不同土壤有效硒水平下水稻外源硒生物强化适用量研究

王亚萍 何礼新 范晓苏,2 赵雪梅 刘宇 顾明华,2 沈方科,2*

（1. 广西大学农学院，广西 南宁 530005；2. 植物科学国家级实验教学示范中心（广西大学），广西 南宁 530005；3. 广西区土壤肥料工作站，广西 南宁 530002）

硒是世界卫生组织公认的人和动物必需的14种微量元素之一[1，2]。硒元素不仅能抵抗机体衰老[3，6]，还能抑制人体肿瘤和癌症的发生[7]。硒在人体内与有毒重金属如砷、镉、铜、汞和银等物质具有拮抗作用[8]。硒在人体中的有益作用仅限于一定的阈值，当硒的浓度超过一定限值时，也会对人的机体产生毒害作用，临床上表现为毛发脱落、指甲变形变色甚至脱落以及神经系统受损直至四肢瘫痪[9，10]。

硒同时也是提高植物抗逆性的重要微量元素之一[11，12]。硒对维持植物生长发育、光合作用和细胞结构完整性等方面起着重要作用。在农业生产中，硒用来防治作物多种病害以减轻损失[13]。作物对外源硒的吸收与土壤中总硒、有效硒、酸碱性等条件有关，因此，不同的土壤对同一种作物的硒施用量也应该不同。

在自然界中，硒主要以六价、四价、零价和负二价的形式存在，所形成的化合物和硫类似[14]。硒在地壳中的丰度为0.05～0.09mg/kg，居元素丰度的第70 位[15，16]。在土壤中，硒以多种形式存在[17]，按价态分为硒化物（Se-2）、元素硒（Se0）、亚硒酸盐（Se+4）和硒酸盐（Se+6），也有以氨基酸、甲基化合物等有机物的形式存在[18]。其中，植物可以吸收的硒主要有硒酸盐、亚硒酸盐和有机态硒等[19]。植物直接从土壤中吸收利用的各种形态的硒，称为土壤有效硒[20]。作物对外源硒的吸收，相比土壤总硒，与土壤有效硒的相关系数更大[21]。因此，给作物施加外源硒时最好考虑到土壤中的生物有效态硒。

广西土壤足硒和富硒面积分别占17.38%和81.88%，土壤中总硒含量均值可达0.60mg/kg[22]。然而，土壤中的硒并不是全都可以被作物吸收利用[23]。水稻各部位的硒含量和土壤有效硒呈显著正相关关系[24]，施用一定量的外源硒可以使水稻籽粒中含硒量增加[25]，但不同土壤有效硒含量水平下水稻外源硒适用量研究却还鲜见报道。为此，本研究探讨土壤不同有效硒水平下叶面喷施的外源硒用量与水稻籽粒中硒含量的相关性，从而找出不同土壤有效硒水平下富硒水稻外源硒的适用量范围，为广西富硒水稻生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在广西南宁市和来宾市选取5 个水稻试验地，分别是南宁市宾阳县古辣镇联泉村朱沙屯两个地块（D-GY 和D-GLY）、宾阳县武陵镇马王村上河屯（D-GBY）、宾阳县大桥镇六龙村新桥屯（D-GL）和来宾市兴宾区大湾镇东番村（D-GX）。试验前采集土壤进行检测，土壤理化性状见表1。

试验水稻品种为百香139。

喷施的外源硒为氨基酸螯合硒（实验室自制，氨基酸含量≥100g/L，B+Zn+Mo≥20g/L，含硒≥8g/L）。

表1 不同生产基地土壤理化性质

1.2 试验设计

本研究按土壤有效硒水平不同，分为土壤有效硒含量＜20.00μg/kg（D-GY）、20.00～30.00μg/kg（DGBY）、30.00～40.00μg/kg（D-GLY）、40.00～50.00μg/kg（D-GL）、＞50.00μg/kg（D-GX）五个级别不同的土壤有效硒水平试验区。每个试验区分别设置5个处理，施用的外源硒浓度（纯硒计）分别为：0g/667m2（Se0）、0.225g/667m2（Se1）、0.45g/667m2（Se2）、0.9g/667m2（Se3）、1.8g/667m2（Se4），每个试验区的外源硒处理一致，每个小区面积为74m2，随机区组设计，每个处理重复3次。

在各个试验区在水稻进入破口期时按各处理外源硒设计的硒肥用量叶面喷施硒肥一次。其他的水稻田间管理措施按当地习惯生产技术操作。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采集与制备 水稻成熟后，用镰刀将水稻穗割下，放入尼龙网袋中，带回实验室，用清水、超纯水清洗干净，晒干。除去稻壳并逐步加工成精米，磨碎，以备米粒中硒含量的测定。

水稻成熟收获时，收割每小区的稻谷、称重，记为每小区鲜稻谷产量；并在每一处理分别随机取500～1000g鲜稻谷带回实验室，称出稻谷鲜重，晒干后再称重，计算出每一处理的鲜稻谷含水率，据此算出每小区稻谷的干谷产量。

1.3.2 样品测定 水稻籽粒中全硒含量测定：参照国家标准方法（GB5009.93-2010食品安全国家标准食物中硒的测定）。

1.4 数据分析

使用Excel2019、DPS7.05 软件进行绘图及单因素方差分析处理，采用Duncan新复极差统计方法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施硒肥对水稻产量的影响

在不同土壤有效硒水平下，叶面喷施适量外源硒对水稻均有一定的增产效果（见表2）。

D-GY区（土壤有效硒＜20.00μg/kg），喷施硒处理的水稻产量均高于对照处理（Se0），表现为随喷施外源硒用量的增加先增加而后减少的趋势。其中Se2和Se3处理增产达显著水平。说明在D-GY 区，叶面喷施硒用量在0.45～0.9g/667m2范围内均有增产效应。

D-GBY 区（土壤有效硒20.00～30.00μg/kg），Se1和Se3 处理水稻产量高于对照处理（Se0），而Se3 处理增产达显著水平。说明在D-GBY区中，叶面喷施硒用量在0.9g/667m2时有增产效果。

在D-GLY 试验区（土壤有效硒30～40 μg/kg），水稻产量随着喷施硒用量的增加而增加，但仅有Se4处理增产达显著水平。即在D-GLY区喷施硒用量在1.8g/667m2时有增产效应。

D-GL 区（土壤有效硒40～50μg/kg），随喷施硒用量增加，稻谷产量呈现出先增加后减少的趋势，且各处理的水稻产量均高于对照处理（Se0），其中Se2和Se3处理增产达显著水平。说明在D-GL区中，叶面喷施外源硒用量在0.45～0.9g/667m2时均有增产效果。

D-GX区（土壤有效硒＞50.00μg/kg），水稻产量表现为随喷施外源硒用量的增加先增加而后减少的趋势，Se1处理的水稻产量显著高于对照处理（Se0），其他喷施硒处理的水稻产量与对照处理（Se0）差异不显著。说明在D-GX 区中，叶面喷施硒用量在0.225g/667m2时有增产效果。

表2 不同土壤有效硒水平下喷施硒对水稻产量的影响

综上，在不同土壤有效硒含量水平下，叶面喷施适量外源硒，水稻的产量均有所提高，且土壤有效硒含量越低，喷施相同外源硒用量时，水稻的增产效果越明显。

2.2 叶面喷施硒肥用量与水稻籽粒硒含量的相关分析

将 土 壤 有 效 硒 含 量＜20.00μg/kg、20.00～30.00μg/kg、30.00～40.00μg/kg、40.00～50.00μg/kg 和＞50.00μg/kg 等5 个不同土壤有效硒水平区的不同喷施硒处理的水稻籽粒硒含量分别进行外源硒用量与稻米硒含量的回归分析，结果见图1至图5。

土壤有效硒含量＜20.00μg/kg 区，稻米硒含量（y）与硒肥用量（x）的一次、二次回归方程分别为：

y=0.153x+0.067，一次回归达极显著水平；

y=-0.063x2+0.269x+0.043，二次回归达极显著水平;

而硒肥喷施量0.9～1.8g/667m2时，稻米中硒含量为0.25～0.32mg/kg，显著高于对照（0.034mg/kg），且在广西地方农产品富硒标准（DB45/T1061-2014）的富硒大米中硒含量标准0.15～0.50mg/kg范围内。

土壤有效硒含量20.00～30.00μg/kg 区，稻米硒含量（y）与外源硒用量（x）的一次、二次回归方程分别为：

y=0.184x+0.039，一次回归达极显著水平；

y=-0.014x2+0.210x+0.033，二次回归达极显著水平；

外源硒用量在0.9～1.8g/667m2时，水稻籽粒中硒含量为0.20～0.43mg/kg，显著高于对照处理（0.02mg/kg），且在广西地方农产品富硒标准（DB45/T1061-2014）的富硒大米中硒含量标准0.15～0.50mg/kg范围内。

土壤有效硒含量30.00～40.00μg/kg 区，稻米硒含量（y）与外源硒用量（x）的一次、二次回归方程分别为：

y=0.259x+0.084，一次回归达极显著水平；

y=-0.034x2+0.322x+0.071，二次回归达极显著水平；

外源硒用量在0.225～0.9g/667m2时，水稻籽粒中硒含量为0.16～0.30mg/kg，显著高于对照处理（0.04mg/kg），且在广西地方农产品富硒标准（DB45/T1061-2014）的富硒大米中硒含量标准0.15～0.50mg/kg范围内。

土壤有效硒含量40.00～50.00μg/kg 区，稻米硒含量（y）与外源硒用量（x）的一次、二次回归方程分别为：

y=0.378x+0.062，一次回归达极显著水平；

y=0.207x2-0.007x+0.144，二次回归达极显著水平；

外源硒用量在0.225～0.90g/667m2时，水稻籽粒中硒含量为0.16～0.28mg/kg，显著高于对照处理（0.13mg/kg），且在广西地方农产品富硒标准（DB45/T1061-2014）的富硒大米中硒含量标准0.15～0.50mg/kg范围内。

施土壤有效硒含量＞50.00μg/kg区，稻米硒含量（y）与外源硒用量（x）的一次、二次回归方程分别为：

y=0.711x-0.058，一次回归达极显著水平；

y=-0.478x2-0.175x+0.129，二次回归达极显著水平；

外源硒用量在0.45～0.9g/667m2时，水稻籽粒中硒含量为0.17～0.34mg/kg，显著高于对照处理（0.11mg/kg），且在广西地方农产品富硒标准（DB45/T1061-2014）的富硒大米中硒含量标准0.15～0.50mg/kg范围内。

图1 土壤有效硒＜20.00μg/kg水平下外源硒用量与水稻籽粒硒含量关系

图2 土壤有效硒20.00～30.00μg/kg水平下外源硒用量与水稻籽粒硒含量关系

图3 土壤有效硒30.00～40.00μg/kg水平下外源硒用量与水稻籽粒硒含量关系

图4 土壤有效硒40.00～50.00μg/kg水平下外源硒用量与水稻籽粒硒含量关系

图5 土壤有效硒＞50.00μg/kg水平下外源硒用量与水稻籽粒硒含量关系

通过分析b值，在5个不同土壤有效硒水平下水稻籽粒中硒含量（y）与外源硒肥用量（x）回归方程中,发现土壤有效硒含量较高的试验区b值较大。也就是说，想要获得相同硒含量的水稻籽粒，土壤有效硒含量越高的地区，对水稻叶面喷施的外源硒用量就越少。试验结果表明，土壤有效硒对水稻籽粒的硒积累有积极的促进作用。水稻籽粒中硒的积累是土壤有效硒和外源硒肥中硒共同作用的结果。因此，在富硒水稻的实际生产过程中，不仅要根据土壤总硒来确定施硒肥的量，还要考虑到土壤中有效硒水平及其他相关指标。

2.3 土壤总硒、有效硒含量与水稻籽粒中硒含量的相关性分析

上述5个试验区的土壤总硒和有效硒含量及水稻自然富硒的籽粒硒含量见表3。

表3 土壤总硒、有效硒与水稻籽粒含量

对5 个试验区的土壤总硒、有效硒含量与水稻籽粒中硒含量进行相关分析，两者之间的相关性研究结果见表4。

表4 水稻籽粒中的硒与土壤总硒、有效硒相关性

结果表明，在不考虑土壤其他相关条件的影响下，水稻籽粒中硒含量与土壤总硒含量、土壤有效硒含量均呈正相关关系。与土壤总硒含量的相关性为0.573*，呈显著正相关；与土壤有效硒含量的相关性为0.691**，呈极显著正相关。因此，在施用硒肥时，不应只考虑土壤总硒对水稻籽粒中硒含量的影响，因为土壤有效硒对水稻籽粒中硒含量的影响更大。

2.4 不同土壤有效硒水平条件下水稻叶面喷施外源硒肥的适用量

不同土壤有效硒水平下，水稻籽粒中硒含量与叶面喷施硒肥用量呈现出线性相关，稻米中硒含量（y）与硒肥施用量(x)在不同土壤有效硒水平下的回归方程见表5。

表5 不同有效硒土壤条件下水稻籽粒硒含量与硒肥用量的回归方程

根据其回归方程，可推算出，不同土壤有效硒水平下，水稻叶面喷施硒肥所需用量与籽粒目标硒含量的线性回归方程分别为：

土壤有效硒＜20.00μg/kg：外源硒用量=(籽粒目标硒含量-0.067)/0.153；

土壤有效硒20.00～30.00μg/kg：外源硒用量=(籽粒目标硒含量-0.039)/0.184；

土壤有效硒30.00～40.00μg/kg：外源硒用量=(籽粒目标硒含量-0.084)/0.259；

土壤有效硒40.00～50.00μg/kg：外源硒用量=(籽粒目标硒含量-0.062)/0.378；

土壤有效硒＞50.00μg/kg：外源硒用量=(籽粒目标硒含量+0.058)/0.711。

根据广西壮族自治区地方标准（DB45/T1061-2014），在广西不同土壤有效硒含量条件下，大米硒含量达到0.15～0.50mg/kg的范围，外源硒施用量范围分别为：

土壤有效硒＜20.00μg/kg：外源硒用量为0.54～2.83g/667m2，平均1.68g/667m2；

土壤有效硒20.00～30.00μg/kg：外源硒用量为0.60～2.50g/667m2，平均1.55g/667m2；

土壤有效硒30.00～40.00μg/kg：外源硒用量为0.25～1.61g/667m2，平均0.93g/667m2；

土壤有效硒40.00～50.00μg/kg：外源硒用量为0.23～1.16g/667m2，平均0.70g/667m2；

土壤有效硒＞50.00μg/kg：外源硒用量为0.29～0.78g/667m2，平均0.54g/667m2。

3 讨论

通过叶面喷施适量外源硒肥，能有效降低水稻空秕率从而使水稻稻米增产[26，27]。本研究中，叶面喷施适量硒肥对稻谷有一定的增产效果，受土壤有效硒含量影响，整体表现出土壤有效硒含量越低，叶面喷施硒的稻谷增产越明显。为追求富硒水稻生产的最高效益，应该要求富硒水稻生产出的大米达到富硒标准的同时还应有增产效应，而本研究结果为：土壤有效硒＜20.00μg/kg 时，外源硒用量在0.225～1.8g/667m2时均能增加水稻稻谷产量，与外源硒的适用量范围（0.54～2.83g/667m2）有重叠部分；土壤有效硒20.00～30.00μg/kg 时，外源硒用量为0.225g/667m2和0.9g/667m2时水稻有增产，0.9g/667m2落在外源硒适用范围（0.60～2.50g/667m2）内；土壤有效硒30.00～40.00μg/kg 时，外源硒用量为0.225～1.8g/667m2时水稻稻谷产量均有提高，且与外源硒适用范围（0.25～1.61g/667m2）有重叠部分；土壤有效硒40.00～50.00μg/kg 时，外源硒用量为0.255～1.8g/667m2时水稻稻谷产量有提高，而此用量与外源硒适用范围（0.23～1.16g/667m2）有重叠部分；土壤有效硒＞50.00μg/kg 时，外源硒用量为0.225g/667m2和0.9g/667m2时水稻稻谷产量有提高，0.225g/667m2在外源硒适用范围（0.29～0.78g/667m2）内。试验结果表明在不同土壤有效硒水平下，叶面喷施外源硒在推荐的适用量范围时，硒肥对水稻也有一定的增产效果。

植物对土壤中硒的吸收是一个主动过程，黄太庆等[28]的研究试验中，水稻籽粒对外源硒的累积量，占外源硒添加总量的0.94%～1.32%。本研究发现，随叶面喷施硒肥用量的增加，水稻籽粒中硒含量也相应增加，而且在获得相同硒含量稻米时，土壤硒含量越高，对水稻进行叶面喷施所需的外源硒用量就越少，表明土壤中的硒能有效促进水稻籽粒中硒的累积，说明土壤中的硒和外源供给的硒都会对水稻籽粒中硒的累积产生影响，是两者共同作用的结果。

土壤有效硒含量水平是指导富硒稻米生产的良好指标[29]。马迅[30]等研究表明，土壤有效硒与水稻不同器官总硒呈显著正相关，这与本研究得出的结论基本符合。张栋[31]等的研究，土壤有效硒含量与水稻籽粒中硒含量呈现显著正相关关系，在实际生产过程中，大多数的水稻田本身所含的硒远不能生产出富硒水稻，还需要适量外源硒肥的供给，才能使水稻籽粒中硒含量达到富硒水平，这与本论文的研究结果相一致。黄彬[32]等研究发现，在土壤总硒含量、土壤有效硒含量分别为0.28mg/kg、6.38μg/kg 的条件下，稻米总硒含量与土壤总硒、土壤有效硒呈正相关，总硒相关度高于有效硒。这与本论文水稻籽粒中硒含量与土壤总硒含量的正相关度低于与土壤有效硒含量的结论相反。本论文在研究土壤总硒和土壤有效硒与稻米总硒含量的关系时，只考虑土壤中总硒、有效硒的影响，而忽略了其他相关条件，水稻籽粒中硒含量与土壤总硒含量、有效硒含量相关性孰低孰高，则需要进一步综合考虑当地土壤除总硒和有效硒外的其他各种条件，比如土壤的酸碱性、有机质含量、土壤养分含量等等。

4 结论

本论文发现稻米总硒含量与土壤总硒和土壤有效硒均呈正相关关系，且与有效硒的相关度高于总硒。而总硒含量高的土壤其有效硒并不一定高。因此，在通过叶面喷施适量外源硒肥来提高水稻籽粒中硒含量以达到生产出富硒大米的过程中，对水稻进行叶面喷施外源硒肥时，除了考虑土壤中的总硒对水稻籽粒硒累积的影响外，还应充分考虑到土壤有效硒。在广西不同土壤有效硒水平下，使大米硒含量达到0.15～0.50mg/kg（DB45/T1061-2014）范围，水稻外源硒叶面强化的适用量范围分别为：土壤有效硒＜20.00μg/kg：外源硒用量为0.54～2.83g/667m2，平均1.68g/667m2；土壤有效硒20.00～30.00μg/kg：外源硒用量为0.60～2.50g/667m2，平均1.55g/667m2；土壤有效硒30.00～40.00μg/kg：外源硒用量为0.25～1.61g/667m2，平均0.93g/667m2；土壤有效硒40.00～50.00μg/kg：外源硒用量为0.23～1.16g/667m2，平均0.70g/667m2；土壤有效硒＞50.00μg/kg：外源硒用量为0.29～0.78g/667m2，平均0.54g/667m2。同时，在此推荐用量下，叶面喷施硒肥对水稻增产效果也较为明显。