安康地区水稻和玉米硒含量与土壤硒相关性研究_李傲瑞.pdf

安康地区水稻和玉米硒含量与土壤硒相关性研究李傲瑞，陈继平*，赵飞飞，王 池，张志敏(陕西省地质调查院水工环地质调查中心，陕西西安 710068)摘要以陕西安康地区主要农作物水稻、玉米及其根系土为研究对象，检测根系土 pH、总硒和各形态硒含量及农作物硒含量等，比较水稻和玉米根系土各形态硒的比例差异，并进行相关性及主成分分析。结果表明，研究区土壤总硒含量较高，有效硒含量较低，残渣态硒、腐殖酸结合态硒和强有机结合态硒是研究区土壤硒的主要形态。水稻和玉米均达到食品安全标准，水稻的富硒能力强于玉米。水稻根系土 pH、总硒和各形态硒含量之间均存在不同程度的相关性，玉米根系土总硒仅与残渣态硒含量呈显著正相关(P0001)。关键词水稻;玉米;硒含量;土壤硒;相关性;安康地区中图分类号P595文献标识码A文章编号05176611(2023)01005505doi:103969/jissn05176611202301013开放科学(资源服务)标识码(OSID):Study on the Correlation between Selenium Content of ice and Corn and Soil Selenium in Ankang AreaLI Ao-rui，CHEN Ji-ping，ZHAO Fei-fei et al(Shaanxi Hygrogeology Engineering Geology and Environment Geology Survey Center，Xian，Shaanxi 710068)AbstractThe main crops of rice，corn and their root soils in Ankang，Shaanxi were taken as the research objects，detected the root soil pH，to-tal selenium and various forms of selenium content and crop selenium content，etc，compared the ratio of selenium in the root soil of rice andcorn，and analyzed the correlation and principal componentsThe result showed that the total selenium content of the soil in the study area wasrelatively high，and the effective selenium content was relatively lowesidual selenium，humic acid-bound selenium and strong organicallybound selenium were the main forms of soil seleniumBoth rice and corn met the food safety standards，and the selenium-rich capacity of ricewas stronger than cornThere were varying degrees of correlation among rice root soil pH，total selenium and various forms of seleniumThe totalselenium of corn root soil was only significantly positively correlated with the residual selenium content(P0001)Key wordsice;Corn;Selenium content;Soil selenium;Correlation;Ankang area基金项目陕西省地质调查院公益性地质调查项目“陕西省安康地区土地质量调查评价及综合研究”(201908);陕西省地质调查院公益性地质调查项目“秦巴山区健康地质调查与评价”(202201);陕西省富硒农作物种植示范基地平台;陕西省健康地质研究中心平台。作者简介李傲瑞(1992)，女，山西阳泉人，工程师，硕士，从事农业地质、地球化学调查工作。*通信作者，高级工程师，硕士，从事农业地质、地球化学调查和研究工作。收稿日期20220228硒是人体必需的 14 种微量元素之一，对人体有抗氧化、促进生长、延缓衰老、保护心血管、抗毒性及提高机体免疫能力等生理作用12。环境介质中缺硒将不能满足人体维持健康的需求，导致疾病的发生，如癌症、肝病、心血管病、高血压代谢综合征、克山病、大骨节病等疾病的发生34。农作物是饮食中主要的硒源，其最终来源为根系土壤5。食用富硒农作物是公认的安全有效补硒途径之一，农作物硒含量受多种环境因素的影响。环境介质中硒的分布特征直接影响着农作物硒含量和常住居民日常的硒摄入量，进而影响到人体健康6。世界范围内土壤中硒分布极不均匀，生长在富硒土壤的农作物硒含量水平明显高于缺硒地区78。通过土壤农作物系统，环境介质中的硒特别是无机硒通过农作物的同化作用进入生命有机体，完成了无机硒向有机硒的转化。农作物对土壤硒的累积不仅与土壤中的总硒含量和有效硒占比有关，而且与农作物自身的吸收富集能力有关，不同农作物的富硒能力会存在一定差异9。该研究在开展土地质量地球化学调查的基础上，分析根系土硒含量对农作物硒含量的影响，探索农作物种植优化和健康地质等问题，为土地合理利用提供数据支撑。1材料与方法11试材及取样食物补硒是最好的补硒方式，谷物是人体硒的主要来源之一1011。该研究供试材料为水稻、玉米及其根系土，取自陕西省安康市汉阴县。于 2020 年 10 月 911日，通过五点取样法采样。采样时避开株体过大或过小、遭受病虫害或机械损伤及路旁易受人为影响的植株。采集水稻 25 件和玉米 20 件，农作物样品质量大于 500 g。同时，采集相同点位的根系土样品，水稻根系土 25 件和玉米根系土20 件，除去土表附着的凋落物，挖取 020 cm 的土样为试验材料，土壤样品质量大于 1 kg。土样经自然风干，用木棒压碎团块后过 20 目尼龙筛，取 500 g 送检分析。12农作物和土壤样品指标测定方法农作物测定指标及依据标准分别为砷，GB 50092682016;镉，GB 50092682016;铬，GB 50092682016;汞，GB 5009172014;铅，GB50092682016;硒，GB 50092682016。农作物样品砷、镉、铬、铅、硒含量采用电感耦合等离子体质谱仪(Agilent 7800)测定，汞含量采用原子荧光光度计(XGY 1011A)测定。土壤水溶态硒、离子交换态硒、碳酸盐结合态硒、腐殖酸结合态硒、铁锰结合态硒、强有机结合态硒和残渣态硒含量采用等离子体发射光谱法(ICPAES)测定，总硒含量采用原子荧光光谱法(AFS)测定，pH 采用离子选择性电极法(ISE)测定。农作物和土壤样品均委托自然资源部西安矿产资源监督检测中心检测。13数据分析利用 Version 351 进行数据分析和作图。采用“boxplot”制作农作物和其根系土各测定指标的箱线图;利用“cor”和“chartCorrelation”函数进行根系土各形态硒、总硒含量和 pH 组成矩阵的相关性分析;采用“prcomp”函数进安徽农业科学，JAnhui AgricSci 2023，51(1):5559行根系土各形态硒和总硒含量的主成分分析。2结果与分析21水稻、玉米根系土总硒和各形态硒含量特征对水稻、玉米根系土检测数据分布情况进行分析，结果如图 1 所示。该研究检测样本代表性较强，数值分布广、连续性好。从图 1可以看出，水稻和玉米根系土腐殖酸结合态硒含量存在显著差异(P005)，而其余形态硒和总硒含量无显著差异(P0.05)。水稻根系土偏弱酸性，玉米根系土为中性。研究区土壤硒资源丰富，稻田总硒平均含量为 094 mg/kg，玉米地总硒平均含量为 196 mg/kg，分别是全国土壤硒平均含量的325 和 678 倍12，远高于全国土壤硒背景值，反映出研究区内具有富硒特色土壤分布的优越基础和条件。水稻根系土的腐殖酸结合态硒和强有机结合态硒含量高于玉米，其他形态硒含量均低于玉米。水稻和玉米根系土总硒含量均存在异常检测值，个别样本总硒含量高于 700 mg/kg，可能与硒的不均匀分布和取样偶然性有关。注:*P005。图 1水稻、玉米根系土总硒和各形态硒含量箱线图Fig1Box plot of total selenium and various forms of selenium content in rice and corn root soil硒在土壤农作物中的迁移转化及生物有效性与其赋存形态有关1314。土壤有效硒包括水溶态硒和离子交换态硒1516。水稻根系土中水溶态硒占总硒含量的 165%、离子交换态硒占总硒含量的 274%，玉米根系土中水溶态硒占总硒含量的 092%、离子交换态硒占总硒含量的 078%，两者有效硒分别占总硒含量的 439%和 170%，表明研究区土壤有效硒含量较低。水稻和玉米根系土中铁锰结合态硒占总硒的比例相当且含量最低。水稻根系土中以强有机结合态硒(4185%)、残渣态硒(3130%)和腐殖酸结合态硒(20.68%)为主，玉米根系土中以残渣态硒(7925%)和强有机结合态硒(1243%)为主，腐殖酸结合态硒、强有机结合态硒和残渣态硒是研究区土壤硒的主要形态。22水稻、玉米中硒和污染元素含量特征分析水稻和玉米硒含 量 检 测 结 果 表 明(图 2)，水 稻 硒 含 量 为 0 03 010 mg/kg，玉米硒含量为 001003 mg/kg，两者的平均硒含量分别为 0066 和 0069 mg/kg;参考张红振等17 的方法，以农作物与根系土硒含量之比表征农作物吸收硒的能力1819，计算结果分别为 0070 和 0035，说明水稻富硒能力更强。玉米硒含量存在多个离群值，个别检测值大于060 mg/kg。图 2 显示，水稻中砷、镉、铬和汞含量高于玉米，达到极显著水平(P0001);玉米中铅含量高于水稻，达到极显著水平(P0001)。说明不同禾本科农作物对各元素的吸收转化能力存在差异性。参照 食品安全国家标准 食品中污染物限量(GB 27622017)，对水稻和玉米各元素含量进行食品安全性评价，结果表明，2 种农作物中各元素含量均低于国家食品卫生限量标准，达到食品安全标准。23根系土 pH、总硒和各形态硒含量相关性分析对农作物根系土检测指标进行相关性分析，结果发现(表 12)，水稻和玉米根系土中强有机结合态硒与水溶态硒、离子交换态硒、碳酸盐结合态硒、腐殖酸结合态硒和铁锰结合态硒含量均呈显著正相关(P0001)。水稻根系土 pH 为 5060，为偏弱酸性环境，而玉米根系土 pH 为 6878，为中性环境，二者数值分布区别明显。水稻根系土 pH 与水溶态硒、离子交换态硒、强有机结合态硒和残渣态硒含量均呈显著正相关(P0001)，与铁锰结合态硒和总硒含量呈显著正相关(P001)，与碳酸盐结合态硒和腐殖酸结合态硒含量呈显著正相关(P005)。水稻根系土总硒与其他形态硒含量均呈显著正相关(P0001)。玉米根系土总硒仅与残渣态硒含量呈显65安徽农业科学2023 年著正相关(P0001);pH 与土壤各形态硒和总硒含量相关性均不显著(P005)。注:P0001。图 2水稻、玉米中硒和污染元素含量箱线图Fig2Box plot of selenium and pollutant element content in rice and corn表 1水稻根系土 pH、总硒和各形态硒含量相关性分析Table 1Correlation analysis