淹水条件下叶面喷施硒与海泡石联合降低水稻吸收砷镉的风险

2023-07-13李增飞廖国健石圣杰林晓军陆芳焘刘喜德黄驰超兰加永范稚莲冯人伟

农业环境科学学报 2023年6期

李增飞，廖国健，石圣杰，林晓军，陆芳焘，刘喜德，黄驰超，兰加永，范稚莲，冯人伟*

（1.福建农林大学资源与环境学院，福州 350002；2.广西大学农学院，南宁 530000；3.广西都安县高岭镇农业技术推广站，广西河池 530700；4.广西环江毛南族自治县绿色食品发展站，广西河池 547000；5.广西罗城仫佬族自治县农产品质量安全检测站，广西河池 547000；6.广西河池市农业生态与资源保护站，广西河池 547000；7.广西河池市金城江区农业农村局植物保护站，广西河池 547000）

水稻是世界一半以上人口的主要粮食作物，特别是亚洲[1]，然而这些地域的许多国家都面临着农田镉（Cd）和砷（As）的污染，导致它们在作物中过量积累。据报道，我国19%的农田土壤受到重（类）金属污染，其中以Cd、镍（Ni）、铜（Cu）、As、汞（Hg）和铅（Pb）为主[2]。据调查，我国南方某矿区稻田土壤中Cd、As 含量分别为11.7 mg·kg-1和35.1 mg·kg-1，均高于农业土壤环境质量标准（GB 15618—2018）；而稻米中Cd 和As 含量达1.1 mg·kg-1和0.7 mg·kg-1[3]，分别是食品安全国家标准（GB 2762—2017）的5.5 倍和3.5 倍。同时，西班牙[4]、韩国[5]和越南[6]等国也有As、Cd 单独或复合污染的问题。因此，对农田Cd 和As 污染亟需治理。土壤重（类）金属污染修复技术主要包括：原位钝化[7]、叶面喷施[8]和生物修复[9]等。原位钝化主要通过沉淀[10]、竞争吸附[11]、络合[12]和调节土壤pH[13]等机制来降低植物对重（类）金属的吸收。硒（Se）是人体必需的营养元素，缺Se 可导致甲状腺功能减退症、心血管疾病、免疫系统减弱等疾病[14]。通过土壤施用Se[15]和叶面喷施Se[16]可提高作物中Se 含量，从而达到提高人体Se 摄入量的目的。同时，适量浓度的Se 可缓解各种逆境胁迫，如盐、低温、高温和重（类）金属胁迫[17]。此外，Se还能抑制植物对多种重（类）金属的吸收，包括Cd和As[18]。

但是，在利用Se 降低农作物重（类）金属吸收的过程中，一些外在的不利条件可能会限制这一技术的适用性，但到目前为止，上述问题还未引起重视。例如，Cd在土壤中以阳离子形态存在，而As则以中性分子（三价）或阴离子（五价）形态存在，这些特性导致单独使用Se较难同时降低植物对Cd、As吸收。因此，必须采用联合技术措施以同时降低植物对Cd、As的吸收富集。研究者通过根施Se结合水分管理的方式，试图同时降低水稻对As、Cd的吸收；然而，长期淹水降低了Cd 的有效性，却增加了土壤中As 的有效性[19-21]，使得稻米As含量仍超过其国家标准（0.2 mg·kg-1）[19]。我国水稻种植区域一般降雨较多，经常会面临晒田不充分的情况，而不恰当的晒田时间会影响植物对As、Cd的吸收富集[8]。综上所述，在实践中利用Se 降低植物重（类）金属吸收这一技术可能存在条件限制，需针对其适用范围开展研究，但相关研究还十分缺乏。

海泡石降低植物Cd吸收的效果较好，常被用于土壤Cd 的钝化修复[22-23]。本研究试图在前期Se 配合水分调控的基础上，向水稻根系施加海泡石，探究排水不畅条件下，叶面喷施Se（Na2SeO3）降低水稻As、Cd吸收的适用性及其风险。本研究的主要内容包括：①水稻生长的响应；②水稻籽粒中Cd、As和必需元素的含量；③氨基酸含量和Se在籽粒中的形态差异。

1 材料与方法

1.1 植物培育及土壤处理

将取自广西河池地区都安县的复合污染土壤，放置于试验大棚内自然风干，磨细过20 目筛，充分混合均匀后放置于暗处。取部分过20 目筛的土壤过100目筛，用于测定土壤基本理化性质。土壤中重金属含量（mg·kg-1）为Cd 1.45、As 53.46、Cr 22.64、Ni 9.72、Cu 12.34、Zn 95.57、Pb 80.36，Se 含量为0.38 mg·kg-1，N、P、K2O分别为2.22、1.02、10.04 g·kg-1、速效氮、速效磷、速效钾含量分别为118.25、63.80、151.88 mg·kg-1、有机质含量为33.55 g·kg-1、pH 为6.16。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018），本研究中土壤Cd 和As 均超过各自的标准（在5.5

选取大小均匀、颗粒饱满的水稻种子，放入2%的NaClO 溶液中消毒20 min，先后用自来水及去离子水各清洗2 遍，然后播种于培养基质（蛭石与珍珠岩为体积比1∶1），加入去离子水湿润后置于玻璃温室内培养3 周，培养期间视幼苗长势情况用50% Hoa-gland 营养液滴浇。移苗前一周对塑料桶中的风干土进行淹水，保持3 cm 的淹水层。3 周后，选择大小均匀的水稻幼苗，用去离子水清洗幼苗根系并移栽到塑料桶中，每桶2 株。在水稻的整个生育期间，保持淹水层3~4 cm。Se 肥作为叶面肥另外喷施，在水稻抽穗期和灌浆期喷施，每次每桶喷施已配制的Se肥100 mL。水稻后续整个生长栽培过程均在玻璃温室内进行，采用自然光源，温度15~38 ℃。

1.2 样品采集、处理及测定

水稻成熟收获前测其株高并原位测定水稻根际土Eh 和pH，待盆中土壤水分减少至土壤稀松后，收获水稻并置于尼龙网袋，同时采集相应的根际土壤带回实验室。采集的水稻植株分为根、茎叶和稻穗三部分，称量其茎叶鲜质量。用去离子水对根、茎叶仔细清洗，放入70 ℃烘箱烘干至质量恒定，称茎叶干质量。对稻穗进行脱粒，称200 粒质量。统计每桶水稻产量，收集糙米和稻壳。将根系、茎叶、稻壳和稻米用小型粉碎机进行粉碎后用塑料密封袋保存待测。采回的根际土壤样品自然风干，磨碎，过100 目筛，用塑料密封袋保存待测。

1.3 样品中元素含量测定

土壤及植物样品消解均采用莱伯泰科DigiBlock ED54电热消解仪消解。

土壤样品：称取0.250 0 g 土样至消煮管中，加入10 mL 浓HNO3和4 mL HF，静置一夜后，先以120 ℃加热2 h，再升温至150 ℃，揭盖并将温度调至170 ℃，使管内液体剩余约1 mL，冷却，定容、过滤到50 mL容量瓶中[24]。每批样品加入空白样品及土壤标准样品（GBW07456，地球物理地球化学勘查研究院IGGE）从而进行质量控制。各样品的相对标准偏差（RSD）均小于10%，回收率在85%~120%之间。

植物样品：称取0.200 0 g 植物样品至消煮管中，加入15 mL 浓HNO3，静置一夜。先以80 ℃加热1.5 h，再升温至120 ℃加热1.5 h，最后以150 ℃加热3 h，揭盖并将温度调至180 ℃，蒸发至管内液体剩余约1 mL，冷却，过滤后定容到50 mL 容量瓶中[25]。消解后的植物及土壤样品用电感耦合等离子体质谱仪（iCAP Qc ICP-MS，Thermo Fisher，美国）测定其中的Cd、As、Se 和必需营养元素含量。每批样品加入空白样品及大米粉标准样品（GBW100350，钢铁研究总院分析测试研究所）从而进行质量控制。各样品的相对标准偏差（RSD）均小于10%，回收率在85%~120%之间。

1.4 稻米中氨基酸含量的测定

称取水稻籽粒粉末0.20 g 于20 mL 安瓿瓶中，加6 mol·L-1HCl 水溶液，置液氮中冷冻，然后抽真空至7 Pa 后封口。将水解管放在110 ℃恒温干燥箱中水解24 h。冷却，混匀，开管，过滤，用移液枪吸取适量滤液，在60 ℃下用旋转蒸发仪减压蒸发至干，加入pH=2.2 的柠檬酸钠缓冲液，摇匀，过滤，取上清液上机测定（GB/T 18246—2000）。测定的氨基酸分别为天冬氨酸（ASP）、苏氨酸（THR）、丝氨酸（SER）、谷氨酸（GLY）、脯氨酸（PRO）、组氨酸（HIS）、精氨酸（ARG）、丙氨酸（ALA）、缬氨酸（VAL）、甲硫氨酸（MET）、异亮氨酸（ILE）、亮氨酸（LEU）、色氨酸（TRY）、苯丙氨酸（PHE）和赖氨酸（LYS）。

仪器条件：835-50 氨基酸分析仪（Hitachi Limit-ed，日本），缓冲液流速0.225 mL· min-1，茚三酮流速0.30 mL·min-1，柱温为53 ℃，反应池温度97 ℃。

1.5 稻米中不同形态Se的测定

所用仪器联用系统由三部分组成：高效液相色谱（HPLC）、氢化物发生（HG）、原子荧光检测（AFS）。其中，HPLC部分包括高压泵（SHIMADZU，Tokyo，日本），配有200 µL 定量环的六通进样阀（7725i，Rheodyne，Cotati，美国）和PRP-X100 阴离子交换柱（Hamilton，Reno，NV，美国）。HPLC 流动相为60 mmol·L-1（NH4）2HPO4（pH 6.0，1.0 mL·min-1）；对于HG 部分，还原剂和载体溶液分别为2.0% KBH4（m/V）+0.35%KOH（m/V）和10%HCl（V/V）。检测部分是AFS-820原子荧光光度计，在仪器里使用的激发光源是高性能Se空心阴极灯（General research institute for nonferrous metals，北京），80 mA；光电倍增管负高压为300 V；载气流速和屏蔽气流速分别为400 mL·min-1和600 mL·min-1。

称取稻米粉末样品0.20 g 于15 mL 离心管中，向样品中加入10 mL 1∶2甲醇水，涡旋混匀，超声波超声15 min（室温），离心30 min（5 000 r·min-1），离心后将上清液转移至深紫色锥形瓶中，在40 ℃下用旋转蒸发仪减压浓缩，蒸去甲醇，余下溶液全部过0.45 µm水相滤膜，上机测定[26]。

不同形态Se 的标准物质如下：硒酸根溶液标准物质[Se（Ⅵ），GBW10033]，四价硒标准溶液[Se（Ⅳ），GSB04-1751-2004]，购自中国标准物质网；硒代蛋氨酸（SeMet，S3875），硒代半胱氨酸（SeCys，S1650），购自Sigma-Aldrich公司。

1.6 数据分析

采用单因素并结合多重比较法（Tukey 检验）比较各处理间的差异显著性。本试验中如不另外说明，所有的数据均是3 个重复的平均值。数据统计用SPSS25.0软件分析，用Origin2018软件作图。

2 结果与分析

2.1 根际土壤pH和Eh

如表1 所示，与对照（CK）相比，喷施Se 肥不显著增加根际土壤pH，但显著降低土壤Eh。根施海泡石对pH 和Eh 影响均不显著。与SP30 处理相比，添加Se 不显著降低根际土壤Eh 值，Se1SP30 处理显著增加土壤根际pH，Se5SP30 处理未显著影响土壤根际pH。与SP50 处理相比，额外喷施Se 增加了根际土壤pH 值（0.05~0.97），其中在Se5SP50 处理下显著增加17%，降低了根际土壤Eh值，但影响不显著。

表1 水稻根际土壤pH和EhTable 1 pH and Eh in rhizosphere soil

2.2 水稻生物学指标

如表2 所示，与CK 相比，Se1 处理显著降低了茎鲜质量、产量和结实率；Se5 处理仅显著降低了茎鲜质量，SP30处理显著降低了茎鲜质量、穗质量、200粒质量、产量和结实率；而SP50处理显著降低了茎鲜质量和结实率。与SP30 处理相比，额外添加Se 显著增加了株高（Se5SP30 处理）、200 粒质量（Se5SP30 处理）、结实率。与SP50 处理相比，额外添加Se 显著降低了茎鲜质量和产量（Se5SP50 处理），增加了结实率（Se5SP50 处理），同时降低了穗质量、200 粒质量和分蘖率，但不显著。

表2 水稻生物学指标Table 2 Biological indexes of paddy rice

2.3 水稻籽粒中Se、Cd、As的含量

与CK 相比，随着Se 喷施剂量的增加，籽粒中Se的含量均显著增加；单独喷施5 mg·L-1Se或与海泡石配施均显著增加了籽粒中Cd的含量；Se5处理显著增加了籽粒中As 的含量，而单独根施海泡石未显著影响籽粒中As的含量。与SP30或SP50处理相比，额外喷施Se 均未显著影响籽粒中As 的含量。与Se1 处理相比，根施海泡石未显著影响籽粒中As的含量，却显著增加了籽粒中Cd 的含量；与Se5 处理相比，Se5SP50 处理显著降低了籽粒中As 和Cd 的含量。与SP30 处理相比，额外喷施Se 显著增加了籽粒中Cd 的含量。与SP50 处理相比，额外喷施Se 未显著影响籽粒中Cd 的含量。当喷施Se 剂量≤1 mg·L-1时，根施海泡石未显著影响籽粒中Se 含量，当喷施5 mg·L-1Se时，根施海泡石显著降低了籽粒中Se含量（图1）。

图1 水稻籽粒中Se、Cd和As的含量Figure 1 Content of Se，Cd and As in grains

2.4 水稻籽粒中必需营养元素的含量

由表3 可知，与CK 相比，Se 或者海泡石单一施用，趋向于降低籽粒中的K 和Fe 含量，而增加Mn、Cu和Zn 的含量。Se1 处理显著降低了水稻籽粒中K 和Fe 含量，其中Fe 含量降低60.30%；Se5 处理显著降低了籽粒中K 的含量，而Mn、Cu 和Zn 含量分别显著增加12.22%、43.03%和35.17%；SP30 和SP50 处理均显著降低籽粒中的K和Fe含量，而显著增加了Zn含量。与SP30 处理相比，额外喷施Se 降低了籽粒中Mg（Se5SP30）、Ca、Mn（Se5SP30）和Fe 的含量。与SP50处理相比，额外喷施Se 降低了籽粒中Mg（Se5SP50）、Ca（Se5SP50）、Fe和Zn的含量。

表3 水稻稻米中Mg、K、Ca、Mn、Fe、Cu和Zn含量（mg·kg-1）Table 3 Content of Mg，K，Ca，Mn，Fe，Cu and Zn in grains of paddy rice（mg·kg-1）

2.5 不同处理对水稻籽粒中氨基酸含量的影响

如表4 所示，与CK 相比，Se1 处理显著增加了籽粒中ARG 和TRY 的含量，其中TRY 含量增加了57.14%。Se5、SP30和SP50处理未对籽粒中的氨基酸含量有显著影响。与SP30处理相比，额外喷施1 mg·L-1Se 肥处理，籽粒中GLU、ARG、MET、TRY 和PHE的含量分别显著增加了8.72%、20.00%、35.00%、55.17%和16.07%；而额外喷施5 mg·L-1Se 肥处理未对籽粒中的氨基酸含量有显著影响。与SP50处理相比，额外喷施1 mg·L-1Se 显著增加了籽粒中ARG 和TRY 的含量，分别增加了15.07%和44.83%，同时也显著降低了VAL 的含量；额外喷施5 mg·L-1Se 肥处理，籽粒中的ASP、ARG、LEU、TRY 和PHE 的含量显著增加了11.83%、9.59%、11.36%、27.59%和10.53%。

表4 水稻稻米中氨基酸比例（%）Table 4 Percentages of different amino acids in the grains of paddy rice（%）

2.6 籽粒中不同形态硒的含量及比率

四种硒形态标准溶液的色谱图见图2a。与CK相比，单独添加Se 显著增加了SeCys，Se5 处理显著增加了SeMet 和Se（Ⅳ）含量，而Se1 处理并未检测出SeMet。与Se1 处理相比，额外根施海泡石显著降低了SeCys 含量，未显著影响Se（Ⅳ）和SeMet 含量。与Se5 处理相比，额外根施海泡石显著降低了SeCys 和Se（Ⅳ）含量；而Se5SP30处理显著增加了SeMet含量，Se5SP50处理显著降低了SeMet含量（图2b）。

图2 硒形态标准物质的色谱图（a）和稻米中不同形态Se含量（b）及比例（c）Figure 2 Chromatograms of Se-species in standard substances（a）and content（b），percentages of different Se speciation（c）in grains

对照处理中，籽粒中硒主要是SeMet，其次为Se（Ⅳ）。单独添加1 mg·L-1Se 后，籽粒中的Se 形态主要由SeCys 和Se（Ⅳ）组成，其中以SeCys 居多。添加5 mg·L-1Se 后，SeCys 比例降低，Se（Ⅳ）和SeMet 比例增加。与Se1 处理相比，Se1SP30 处理降低了SeCys和Se（Ⅳ）比例，而增加了SeMet比例；Se1SP50处理降低了SeCys 比例，而增加了Se（Ⅳ）比例。与Se5 处理相比，Se5SP30处理降低了SeCys和Se（Ⅳ）比例，而增加了SeMet 比例；Se5SP30 处理降低了SeCys 比例，而增加了SeMet比例（图2c）。

3 讨论

3.1 土壤pH和Eh的变化

土壤pH 和Eh的变化，会影响重（类）金属的存在形态，进而影响其生物有效性。海泡石是一种黏土矿物（含水硅酸镁），属于碱性肥料。海泡石具有较高的比表面积和同晶替代现象[Fe 和Mg 容易替代铝氧八面体中的铝（Al）]，使得其具有较大的电荷[27]。但本研究中根施海泡石却不显著降低根际土壤的pH，其可能的原因有：

（1）本研究中以阴离子形态存在的植物必需营养元素以及有机质含量相对丰富。根据全国第二次土壤普查养分分级标准，全N 含量>2 g·kg-1、全P 含量>1 g·kg-1时，土壤N 和P 养分分级为一级；而有机质含量（带有大量负电荷）30~40 g·kg-1时，土壤有机质含量属于二级标准（较丰富）。因此，本研究中较低的阳离子含量以及较丰富、带有负电荷的阴离子基团可能过剩，其对阳离子的束缚导致阳离子释放能力较弱。

（2）Mg及其他阳离子被植物吸收，同时释放出质子所导致。本研究的土壤中K2O、Cu（我国土壤平均含量为22 mg·kg-1）[28]、Ni（我国土壤平均含量为24.9 mg·kg-1）[29]等阳离子含量分别为10.04 g·kg-1、12.34 mg·kg-1和9.72 mg·kg-1，其含量较一般土壤低，特别是K[根据全国第二次土壤普查养分分级标准，土壤全钾（K2O）含量<5~10 g·kg-1的土壤属于K较缺乏土壤]。

（3）长期淹水导致还原性物质的富集。淹水条件不利于有机质的分解，厌氧细菌分解有机质不完全，产生大量还原性物质，导致土壤Eh 降低，使Cd（或其他阳离子）与土壤中的硫形成溶解度较低的硫化物，降低Cd以及其他阳离子的生物有效性[30]。

上述原因最终导致土壤能供应的阳离子不足，而植物应激分泌更多的酸性物质；本研究所用土壤有机质含量较高，长期淹水导致其分解不完全，易产生酸性物质，其有利于土壤pH 值的降低[31]。上述综合作用可增加土壤阳离子溶解度，最终导致：①不同处理下Cd 含量超标（甚至是促进Cd 吸收的现象）；②水稻根际土壤pH 显著低于土壤本底值[6.16（本底值）vs 5.75（CK 处理下）]。上述离子吸收平衡理论也可用于解释叶面喷施Se 导致根系pH 增加的现象（虽然统计学上不显著，但是相对于CK 处理，Se5 处理增加根际土壤pH 达0.17 个单位）。这可能是由于四价Se 以阴离子形态存在，当叶片喷施Se 时，植物应激导致其根系排出氢氧根离子，以减少根系阴离子Se（或其他相对过量阴离子）的吸收，从而有增加土壤pH 的趋势。

长期淹水条件使土壤处于还原条件，而Se 施加后一般会在土壤微生物的作用下被还原成更低价态的Se[32]。因此，叶面喷施Se 导致植物根际土壤Eh 值的降低可能是水稻根系的一种应激反应，促进植物根系还原条件进一步发展，有利于Se 化合物的还原。与上述结果一致的是：在单独加入海泡石基础上叶面喷施Se 对根际土壤Eh 均有不显著的降低。但上述推测需要进一步试验证实，特别是Se 加入后土壤中负责Se还原的微生物种群数量的变化。

3.2 水稻生长和产量

适量的Se 可以提高作物的产量和品质，浓度过高则会对植物产生毒害作用[8]。Teixeira 等[33]研究发现，外源Se 可促进水稻生长发育，提高其产量和品质。但当Se 浓度超过0.8 mg·kg-1时，水稻幼苗生长受到抑制[34]。袁伟玲等[35]研究发现，当喷施Se浓度大于2.0 mg·L-1时，抑制生菜的生长使产量降低。本试验中，单独叶面喷施1 mg·L-1Se 显著降低了茎鲜质量、产量和结实率；单独叶面喷施5 mg·L-1Se 仅显著降低了地上部分鲜质量。其结果与Teixeira 等[33]的研究结果不一致，这可能与不同水稻品种、长期淹水条件、Se 的添加剂量、土壤自身阳离子供肥潜力、以及Se 可能对As、Cd 吸收促进有关。本试验还发现SP30处理显著降低了茎鲜质量、穗质量、200 粒质量、产量和结实率；而SP50 处理仅显著降低了茎鲜质量和结实率，这表明在本研究条件下，海泡石处理会对水稻生长产生不利影响。与SP30单独处理相比，5 mg·L-1Se 增加了水稻株高（Se5SP30 处理）、200 粒质量（Se5SP30 处理）和结实率，表明低剂量（SP30）海泡石处理下，叶面喷施Se对水稻生长有一定的促进作用。

3.3 籽粒中Cd和As含量

笔者前期研究发现，叶面喷施8 mg·L-1Se可以显著降低稻米中Cd、As含量[19]；且Shanker等[36]对菜豆研究发现，根施外源Se 也显著降低了菜豆Cd 的吸收。在本试验中，单独喷施高剂量Se（5 mg·L-1Se）和加入高剂量（SP50）海泡石均显著增加了籽粒中Cd 含量（图1b）；对As 而言，单独喷施高剂量Se 增加了水稻籽粒As 的含量（图1c）。SP30 处理下，喷施Se 反而促进了籽粒中Cd 的含量（图1b）；在喷施高剂量Se 基础上施加高剂量海泡石显著降低籽粒中As 和Cd 的含量（图1b、图1c）。本试验中，影响水稻籽粒As、Cd 吸收富集的因素存在以下几点：

（1）Se的添加剂量。有报道表明，Se对水稻Cd吸收的影响取决于Se和Cd 的暴露浓度，当营养液中Cd含量较高时，添加高浓度Se 会提高水稻对Cd 的吸收[19]。廖宝凉等[37]对水稻研究发现，低浓度的Se对As表现出拮抗作用，而较高浓度的Se 对As 毒性具有协同作用。本研究也发现相似的剂量效应，即不合适的Se 剂量或生长条件促进水稻籽粒中Cd 和As 的富集。例如，与单独海泡石处理相比，叶面喷施Se 处理虽然显著促进了根际土壤pH 值，但却显著增加了水稻籽粒中Cd 的含量（图1b，仅在30 mg·kg-1海泡石处理下）。上述结果表明，SP30 处理下，Se 可能促进了水稻Cd 向籽粒中的转运。Se 促进Cd 的转运也被其他研究者发现，其可能与Se 促进了参与Cd 向地上部分转运基因的表达有关（HMA2和HMA4）[38-39]。

（2）土壤淹水条件。据报道，淹水可以显著降低水稻糙米中Cd 含量、增加As 的富集；而旱作可增加水稻籽粒中的Cd 含量、降低As 的富集[19，40]。因此，本研究中淹水条件促进了土壤As 有效态含量的增加，其导致叶面喷施Se 不仅没有抑制籽粒中As 含量，反而增加了其富集。长期淹水在理论上应该对土壤Cd的有效性不利，但本研究中由于上文提及的原因导致植物过量吸收Cd，且喷施Se 和加入海泡石并未降低籽粒Cd的含量。

（3）根际土壤pH 变化。淹水不仅可以影响土壤pH值，还可以改变土壤的氧化还原条件。土壤高pH有利于Cd吸附、沉淀[41]。本试验中施加海泡石降低了根际土壤pH，其有利于水稻籽粒中Cd富集。与单独Se5处理相比，Se5SP50处理却显著降低了籽粒中Cd的含量（图1b），其可能与显著增加的根际土壤pH值有关。

3.4 籽粒中必需营养元素、不同形态Se和氨基酸含量

报道表明：合理施用微量元素Se 可促进作物生长，提高作物对养分的吸收能力，有效改善作物营养品质；过量施Se 会造成离子毒害，影响作物正常生长发育和其他矿质营养元素的吸收利用[39]。例如：Arvy等[42]的研究发现，Se 会增加植株对Cu 和Zn 元素的吸收。方勇等[43]研究表明，对水稻叶面喷施Se 肥，适宜的Se 浓度可以提高水稻籽粒中的Se 含量，有利于稻米中Mn 元素的吸收。本试验中，Se5 处理显著增加了Mn、Cu 和Zn 的含量，其可能与水稻叶片光合修复有关。例如，于颖等[44]通过大豆盆栽试验证明，低浓度Se 能使大豆叶片中必需的微量元素Mg、Fe 和Mn含量显著提高，使叶绿体膜结构保持完好，使大豆生长较为正常。本研究中在加入海泡石基础上，额外喷施Se 未对水稻籽粒必需营养元素的含量有提升作用，反而在一定条件下抑制了籽粒中一些元素的含量（表3）。例如，与单独SP30 处理相比，Se5SP30 处理显著降低了籽粒中Mg、Ca、Mn 和Fe 的含量。上述结果表明，Se 对植物必需营养元素含量的影响可能有条件限制，但其机理还需要进一步研究。

Zhang 等[45]试验表明，叶面喷施Se 肥可显著提高水稻籽粒中Se含量，本试验中，随着Se喷施剂量的增加，籽粒中Se 的含量也显著增加，其中单独喷施5 mg·L-1Se 肥处理，籽粒中Se 含量显著提高2 934%。植物体内Se可取代巯基（—SH）中的S，形成硒代氨基酸，上述过程会对植物的氮代谢、硫代谢和氨基酸代谢产生影响[46]。SeMet 是大豆、水稻和小麦等农作物中硒代氨基酸的主要成分[47]。Luo 等[16]发现叶面喷施Se 肥可有效将花生植株内的无机Se 转化为有机Se，增加SeCys 和SeMet 含量。杨玉玲[48]研究发现，随着叶面喷施Se 肥浓度的增加，蛋氨酸含量也显著增加。在本试验中，Se5 处理下，籽粒中Se（Ⅳ）、SeCys 和SeMet含量均显著增加，而Se1处理并未检测出SeMet。同时发现，高剂量Se促进了SeMet占比的增加，而低剂量（1 mg·L-1）Se促进了SeCys占比的增加，这可能与植物体内无机Se和有机Se的转化过程有关。

有研究表明，在小麦、水稻和小白菜上施Se 可提高水稻籽粒及小白菜氨基酸含量，改变小麦氨基酸组成[44]。本试验中，Se1 处理使籽粒中TRY 和ARG 含量分别显著提高57.14%和18.57%。单独施用海泡石或喷施5 mg·L-1Se对水稻氨基酸含量无显著提高作用，而海泡石与Se 肥配施可显著提高ASP、APG、MET、GLU、TRY、PHE、LEU和ARG含量（表4），表明单独喷施低剂量Se 肥或与海泡石联用可以更好地提高籽粒中部分氨基酸的含量。