土壤－作物系统硒营养强化技术研究现状与展望

Research Status and Prospects of Selenium Nutrition Enhancement Technology in Soil-Crop System

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2024.05.002

许兴才 Xingcai XU

菏泽市东新农场山东菏泽 274500 Heze City Dongxin Farm, Heze, Shandong 274500, China

摘要：

硒是生命体必需的一种微量元素，其摄取量不足或过量均可能引起一系列的营养问题，甚至诱发疾病。生命体自身无法合成硒，只能通过“土壤－农作物－食物－生命体”过程获取。介绍了有益元素硒，综述了作物富硒的影响因素以及常见的作物富硒技术，并展望了硒营养的未来发展趋势。

关键词：

硒; 土壤; 作物; 营养强化; 人体健康;

Abstract：

Selenium is an essential trace element for living organisms, and the insufficient or excessive intake may cause a series of nutritional problems and even induce diseases. Living organisms are unable to synthesize selenium independently and can only obtain selenium through the process of "soil-crop-food-living organisms". The beneficial element selenium is introduced, the influencing factors of crop selenium enrichment and common crop selenium enrichment technologies are summarized, the future development trend of selenium nutrition is prospected.

Keyword：

selenium; soil; crop; nutrition enhancement; human health;

硒(Se)作为生命体必需的一种微量元素，最早发现要追溯到1817年，它是由瑞典科学家Berlius发现并命名的^[1]。生命体本身不能合成硒元素，只能通过“土壤－农作物－食物－生命体”过程获取^[2]。若生命体内的硒元素不足或过量，都可能导致严重的营养问题，甚至诱发疾病。克山病、大骨节病等人体常见的疾病，与人体缺乏硒元素有关；白肌病、渗出性素质病等动物体常见的疾病，与动物体缺乏硒元素有很大的关系；人体多种肿瘤、甲状腺功能紊乱等疾病的发生也与缺硒有很大的关系^[3-5]。然而，人体对硒元素的摄入量并不是越多越好，若摄取过量，可能导致硒中毒，引发头痛、精神错乱、肌肉萎缩等疾病。因此，围绕硒元素开展的相关研究逐渐成为热点。人体对硒的吸收以从食物中摄取为主，食物主要由作物或动物加工而成。所以，就农作物而言，对其硒源进行研究非常必要，而作物中的硒元素主要来源于土壤。

全世界有40多个国家缺硒，我国处在缺硒地带，缺硒地区面积占比高达72%，涵盖22个省份^[6-7]。在作物种植过程中，通过富硒土壤栽培、外源加硒、筛选富硒品种等途径，探究合适的土壤－作物系统硒营养强化技术生产富硒产品，以改善缺硒现状、预防“硒的隐性饥饿”，已成为研究的热点，且应用前景广阔。

1 有益元素硒简介

硒是一种极其重要的生物元素，被认为是生物体的必需元素和健康元素^[8-9]。于人体而言，硒元素的有益生理功能主要体现在以下3个方面：①硒是硒蛋白和硒化RNA的构成部分，与免疫应答、抗氧化防御和甲状腺激素代谢等生理活动有密切关系^[10]；②硒具有解毒功效，当遇到人体内的砷、铅、镉、汞等重金属时，会与重金属结合成复合物进而排出体外^[11]；③硒被称为“生命保护剂”，其不仅能够调节人体免疫力、延缓人体衰老，而且可以抑制肿瘤和心血管等疾病的发生^[12]。机体硒摄取过量(＞400 μg/d)或不足(＜50 μg/d)，均易引起机体不适，甚至诱发多种病症^[13]。如果要使硒具有良好的生理作用，就必须满足其适宜的浓度和化学形态等条件。土壤中硒的化学形态包括无机态和有机态，有机硒与无机硒相比，毒性相对较小，更易被吸收和利用。目前，国内每人每天的硒摄入量只有36 μg，远未达到世界卫生组织(WHO)建议的50 μg水平，故有必要进行额外补充^[14]。若只通过服用亚硒酸钠等方式补硒，不仅难以控制摄入量，而且具有潜在的毒副作用。因此，发展富含硒的农作物，使其安全、高效、更易于被人体所用，是一种更为安全合理、前景广阔的发展方向。

2 影响作物富硒的因素

植物体内的硒含量受多种因素的影响，最主要的还是来自于土壤，土壤中硒的含量、赋存状态及理化特性对植物体内硒的吸收累积具有重要的作用。

2.1 土壤中硒的含量

不同区域根据土壤中硒的含量可分为5个等级：土壤中硒含量低于125 μg/kg(质量分数，下同)的，称为缺硒地区；硒含量为125~175 μg/kg的，称为边际性缺硒地区；硒含量为175~400 μg/kg的，称为硒充足地区；硒含量为400~3 000 μg/kg的，称为富硒地区；硒含量高于3 000 μg/kg的，称为高硒地区^[15]。我国土壤硒的环境背景值仅为210 μg/kg，整体较为缺硒^[16]。另外，大量研究发现，作物各部位的硒含量与土壤中硒含量有相关性。Wang等^[17]以小麦为试验对象，研究了小麦籽粒硒含量与土壤硒含量之间的关系，结果表明两者之间呈正相关关系。Shen等^[18]以水稻为试验对象，研究了水稻各部位的硒含量与土壤硒含量的关系，结果表明两者也有极强的相关性。因此，对富硒土壤资源进行有效的开发与利用，是实现从源头上进行富硒化农产品生产的根本。

2.2 土壤中硒的赋存状态

土壤中硒的赋存状态也是影响植物体内硒含量的重要因素之一，主要是指在某种环境下硒的物理化学状态及与共生元素的结合特征，大致可分为7种。土壤中硒的7种赋存状态在土壤中的固化程度和转化能力差异较大，被作物吸收利用的难度表现为可提取水溶态＜离子交换态＜碳酸盐结合态＜铁锰氧化态＜腐殖酸结合态＜强有机结合态以及残渣态^[19]。可见，水溶态以及离子交换态的硒是可以被作物直接吸收利用的，而残渣态硒却是难以被吸收利用的。

2.3 土壤的理化特性

土壤中的有机质含量和黏土颗粒性质、pH和氧化还原电位等理化特性，都是影响硒赋存状态的关键因素，进而影响硒的可利用性和吸收利用。土壤中有机物质的含量越高，对植物富硒越有利，因为有机质能够促进有机结合态硒向水溶态和离子交换态硒转化，更易于被植物所利用^[20]。土壤黏土颗粒粒径影响其吸附硒的能力，因硒含氧阴离子带负电，黏土颗粒带正电，则正负电粒子会相互吸引^[21]。土壤的pH也会对硒的形态转化产生一定的影响，在偏碱性的土壤中，硒的主要存在形式是六价硒，其生物有效性相对较高；在偏酸性土壤中，硒主要以四价硒的形式存在，其生物有效性相对较低^[22]。土壤的氧化还原电位是决定硒迁移能力和可利用性的又一重要因素，而且两者之间呈明显的正相关关系^[23]。

2.4 作物的种类和品种

不同作物对硒的吸收积累能力差异性较大，根据该差异性，可将作物分为非蓄硒作物、中等蓄硒作物和超蓄硒作物^[24]。陕西省安康市紫阳县是我国的富硒地区，其所产作物含硒量均较高，特别是辣椒和大蒜富硒能力尤为突出，其作物的硒含量约为玉米和油菜籽的1.9~18.2倍^[25]。文献[26]中对农作物含硒量的研究结果表明，作物含硒量由多到少依次为油菜籽、大豆、小麦、稻谷、蚕豆。不同类型蔬菜富硒能力也有所不同，由强到弱依次为葱蒜类、白菜类、绿叶菜类、豆类、瓜类、薯芋类、茄果类等^[27]。另外，同一作物的不同品种对硒吸收积累的能力也不相同。姚海坡等^[28]选取石家庄藁城区、邢台宁晋县、邯郸馆陶县3个试验点，以不同小麦品种为研究作物，开展了籽粒硒含量研究，结果表明优质强筋品种的小麦籽粒硒含量低于中筋品种的和普通高产品种的。

3 作物富硒技术

3.1 选用天然富硒土壤栽培

虽然我国有些地区属富硒区域，但大部分地区存在不同程度的缺硒，而且我国不同地区间土壤硒含量的差异较大。湖北恩施是我国有名的富硒地区，其土壤中硒质量分数最高达到45 500 μg/kg，而发生克山病的地区土壤中硒含量极低，仅为60~180 μg/kg，西北、西南、华北和东北地区表层土壤中硒含量均低于全国平均含硒水平^[29]。所以，在合适的地区选用天然富硒土壤进行作物栽培，可以充分利用该地区的硒元素，这是从源头实现作物富硒的有效途径。然而这种方法也具有局限性，因为富硒土壤资源有限，土壤中硒资源分布不均衡，且土壤中硒的有效性受到土壤有机质含量、pH等多种因素的影响，无法保证富硒农产品中硒含量的稳定性，且其产量也无法满足全国的需求。

3.2 外源施加硒肥

外源施加硒肥主要是采用补充含硒肥料的方式实现作物富硒，因此肥料类型、施用时间及施用方法等都会对外源施肥的效果产生一定的影响。硒肥主要包括无机硒肥、有机硒肥、缓释硒肥以及微生物纳米硒等其他含硒肥料^[30-32]；施肥方式主要有浸种、基施、追施、喷施等。通常叶面喷施和土壤基施相结合的综合施肥方式比单一施用方式的效果好，且叶面喷施比土壤基施的效果好^[33]。在使用时，可根据实际需要，选用合理的施肥方式。Nawaz等^[34]的研究表明，相较于土壤根施硒肥的方式，叶面喷施硒肥能够更有效地提高小麦籽粒硒含量。作物在不同生长阶段对硒的吸收能力有所不同，在合适的时期施用硒肥，有助于提高硒吸收率。杨明等^[35]的研究表明，施肥时间会影响竹笋的含硒量，如果在1月和3月分别施用1次硒质量浓度为2.5 mg /mL的富硒肥，竹笋的富硒效果能达到最佳，硒含量最高。另外，郝松澜等^[36]以小白菜为研究对象，研究了锌钼硒施用对小白菜的作用效果，并就食用富硒小白菜给人体带来的硒摄入量的影响进行了讨论，结果表明合理施用微量元素肥料可以提高蔬菜中微量元素的含量，并改善蔬菜的营养品质；综合考虑中国营养学会推荐的蔬菜摄入量以及蔬菜在每天饮食中的占比，施用锌钼硒肥后的小白菜中锌、钼、硒含量都处于对人体安全有益的范围内，这也为作物富硒提供了一种行之有效的生物强化手段。

3.3 筛选硒吸收能力强的作物品种

不同作物种类及同种作物不同品种对硒的吸收能力也有很大差别。大量研究表明，聚硒能力较强的作物有小麦、茶叶、大蒜、大豆、果树等。因此，选择和培育具有较高的硒吸收容量的农作物，也是实现作物富硒的途径之一。需要注意的是，作物对硒的吸收能力受到多种因素的影响，因此，不仅要筛选硒吸收能力强的作物品种，还应该综合考虑土壤、气候等其他影响因素，并配合科学的种植和管理方法，才能获取理想的聚硒效果。

4 展望

近年来，研究人员针对作物富硒的营养技术进行了大量研究并取得了较大进展，探明了作物富硒的影响因素，开发了多种作物富硒技术，但推广使用富硒技术、开发富硒产品还有很长的路要走。应结合生物、育种、食品加工等新型关键技术，不断深化优质高产富硒产品开发等方面的研究。另外，随着对硒认识的深入和富硒产品的推广，不难发现，有些富硒产品通常未标明硒含量，且不同人体对硒的吸收能力也存在差异，因此值得关注和深入探究富硒农产品中硒营养含量标准，让有益元素硒更好地为人类健康服务。

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