天然富硒土壤上三種蔬菜對硒的吸收與轉化差異

張 青，王煌平，孔慶波，章贊德，栗方亮，羅 濤

（1 福建省農業科學院土壤肥料研究所/福建省地力培育工程技術研究中心，福州 350013；2 福建省大田縣農田建設與土肥技術推廣站，福建大田 366100；3 福建省農業科學院農業生態研究所，福州 350013）

硒 (Se) 是人和動物必需的微量營養元素之一，對人體健康起著非常重要的作用[1-2]，國際硒學會推薦人體對硒的需求量標準是60 μg/d，中國營養學會的推薦標準是50 μg/d[3]，而Taylor等[4]通過對我國13個省市的調查發現，目前我國成人每日的攝硒量僅為26.63 μg，遠低于營養學會的推薦標準，缺硒現象普遍存在，而且較為嚴重。福建省國土資源廳調查表明，福建省富硒土地占全省土地面積的1/4，其城市郊區蔬菜硒含量狀況為蔥蒜類硒含量10.64μg/kg，芥菜類硒含量10.63 μg/kg，綠葉類硒含量9.08 μg/kg[5]。也有研究表明，福建省蔬菜中硒含量均小于10 μg/kg[6]，如果按每日蔬菜的平均攝入量為255 g計算[7]，福建省居民從蔬菜中攝入的硒每日約為2.6 μg，僅占中國營養學會推薦標準的5.2%。因此，如何利用當地的富硒資源，合理提高蔬菜中硒含量對人類硒營養健康具有重要意義。

蔬菜是人們日常飲食中必不可少的食物之一，可提高人體所必需的維生素、礦物質和膳食纖維，蔬菜種類繁多，不同蔬菜對硒的吸收、積累和轉運的能力不同，處于同一土壤環境和自然條件下的同種蔬菜中硒的含量也存在差異。Fleming[2]研究發現，十字花科、百合科和豆科作物對Se的耐受程度比菊科、禾本科植物強；魏廷珍等[8]研究表明，不同蔬菜對 Se的吸收能力依次為大蒜 ＞ 馬鈴薯 ＞ 蘿卜 ＞胡蘿卜 ＞ 甜菜；不同種類蔬菜可食部分富硒能力依次為蔥蒜類 ＞ 白菜類 ＞ 綠葉菜類 ＞ 豆類 ＞ 瓜類 ＞ 薯芋類 ＞茄果類[9]。蔬菜的不同部位對硒的吸收能力也不同[10]，一般為可食部位的含硒量低于非可食部位的含硒量，為根 ＞ 葉 ＞ 莖 ＞ 果實 (籽粒)[11]，萬洪福[12]的研究發現大麥、番茄和甜菜的可食部位的硒含量要比非可食部位低，這與Wan等[13]的研究結果一致。對同種蔬菜的富硒能力的研究結果也各不相同，可能是因為不同研究所選的品種和土壤性質不同，不能直接進行比較。因此，本試驗選用3種蔬菜在4種不同硒含量的土壤中進行種植，比較不同蔬菜在同種土壤上的硒含量和同種蔬菜在不同硒含量土壤上的硒含量情況。

蔬菜對土壤中硒的吸收除了與硒的總含量有關外，還與硒在土壤中的存在形態有關，土壤中總硒含量高的，生長的作物硒含量并不一定高。以往的許多研究是通過外源噴施或土施硒來達到生產富硒產品的目的，但這種方法存在成本增加，施用量不當可能對植物造成危害、對環境造成污染的問題。本文采用在硒含量不同的天然土壤上，種植對硒敏感程度不同的三種蔬菜，研究不同蔬菜在不同硒含量土壤上對硒的吸收、轉化和硒不同形態與蔬菜硒含量的關系，以期為在不同硒含量的天然土壤上種植合適蔬菜提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自福建省大田縣，硒含量分別為0.29、0.58、0.98和 2.07 mg/kg，分別用 Se0.29、Se0.58、Se0.98、Se2.07表示，土壤類型為紅壤。取0—20 cm土壤，自然風干，研磨后過2 cm篩備用，其基本理化性質見表1。供試蔬菜為臺友丹麥菠菜 (Spinacia oleracea Linn)、蓋山寬桿芥菜 (Ipomoea aquatica) 和山東大蒜 (Allium sativum L.)。

1.2 試驗設計

試驗于2017年9月3日在福建省農業科學院土壤肥料研究所網室內進行。共設12個處理，即在Se0.29、Se0.58、Se0.98和Se2.07四種土壤上分別種植芥菜、大蒜和菠菜，每個處理6次重復。試驗所用盆缽為聚乙烯盆 (直徑25 cm、高16.5 cm)，每盆裝土4 kg，共72盆，隨機排列。各處理肥料用量均為尿素0.67 g/kg土、過磷酸鈣0.60 g/kg土、氯化鉀0.50 g/kg土。大蒜、芥菜和菠菜播種量分別為每盆6粒、20粒和20粒。肥料中70%尿素、全部磷、鉀肥與土壤充分混勻做基肥，另30%尿素做追肥施用。3種蔬菜整個生育期均用純凈水澆灌，進行常規管理，芥菜和菠菜在生長40 d、53 d、68 d和82 d取樣，測定蔬菜可食部分硒含量，生長97 d收獲，收獲后分別采集芥菜和菠菜地下部和地上部，大蒜分別在生長42 d、68 d、82 d、120 d后取樣，測定植株硒含量，生長165 d后收獲根、鱗莖和葉，收獲的植株用純凈水洗凈、晾干稱重后，于105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重，稱重磨碎后備用，同時收獲后的土樣經風干磨碎后備用。

1.3 測定指標與方法

土壤中硒的形態參照瞿建國等[14]推薦的逐級連續化學浸提技術進行；土壤硒測定參考行業標準方法[15]；土壤有效硒的測定采用0.5 mol/L NaH2PO4溶液浸提；植株硒測定參考國家標準[16]方法；植株無機硒的測定為稱取2.5 g樣品于50 mL具塞試管中，加入6 mol/L的HCl溶液20 mL，充分混勻后置于70℃的恒溫水浴中振蕩浸提2 h，冷卻至室溫后用6 mol/L HCl溶液定容至25 mL，再經脫脂棉過濾。取濾液12.5 mL于25 mL具塞刻度試管中，并置于沸水浴中加熱20 min，冷卻至室溫后分別加入2.5 mL鐵氰化鉀溶液、正辛醇3滴，加水定容，混勻后待測，測定方法同總硒，植株有機硒含量為總硒含量與無機硒含量的差值。土壤理化性質采用常規農化分析方法[17]。

表1 供試土壤基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soils

1.4 數據處理

采用Excel 2007和SPSS19.0軟件進行數據分析，用Duncan新復極差法進行差異顯著性檢驗。

蔬菜對硒的轉化率 = 有機硒含量/總硒含量 ×100%；

蔬菜對硒的吸收系數 = 蔬菜根部硒含量/土壤硒含量；

蔬菜對硒的轉移系數 = 蔬菜地上部 (可食部位)硒含量/地下部位 (根) 硒含量。

2 結果與分析

2.1 不同硒含量土壤對三種蔬菜生物量的影響

由表2可以看出，三種蔬菜的生長對土壤硒含量均很敏感。芥菜對硒最為敏感，四個土壤的根系鮮重呈現Se0.29＞ Se0.58＞ Se0.98，且三個土壤處理之間差異顯著。Se2.07的根系鮮重與Se0.58、Se0.98差異未達到顯著水平，但也顯著低于Se0.29。芥菜的植株鮮重Se0.29和Se0.58之間差異不顯著，二者均顯著高于Se0.98和Se2.07。菠菜對硒也敏感，土壤硒含量低于1 mg/kg的Se0.29、Se0.58和Se0.98植株鮮重沒有顯著差異，但均顯著高于Se2.07。而菠菜根系鮮重含硒低的三個土壤也顯著高于含硒高的Se2.07。大蒜鱗莖鮮重Se0.29和Se0.58處理顯著高于Se0.98和Se2.07處理，根長和株高均以Se0.58處理最高，與其他處理差異顯著。

2.2 不同硒含量土壤對三種蔬菜不同生長期地上部硒含量的影響

由圖1可知，三種蔬菜地上部硒含量在整個生育期呈現先增加后降低，最后再增加的趨勢。可能是因為蔬菜生育中期進入生長旺盛時期，生物量增長較快，蔬菜地上部硒含量出現稀釋效應，蔬菜整個生育期整體上表現為增加的趨勢。因此，適當增加蔬菜生長時間可以提高地上部硒含量。

同種蔬菜菜體中硒含量隨著土壤硒含量的升高而增加，表現為 Se2.07(1.28～31.98 μg/kg) ＞Se0.98(0.84～18.12 μg/kg) ＞ Se0.58(0.67～7.73 μg/kg) ＞Se0.29(0.28～7.04 μg/kg)。同時，不同蔬菜硒含量在相同硒含量土壤中也不相同，基本表現為大蒜(2.64～31.98 μg/kg) ＞ 芥菜 (0.31～14.94 μg/kg) ＞ 菠菜(0.28～7.14 μg/kg)。由此可知，植物中的硒含量與土壤中硒含量呈正相關，不同蔬菜對硒的吸收能力不同，在生產過程中根據需要和土壤硒含量選擇不同富硒能力的蔬菜種植。

表2 不同硒含量土壤對收獲期蔬菜生物量的影響Table 2 Effects of different soil Se concentrations on the vegetables biomass at harvest stage

圖1 不同硒含量土壤上蔬菜生長期地上部硒含量變化Fig. 1 Change of selenium content in shoots during vegetables growing season in soils with different Se concentrations

2.3 不同硒含量土壤對三種蔬菜不同部位硒含量和吸收量的影響

由圖2可見，蔬菜鮮樣地上部和地下部硒含量均隨著土壤硒含量的增加顯著增加，可食部分含硒量Se2.07顯著高于Se0.98，這兩個處理又顯著高于Se0.29和Se0.58，而后兩個處理間差異不顯著。菠菜和芥菜根部含量四個土壤處理間的高低變化與地上部相同，但均顯著高于可食部分。大蒜根部硒含量顯著高于葉部，但是低于鱗莖。在四種硒含量土壤中，三種蔬菜地上部和根部硒含量均表現為大蒜 ＞芥菜 ＞ 菠菜。收獲期三種蔬菜可食部位硒吸收量表現為大蒜 (1.04～30.75 μg) ＞ 芥菜 (0.81～1.88 μg) ＞菠菜 (0.14～0.80 μg)(圖3)，并且隨著土壤硒含量的增加蔬菜硒的吸收量也隨之增加，Se0.29、Se0.58、Se0.98和Se2.07四種硒含量的土壤上大蒜可食部位硒吸收量分別為1.04、1.35、20.81和30.75 μg/pot，芥菜為 0.81、1.01、1.68 和 1.88 μg/pot，菠菜為 0.14、0.29、0.49 和 0.80 μg/pot。其中，Se0.98和 Se2.07的芥菜可食部位以及大蒜鱗莖和葉部含硒量均達到了富硒標準 (0.01 mg/kg)[18]，而菠菜可食部位在4種土壤均未達到富硒標準。

2.4 三種蔬菜可食部位有機硒、無機硒含量及有機硒比例

蔬菜吸收的硒，可以通過自身的生化作用轉化為有機態硒，有機硒含量越高，利用越安全，利用率也越高。試驗結果表明 (表3)，蔬菜中總硒、無機硒和有機硒含量均隨土壤硒含量的增加而增加，有機硒含量的增加幅度高于無機硒。菠菜有機硒在全硒中的比例在73.5%～84.7%之間，Se2.07菠菜的有機硒比例顯著高于Se0.29，但與Se0.58、Se0.98差異不顯著，Se0.58、Se0.98與Se0.29差異也不顯著。芥菜有機硒占比在76.7%～86.6%之間，大蒜在78.3%～88.5%之間。菠菜和大蒜Se2.07、Se0.98處理有機硒占比差異不顯著，但大蒜顯著高于Se0.58和Se0.29。相同硒含量土壤中三種蔬菜的有機硒比例沒有顯著差異，表明蔬菜有機硒的比例與土壤含硒量有關，而與蔬菜種類關系不大。

圖2 不同硒含量土壤中蔬菜不同部位的硒含量Fig. 2 Se content in different parts of vegetables in soils with different Se concentrations[注（Note）：柱上不同小寫字母代表不同處理之間在0.05水平下差異顯著Different letters above the bars indicate significantly different at the 0.05 level.]

圖3 不同硒含量土壤中三種蔬菜硒的吸收量Fig. 3 Se absorption of three vegetables in soils with different Se concentrations[注（Note）：柱上不同小寫字母代表不同處理間在0.05水平下差異顯著Different letters above the bars indicate significantly different at the 0.05 level.]

2.5 蔬菜對土壤硒的吸收和轉移

表4表明，三種蔬菜根系對土壤硒的吸收系數不同。菠菜和大蒜吸收系數Se0.98處理顯著高于其他處理，而芥菜Se0.98、Se2.07顯著高于Se0.29、Se0.58土壤。可見，Se0.98是供試蔬菜可以接受的土壤硒含量上限。Se0.29、Se0.58、Se0.98和Se2.07處理大蒜吸收系數分別是芥菜的1.70、2.42、1.82倍和1.46倍，是菠菜的3.07、3.83、7.04倍和8.47倍。可見，大蒜是容易富集硒的作物。

三種蔬菜可食部位對根部硒的轉移系數不同。菠菜的轉移系數以Se2.07、Se0.58顯著高于Se0.98處理，芥菜以Se0.58、Se0.29、Se0.98顯著高于Se2.07處理，大蒜以Se0.98、Se2.07顯著高于Se0.29、Se0.58處理，三種蔬菜轉移系數大小順序為大蒜 ＞ 菠菜 ＞ 芥菜。可見，大蒜不但容易從土壤中吸收硒，而且從根部向可食部位轉移硒的能力也比較強，可作為富硒蔬菜種植。

2.6 土壤中不同形態硒與蔬菜硒含量相關性

由表5可看出，土壤有效硒含量、土壤各形態硒含量均與蔬菜硒含量呈正相關，菠菜、芥菜和大蒜中硒含量與土壤有效硒含量均呈顯著正相關，其中，菠菜和大蒜中硒含量也與土壤總硒含量呈顯著或極顯著的正相關，而芥菜中硒含量與土壤總硒含量未達顯著水平，可見，土壤有效硒含量與蔬菜硒含量的相關程度高于土壤總硒含量。可溶態和可交換態都是易被作物吸收的形態，可交換態硒含量與三種蔬菜硒含量均呈顯著或極顯著正相關。由此可見，土壤各形態硒含量主要受土壤總硒含量的影響，同時土壤有效硒和總硒含量與蔬菜硒含量呈顯著或極顯著正相關，土壤有效硒和土壤總硒含量對蔬菜硒的影響較大。

表3 蔬菜可食部位有機硒含量及其在全硒中的占比Table 3 Organic Se concentration and its proportion in total Se of edible vegetable parts

表4 蔬菜對土壤硒的吸收和轉移系數Table 4 Se absorption and transfer coefficients of vegetables in soils with different Se concentrations

表5 土壤不同形態硒與蔬菜可食部分硒含量的相關性Table 5 Correlation between the Se content in different forms and the Se content in edible parts of vegetables

3 討論

3.1 不同硒含量土壤對蔬菜產量的影響

硒對植物的生長有雙重作用，適量的硒不僅能夠提高作物的產量，而且可以有效改善作物的營養品質，但是硒濃度過高則對植物產生毒害作用[19-23]。夏永香等[24]的研究表明，葉面噴施適量的硒 (噴2次10 mg/L) 能促進大蒜的生長，而噴硒濃度和次數增加 (3次，15 mg/L) 則明顯抑制了大蒜的生長；姜超強等[25]研究表明當土壤硒濃度過高 (≥ 1.5 mg/kg) 時對水稻產量構成不良影響。本研究所選用的4種土壤，除了硒含量不同外，肥力狀況也稍有不同，所以蔬菜產量的差異一方面與硒含量不同有關，另一方面也與土壤的基礎養分有關。從Se0.98和Se2.07這兩個土壤的養分狀況來看，Se2.07的土壤肥力水平高于Se0.98的土壤，但是菠菜、芥菜和大蒜的產量都是Se0.98的處理高于Se2.07，這可能是由于Se2.07的土壤中硒含量過高，對蔬菜的生長造成了一定的影響，具體原因有待進一步研究。

3.2 不同類型蔬菜對硒吸收的差異

在農作物中，十字花科植物累積硒的能力最強，其次是黑麥草，而后是豆科植物，谷類是最低的，而谷類中小麥對硒的積聚最多[26]。在蔬菜中，大蒜的含硒量最高，可以達到300 mg/kg[27]。并且在蔬菜中，非可食部位的含硒量要高于可食部位[28]，這與本研究的結論一致，在Se0.98和Se2.07的土壤上芥菜和大蒜都達到富硒標準，而菠菜均未達到，三種蔬菜對硒的吸收能力順序為大蒜 ＞ 芥菜 ＞ 菠菜，而且非可食部位 ＞ 可食部位。大蒜對硒富集能力最強，其吸收系數最高，在0.046～0.169之間，其次為芥菜，在0.019～0.093之間，菠菜最低，在0.012～0.024之間，據此可以根據所屬科目篩選出富硒能力較強的蔬菜。開發富硒蔬菜資源就要從富硒植物的篩選和土壤硒調控2個方面加以考慮，篩選出適合當地種植的富硒蔬菜品種，然后調控土壤有效硒含量，制定合理的施肥方案，為開發利用富硒植物資源提供重要科學依據。

3.3 不同硒含量土壤對蔬菜硒含量的影響

由于不同植物種類對Se的吸收、積累和運轉能力不同，處于同一土壤環境和自然條件下的不同植物硒的含量也存在著差異。許多研究表明，植物體中的硒含量隨土壤中硒含量的增高而增加[29-31]，本試驗也得到同樣的結果，即，三種蔬菜地上、地下部硒含量均隨土壤硒濃度的升高而增加，芥菜和大蒜在Se0.98和Se2.07的土壤上均達到富硒標準，而菠菜在四種土壤上均未達到標準，原因是大蒜為藜科植物、芥菜為十字花科植物，具有較強的吸收并揮發硒的能力[2]，說明大蒜和芥菜能充分吸收土壤中的硒，在土壤硒達到一定含量時，能生產富硒大蒜和芥菜，取代葉面噴硒或土壤施用硒肥，可滿足人體硒營養的要求。在天然富硒土壤上種植蔬菜，一方面能夠產出營養價值高的天然富硒蔬菜，充分體現純天然、綠色生態的優越性；另一方面能夠節省外源添加硒肥的成本，同時也避免了外源硒可能導致的土壤和水體污染。

大蒜和芥菜在Se0.98和Se2.07土壤上可食部位硒含量達到富硒標準，而水稻在Se ≥ 1.5 mg/kg土壤上生產的大米 (0.319 mg/kg) 超過了硒的限量標準 (0.3 mg/kg)[25]，則有可能是因為水稻比蔬菜容易富集硒，需要在同一種富硒土壤上同時種植水稻和蔬菜進行驗證。由于本研究中天然富硒土壤硒含量范圍較小(0.29～2.07 mg/kg)，因此，土壤中比本研究更高的硒含量是否會使菠菜富硒或大蒜和芥菜硒超標，則有待進一步研究。

3.4 蔬菜對土壤硒的吸收和轉移

根系吸收系數反映了土壤中該物質的生物有效性，吸收系數越大，說明土壤中硒越易被蔬菜吸收利用，硒的生物有效性越大[32-33]。菠菜根系硒含量在0.004～0.030 mg/kg，芥菜根系硒含量在0.008～0.180 mg/kg，大蒜根部硒含量在0.013～0.263 mg/kg，均顯著低于土壤中硒含量。大蒜的吸收系數在0.046～0.169，芥菜吸收系數在0.019～0.093，菠菜吸收系數在0.012～0.024，三種蔬菜吸收系數均小于1，說明三種蔬菜根系不容易富集硒。段曼莉等[34]研究表明，外源噴施硒酸鈉，芥菜吸收系數為87.48～215.94，菠菜吸收系數為9.73～38.70，遠大于本試驗中芥菜和菠菜的吸收系數，這可能是因為本試驗是自然富硒土壤，硒的有效性較低，不容易被根系吸收，而段曼莉等的試驗為噴施硒酸鈉，容易被蔬菜吸收。芥菜吸收系數大于菠菜吸收系數，與本試驗結果一致。三種蔬菜吸收系數均為Se0.98時最大，土壤硒含量繼續增加時，吸收系數反而降低，說明土壤硒達到一定含量時，繼續升高，根系對土壤硒的利用率會有所降低。

轉移系數為蔬菜地上部 (可食部位) 硒含量與地下部位 (根) 硒含量的比值，反映作物由根部向可食部位轉運硒的能力。大蒜轉移系數在0.33～1.11之間，菠菜在0.14～0.21之間，芥菜在0.08～0.17之間，大蒜的轉移系數和吸收系數都為最高，因此大蒜可食部位硒含量高于芥菜和菠菜。

天然植物中硒主要以硒酸鹽和有機硒存在，有機硒主要以硒代蛋氨酸形式存在于蛋白質中，基于有機硒的毒性要遠遠小于無機硒，因此最安全的補硒途徑是攝入足量的有機硒，是人體安全有效的補硒形態[35-36]。三種蔬菜有機硒的轉化率均隨著土壤硒含量的升高而增加，與劉慶等[29]的研究結果一致。菠菜有機硒轉化率在73.5%～84.7%之間，芥菜轉化率在76.7%～86.6%之間，大蒜轉化率在78.3%～88.5%之間，3種蔬菜的轉化率為大蒜稍高于芥菜和菠菜，但差異不大，說明不同蔬菜之間有機硒的轉化率差別不大。劉慶等[29]研究表明玉米中有機硒轉化率為86.9%～90.8%，寧嬋娟等[37]研究表明，噴施3次100 mg/L硒時，蘋果有機硒的轉化率為87.7%。莜麥有機硒轉化率為71.2%～82.5%[31]，胡婷等[38]研究表明，澆灌不同質量濃度的Na2SeO3溶液茄子、辣椒和西紅柿中有機硒轉化率分別為80.0%、79.6%和90.0%。可見，無論是蔬菜、稻谷還是水果，自然富硒還是外源施硒，有機硒的轉化率均在70%以上，自然富硒和外源噴硒對有機硒轉化率影響不大。因此，結合我國三分之二以上地區缺硒的實際情況，可以適量的進行外源施加硒肥，再根據不同蔬菜品種吸收硒能力的差異，選擇高效安全的補硒途徑尤為重要。

4 結論

菠菜、芥菜和大蒜各部位的硒含量隨著土壤硒含量 (0.29～2.07 mg/kg) 的增加而增加，表現為Se2.07＞Se0.98＞ Se0.58＞ Se0.29；菠菜和芥菜各部位硒含量分布情況為地下部 ＞ 地上部，Se0.29和Se0.58的大蒜各部位硒含量分布情況為根部 ＞ 鱗莖 ＞ 葉部，Se0.98和 Se2.07的大蒜各部位硒含量分布則為鱗莖 ＞ 根部 ＞ 葉部，同時3種蔬菜可食部位硒含量表現為大蒜 ＞ 芥菜 ＞ 菠菜。在富硒土壤條件下，大蒜和芥菜能從土壤中富集硒，吸收系數和轉移系數大于菠菜，Se0.98和Se2.07土壤上生長的大蒜和芥菜達到了富硒蔬菜標準，而生長的菠菜未達到富硒標準。因此，在自然富硒的土壤上種植富硒蔬菜時，不但要考慮土壤硒含量，而且要考慮蔬菜種類。