外源硒與不同物料配施對水稻硒素營養(yǎng)及硒利用率的影響①

黃太慶，江澤普，廖 青，邢 穎，梁潘霞

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外源硒與不同物料配施對水稻硒素營養(yǎng)及硒利用率的影響①

黃太慶，江澤普，廖 青，邢 穎，梁潘霞

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南寧 530007)

施用外源硒是提高水稻硒含量的重要方法之一。通過盆栽試驗，設(shè)置常規(guī)化肥(F)、化肥+有機(jī)肥(FO)和化肥+生物質(zhì)炭(FC)3種肥料管理模式，0(Se0)、0.2(Se1)、0.4(Se2)和0.6 mg/kg(Se3)4個硒(Ⅳ)添加水平，研究在不同物料施用條件下，土施亞硒酸鈉對水稻生長及硒吸收、轉(zhuǎn)移和累積的影響。結(jié)果表明：施用適量外源硒對水稻產(chǎn)量及生物量影響不顯著，但顯著提高水稻各部位硒的含量，并促進(jìn)硒向籽粒轉(zhuǎn)移。施用有機(jī)肥和生物質(zhì)炭降低了水稻根系對硒的吸收系數(shù)(RAI)。施用有機(jī)肥不利于硒由稻稈向糙米和精米中轉(zhuǎn)移，但適當(dāng)?shù)耐庠次c生物質(zhì)炭配施有利于提高硒由稻稈向糙米和精米轉(zhuǎn)移系數(shù)?？傊袡C(jī)肥與生物質(zhì)炭的施用不能有效地提高水稻地上部，特別是籽粒的硒含量，但因施用有機(jī)肥能顯著提高作物產(chǎn)量，從而增加水稻硒的總累積量，而生物質(zhì)炭的添加則不能。水稻對外源硒的吸收利用率不超過5%。

亞硒酸鈉；轉(zhuǎn)移系數(shù)；水稻；硒累積；硒肥利用率

硒是人和動物體必需的微量營養(yǎng)元素。它通過硒蛋白參與人體代謝過程，是人體氧自由基清除酶——谷胱甘肽過氧化物酶活性位點必要組成成分，具有清除過氧化物、防止細(xì)胞損傷、延緩細(xì)胞衰老等作用[1]。研究認(rèn)為我國75% 的土類屬于低硒土類區(qū)[2]，在低硒土壤上生產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品硒含量往往不高，此外，還有研究認(rèn)為土壤硒水平低下或者其有效性低均可導(dǎo)致植物硒含量偏低[3]，因此，在很多硒含量較高的土壤上生產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品硒含量也較低[4]。土壤有機(jī)質(zhì)[5]、土壤黏粒含量[6]、鐵鋁氧化物[7-8]及pH[9]等因素均對土壤中硒的有效性產(chǎn)生影響。不同的物料投入對土壤有效硒有較大影響，在強(qiáng)酸性高硒茶園土壤上，施用土壤改良劑(秸稈炭、生石灰粉和鈣鎂磷肥等)和生物有機(jī)肥均能不同程度地提高強(qiáng)酸性高硒茶園土壤中硒的有效性[10-11]，施用硫肥，能降低油菜對外源硒的吸收利用[12]。不同的富硒有機(jī)肥對作物硒素營養(yǎng)的影響也不同，添加富硒奶牛糞處理的玉米對硒的吸收富集效果優(yōu)于添加富硒水稻秸稈生物質(zhì)炭的處理，且植株根部吸收硒后更易于轉(zhuǎn)運到地上部，硒在玉米體內(nèi)的遷移率高[13]。通過施用含硒肥料等外源硒調(diào)控措施，能有效提高作物中硒含量[14-15]。外源硒主要有硒酸鹽、亞硒酸鹽、硒礦粉以及硒含量高的有機(jī)物料，其施入土壤后，有效性同樣受到土壤理化性質(zhì)的影響。外源硒與不同物料配施后的有效性、對植物硒素營養(yǎng)及其對作物生長的影響等方面少見報道。本研究以不同物料與外源硒配施為切入點，探討不同外源硒施用方法對水稻硒素營養(yǎng)及外源硒的利用率狀況的影響，為富硒水稻生產(chǎn)及稻田合理利用外源硒提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和供試材料

試驗于2015年4—7月在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研核心試驗區(qū)的大棚內(nèi)進(jìn)行，盆栽土壤采自廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗農(nóng)場水稻田，土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)28.4 g/kg，全氮1.9 g/kg，全磷0.9 g/kg，全鉀13.0 g/kg，速效氮97 mg/kg，有效磷44 mg/kg，速效鉀152 mg/kg，pH 6.02，全硒0.40 mg/kg。試驗用的有機(jī)肥和生物質(zhì)炭的基本理化性質(zhì)為，有機(jī)肥：有機(jī)質(zhì)450 g/kg，全氮35 g/kg，全磷10 g/kg，全鉀13 g/kg，pH 5.8；生物質(zhì)炭：有機(jī)碳 532 g/kg，全氮13 g/kg，全磷9 g/kg，全鉀16 g/kg，pH 9.3。盆栽種植常規(guī)優(yōu)質(zhì)秈稻品種：柳沙油占202。

1.2 試驗設(shè)計

試驗將進(jìn)行二因素試驗設(shè)計，即投入物料因素和外源硒因素。設(shè)置常規(guī)化肥(F)、化肥+有機(jī)肥(FO)和化肥+生物質(zhì)炭(FC)3種肥料管理模式，0(Se0)、0.2(Se1)、0.4(Se2)和0.6 mg/kg(Se3) 4個硒添加水平，共12個處理(表1)。試驗將通過盆栽試驗完成，每個處理4個重復(fù)。

表1 盆栽試驗各處理物料投入方式及外源硒用量

先將采集的土壤晾干、粉碎、過2 mm篩；后裝入直徑為30 cm、高為22 cm的盆中，裝土量為8 kg/盆。水稻移栽前，使每盆保持水層1 ~ 2 cm，將土壤浸泡10 d以上，后將亞硒酸鈉溶解，按試驗方案添加到土壤中；加入基肥，攪拌均勻；沉淀半天后，移栽水稻，秧苗秧齡為20 d，每盆種植兩穴，每穴兩苗。添加的外源硒為亞硒酸鈉(Na2SeO3)(由西亞試劑公司生產(chǎn)，分析純98%，硒含量≥44.7%)。所有需使用化肥處理的盆栽，化肥用量為：基肥為復(fù)合肥(15- 15-15) 0.25 g/kg土；移栽后10 d第一次追肥，尿素0.09 g/kg土；孕穗期進(jìn)行第二次追肥，尿素0.04 g/kg土，氯化鉀0.06 g/kg土。根據(jù)常規(guī)稻田施肥水平，所有需要使用有機(jī)肥處理的盆栽，有機(jī)肥用量為1.25 g/kg土，且全部作為基肥施用，有機(jī)肥的總養(yǎng)分含量≥5.0%。參考前人研究結(jié)果[16-17]，所有需要添加生物質(zhì)炭的處理按土壤的2% 添加，每盆用量為20 g/kg土，且全部作為基肥施用。除了在水稻分蘗夠苗后進(jìn)行曬田7 ~ 10 d，控制無效分蘗外，其余時間保持水層3 ~ 4 cm。

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 樣品采集與制備 土壤樣品：在水稻成熟后，采集盆栽土壤200 g左右，風(fēng)干，過2 mm篩，測定pH(水土比為2.5:1)。稻谷樣品：水稻成熟后，剪下每個有效穗，并進(jìn)行脫粒，用水選法分離實粒和空癟粒，曬干后分別稱重。利用礱谷機(jī)將全部稻谷脫去穎殼，得到糙米；再稱取20 g糙米，用精米機(jī)打成精米；將空癟粒與谷殼混勻，視為稻谷穎殼。糙米、精米和谷殼分別稱重后用粉碎機(jī)粉碎，制備得糙米、精米和谷殼樣品，待測。稻稈樣品：由兩部分組成，即地上部的稻稈和脫粒后的穗枝，烘干后稱重，粉碎制備得樣品，待測。根樣品：水稻收獲后，待盆栽土風(fēng)干后粉碎土壤，篩選出全部根系，用自來水沖洗附著的土壤，后用去離子水沖洗一遍，烘干后稱重，粉碎制備得樣品，待測。

1.3.2 全硒含量的測定 稱取植物樣品0.300 0 g至微波消解管中，加入8 ml濃硝酸，在120 ℃電爐下預(yù)消解30 min，轉(zhuǎn)移到微波消解爐中，消解條件為：10 min功率加到800 W，在800 W保持5 min；再需10 min將功率提高至1 400 W，保持20 min；后冷卻至60 ℃，取出樣品。從微波消解爐中取出的樣品還需在120 ℃的電爐上趕酸至液體體積剩下2 ml，加入5 ml 1:1鹽酸溶液，再消煮15 min。之后把消煮液轉(zhuǎn)移至50 ml容量瓶中，用水定容。搖勻后用原子熒光光度計(吉天 AFS-8330)測定全硒含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

硒的轉(zhuǎn)移系數(shù)[18-19]：硒從土壤轉(zhuǎn)移到根系的過程用根系吸收系數(shù)(RAI)表示，是根系硒含量與土壤硒含量的比值，即RAIrootsoil；硒從根系到水稻稻稈的過程用初級轉(zhuǎn)移系數(shù)(PTI)表示，是水稻稻稈硒含量與根系硒含量的比值，即PTIstrawroot；硒從水稻稻稈到籽粒的過程用次級轉(zhuǎn)移系數(shù)(STI)表示，是籽粒硒含量與水稻稻稈硒含量的比值，即STIgrainstraw。

本研究把外源硒的吸收利用率按照各組織中累積量計算，分為植株利用率、地上部利用率和籽粒利用率，分析方法如下：

使用Excel 2007、JMP7.0等軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和圖表制作，用LSMeans Differences Student`s t 對各處理進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源硒與不同物料配施對土壤pH及水稻產(chǎn)量和生物量的影響

稻田管理方式的差異會影響土壤的pH變化，而pH對土壤有效硒含量有重要影響。通過一季水稻盆栽種植后，土壤pH均有較大的提高(表2)，不同物料添加，對土壤pH有顯著影響，其中化肥+生物質(zhì)炭物料處理(FC)土壤的pH顯著高于單施化肥處理(F)和化肥+有機(jī)肥處理(FO)；而單施化肥處理(F)與化肥+有機(jī)肥處理(FO)的pH之間差異并不顯著。

從表2可以看出，相同的物料投入條件下，不同的外源硒對水稻產(chǎn)量、根系生物量和稻稈的生物量均沒有顯著影響。FO處理的水稻產(chǎn)量顯著高于F處理及FC處理；FO物料投入的水稻根系生物量分別比F和FC處理提高79.6% 和71.4%，稻稈的生物量分別提高24.9% 和11.5%。二因素方差分析結(jié)果表明(表3)，物料添加對盆栽水稻產(chǎn)量、根和稻稈干重均有極顯著影響；外源硒水平對三者的影響不顯著；物料添加和硒水平的交互作用僅對產(chǎn)量的影響達(dá)顯著水平，對根系和稻稈干重均沒有顯著影響?？梢姡诒狙芯恐杏绊懰旧L的主要因素是物料投入，一定量的外源硒添加對水稻生長的影響有限。

2.2 外源硒與不同物料配施對水稻成熟期各主要部位硒含量的影響

從圖1中可以看出，在相同的外源硒水平條件下，不同物料投入對水稻各主要部位硒含量有重要影響。除少數(shù)幾個處理外，稻根、糙米和谷殼中硒含量大小的關(guān)系呈現(xiàn)單施化肥(F)>化肥+有機(jī)肥(FO)>化肥+生物質(zhì)炭(FC)的趨勢；而稻稈中除了外源Se2水平，則表現(xiàn)為FO> F> FC。精米中以施用F處理的最高；在Se0、Se1和Se2外源硒水平下，F(xiàn)O、FC配施處理的精米硒含量接近，但在Se3外源硒水平下，與FO配施的精米硒含量顯著高于與FC配施的處理。在水稻稻根、糙米和谷殼部位，除糙米的Se1水平和谷殼Se0水平外，施用FC處理以上3個部位硒含量顯著低于施用F或FO，且施用F和FO處理之間差異不顯著(除了糙米的Se3水平)。

表2 各處理土壤pH及水稻產(chǎn)量

注：同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異顯著(<0.05)，下同。

表3 添加不同物料和外源硒水平對水稻產(chǎn)量及生物量影響的方差分析(F值)

注：* 表示<0.05顯著水平，** 表示<0.01顯著水平，下表同。

(圖中同一硒水平下小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05))

外源硒無論與何種物料配施，隨外源硒添加量的增加，各部位硒含量也隨之增加(圖1)。分別對水稻成熟期根系、稻稈、糙米、精米和谷殼的硒含量進(jìn)行二因素方差分析，結(jié)果表明施用物料類型、添加外源硒水平及二者的交互作用均對以上5個部位的硒含量有極顯著影響(表4)。

表4 物料投入和外源硒水平對水稻主要部位硒含量影響的方差分析(F值)

2.3 外源硒與不同物料配施條件下水稻體內(nèi)的硒轉(zhuǎn)移特征

從土壤中吸收的硒在水稻植株內(nèi)轉(zhuǎn)化與運輸，其轉(zhuǎn)移效率決定各個組織硒的含量，從各組織中硒的含量也能了解硒在水稻植株內(nèi)的轉(zhuǎn)移特征。轉(zhuǎn)移系數(shù)是描述其轉(zhuǎn)移特征的方法之一。從表5可以知道，亞硒酸鈉與3種物料配施均表現(xiàn)為添加外源硒處理(Se1、Se2和Se3)的水稻RAI高于未添加外源硒的處理(Se0)，說明外源硒的添加，能促進(jìn)根系對硒的吸收。在相同的外源硒添加水平下，水稻根系的RAI均表現(xiàn)為F>FO>FC，說明相對單施化肥的管理，有機(jī)肥和生物質(zhì)炭的添加阻礙了水稻根系對硒的吸收速率，而添加生物質(zhì)炭的阻礙作用更大。分別對F、FO和FC 3種物料不同外源硒投入水平()與RAI()進(jìn)行回歸分析，其回歸方程分別為= –3.3732+4.261+ 1.299(2=0.997 3，<0.01)，= –6.3592+6.027+1.032 (2=0.998 2，<0.01)和= –1.6392+2.322+0.933 (2=0.998 2，<0.01)，說明外源硒添加與根系吸收系數(shù)之間呈極顯著的拋物線關(guān)系，過量的外源硒添加，水稻根系吸收硒的效率反而降低。

表5 不同處理下硒在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)移系數(shù)

注：RAI、PTI 和STI分別表示根系吸收系數(shù)(根系中硒含量/土壤硒含量)、初級轉(zhuǎn)移系數(shù)(稻稈中硒含量/根系中硒含量)和次級轉(zhuǎn)移系數(shù)(籽粒中硒含量/稻稈硒含量)。STI糙米、STI精米、STI谷殼分別表示糙米、精米、谷殼中硒含量/稻稈硒含量。

從表5可以看出，在F、FO和FC物料投入條件下，水稻植株的初級轉(zhuǎn)移系數(shù)(PTI)的變化范圍分別為0.52 ~ 0.64，0.45 ~ 0 .76和0.38 ~ 0.54。在F和FC物料投入條件下，其各自外源硒水平之間的PTI沒有顯著差異；而FO投入下，Se2水平的PTI顯著低于其他3個水平，其大小關(guān)系為Se0>Se3>Se1>Se2。在相同外源硒水平下，不同物料投入間比較發(fā)現(xiàn)，在沒有添加外源硒的Se0水平，F(xiàn)O和FC物料投入處理的PTI高于F投入物料處理，說明在自然土壤上有機(jī)肥和生物質(zhì)炭的施用，根系吸收的硒往稻稈轉(zhuǎn)移的比例增大。添加外源硒Se1、Se2和Se3水平條件下，F(xiàn)O物料投入處理的PTI分別比F的高5.7%、低13.7% 和高8.6%；FC物料投入處理的PTI分別比F的低20.7%、26.2% 和29.0%，說明施用有機(jī)肥在外源硒Se1和Se3添加水平下有利于根系吸收的硒向稻稈轉(zhuǎn)移，而生物質(zhì)炭與外源硒配施不利于根系吸收的硒向稻稈轉(zhuǎn)移。

硒由稻稈向籽粒的轉(zhuǎn)移過程中，由于籽粒通?？梢灾瞥晒葰?米糠)、糙米和精米3種產(chǎn)品，谷殼作為水稻顆粒的外保護(hù)穎殼，一般不為人所食用；糙米是包括水稻果皮、種皮及精米部分，可以為人食用；但日常食用最多的是精米部分。因此分別分析硒向糙米、精米和谷殼的轉(zhuǎn)移，將有不同的意義。從表5可以看出，除了F-Se1處理，其他各處理間均表現(xiàn)為STI糙米>STI精米>STI谷殼，說明水稻中硒更容易向籽粒的果皮和種皮中轉(zhuǎn)移。相同的外源硒添加水平下比較，在Se0水平(即沒有外源硒添加)中，STI糙米表現(xiàn)為F>FO>FC，說明在自然土壤上，施入有機(jī)肥和生物質(zhì)炭不利于硒由稻稈向糙米轉(zhuǎn)移。而添加Se1、Se2和Se3外源硒水平中，F(xiàn)C物料投入處理的STI糙米分別比F的高35.4%、20.4% 和18.0%，F(xiàn)O比F的低17.2%、31.6% 和35.8%，說明添加外源硒Se1和Se2水平條件下，生物質(zhì)炭投入更有利于硒由稻稈向糙米轉(zhuǎn)移，而添加Se3水平外源硒的時候，施用生物質(zhì)炭又不利于其轉(zhuǎn)移；有機(jī)肥投入不利于硒由稻稈向糙米轉(zhuǎn)移。在外源硒與化肥、化肥+有機(jī)肥及化肥+生物質(zhì)炭三種物料配施方式下，物料配施方式及外源硒水平對STI精米的影響規(guī)律與對STI糙米的影響相似，這可能與糙米中精米質(zhì)量占比達(dá)80% 以上有關(guān)。稻稈向谷殼的轉(zhuǎn)移系數(shù)(STI谷殼)，在相同的外源硒水平下均表現(xiàn)為F> FC > FO，F(xiàn)、FO和FC物料添加的STI谷殼值變化范圍為0.47 ~ 0.55、0.21 ~ 0.38和0.44 ~ 0.55，說明在添加外源硒條件下，相對常規(guī)單施化肥處理，施用化肥+生物質(zhì)炭和化肥+有機(jī)肥處理更加不利于硒由稻稈向谷殼轉(zhuǎn)移，有機(jī)肥的添加，這種效果更為明顯。

在不同的外源硒添加水平下，除了少數(shù)幾個處理，試驗結(jié)果均顯示外源硒(Se1、Se2和Se3)添加處理的STI糙米、STI精米、STI谷殼高于未添加外源硒(Se0)處理，說明外源硒添加對硒向籽粒的轉(zhuǎn)移有促進(jìn)作用。而在化肥+生物質(zhì)炭處理中，Se3水平下STI糙米、STI精米、STI谷殼均有下降，說明在一定的土壤環(huán)境條件下，外源硒添加量超過一定水平，硒向籽粒轉(zhuǎn)移的效率又逐漸下降。

2.4 外源硒與不同物料配施條件下硒在水稻植株內(nèi)的累積

硒在水稻植株內(nèi)總的累積隨著外源硒添加量的增加而增大(表6)。在相同外源硒添加水平下，不同的添加物料組合表現(xiàn)為FO>F>FC；在Se0水平，F(xiàn)O和F物料投入處理水稻總累積硒的量分別比FC物料投入的增加92.4% 和28.9%；Se1水平，F(xiàn)O和F分別比FC增加145.2% 和76.1%；Se2水平，F(xiàn)O和F分別比FC增加90.5% 和75.2%；Se3水平，F(xiàn)O和F分別比FC增加132.0% 和123.3%。說明有機(jī)肥的施用能增加當(dāng)季水稻硒的累積，而生物質(zhì)炭的添加不利于硒在當(dāng)季水稻的累積。

從表6還可以看出，水稻各主要部位硒累積占比中，以稻稈最高，其次為籽粒，最低為稻根。各處理間水稻根系硒累積占比差異不顯著，但相同的外源硒水平下，不同的物料投入表現(xiàn)為與FO和FC配施根硒累積占比均高于與F配施的累積占比，說明有機(jī)肥和生物質(zhì)炭添加有提高水稻根系硒累積占比的趨勢。稻稈中硒累積占比中，除了FC-Se0處理的較高外，其他各處理間差異不顯著。而硒在水稻籽粒中累積的占比，除了FC-Se0處理的較低以外，其他各處理間差異也不顯著。

表6 外源硒與不同物料配施處理硒在水稻植株內(nèi)的累積狀況

2.5 不同物料添加條件下水稻對外源硒的利用率

不同物料與外源硒配施顯著影響水稻植株對外源硒的利用率，在相同的外源硒添加水平條件下，與F和FO物料配施水稻植株對外源硒的吸收利用率顯著高于與FC物料配施(圖2)；與F、FO和FC物料配施水稻植株對外源硒的利用率分別為2.69% ~ 3.64%、2.55% ~ 4.43% 和1.34% ~ 1.65%。不同物料與外源硒配施條件下，水稻稻稈對外源硒的利用率的規(guī)律與水稻植株的相似，外源硒與F、FO和FC物料配施，水稻稻稈對外源硒的吸收利用率分別為2.42% ~ 3.34%、2.26% ~ 4.07% 和1.16% ~ 1.46%。在精米與糙米對外源硒的利用率上，相同的外源硒添加水平，與F和FO物料配施中水稻對外源硒的利用率高于與FC物料配施處理，其中Se1和Se3外源硒添加水平的差異均達(dá)到顯著水平，外源硒與F、FO和FC物料配施水稻精米對外源硒的吸收利用率分別為0.62% ~ 1.02%、0.43% ~ 1.03% 和0.24% ~ 0.37%；糙米對外源硒的吸收利用率分別為0.94% ~ 1.32%、0.79% ~ 1.81% 和0.55% ~ 0.75%。

3 討論

3.1 外源硒與不同物料配施對水稻生長的影響

在本研究中，影響水稻生物量及產(chǎn)量的因素主要是肥料管理中物料的添加，而外源硒對其影響不顯著(表2，表3)。有機(jī)肥和化肥配施能增加水稻產(chǎn)量的研究已經(jīng)有很多報道[20]。生物質(zhì)炭施用對許多作物生長及產(chǎn)量有促進(jìn)作用，但其具體影響還與作物種類、生物質(zhì)炭用量、生物質(zhì)炭類型及土壤條件等因素有關(guān)[21]，之前進(jìn)行的盆栽試驗也表明，生物質(zhì)炭的添加能增加玉米苗期的生物量[22]，本研究中化肥+生物質(zhì)炭處理的水稻根系和稻稈的生物量比單純使用化肥處理高4.7% 和12.0%，而籽粒產(chǎn)量略低6.6%。目前，還沒有證據(jù)證明硒是植物所必需的營養(yǎng)元素，但有研究認(rèn)為，硒肥施用條件、施用方式、施用時期及施用量均對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)有明顯影響[23]。硒在水稻體內(nèi)主要影響抗氧化體系的代謝功能，并保護(hù)細(xì)胞免受氧化而遭到的損傷，對水稻光合作用和呼吸作用等能量代謝過程也有影響[24]。很多研究認(rèn)為，適量的外源硒添加對作物生長有正效應(yīng)，而高劑量的添加對作物的生長有毒害作用[25-26]。董廣輝等[27]認(rèn)為，硒對植物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響可能是通過間接作用實現(xiàn)的。在鎘污染的稻田，硒可減輕鎘脅迫對水稻株高的抑制，提高葉綠素含量，增加葉片干物質(zhì)累積，提高葉片還原糖含量，降低丙二醛含量與過氧化物酶活性，提高超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性[28]。Broyer等[29]認(rèn)為硒對紫云英屬植物生長刺激作用歸因于營養(yǎng)液中硒抵消磷毒害，當(dāng)磷濃度低時，施硒處理不能使植物增產(chǎn)。本研究中，土壤全硒含量的背景值較高，硒沒有成為植物生長的限制因子，而外源硒添加的最大劑量為0.6 mg/kg土，遠(yuǎn)未達(dá)到報道的硒產(chǎn)生毒害的水平[30]，因此本研究中，外源硒添加對水稻生物量及產(chǎn)量沒有顯著影響。

(圖中小寫字母不同表示同一水稻部位不同物料添加處理間差異顯著(P<0.05))

3.2 外源硒與不同物料配施對水稻硒吸收及轉(zhuǎn)移的影響

本研究表明，外源亞硒酸鈉的施用能顯著增加水稻各部位硒含量(圖1，表4)。因為四價硒是作物可利用的硒形態(tài)之一，添加外源亞硒酸鈉，提高了土壤四價硒的含量，因此，水稻各部位硒含量顯著增加。在本研究中，亞硒酸鈉與不同物料配施會導(dǎo)致水稻各部位硒含量不同，其趨勢為單施化肥(F)>化肥+有機(jī)肥(FO)>化肥+生物質(zhì)炭(FC)(圖1)。氧化還原電位(Eh)和pH等因素對土壤硒的生物有效性及價態(tài)轉(zhuǎn)化有重要影響[31]。水分是決定稻田土壤Eh的關(guān)鍵因素，施肥對Eh的影響僅在水稻返青期、分蘗初期和烤田期對Eh變化起顯著作用[32]，而水稻中硒的累積主要發(fā)生在水稻生長后期，因此在本研究中，Eh不是影響硒累積的關(guān)鍵因素。堿性土壤(pH 7.5 ~ 8.5)中Se(VI)是硒存在的主要形態(tài)，其有效性高；在中性和酸性條件下Se(IV) 形態(tài)占了大部分，Se(IV) 常常被土壤黏?；蜓趸锬z體吸附固定，其有效性顯著降低[33]。在本研究中，經(jīng)過一季水稻盆栽種植，土壤pH趨于中性，其中添加生物質(zhì)炭處理的pH顯著高于施有機(jī)肥和單施化肥處理，但化肥+生物質(zhì)炭(FC)處理的水稻硒含量反而最低，說明其提高的pH并不足以提高土壤有效硒含量，而影響其有效性的可能還有其他因素。土壤有機(jī)質(zhì)會增加土壤中硒的滯留，植物對硒生物利用效率與其生長環(huán)境中的有機(jī)質(zhì)含量一般呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系[34]，有機(jī)肥的施用，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量。生物質(zhì)炭通常具有較為發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團(tuán)[35]，其不僅可產(chǎn)生負(fù)電荷，也可產(chǎn)生正電荷，因而生物質(zhì)炭不僅吸持有機(jī)質(zhì)吸持的養(yǎng)分，還可吸持土壤有機(jī)質(zhì)不吸持的磷素養(yǎng)分[36]，對NH4+和NO– 3也有較強(qiáng)吸附作用[37-38]。因此，有機(jī)肥和生物質(zhì)炭的施入增加了對硒的吸附固定，降低了土壤硒的有效性，導(dǎo)致水稻根系的吸收系數(shù)降低(表5)，進(jìn)而導(dǎo)致水稻硒含量降低。水稻根系對硒的吸收系數(shù)與外源硒添加量呈極顯著的拋物線關(guān)系(表5)，研究認(rèn)為亞硒酸鹽以被動吸收形式進(jìn)入水稻體內(nèi)[39]，本研究中，隨著外源硒添加量的增加，土壤Se4+含量隨之增加，在Se4+被動吸收的情況下，濃度越高，吸收系數(shù)越大；但過量的硒會對水稻產(chǎn)生毒害作用，從而降低對硒的吸收。

本研究結(jié)果顯示，在自然土壤上，施用有機(jī)肥和生物質(zhì)炭處理的初級轉(zhuǎn)移系數(shù)(PTI)大于單施化肥處理(表5)，說明施用有機(jī)肥或生物質(zhì)炭有利于根系吸收的硒向稻稈轉(zhuǎn)移。這是由于硒進(jìn)入植物根系后，硒酸鹽向地上部轉(zhuǎn)移的速率和比例要高于亞硒酸鹽[40]，而土壤中亞硒酸鹽的吸附量大于硒酸鹽[41]，在有機(jī)肥和生物質(zhì)炭添加的條件下，土壤吸附了更多四價硒，從而導(dǎo)致水稻植株相對更多地吸收六價硒，硒在水稻體內(nèi)更容易發(fā)生轉(zhuǎn)移和傳輸。當(dāng)給植物供應(yīng)亞硒酸鹽時，吸收的亞硒酸鹽轉(zhuǎn)化為硒酸鹽和其他硒化物形態(tài)，再向地上部轉(zhuǎn)移，最后再轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒形態(tài)，參與植物的代謝[42]。在對小麥的研究中，也表明亞硒酸鹽被植物根部吸收后很容易轉(zhuǎn)化成其他形態(tài)，包括硒代蛋氨酸及其氧化物、硒甲基半胱氨酸等，這些物質(zhì)主要累積在根部，極小部分轉(zhuǎn)運到地上部[43]，因此在添加有機(jī)肥或生物質(zhì)炭處理中，外源硒添加處理(Se1、Se2和Se3)的PTI要低于不添加外源硒處理(Se0)(表5)，但是在單施化肥處理中，外源硒添加處理的PTI高于不添加外源硒處理，這可能是水稻本身的保護(hù)機(jī)制，在單施化肥處理中水稻根部位硒含量均較高(圖1)，為避免局部四價硒過高的脅迫，促使硒向地上部運輸，此外，與有機(jī)肥配施的外源硒，可能在土壤中與有機(jī)肥分解形成的物質(zhì)形成有機(jī)硒形態(tài)，在植物吸收后，毒性降低，并在根部累積。但其中具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

有研究認(rèn)為，在土壤硒含量較高條件下，硒由稻稈轉(zhuǎn)運到籽粒的能力有所增強(qiáng)，籽粒富集硒的能力增強(qiáng)[19]，而本研究也表明，與Se0相比，添加Se1、Se2和Se3硒水平的STI糙米、STI精米、STI谷殼均較高(表5)，說明添加外源硒有促進(jìn)硒向籽粒轉(zhuǎn)移的趨勢。硒在水稻體內(nèi)有再運轉(zhuǎn)過程，在水稻灌漿期之后，劍葉內(nèi)的硒會向水稻籽粒轉(zhuǎn)移，不同水稻品種對硒的再轉(zhuǎn)運存在差異[44]，施肥管理也會影響硒向籽粒的轉(zhuǎn)移，在高外源硒處理時，增施磷肥抑制了硒從地上部向稻穗中轉(zhuǎn)移，減少了水稻穗中硒的含量[45]。本研究結(jié)果表明，施用有機(jī)肥的STI糙米和STI精米較單施化肥的低(表5)，說明有機(jī)肥施用不利于硒由稻稈向糙米和精米中轉(zhuǎn)移；在Se1和Se2外源硒條件下，生物質(zhì)炭投入的STI糙米和STI精米，高于單施化肥處理(表5)，說明適當(dāng)?shù)耐庠次颗c生物質(zhì)炭配施有利于硒由稻稈向糙米轉(zhuǎn)移。對于硒在籽粒內(nèi)的運輸和分配的研究較少，除了以上所說的水稻品種之外，可能還與水稻吸收的硒形態(tài)及數(shù)量有關(guān)。

3.3 水稻對硒的累積及外源硒的吸收利用率

在相同的土壤硒條件下，施用有機(jī)肥(FO)的水稻硒總累積量最大，其次為常規(guī)化肥處理(F)，最小的為使用了生物質(zhì)炭的處理(FC)(表6)，因為FO處理的生物量和產(chǎn)量高于F處理(表1)，而在生物量和產(chǎn)量相近的F和FC處理，水稻各部位硒含量F>FC(圖1)。各處理水稻主要部位硒累積占比相對穩(wěn)定，以秸稈的占比最高，往后依次為籽粒和稻根，說明在常規(guī)稻田耕作中，水稻累積的硒，絕大部分會隨著稻稈還田而返還于稻田之中。

本研究中，在稻田外源添加亞硒酸鈉時，水稻對外源硒的當(dāng)季利用率不超過5%(圖2)。亞硒酸鹽施入石灰性土壤后主要以可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)形式存在，并由可溶態(tài)轉(zhuǎn)化為其他土壤形態(tài)，從而降低了其生物有效性[46]。在旱地作物施用硒酸鈉，硒的當(dāng)季利用率會高些，但也僅有7% ~ 31%，還有60% ~ 90% 的硒會殘留在土壤或揮發(fā)到空氣中[47]。因此，絕大部分外源硒會流失于生態(tài)環(huán)境中，給生態(tài)環(huán)境帶來一定風(fēng)險。外源硒與不同物料配施，其利用率不同，當(dāng)與常規(guī)化肥配施時，其利用率為2.7% ~ 3.6%；與化肥+有機(jī)肥配施時，為2.5% ~ 4.4%；與化肥+生物質(zhì)炭配施時，為1.3% ~ 1.7%(圖2)。一方面，如前所述，與不同物料配施，影響了外源硒的有效性，從而影響水稻植株硒含量；另一方面，在水稻種植中不同的物料管理方式，對水稻生物量有重要影響。因此，在外源硒使用過程中，要同時考慮硒在土壤中的有效性和作物生物量及產(chǎn)量等問題，以提高外源硒的利用率。

4 結(jié)論

適量的外源硒施用對水稻產(chǎn)量及生物量影響不顯著，但顯著提高水稻各部位硒的含量。不同的物料投入對水稻產(chǎn)量、生物量和各部位硒含量均有顯著影響。有機(jī)肥和生物質(zhì)炭投入降低了水稻地上部硒含量和水稻根系對硒的吸收系數(shù)(RAI)；施用有機(jī)肥不利于硒由稻稈向糙米和精米中轉(zhuǎn)移，適量的外源硒與生物質(zhì)炭配施有利于硒由稻稈向糙米和精米轉(zhuǎn)移。

水稻的產(chǎn)量、生物量及各部位硒的累積量共同影響硒在水稻植株內(nèi)的累積及水稻對外源硒的吸收利用率。水稻根系、秸稈和籽粒中的硒累積量占比相對穩(wěn)定，分別為8.5% ~ 12.5%、51.6% ~ 65.6%和23.0% ~ 37.0%。外源亞硒酸鈉與不同物料配施時，當(dāng)季水稻對外源硒的利用率不超過5%，其中單施化肥(F)、化肥+有機(jī)肥(FO) 和化肥+生物質(zhì)炭(FC)處理對外源硒的利用率分別為2.69% ~ 3.64%、2.55% ~ 4.43%和1.34% ~ 1.65%。由此可見，提高作物硒含量及作物產(chǎn)量，是提高外源硒利用率的有效途徑。同時，在使用外源硒時，應(yīng)考慮對生態(tài)環(huán)境的影響。

[1] Rayman M P. Selenium and human health[J]. Lancet, 2012, 379: 1256–1268

[2] 布和敖斯?fàn)? 張東威, 劉力. 土壤硒區(qū)環(huán)境分異及安全閾值的研究[J]. 土壤學(xué)報, 1995, 32(2): 186–193

[3] Miguel N A, Carmen C V. Selenium in food and the human body: A review[J]. Science of the Total Environment, 2008, 400: 115–141

[4] 張靖源, 陳劍平, 黃邵華, 等. 廣西鹿寨水稻及其種植土壤中硒含量分布特征分析[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2016, 47(11): 1856–1860

[5] 章海波, 駱永明, 吳龍華, 等. 香港土壤研究Ⅱ.土壤硒的含量、分布及其影響因素[J]. 土壤學(xué)報, 2005, 42(1): 404–410

[6] 廖金鳳. 土壤粒級和酸度對硒吸附固定的影響[J]. 廣東微量元素科學(xué), 1999, 6(1): 47–49

[7] 王松山, 梁東麗, 魏威, 等. 基于路徑分析的土壤性質(zhì)與硒形態(tài)的關(guān)系[J]. 土壤學(xué)報, 2011, 48(4): 823–830

[8] Hayes K F, Roe A L, Brown G E, et al. In-situ X-ray absorption study of surface complexes: Selenium oxyanions on α-FeOOH[J]. Science, 1987, 238(4828): 783–786

[9] 周鑫斌, 于淑慧, 謝德體. pH和三種陰離子對紫色土亞硒酸鹽吸附-解析的影響[J]. 土壤學(xué)報, 2015, 52(5): 1069–1077

[10] 楊旎, 宗良綱, 嚴(yán)佳, 等. 改良劑與生物有機(jī)肥配施方式對強(qiáng)酸性高硒茶園土壤硒有效性的影響[J]. 土壤, 2014, 46(6): 1069–1075

[11] 趙研, 馬愛軍, 宗良綱, 等. 不同調(diào)控措施在強(qiáng)酸性高硒茶園土壤中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2011, 30(11): 2306–2312

[12] 劉新偉, 段碧輝, 夏全杰, 等. 硫?qū)ν寥乐形螒B(tài)變化及油菜硒吸收的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 2014, 35(9): 3564– 3571

[13] 李圣男, 岳士忠, 李花粉, 等．基施富硒有機(jī)肥料對玉米和土壤硒含量的影響[J]．農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報, 2015, 32(6): 571–576

[14] Boldrin P F, Faquin V, Ramos S J, et al. Soil and foliar application of selenium in rice biofortification[J]. Journal of food composition and Analysis, 2013, 31: 238–244

[15] Ros G H, Rotterdam A M D, Bussink D W, et al. Selenium fertilization strategies for bio-fortification of food: An agro-ecosystem approach[J]. Plant soil, 2016, 404: 99–112

[16] 王賀東, 呂澤先, 劉成, 等. 生物炭施用對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 土壤, 2017, 49(5): 888–892

[17] 高利華, 屈忠義. 膜下滴灌條件下生物質(zhì)炭對土壤水熱肥效應(yīng)的影響[J]. 土壤, 2017, 49(3): 614–620

[18] Carbonell B A, Burlo C F, Mataix B J. Arsenic uptake, distribution, and accumulation in bean plants: Effect of arsenite and salinity on plant growth and yield[J]. Jounal of Plant Nutrition,1997, 20(10): 1419–1430

[19] 姜超強(qiáng), 沈嘉, 祖朝龍. 水稻對天然富硒土壤硒的吸收及轉(zhuǎn)運[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2015, 26(3): 809–816

[20] 徐明崗, 李冬初, 李菊梅, 等. 化肥有機(jī)肥配施對水稻養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(10): 3133–3139

[21] 何緒生, 張樹清, 佘雕, 等. 生物炭對土壤肥料的作用及未來研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2011, 27(15): 16–25

[22] Zhu Q H, Peng X H, Huang T Q, et al. Effect of biochar addition on maize growth and nitrogen use efficiency in acidic red soils[J]. Pedosphere, 2014, 24(6): 699–708

[23] 岳士忠, 李圣男, 喬玉輝, 等. 中國富硒大米的生產(chǎn)與富硒效應(yīng)[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2015, 31(30): 10–15

[24] 張均華, 朱練峰, 禹盛苗, 等. 稻田硒循環(huán)轉(zhuǎn)化與水稻硒營養(yǎng)研究進(jìn)展[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2012, 23(10): 2900– 2906

[25] 徐云, 王子健, 王文華, 等. Se和環(huán)境中富里酸對小麥種子發(fā)芽的影響及其生理特性[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 1997, 8(4): 439–444

[26] 段曼莉, 付冬冬, 王松山, 等. 亞硒酸鹽對四種蔬菜生長、吸收及轉(zhuǎn)運硒的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2011, 31(3 ): 658–665

[27] 董廣輝, 陳利軍, 武志杰. 植物硒素營養(yǎng)及其機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2002, 13(11): 1487–1490

[28] 陳平, 余土元, 陳惠陽, 等. 硒對鎘脅迫下水稻幼苗生長及生理特性的影響[J]. 廣西植物, 2002, 22(3): 277–282

[29] Broyer T C, Johnson C M, Huston R P. Selenium and nutrition of astragalus:Ⅰ. Effects of selenite or selenate supply on growth and selenium content[J]. Plant＆Soil, 1972, 36(3): 635–649

[30] 賈宏昉, 宋家永, 王海紅, 等. 硒對作物生理、生長發(fā)育及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響研究進(jìn)展[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2006, 40(4): 449–454

[31] Ashworth D J, Moore J, Shaw G. Effects of soil type, moisture content, redox potential and methyl bromide fumigation ondvalues of radio-selenium in soil[J]. Journal of Environmental Radioactivity, 2008, 99(7): 1136–1142

[32] 張蕾, 尹力初, 易亞男, 等. 紅壤性水稻土Eh動態(tài)變化及其影響因素初探[J]. 中國土壤與肥料, 2014(5): 11–15

[33] 李莉萍, 王軍. 土壤-植物系統(tǒng)中硒的賦存形態(tài)及其分析方法研究進(jìn)展[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 29(2): 58–66

[34] Winkel L H, Vriens B, Jones G D, et al. Selenium cycling across soil-plant-atmosphere interfaces: A critical review[J]. Nutrients, 2015, 7: 4199–4239

[35] Chen Z M, Xiao X, Chen B L, et al. Quantification of chemical states, dissociation constants and contents of oxygen-containing groups on the surface of biochars produced at different temperatures[J]. Environmental Science ＆ Technology, 2015, 49(1): 309–317

[36] Lehmann J. Bio-energy in the black[J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2007, 5: 381–387

[37] Kimetu J M, Lehmann J. Stability and stabilisation of biochar and green manure in soil with different organic carbon contents[J]. Australian Journal of Soil Research, 2010, 48(7): 577–585

[38] Mizuta K, Matsumoto T, Hatate Y, et al. Removal of nitrate nitrogen from drinking water using bamboo powder charcoal[J].Bioresource Technology, 2004, 95: 255–257

[39] Abrams M M, Shennan C, Zazoski J, et al. Selenomethionine uptake by wheat seedling[J]. Agronomy Journal, 1990, 82: 1127–1130

[40] Zayed A, Lytle C M, Terry N. Accumulation and volatilization of different chemical species of selenium by plants[J]. Planta, 1998, 206: 284–292

[41] 樸河春, 袁芷云, 劉廣深, 等. 硒酸鹽和亞硒酸鹽在土壤中吸附作用差異[J]. 土壤通報, 1996, 27(3): 130–132

[42] Asher C J, Butler G W, Peterson P J. Selenium transport in root systems of tomato[J]. Journal of Experimental Botany, 1977, 28: 279–291

[43] Li H F, McGrath S P, Zhao F J, et al. Selenium uptake, translocation and speciation in wheat supplied with selenate or selenite[J]. New Phytologist, 2008, 178: 92–102

[44] 周鑫斌, 施衛(wèi)明, 楊林章. 水稻子粒硒累積機(jī)制研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2008, 14(3): 503–507

[45] 于淑慧. 磷對水稻吸收硒的影響研究[D]. 重慶: 西南大學(xué), 2015

[46] 王松山, 吳雄平, 梁東麗, 等. 不同價態(tài)外源硒在石灰性土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化及其生物有效性[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2010, 30(12): 2499–2505

[47] Susanne E G, Trine A S, Anne F O, et al. Plant availability of inorganic and organic selenium as influenced by soil organic matter content and pH[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2007, 79: 221–231

Effects of Exogenous Selenium Added with Different Materials to Soil on Rice Selenium (Se) Nutrition and Utilization

HUANG Taiqing, JIANG Zepu, LIAO Qing, XING Ying, LIANG Panxia

(Agricultural Resource and Environment Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China)

Exogenous selenium (Se) input is one of the most important ways to improve Se content in rice. A pot experiment was conducted to study the effects of exogenous Se input with different materials to soil on rice growth, Se adsorption, transportation and accumulation by rice. The treatments were designed as follows : three fertilization patterns of chemical fertilizer (F), F + organic fertilizer (FO) and F + biochar (FC); four exogenous selenium(IV) levels of 0 mg/kg soil (Se0), 0.2 mg/kg soil (Se1), 0.4 mg/kg soil (Se2) and 0.6 mg/kg soil (Se3). The results showed that appropriate exogenous Se didn’t influence significantly rice yield and biomass, but improved Se content in rice significantly and promoted Se in stems and leaves transported to grain. FO and FC treatments decreased root absorption index (RAI) of Se. FO treatment hindered Se in stems and leaves transported to rice grains, but input of appropriate exogenous Se with FC could enhance it. In a word, FO and FC treatments could not improve Se content in the above-ground part of rice, especially reduced Se content in rice grain. Organic fertilizer improved rice yield significantly so it accumulated more Se in rice biomass, but biochar had no such effect. Exogenous Se utilization by rice is below 5%.

Selenite (Se); Transport index; Rice; Se accumulation; Se utilization

廣西自然科學(xué)基金項目(2017GXNSFBA198112，2016GXNSFBA380009)和廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技發(fā)展基金項目(桂農(nóng)科2017JM10)資助。

黃太慶(1986—)，男，廣西融安人，碩士，助理研究員，主要從事土壤生態(tài)與高值農(nóng)業(yè)研究。E-mail: htaiqing@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2019.02.009

S143.7+1

A