福建富硒红壤区土壤硒含量特征及作物对硒的吸收

Characteristics of Soil Selenium Content and Crop Absorption of Selenium in Selenium Rich Red Soil Regions of Fujian Province

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2024.04.003

张青 Qing ZHANG , 孔庆波 Qingbo KONG , 栗方亮 Fangliang LI , 罗涛 Tao LUO

福建省农业科学院资源环境与土壤肥料研究所福建福州 350013 Institute of Resources, Environment and Soil Fertilizer, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350013, China

Author notes:

Correspondence to: 罗涛(1961—)，男，大学本科，研究员，主要从事植物营养与作物施肥研究；Luotaofjfz@188.com

摘要：

在调查我国南方红壤区土壤及农产品中硒含量状况的基础上，分析了富硒红壤中硒的分布特征及其所产农产品中硒含量的变化规律。结果表明：我国南方富硒红壤面积较大，但在地理空间分布上具有一定破碎度；土壤中的硒虽伴生一定量的重金属和稀土等元素，但与重金属或稀土元素的相关性不大；在富硒土壤上生产的农作物总体表现为可食部位的硒含量低于非可食部位的，并且农作物中的硒含量与土壤有效态硒含量相关性显著。依据我国南方富硒红壤区土壤自身特性，可以通过调控富硒红壤区农田土壤的酸碱度、水分含量、施肥种类、施用调理剂等来提高土壤硒的有效性，达到农产品中硒含量增加的目的；同时，对外源补硒的技术和相应农产品硒的健康效应，需进一步研究与规范。

关键词：

硒; 红壤; 富硒农产品; 含量特征; 食品安全; 建议;

Abstract：

Based on the investigation of the selenium content in soil and agricultural products in the red soil regions of southern China, the distribution characteristics of selenium in selenium rich red soil and the changes in selenium content in its agricultural products are analyzed. The results indicate that the selenium rich red soil area in southern China is relatively large, but with a certain degree of fragmentation in geographical spatial distribution. Although selenium in soil is associated with a certain number of heavy metals and rare earth elements, the correlation with heavy metals or rare earth elements is not significant. The overall performance of crops produced on selenium rich soil is that the selenium content in edible parts is lower than that in non-edible parts, and the selenium content in crops is significantly correlated with the available selenium content in the soil. Based on the soil characteristics of selenium rich red soil regions in southern China, the effectiveness of soil selenium can be improved by regulating the acidity, moisture content, fertilizer types, and application of conditioning agents of farmland soil in selenium rich red soil regions, in order to increase the selenium content in agricultural products. At the same time, further research and standardization are needed on the techniques of exogenous selenium supplementation and the corresponding health effects of selenium in agricultural products.

Keyword：

selenium; red soil; selenium rich agricultural products; content characteristics; food safety; proposal;

随着生活水平的提高，人们对身体健康日益重视。由于一定量的硒在人体及动物体内具有抗氧化和提高免疫力的作用^[1-3]，富硒食品日益受到人们的青睐。1973年，世界卫生组织确认，硒是人体必需的14种微量元素之一^[4]。由于富硒食品有益于人体健康已被人们广泛认同，且在我国南方部分红壤区发现了富硒土壤^[5-6]，因此对红壤区富硒土壤的开发利用，尤其是对富硒农产品生产的研究成为了近年的科研热点。我国南方红壤地区总面积约218万km²，占全国土地总面积的22.7%^[7]，利用富硒土壤生产出富硒农产品的概率尚有待研究。2023年6月30日起实施的《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2022)中未给出食品硒含量的限制指标^[8]，但已有报道硒过量(＞5 mg/kg)会导致人和动物产生疾病^[9-10], 而富硒土壤和富硒农产品的有效硒含量、硒有效态受土壤环境的影响及硒过量的毒性等有关食品安全的问题均未见详细研究与确认^[11]。目前世界各地就土壤中硒含量及硒对作物生长的系统研究报告尚少，我国有关硒及重金属、稀土对食品安全的系统研究同样缺乏。本文在调查南方红壤区土壤及农产品中硒含量状况的基础上，分析了富硒红壤中硒的分布特征以及所产农产品的富硒规律，并依据我国南方富硒红壤区土壤的自身特性，探讨了在南方富硒红壤区农田上生产富硒安全农产品应重点关注的几个问题，研究结果旨在为我国南方富硒红壤区生产富硒安全农产品提供借鉴。

1 富硒红壤区土壤硒分布特征

土壤中的硒受地质、地貌、气候等因素的影响，分布极不均匀^[12]，据报道，世界上有40多个国家和地区处于缺硒地带^[13]。自1980年证实克山病与地方性缺硒有关后，我国对1 094个县市(约占全国一半)的2 939个土样进行了分析^[14-15]，结果表明我国土壤全硒含量平均值达到国际公布的正常临界值(0.1 mg/kg)的县只占1/3，即我国2/3的地区属缺硒区，其中属严重缺硒(质量分数≤0.02 mg/kg)的地区占29%，约7亿人生活在低硒带^[16]。虽然我国2/3的地区属缺硒区，但近年来也陆续发现富硒土壤区(土壤硒质量分数＞0.4 mg/kg)，如陕西省安康市和紫阳县、湖北省恩施市、贵州省开阳县、四川省万源市、安徽省石台县、青海省东部的平安至乐都地区以及红壤区的江西省丰城市、海南省琼中县^[17]。在福建省地质调查研究院已完成调查的福建省红壤区7.5万km²土地中^[18]，福建省土壤硒元素质量分数最大值为4.72 mg/kg，最小值为0.01 mg/kg，平均值为0.34mg/kg，富硒土地面积近2万km²，主要分布于永安－德化、长泰－云霄－诏安地带以及福州盆地周边和闽东寿宁等地，其中福建省寿宁、诏安、大田、连城等县较为集中，富硒土地面积分别为58.2万亩(1亩=667 m²)、76.2万亩、125.4万亩和128.0万亩(见表 1)。从上述4个县富硒区采集的土壤样品分析结果来看，虽然这4个代表县土壤硒平均质量分数为0.40~0.67 mg/kg，土壤硒平均值达到富硒水平，但各县的最高值与最低值的变化幅度都较大，且检测得到的最低值未达到富硒水平，邻近地块土壤也发现有的富硒，有的贫硒，表明土壤富硒存在地理空间上的破碎度。

表 1

福建省主要富硒县土壤富硒状况

县名	取样数/ 个	硒测定结果/(mg·kg^-1)			富硒面积/ 万亩
县名	取样数/ 个	最小值	最大值	平均值	富硒面积/ 万亩
寿宁	920	0.24	1.19	0.67	58.2
诏安	950	0.05	1.71	0.42	76.2
大田	963	0.27	2.07	0.40	125.4
连城	995	0.22	0.83	0.43	128.0

2 富硒红壤区土壤硒与重金属伴生特征

美国西部落基山脉、贵州省开阳县、湖北省恩施市、江西省丰城市等地的富硒土壤，伴生稀土元素(如镧及锕族元素等)或重金属元素(如铬、铅等)^[19-23]，福建省部分县(如诏安、连城、寿宁、长汀、大田、永安、明溪一带)属富硒红壤区，红壤中的硒与稀土或重金属元素的共存情况，共存元素被植物摄取进入植物体内的情况，以及农产品中的稀土和重金属元素等污染物的含量情况等，均是今后南方富硒红壤区富硒农产品生产中迫切需要关注的问题。

福建省4个主要富硒县红壤区中的硒及伴生元素的测定结果见表 2。从表 2可以看出：福建省富硒土壤中不同程度地存在重金属及镧系元素；4个县均有镉含量超过农用地土壤污染风险筛选值(0.3 mg/kg)的土样，但均未超过农用地土壤污染风险管制值(1.5 mg/kg)，平均值除了大田县的稍高外，其他3个县的土壤中镉含量均低于农用地土壤污染风险筛选值^[24]；只有大田县和寿宁县的土壤样品中铅含量存在超标现象，连城县和诏安县的相对安全；大田县的土壤样品中锌含量相对较高。从表 3可以看出，土壤中硒与铅(0.403^*)呈显著正相关，与其他重金属或稀土元素的相关性均不显著。

表 2

福建省4个主要富硒县红壤区中的硒及伴生元素含量

元素	主要富硒县红壤区硒及伴生元素测定值/(mg·kg^-1)
	诏安			大田			寿宁			连城
	最低	最高	平均	最低	最高	平均	最低	最高	平均	最低	最高	平均
Se	0.05	1.71	0.42	0.27	2.07	0.40	0.24	1.19	0.67	0.22	0.83	0.43
Pb	12.47	116.00	56.56	54.01	354.24	145.23	6.08	224.46	69.17	12.23	50.26	24.96
Cd	0.07	0.35	0.20	0.27	1.28	0.75	0.02	0.35	0.16	0.27	0.78	0.30
Zn	63.62	226.02	123.30	117.43	486.87	263.93	68.49	192.20	117.29	48.20	70.27	54.09
La	24.14	63.79	46.32	27.57	79.25	42.73	13.61	66.51	43.13	16.50	309.70	78.13
Ce	78.96	155.50	121.79	63.43	112.40	89.70	90.24	178.30	146.11	17.65	429.85	118.88
Rb	55.03	137.50	99.10	80.20	202.70	105.80	51.88	167.10	121.93	16.73	230.95	67.51

表 3

土壤中硒与重金属、稀土元素的相关性

元素	Cd	Pb	Zn	La	Ce	Rb
Se	-0.102	0.403^*	0.224	-0.246	-0.108	-0.12
Cd		0.202	0.738^**	0.194	-0.599^**	0.221
Pb			0.501^**	0.089	-0.183	0.389^*
Zn				0.057	-0.410^*	0.086
La					0.263	0.628^**
Ce						0.086
注：1)表示P＜0.05，*表示P＜0.01

综上所述，福建省红壤富硒区虽然均伴生重金属或稀土元素^[25]，但不同地区的伴生重金属种类不同，且硒与重金属关联度也并不一致，即土壤富硒与重金属含量无直接相关性。

3 富硒红壤区不同作物的含硒量

诏安、大田、寿宁、连城等县被调查土样中的总硒质量分数为0.05~2.07 mg/kg(见表 2)，土壤中总硒平均值均达到了富硒土壤标准(≥0.4 mg/kg)，在上述土壤生长的梅子中硒含量达到了富硒标准的高值，但所产茶叶中硒含量并未达到富硒标准。研究还表明，在富硒红壤上种植的带壳作物，大部分硒聚积于作物的壳或皮中(见表 4)，而可食部分的硒含量(见表 5)部分达到富硒农产品标准(0.01~3.00 mg/kg)^[13]。表 5中青梅种植在非富硒的土壤(含硒质量分数0.35 mg/kg)，但收获后的青梅中硒含量(0.022 mg/kg)达到了富硒农产品标准。可见，富硒土壤上种植的作物未必富硒，贫硒土壤上种植的作物有可能富硒，作物中不同部位硒含量为可食部位低于非可食部位。

表 4

不同作物及不同部位的硒含量

作物	部位	硒质量分数/ (mg·kg^-1)	作物	部位	硒质量分数/ (mg·kg^-1)	作物	部位	硒质量分数/ (mg·kg^-1)
花生	花生壳	0.03~0.21	水稻	稻米	0.029~0.077		葛	葛根	0.020~0.086
	花生仁	0.020~0.036		谷壳	0.045~0.091			葛渣	0.03~0.11
	花生秆	0.062~0.30		秸秆	0.065~0.110			葛藤	0.04~0.18
甘薯	可食部	0.010~0.063	茶叶	新叶	0.024~0.041		青梅	青梅肉	0.022~0.10
	甘薯皮	0.02~ 0.32		老叶	0.054~0.128			青梅叶	0.064~0.11

表 5

不同地点土壤与作物硒含量 mg/kg

地点	土壤中硒质量分数	作物	作物中硒质量分数	富硒标准值
诏安	0.67	茶树	0.024	0.50~3.00
诏安	0.35	青梅	0.022	0.01~0.05
寿宁	0.45	水稻	0.029	0.04~0.30
大田	0.37	大蒜	0.012	0.01~0.10
连城	0.43	菠菜	0.001	0.01~0.10

4 土壤中的硒与作物中的硒

土壤中的硒是植物硒的主要来源。本研究前期以水稻、花生为例，利用土壤中的总硒含量与作物中的硒含量进行相关性分析，得出两者呈线性正相关关系，相关系数达到0.754 0和0.796 9(见图 1)，即随着土壤中硒含量的增加，作物中硒含量表现出增加的趋势。将土壤中有效态硒含量与水稻、花生中硒含量做相关性分析，相关性达到极显著水平，相关系数分别为0.885 1和0.877 2(见图 2)，表明作物中的硒含量不但与土壤中的总硒含量有关，而且与土壤中有效态硒含量的相关性更好^[26-28]，这一结果突显了土壤的硒含量水平对水稻、花生中硒富集的贡献，同时印证了土壤硒是农产品中硒的第一供体。因此，可以通过调控土壤中有效态硒的含量来提高作物中的硒含量。

图 1

土壤中总硒含量与稻谷、花生中硒含量的关系

图 2

土壤中有效态硒含量与稻谷、花生中硒含量的关系

5 结语与展望

虽然我国南方富硒红壤面积较大，但富硒土壤的分布不成片，具有一定的地理空间破碎度；土壤中的硒伴生有一定的重金属和稀土等元素，但硒与重金属或稀土元素的相关性不大；作物中的硒含量总体表现为可食部位的低于非可食部位的，并且与土壤有效态硒含量相关性显著；同时发现，富硒土壤种植的作物未必富硒，贫硒土壤种植的作物有可能富硒。

随着我国对食品安全的重视，农田生态系统重金属污染状况、评价标准、修复治理等研究已较为广泛和深入，在开发利用富硒土地资源时，要对耕地土壤进行环境质量监测和安全性评估。不同类别的作物对硒的吸收累积能力存在较大差异，作物的不同部位硒含量也不同。目前，许多省、自治区、直辖市制定的富硒农产品(食品)地方标准对硒含量的限值不一致，即使是同类作物给出的富硒范围也较宽，富硒农产品的标准体系不完善，当前仅见富硒稻米的国家标准和富硒茶的农业行业标准。有些地方分不清富硒与含硒、富硒与硒污染的区别，把含硒作物当作富硒作物，还有许多地方通过外源添加硒来达到作物富硒的目的^[29-30]，而作物对硒的需求量和硒对作物的毒害量之间的差异不大，硒的过量或缺乏均会导致人和动物产生疾病。因此，对外源补硒的技术和相应农产品硒的健康效应，需进一步研究与规范。可通过调控富硒红壤区农田土壤的pH^[31]、水分含量、施肥种类、施用调理剂等措施来提高土壤硒的有效性，从而达到农产品中硒含量增加的目的。

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