可知，硒的人均推薦攝入量60 μg/d，平均需要量50 μg/d，可耐受最高攝入量400 μg/d。按人均每天攝入谷薯類食物250～400 g（中國營養協會，2016）計算，通過這兩個富硒大米攝入的硒含量為114～182和132～212 μg/d，高出推薦攝入量的1～2倍，但仍在可耐受的最高攝入量范圍內。

2. 3 水稻植株不同部位硒含量與根系土硒含量的相關性

水稻植株不同部位及對應根系土硒含量的分布規律（圖2）為：根系土>根須>莖葉>籽實，與蔣旭玲（2013）的研究結果一致，符合生物學的基本原理，即農作物在生長過程中可通過根系或葉片兩種途徑吸收營養元素，植物吸收四價硒時先在根部同化，再以有機硒的形式沿木質部向地上轉運（Asher et al.，1977）。

圖3為水稻不同部位與對應根系土硒含量關系的散點圖。由圖3可看出，水稻籽實、莖葉、根須的硒含量與對應根系土硒含量間均存在極顯著正相關（P<0.01），且隨著根須、莖葉、籽實與根系土距離的增加，其相關性隨之依次減弱。其中，水稻根須硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=1.0776x0.8061（R2=0.7612）；水稻莖葉硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=0.1732x0.8486（R2=0.6585）；水稻籽實硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=0.1010x0.7282（R2=0.3904）。由此可見，水稻根須主要從根系土吸收營養；莖葉除了通過根系吸收營養外，還可從外界吸收營養，如葉片表面的氣孔可幫助葉片與外界溝通，莖葉吸收根系和外界的硒后將其轉運進入水稻籽實中。

3 討論

水稻是我國居民的主要口糧，因此通過提高稻米硒含量，以食用方式增加人體攝硒量，被認為是最直接、有效、安全的補硒途徑（李玉梅等，2016）。至今，有關水稻吸收硒元素的機理和途徑已有較多研究報道。蔣旭玲（2013）對硒在水稻植株不同部位的分布情況進行研究，結果表明，整個水稻植株中根須硒含量最高，米糠次之，精米最低。李玉梅等（2016）研究發現，在水稻籽粒成熟過程中，其莖葉吸收的四價硒逐漸向籽粒轉移而導致這些部位的硒含量降低。可見，植株生長部位不同，其硒含量也不相同（劉海燕等，2015）。本研究結果表明，水稻根須的硒含量與對應根系土壤接近，是由于根須吸收了土壤中存在的大量硒元素；而個別根須樣品的硒含量略高于根系土硒含量，可能與土壤本身的理化性質有關，如土壤pH、土壤類型、土壤中黏土礦物、有機碳、鐵錳氧化物等。這些指標通過影響硒元素在土壤中的賦存狀態，進而影響硒的生物有效性，當土壤有機碳、黏粒等含量越高，硒的生物有效性越低（楊忠芳等，2012）；土壤pH則會影響土壤中硒元素的賦存狀態，硒的價態不同，在水中的溶解能力不同，植物根系對其吸收的作用也不同（何偉燕和王占岐，2015）。

本研究采集的28個水稻根系土樣品硒含量平均值為1.002 mg/kg，明顯高于全國土壤平均值0.29 mg/kg（商靖敏等，2015），也高于貴州稻田土壤的平均值（0.36±0.23 mg/kg）、浙江稻田土壤的平均值（0.29 mg/kg）（耿建梅等，2012）及福建三明市三元區土壤的平均值（0.52 mg/kg）（何偉燕和王占岐，2015）。農作物在生長過程中，可通過根系或葉片兩種途徑吸收營養元素。本研究結果表明，水稻籽實、莖葉、根須的硒含量與對應根系土硒含量間均存在極顯著正相關，且隨著根須、莖葉、籽實與根系土距離的增加，其相關性隨之依次減弱。其中，水稻根須硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=1.0776x0.8061（R2=0.7612）；水稻莖葉硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=0.1732x0.8486（R2=0.6585）；水稻籽實硒含量與根系土硒含量的回歸方程為：y=0.1010x0.7282（R2=0.3904）。由于廣西鹿寨水稻田土壤硒元素含量豐富，在水稻種植過程中無需采取葉面施噴施肥或通過根部施加硒肥的手段即可生產出富硒大米（富硒率達92.86%），即廣西鹿寨水稻田具備生產天然富硒水稻的條件。

4 結論

廣西鹿寨水稻田土壤富硒率高，其平均值（1.002 mg/kg）遠高于全國平均水平（0.29 mg/kg），產出的水稻有92.86%達國家富硒水稻標準，具備生產天然富硒水稻的條件。

參考文獻：

陳健，陳義，楊立飛，徐為民. 2016. 不結球白菜體內硒累積量與生理損傷指標的相關性[J]. 江蘇農業學報，32（2）：424-429.

Chen J，Chen Y，Yang L F，Xu W M. 2016. Correlation between selenium accumulation and physiological injury in Brassica rapa[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，32（2）：424-429.

程義勇. 2014. 《中國居民膳食營養素參考攝入量》2013 修訂版簡介[J]. 營養學報，36（4）：313-317.

Cheng Y Y. 2014. Chinese Resident Meals Nutrition Dietary Reference Intake 2013 Revised Introduction[J]. Acta Nutrimenta Sinica，36（4）：313-317.

耿建梅，王文斌，溫翠萍，易珍玉，唐樹梅. 2012. 海南稻田土壤硒與重金屬的含量、分布及其安全性[J]. 生態學報，32（11）：3477-3486.

Geng J M，Wang W B，Wen C P，Yi Z Y，Tang S M. 2012. Concentrations and distributions of selenium and heavy metals in Hainan paddy soil and assessment of ecological security[J]. Acta Ecologica Sinica，32（11）：3477-3486.

何偉燕，王占岐. 2015. 福建典型富硒區表層土壤全硒含量的分布特征[J]. 貴州農業科學，43（3）：86-90.

He W Y，Wang Z Q. 2015. Distribution feature of total selenium in surface soil of selenium-rich area in Fujian[J]. Guizhou Agricultural Sciences，43（3）：86-90.

蔣旭玲. 2013. 大米中硒形態分析方法的建立[D]. 南京：南京財經大學.

Jiang X L. 2013. Establishment of the methods for rice in selenium speciation analysis[D]. Nanjing：Nanjing University of Finance and Economics.

郎春燕，黃秀麗，李小嬌. 2013. 成都東郊稻田土壤中硒形態的分布特征[J]. 西南農業學報，26（2）：624-626.

Lang C Y，Huang X L，Li X J. 2013. Distribution of selenium species in rice paddy soils of east suburb in Chengdu[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，26（2）：624-626.

李慧，魏昌華，鮑征宇，郭宇，馬真真，王海燕. 2011. 恩施富硒茶葉中Se含量與對應土壤中Se及重金屬元素As、Cd、U的關系[J]. 地質科技情報，30（3）：103-107.

Li H，Wei C H，Bao Z Y，Guo Y，Ma Z Z，Wang H Y. 2011. Investigation of selenium levels in Se-rich tea and the content of Se，As，Cd，U in the corresponding soil samples[J]. Geological Science and Technology Information，30（3）：103-107.

李玉梅，王根林，李艷，劉崢宇，孫雷，魏丹. 2016. 水稻對有機態硒的吸收與積累[J/OL]. 中國農學通報，32（32）. http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1984.S.20160909.0857.004.html.

Li Y M，Wang G L，Li Y，Liu Z Y，Sun L，Wei D. 2016. Organic selenium absorption and accumulation of rice[J/OL]. Chinese Agricultural Science Bulletin，32（32）. http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1984.S.20160909.0857.004.html.

劉海燕，黃彩梅，周盛勇，汪建文，鄒天才. 2015. 茶園土壤及與茶葉中微量元素鋅硒含量相關性的研究[J]. 廣西植物，35（6）：868-874.

Liu H Y，Huang C M，Zhou S Y，Wang J W，Zou T C. 2015. Correlation of zinc and selenium contents in tea and the planting soil[J]. Guihaia，35（6）：868-874.

商靖敏，羅維，吳光紅，徐蘭，高佳佳，孔佩儒，畢翔，程志剛. 2015. 洋河流域不同土地利用類型土壤硒（Se）分布及影響因素[J]. 環境科學，36（1）：301-308.

Shang J M，Luo W，Wu G H，Xu L，Gao J J，Kong P R，Bi X，Cheng Z G. 2015. Spatial distribution of Se in soils from different land use types and its influencing factors within the Yanghe watershed，China[J]. Environmental Science，36（1）：301-308.

譚見安. 1989. 中華人民共和國地方病與環境圖集[M]. 北京：科學出版社：39.

Tan J A. 1989. The peoples Republic of China Atlas of Endemic Diseases and Environment[M]. Beijing：Science Press：39.

魏然，楊忠芳，侯青葉，尹國勝，鄧國輝，馬逸麟. 2012. 江西省鄱陽湖流域農田生態系統土壤Se元素含量變化研究[J]. 地學前緣，19（1）：277-284.

Wei R，Yang Z F，Hou Q Y，Yin G S，Deng G H，Ma Y L. 2012. The changes of selenium content in soils of the agroecosy-

stem in Poyang lake basin，Jiangxi province[J]. Earth Science Frontiers，19（1）：277-284.

徐慶國，劉紅梅，黃豐. 2013. 我國富硒農產品開發與推廣的探討[J]. 作物研究，27（5）：461-464.

Xu Q G，Liu H M，Huang F. 2013. Development and promotion of selenium-enriched agricultural products in China[J]. Crop Research，27（5）：461-464.

楊朔. 2015. 富硒農產品的開發前景思考[J]. 農業與技術，35（20）：16.

Yang S. 2015. Thinking about development prospect of selenium-enriched agricultural products[J]. Agricultural Science，35（20）：16.

楊忠芳，余濤，侯青葉，楊奕，傅楊榮，趙相雷. 2012. 海南島農田土壤Se的地球化學特征[J]. 現代地質，26（5）：837-849.

Yang Z F，Yu T，Hou Q Y，Yang Y，Fu Y R，Zhao X L. 2012. Geochemical characteristics of soil selenium in farmland of Hainan island[J]. Geoscience，26（5）：837-849.

中國營養協會. 2016. 中國居民膳食指南（2016）[EB/OL].（2016-08-10）[2016-08-30]. http：//www.wtoutiao.com/p/21blxCH.html.

China Public union of Nutrition. 2016. Dietary Guidelines for Chinese Residents（2016）[EB/OL]. （2016-08-10）[2016-08-30]. http：//www.wtoutiao.com/p/21blxCH.html.

Asher C J，Butler G W，Peterson P J. 1997. Selenium transport in root systems of tomato[J]. Journal of Experimental Botany，28（103）：279-291.

（責任編輯 蘭宗寶）