堿性富硒土壤區大蒜營養元素積累規律研究

代 璐，張亞峰，馬 強，王 帥，賀連珍，秦永強

（1.青海省第五地質勘查院，西寧 810099；2.海東市平安區高原富硒現代農業示范園區管理委員會，青海海東 810600）

大蒜（Allium sativumL.）為百合科蔥屬植物的鱗莖，飲食調味品，屬藥食兩用植物。其本身含有100余種含硫揮發物、硫化亞磺酸酯類、氨基酸、肽類、苷類及酶類等藥用和保健成分，蒜氨素作為含硫化合物發揮消炎抗菌、預防癌癥和心血管疾病等功能［1，2］；富含的Cu、Zn-超氧化物歧化酶（SOD）發揮清除超氧自由基，抗輻射、抗腫瘤及延緩機體衰老等功能；富含的維生素發揮調節代謝等功能［3］。另外有研究表明，大蒜還具有較強的聚Se 能力［4］，且大蒜是蔬菜中富Se 能力最強的作物［5］，這些有益成分亦能進一步增強大蒜的抗癌能力。因此，研究大蒜的營養元素積累特征，掌握土壤-大蒜系統中硒等營養元素的轉化規律，對挖掘大蒜的保健功能具有重要意義。

以往關于大蒜的營養成分分析多集中在其生物活性成分上［4，5］，針對痕量和微量元素的研究不多，尤其在天然富硒土地環境背景下，多元素疊加的營養價值方面的研究甚少。青藏高原東部屬中國大蒜主產區，尤其樂都紫皮大蒜作為地理標志產品享有較高的知名度。大蒜主產地平安、樂都一帶是西北堿性富硒土壤的典型區，具有總Se 含量穩定、有效Se 含量高、重金屬含量低等優勢［6-8］。本試驗以青藏高原東部堿性土壤區大蒜為研究對象，開展大蒜和根系土Se 及其他有益元素的協同監測，評價其富Se水平和綜合營養品質，以期深入挖掘堿性土壤區天然富硒大蒜的價值潛力，為高效培育天然富硒大蒜并提升其經濟價值提供技術數據，也為優化食物補硒途徑及科學開發堿性天然富硒土地提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域地處青藏高原北緣湟水谷地，是全國大蒜主產區和西北天然富硒區，屬高原大陸性氣候，平均海拔為2 300～3 000 m，年均氣溫為5～6 ℃，年均降水量為350～500 mm。主栽品種樂都紫皮大蒜是青海省優良地方品種，種植在河谷地帶，總面積有3 000 余公頃，每年3 月春播6 月收獲，生育期100 余天，鱗片2層，鱗芽4～6瓣，平均產量為25 500 kg/hm2。富硒土壤延湟水河展布在兩岸沖洪積階地，土壤Se來源于咸水湖相沉積的新生界西寧組紅色泥巖，其含量在167～654 μg/kg，土壤pH 中位數為8.5，呈堿性。土壤類型主要為栗鈣土和灰鈣土。

1.2 樣品采集與測定

樣品按照《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295—2016）要求采集，在樂都、平安兩區富硒區和低硒區分別采集大蒜和根系土樣本。采取主點與副點組合的方法，即在預采集樣點位置選擇1 個主點，在同一地塊內選擇3～4 個副點共同采樣，主副點樣本混合確定為1 件樣品。根系土為被采集大蒜樣本的根際土壤，同樣為主副點混合，用四分法留取約500 g 風干。研究共采集大蒜樣本31 份，根系土31份。采樣位置見圖1。

圖1 采樣位置示意

土壤樣過0.85 mm 尼龍篩，取篩下物100 g 放置于小于60 ℃的恒溫干燥箱內烘干。稱取100 g 烘干樣用瑪瑙球磨機研磨至0.074 mm，分取0.5 g 在750 ℃下艾斯卡半熔，取提取液加熱酸化、KBH4還原，采用原子熒光法測定Se 含量；采用催化比色法測定I 含量；分取5 g 在35 t 壓力下壓成樣片，采用X射線熒光光譜法測定Cu、Zn、Fe、Mg、Mn、Cr、Sr 的含量。大蒜先經清水淘洗，后用去離子水淘洗，室溫晾干經專用機具加工至約0.42 mm 粒度，置于小于60 ℃的恒溫箱內烘干。稱取0.5 g 加入濃HNO3、H2O2消解，加HCIO4溶解樣品至冒煙、定容，采用原子熒光法測定Se 含量；稱取2 g 干樣加濃HNO3、H2O2消解，采用等離子體質譜法測定Cr、Cu、I 的含量，等離子體光譜法測定Fe、Mn、Zn、Sr、Mg 的含量。各指標測試的原始報出率為100%，原始一次性合格率為100%，5%樣本的重復性檢驗原始一次性合格率為100%。經評價，數據質量滿足分析評價要求。

1.3 數據分析

采用Excel 軟件對數據進行常規統計分析，采用SPSS軟件進行描述性統計、方差檢驗和相關性分析。

生物富集系數可表示大蒜對各元素的富集、積累和吸收能力與程度的定量關系，可反映大蒜從土壤中吸收特定元素的能力［9］，計算式見式（1）。

式中，BCFi為作物i元素的富集系數；Ci-Garlic指作物i元素的含量；Ci-Soil為作物所對應根系土i元素的含量。

2 結果與分析

2.1 大蒜營養元素富集特征

大蒜及根系土營養元素含量統計結果見表1。大蒜Se含量處于29.9～120.0 μg/kg，均值為43.6 μg/kg。根系土Se含量處于167～654 μg/kg，均值為344 μg/kg。大蒜Se 的富集系數為8.0%～27.5%，均值為12.7%。對照富硒大蒜行業標準（NY/T 3115—2017）［10］，Se 在30～300 μg/kg被認定為富硒大蒜，研究區96.8%的大蒜處于富硒范疇。在土壤Se≥230 μg/kg 地塊中的大蒜Se 處于30.6～120.0 μg/kg，100%達到富硒水平。這一點也印證了堿性富硒土壤有效Se含量高的事實，即在土壤總Se 含量低于譚見安［11］推薦的富硒土壤（400 μg/kg）限定值的情況下，大蒜也能100%富硒。

表1 大蒜及根系土營養元素含量參數

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

就大蒜對各營養元素的富集程度而言，大致呈Se＞Zn＞Cu＞Mg＞I＞Sr＞Mn＞Cr＞Fe 的趨勢。為區分表征各元素的富集強弱，更好揭示大蒜的特定營養功能，將富集系數按照5%和1%的界限值劃分為3 個數字區間，代表大蒜對各元素的富集能力分別為強、中、弱。以此判定，大蒜對Se、Zn、Cu 為強富集，對Mg、I、Sr為中度富集，對Mn、Fe、Cr為弱富集。因此，可認為大蒜在富集和發揮Se、Zn、Cu 的健康功效方面具有物種優勢，在富集和發揮Mn、Fe、Cr的健康功效方面不具潛力。

2.2 大蒜各營養元素富集系數的相關性分析

元素經土壤向農產品、農產品向人和動物體轉化的過程中，從量和形態上是互相制約和影響的［12］。研究區屬中國西北典型的堿性土壤，擁有干旱咸水湖沉積型富硒土壤資源，具有有效硒含量高、重金屬含量低的特征，具備開發利用的綜合優勢。因Se 會與其他元素發生協同或拮抗作用，導致可強化或削弱農產品的綜合營養品質。故研究大蒜-土壤系統Se 與其他元素間的影響關系，以期為富硒大蒜高品質開發提供依據。

從表2 可以看出，大蒜Se 富集系數與Cu、Zn、Cr的富集系數在P＜0.01 水平上顯著正相關；大蒜Cu富集系數與Zn、Cr、Mn、Fe、I 的富集系數在P＜0.01水平上顯著正相關；大蒜Zn 富集系數與Cr、Sr、Mn、Fe、I 的富集系數在P＜0.01 水平上顯著正相關；大蒜Cr 富集系數與Mn、Fe、I 的富集系數在P＜0.01 水平上顯著正相關；Sr 富集系數與Mn 富集系數在P＜0.01 水平上顯著正相關；Mg 富集系數與Mn、Fe 的富集系數在P＜0.01 水平上顯著正相關；Mn 富集系數與Fe、I 的富集系數在P＜0.01 水平上顯著正相關；Fe富集系數與I 富集系數在P＜0.01 水平上顯著正相關。以此揭示，研究區大蒜在富集Se 的同時，還具有強聚集Cu、Zn、Cr 等元素的能力。已有研究表明，Cu 具有促進人體血液神經和免疫系統功能發揮的功能，Zn 具有參與體內多種生長調節因子合成并激發代謝的功能，Cr 具有增加體內胰島素的敏感活力并影響糖、脂肪和蛋白質代謝的功能；同時，Cu、Zn、Cr 由土壤中的無機形態經農作物吸收轉化成農產品中的有機形態，其本身的毒性成分在降低［13］，且研究區土壤和農產品Cu、Zn、Cr 等均在安全限值內。綜上所述認為，研究區大蒜有疊加Se、Cu、Zn、Cr 等營養元素的潛能，能提升大蒜的綜合健康功效。

表2 大蒜各元素富集系數的相關系數

2.3 大蒜營養元素品質分析

基于人體通過飲食對營養成分安全攝入量的建議，《食品安全國家標準預包裝食品營養標簽通則》（GB 28050—2011）［14］規定了各營養素參考值。為進一步量化表達大蒜各營養素的含量水平，以國標參考值為基準，計算了大蒜各營養元素水平（表3）。預包裝食品營養標簽通則規定Se 營養素參考值為0.5 mg/kg，判定研究區大蒜Se 營養素水平為參考值的8.8%；Cu 營養素參考值為15 mg/kg，判定大蒜Cu營養素水平為參考值的14.0%；Zn 營養素參考值為150 mg/kg，判定大蒜Zn 營養素水平為參考值的5.0%；Fe 營養素參考值為150 mg/kg，判定大蒜Fe 營養素水平為參考值的11.3%；Mg 營養素參考值為3 000 mg/kg，判定大蒜Mg 營養素水平為參考值的9.0%；Mn 營養素參考值為30 mg/kg，判定大蒜Mn 營養素水平為參考值的11.1%；I 營養素參考值為1.5mg/kg，判定大蒜I營養素水平為參考值的2.3%。

表3 大蒜各營養元素

綜上分析，研究區大蒜所含營養素與NRV 的比值從高到低依次為Cu、Fe、Mn、Mg、Se、Zn、I，這說明人群在食用研究區大蒜后，Cu、Fe、Mn 等元素的貢獻率最大，Se處于中等；Zn 和I的貢獻率最低。

3 小結

通過對青藏高原東部樂都—平安一帶富硒土壤區產出的大蒜營養元素特征監測分析，選用特征參數、富集系數和營養素水平開展品質評價，得出以下結果，以此揭示研究區大蒜的綜合營養品質。

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

2）基于土壤-大蒜系統中元素的遷移能力分析認為，大蒜對Se、Zn、Cu 的轉運富集能力最強，其次為Mg、I、Sr，Mn、Fe、Cr 富集能力最弱。同時揭示，大蒜具有協同富集Se、Cu、Zn、Cr 等營養元素的能力。這一特征揭示了大蒜對營養元素的富集水平，反映了其物種的特性。

3）基于研究區土壤背景水平和食品營養素參考值厘定標準分析認為，人群食用研究區產出的大蒜后，Cu、Fe、Mn 等營養元素的貢獻率最大，Se 次之，Zn 和I 最低。這一特征揭示了研究區特定土壤背景下大蒜的營養水平，反映了其產地特性。