硅、硒复合喷施对旱稻硒吸收、产量及品质的影响

索常凯，罗洁，蒲敏，阮向阳，肖乐乐，冶军，侯振安

(石河子大学农学院，新疆 石河子 832003)

在全球水资源短缺的背景下，发展节水农业具有重要的战略意义[1]。因此，培育产量高、品质优、耐干旱的水稻品种显得尤为重要。旱稻，又称为陆稻，是能在干旱缺水条件下种植的水稻品种，具有耐旱性强、适应性广等特点，发展旱稻生产对保障粮食安全具有重要意义[2]。

硒(Selenium，Se)是人体所必需的微量元素之一，对人体健康具有不可替代的作用；同时，也是植物生长有益的元素[3]。大量研究表明[4]，硒是人与动物必需的微量元素，在植物中同样发挥着重要的作用[4]。通过增强水稻籽粒吸收硒的能力，间接地用饮食来提高人体对硒的摄入量是一种既安全又有效的补硒措施[5]。研究表明[6]外源施硒能够显著增加藤茶根、茎叶的生长，并能够增加花序的重量。通过叶面施氨基酸硒肥可以改善葡萄叶片质量，提高叶片中叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量，从而增加植物的光合作用[7]。前人也通过硒在植物生长过程中的不同作用等研究，证实了适量浓度的硒对植物生长、产量以及品质等方面都有积极的促进作用[8]。

众多的研究报道水稻的产量与品质既受遗传基因所控制，也与施肥措施密切相关，然而除了肥料中水稻必需的元素氮、磷、钾以外，硅(silicon，Si)对水稻产量和品质也有重大作用[9-11]。硅在地壳中占第2位，仅次于氧。水稻植株中含有大量的硅，其植株硅含量可达10%～15%，比氮、磷、钾含量的总和还要多。1926年美国加州大学Sommer[12-15]提出水稻是喜硅作物，硅是水稻良好生长所必需的元素。

在前人研究中，已经证实了硅、硒能够促进水稻产量品质的提高，但在硅、硒配施对水稻生长及品质方面的研究较少，而针对旱稻的研究几乎空白。本研究旨在通过硅、硒复合喷施，探索硅、硒配施对旱稻硒吸收转运的作用机制以及对产量品质的影响，为栽培富硒高品质旱稻提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验区位于石河子农业科学研究院试验站，属温带大陆性干旱气候，年平均气温7～8 ℃, 日照时数2 300～2 700 h, 年降雨量180～270 mm, 年蒸发量1 000～1 500 mm。田间试验于2020年5～10月进行，供试土壤类型为灌耕灰漠土，质地为壤土，耕层土壤基本理化性状见表1。供试硒肥为分析纯亚硒酸钠(Na2SeO3)，硅肥为偏硅酸钠(Na2SiO3)，供试作物为旱稻(旱香1号)。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验于2020年在石河子农业科学研究院试验站内进行，供试作物为旱稻(旱香1号)，供试土壤为灌耕灰漠土，采用两因素随机区组试验，设置3个硒水平：0、0.013、0.026 g·L-1(Se0、Se2、Se4)和4个硅水平0、6、12、24 g·L-1(Si0、Si6、Si12、Si24)，于抽穗、灌浆、齐穗3个时期喷施，每次喷施溶液用量为300 L·hm-2, 共计12个处理，每个处理重复3次，小区面积36 m2。施肥时将硅、硒肥按照用量溶于喷壶中，选择无风、湿度较大的早晨或傍晚喷施，用塑料薄膜将处理以外的旱稻及地面进行覆盖，处理四周用泡沫板围起，确保肥料完全施于处理中，以免造成试验偏差和污染，空白处理只喷施清水。

旱稻于5月3日播种，9月25日收获，采用覆膜种植，一膜两管四行，膜宽70 cm，膜间距30 cm，行距配置为(10+20+10)cm，旱稻植株间距10 cm。磷肥(P2O5)90 kg·hm-2；钾肥(K2O)90 kg·hm-2，磷钾肥作为基肥播种前一次性施用，氮肥使用尿素(含氮量46%)，用量为276 kg·hm-2，随水滴施，灌水周期7～12 d。其他栽培管理措施参照当地大田。

1.2.2 样品采集与测定

(1)各部位硒含量测定。采用GB 5009.93—2017《食品中硒的测定》测定，设置空白对照并使用国家标准物质(植物标准物质为 GBW 07604，Se标准物质为GSB-04-1751-2004)进行质量控制，测定样品回收率均在95%～105%之间。植株全硒含量测定所用仪器为海光LC-AFS 9800原子荧光光度计。

(2)各部位硅含量测定。参考华海霞《硅钼蓝比色法测定植株中的硅》。设置空白对照并使用国家标准物质(植物标准物质为 GBW 07604，Si标准物质为 GSB-04-1752-2004(a))进行质量控制，测定样品回收率均在95%～105%之间。

(3)旱稻产量及其构成因素。旱稻成熟后每个处理随机连续取5穴，每个处理3个重复取样后调查其产量构成因素，包括每个处理小区的穗数、穗粒数、成穗率、穗粒数、结实率、千粒重，从而计算产量。

(4)品质指标的测定。

精米率=精米重量(g)/稻谷试样重量(g)×100%。

整精米率=整粒精米重量(g)/稻谷试样重量(g)×100%。

垩白粒率=垩白米粒数/试样总粒数×100%。

长宽比：各取整精米 10 粒，并排后测量其长度和宽度，分别求出平均值，精确到0.1 mm(长宽比=米粒平均长/米粒平均宽)。直链淀粉含量：参照 GB/T 17891—1999《优质稻谷》规定的方法进行测定。胶稠度：参照 GB/T 17891—1999《优质稻谷》规定的方法进行测定。蛋白质含量：凯氏定氮法进行测定。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行整理，SPSS 21.0软件进行方差分析。

2 结果分析

2.1 收获期干物质积累

由表2可知，收获期旱稻各器官干物质分配比例顺序为：籽粒>颖壳>茎>叶>根。施硒对各处理平均干物质总量无显著影响。Se0条件下，各硅肥处理茎秆平均干物质量显著高于Se2和Se4。Se2条件下，颖壳、籽粒平均干物质量较Se0显著增加。Se4条件下地上部干物质量较Se0无显著差异。

表2 旱稻收获期各器官干物质累积 kg·hm-2

2.2 收获期各器官硒含量和硒累积量

由表3可知，Se2、Se4处理后，根、茎、叶和籽粒硒含量均显著高于Se0。Se0条件下，各硅肥处理颖壳平均硒含量与茎叶基本持平，但籽粒硒含量较低，可能是籽粒灌浆稀释了硒的浓度导致，根硒含量在0.007～0.015 mg·kg-1之间，籽粒硒含量仅在0.007～0.030 mg·kg-1之间，不满足富硒稻谷国家标准规定的最低硒含量要求 0.04 mg·kg-1。Se2条件下，颖壳平均硒含量较Se0有所降低但籽粒显著提升，可能是硒向籽粒中转运导致，除Si0外，茎、叶硒含量分别达0.082～0.106 mg·kg-1和0.056～0.093 mg·kg-1，籽粒硒含量也在0.041～0.063 mg·kg-1之间，满足富硒稻谷国家标准(0.04～0.30 mg·kg-1)，其中Si24处理茎、叶、籽粒硒含量显著高于其它处理。Se4条件下，根部和茎秆硒含量较Se0显著提升，可能是硒通过韧皮部向下转运，茎、叶硒含量分别为0.046～0.116 mg·kg-1和0.046～0.101 mg·kg-1，除Si0外，籽粒硒含量达0.040～0.057 mg·kg-1，满足国家稻米富硒标准，Si24处理根、茎、叶和籽粒硒含量显著高于其它处理。

累积量方面，各器官硒分配情况为籽粒>茎>叶>颖壳>根。Se2、Se4处理总硒累积量显著高于 Se0处理。Se0条件下，植株总硒累积量为72.73～316.82 mg·hm-2，Si24处理茎、叶、颖壳和籽粒硒累积量均显著高于其它处理。Se2条件下，总硒累积量达到136.05～514.8 mg·hm-2，根、茎、叶硒分配较Se0显著提升，颖壳硒分配较Se0降低但籽粒提高，可能是硒从颖壳开始向籽粒转运，Si24处理茎、叶和籽粒硒累积量显著高于其它处理。Se4条件下，各硅肥处理的总硒累积量达到151.52～512.03 mg·hm-2，随着施硒量增加，茎秆和叶片硒累积量较Se2变化不大，根部硒累积量超越颖壳，一方面可能是颖壳中的硒向籽粒转运，另一方面茎秆和叶片中的硒通过韧皮部向根部转运导致，Si24处理茎、叶、颖壳和籽粒硒累积量显著高于其它处理。

表3 收获期各器官硒含量和硒积累

2.3 收获期各器官硅含量和硅累积量

由表4可知，整体来看，随着硅肥用量提升，各处理硅含量呈上升趋势，地上部各器官均以Si24处理最高。Se0条件下，Si24处理茎、叶和籽粒硅含量较CK 分别提高了1.7、1.5和1.7倍。Se2条件下，Si24处理茎、叶和籽粒硅含量较CK 分别提高了1.8、2.3和2.5倍。Se4条件下，Si24处理茎、叶和籽粒硅含量较CK 分别提高了1.6、1.8和2.0倍。

累积量方面，整体来看，各处理随着硅用量增加，总硅累积量呈上升趋势。各器官硅分配情况为籽粒>叶>茎>颖壳>根。各硅肥处理中以Si24处理各器官硅累积量最高。Se0条件下，Si24处理茎、叶和籽粒硅累积量较CK 分别提高了1.9、1.5和2.3倍。Se2条件下，Si24处理茎、叶和籽粒硅累积量较CK 分别提高了1.7、1.7和2.5倍。Se4条件下，Si24处理茎、叶和籽粒硅累积量较CK 分别提高了1.5、1.8和2.6倍。

表4 收获期各器官硅含量和硅积累

2.4 产量及其构成因素

由表5可知，各处理在成穗率和穗粒数方面无显著差异。随着施硅量增加，千粒重和结实率趋于上升。Se0、Se2、Se4条件下，各硅肥处理千粒重和结实率均以Si24最高，较CK千粒重分别提升了5.3%、6.5%和5.8%，结实率较CK分别提高了5%、11%和13%。各处理以Se2-Si12产量最高，较CK增产15.9%。以上结果说明，施硒对旱稻穗粒数、千粒重和结实率方面均无显著影响，而施硅可在一定程度提升千粒重和结实率从而提高产量。

表5 不同处理下旱稻产量及其构成因素

2.5 品质

由表6可知，稻米碾磨品质总体表现为，精米率和整精米率随着硅、硒施用水平的提高整体呈上升趋势。Se2、Se4处理后，旱稻籽粒精米率和整精米率显著高于Se0。Se4条件下，各硅肥处理精米率和整精米率分别在65.1% ～ 73.9% 和57.5% ～ 68.9%之间，较Se0条件下，各硅肥处理精米率和整精米率平均提高了5.6% 和7.2%。以上结果说明硅、硒配施可在一定程度提高稻米的碾磨品质。

进一步分析旱稻籽粒外观品质可知，外观品质总体表现为，随着硅、硒肥施用水平的提高，垩白粒率和垩白度整体呈下降趋势，Se2、Se4条件下，各硅肥处理间垩白粒率和垩白度差异不显著，且显著低于Se0，其中Se2条件下各硅肥处理较Se0条件垩白粒率和垩白度平均降低了1.9% 和 0.7% 。籽粒长宽比各处理间无显著差异，说明硅、硒肥施用对旱稻粒型无显著影响。以上结果说明，硅、硒配施优化了稻米的外观品质，但对粒型影响不显著，各处理中以Se2-Si24处理外观品质最优。

影响米饭综合适口性的因素很多，除去不同地域居民对米饭的喜好不同外，蛋白质含量、胶稠度等理化性状也对综合适口性的优劣有影响。食味品质总体表现为，随着硅、硒施用水平提高，直量出现降低，胶稠度和蛋白质含量趋于上升。Se2条件下，各硅肥处理较Se0直链淀粉含量无明显差异，胶稠度和蛋白质含量显著升高，其中Si24处理胶稠度与蛋白质含量显著高于其它处理，较CK胶稠度和蛋白质含量提高了6.3% 和 16.7%。Se4条件下，各硅肥处理直链淀粉含量显著低于Se0、Se2条件，胶稠度和蛋白质含量较Se0、Se2则显著提高，其中Si24处理直链淀粉含量最低，较CK直链淀粉含量降低了1.4% ，胶稠度和蛋白质含量最高，较CK提升了13.8% 和 2.5%。直链淀粉含量高则稻米硬度大、黏度小，蛋白质含量过高也会影响稻米食味品质。以上结果说明，硅、硒配施可降低稻米直链淀粉含量从而提升了胶稠度，使米饭香软，但蛋白质含量会有所提升，影响口感。综合各项指标来看，Se4-Si6处理食味品质最优。

表6 不同处理下稻米品质测定

3 讨论

黄阔等[16]认为，硅元素能够通过提高植物组织的稳定性，减轻金属毒害，增强作物对高温、干旱、寒冷的抗逆性；通过硅转运蛋白吸收硅酸盐，诱导作物抗逆酶的产生，增强抗病性，抵御病虫害侵染来促进植物生长发育。孙玉华[17]研究发现，硅肥能够显著提高晚机插水稻的分蘖数和最终有效穗数，对叶绿素值有一定的促进作用，提高了千粒重，但对植株形态影响较小，最终对产量提高作用明显。贾玮等[18]则认为低浓度的硒可增强作物的耐胁迫能力，增强光合作用，促进作物生长。本试验通过硅、硒复合喷施，观察硅、硒配施对旱稻产量及构成因素的影响，同时比较配施与硅、硒单独施用对旱稻产量造成的影响。由试验结果可知：硅、硒配施后，以Se2-Si12产量最高，较CK增产15.9%。相较于单施硒、单施硅后提高了旱稻茎秆机械强度，影响叶片气孔促进光合，从而在一定程度上提高了穗粒数、千粒重等部分产量构成因子来提高旱稻产量。在本试验中，旱稻千粒重和结实率随着硅肥施用量增加，各指标均显著提升。Se0条件下，Si24处理千粒重和结实率较Si0分别提升了10.4% 和5%。Se2条件下，Si24处理千粒重和结实率较Si0分别提升了10.2% 和13%，与前人研究结果基本一致。

硅、硒肥合理施用不仅能促进水稻生长、提高水稻产量还能有效提高稻米品质。研究表明[19]，叶面喷硒也可以提高植物根系的活力。除此以外，还能提升丙二醛的活力，降低亚铁对植物的伤害[20-21]。刘春菊等[22]认为，叶面喷施硒肥能够显著增加玉米总硒含量及有机硒含量，且随着施硒浓度增加而显著增加。马洁等[23]研究表明不同施硒处理均可以显著提高茎杆、叶片中硒含量，且喷施效果显著高于基施。方勇等[24]试验表明，施以一定浓度的硒肥可以改善大米中蛋白质的含量。在喷施硒肥(75 g·hm-2)后，水稻籽粒的粗蛋白含量显著高于对照。杜同庆等[25]研究认为水稻喷施硅肥可以提高稻米精米率和整米率，降低稻米垩白粒率、垩白度，降低直链淀粉含量，提高蛋白质含量。刘平远[26]研究发现，施用硅肥后两个品种的糙米率、精米率和整精米率均随着硅肥施用量的增加而逐渐提高，垩白率、垩白大小和垩白度逐渐减小，加工品质和外观品质得以改善，稻米直链淀粉含量降低，胶稠度和蛋白质含量以及食味值均有所提高。在本试验中，无论单施硅或单施硒都能对稻米品质产生一定的促进作用，硅、硒配施效果则优于硅、硒单独施用，硅、硒配施后使旱稻充分灌浆，籽粒饱满，其中Se4-Si24处理较CK精米率和整精米率提升了19.6%和24.8%，垩白粒率和垩白度下降了9.7%和2.4%，直链淀粉含量下降了1.4%，胶稠度提高了13.8%，旱稻各方面品质都有所提升，在此基础上，硅、硒配施也使籽粒硒含量也达到了国家稻米富硒标准，为种植高品质富硒稻米提供理论依据。

王永锐等[27]发现硅能缓解过量硒对水稻幼苗的毒害,可能是由于可溶性硅酸盐水解生成凝胶状的H2SiO3,H2SiO3能够吸附硒,从而避免过量的硒与植物的蛋白质结合。徐向华等[28]经盆栽水稻实验,发现单施硒处理的稻米硒含量仅为硒硅共施处理稻米的66%,硒硅共施还能有效提高作物中的硒含量。在本试验中，随着施硒量增加，旱稻出现减产，可能是由于硒浓度过高导致，籽粒中硒含量也未达到国家稻米富硒标准，而施硅后提高了稻米产量并促进了籽粒对硒的吸收能力，并使籽粒硒含量达到国家稻米富硒标准。分析其原因，首先是施硅后抑制了硒浓度过高导致的毒害，从而实现增产，籽粒硒吸收能力增强可能是施硅后叶片内气孔、角质层等一些结构发生变化，或一些酶类活性发生变化，使硒源能够更加顺利的通过叶片运输到籽粒中，也可能硅、硒本身存在交互作用，还需进一步研究。

4 结论

(1)硅、硒配合施用较单施硒，可在不同程度上增加各器官硒含量，特别是籽粒硒含量达到国家稻米富硒标准，可为富硒稻米的生产调控提供一定的理论依据。

(2)单施硒条件下，随着施硒量增加，Se2、Se4处理平均产量较CK降低了8% 和22%，减产明显。硅、硒配施后，Se2、Se4条件下Si24处理千粒重较CK提高了6.5% 和5.8%，结实率较CK提高了11% 和13%，施硅后可通过提升旱稻千粒重、结实率等产量构成因素实现增产，且硅、硒配施增产效果优于单施硅。

(3)硅、硒单独施用均可在一定程度提升稻米品质。硅、硒配施效果则优于单施，主要表现在配施后可提升精米率、整精米率来提高加工品质，通过降低垩白度和垩白粒率来提升外观品质，并且降低直链淀粉含量提升胶稠度，从而改善食味品质。