鄒盼 廖莎 肖強(qiáng) 陳翊杰 朱相成,3*

（1宜春學(xué)院 生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西 宜春 336000；2宜春市袁州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 宜春 336000；3江西省高等學(xué)校 硒農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，江西 宜春 336000；第一作者：1372782679@qq.com；*通訊作者：workmail_zhuxc@163.com）

硒是人體生長(zhǎng)發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素。我國(guó)有72%的縣市土壤不同程度缺硒，人群中缺硒現(xiàn)象普遍存在[1-2]。富硒農(nóng)產(chǎn)品是補(bǔ)硒的理想途徑。水稻是我國(guó)一半以上人口的主要口糧作物，食用富硒大米可有效改善我國(guó)居民硒營(yíng)養(yǎng)缺乏的狀況[3]。目前，施用硒肥是提高稻谷硒含量的主要措施，但硒肥存在成本較高、硒殘留污染、施用量不易掌握等問(wèn)題[4-5]。所以，研究天然富硒稻作技術(shù)對(duì)發(fā)展生態(tài)高值農(nóng)業(yè)具有重要意義。作物硒積累不僅受土壤硒含量影響，還與土壤硒形態(tài)及其生物有效性密切相關(guān)[6-7]。酸堿度（pH）、氧化還原電位（Eh）、有機(jī)質(zhì)含量、礦物含量等對(duì)土壤硒的有效性均有重要影響[8-10]，而施肥、水分管理、石灰施用等栽培措施可顯著改變土壤pH、Eh等特征，從而影響土壤硒的有效性及稻谷硒含量[11-13]。唐紅琴等[14]發(fā)現(xiàn)，紫云英還田可促進(jìn)土壤有效硒釋放，提高稻谷硒含量。張青等[15]和狄雪榮等[16]研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)水灌溉會(huì)增加稻田土壤Eh和pH，增加土壤硒酸鹽和亞硒酸鹽等有效態(tài)硒的含量，從而促進(jìn)水稻硒積累。但上述研究多采用單點(diǎn)田間試驗(yàn)，而不同試驗(yàn)點(diǎn)的種植管理制度、生態(tài)環(huán)境千差萬(wàn)別，研究結(jié)論存在明顯差異，區(qū)域尺度上栽培技術(shù)對(duì)稻谷硒含量影響的研究報(bào)道少，而且富硒栽培技術(shù)對(duì)稻谷硒含量和產(chǎn)量的協(xié)同影響尚不清楚。為此，本研究收集國(guó)內(nèi)外不同水稻種植區(qū)域的相關(guān)文獻(xiàn)，然后提取文獻(xiàn)結(jié)果，分析不同水稻種植區(qū)域稻谷硒含量和產(chǎn)量對(duì)栽培措施的響應(yīng)，并探究栽培技術(shù)對(duì)水稻富硒和產(chǎn)量提高的協(xié)同效應(yīng)，旨在為發(fā)展水稻天然富硒栽培模式提供參考。

1 文獻(xiàn)及數(shù)據(jù)收集

本研究通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)和Web of science等數(shù)據(jù)庫(kù)檢索有關(guān)栽培技術(shù)對(duì)稻谷硒含量影響的相關(guān)文獻(xiàn)。文獻(xiàn)來(lái)源包括國(guó)內(nèi)外期刊論文和國(guó)內(nèi)碩博學(xué)位論文，通過(guò)主題詞“水稻”或“稻田”和“硒”以及“rice”or“paddy”和“selenium”進(jìn)行檢索，從中篩選，然后提取本文需要的數(shù)據(jù)。本文的篩選條件如下：1）大田或者盆栽土壤試驗(yàn)，且設(shè)有不同栽培措施處理；2）試驗(yàn)中無(wú)外源硒添加，包括綠肥種植過(guò)程中無(wú)外源硒添加；3）測(cè)定稻谷、精米或者糙米硒含量，文中統(tǒng)一表述為稻谷硒含量。根據(jù)已有研究進(jìn)展，本文選擇具有一定研究基礎(chǔ)的栽培技術(shù)作為研究對(duì)象，包括施肥（化肥、紫云英和其他有機(jī)肥）、水分管理和石灰施用?；谏鲜鰲l件，截止2020年12月31日本文共篩選得到17篇相關(guān)文獻(xiàn)。

通過(guò)提取上述文獻(xiàn)對(duì)照處理和相應(yīng)栽培措施處理的稻谷硒含量，然后定量分析栽培措施對(duì)稻谷硒含量的影響。關(guān)于對(duì)照處理的設(shè)定，化肥處理以不施某種化肥（如氮或磷）為對(duì)照，有機(jī)肥處理則以未添加有機(jī)肥的化肥處理為對(duì)照，灌溉處理以常規(guī)淹水為對(duì)照，石灰處理以未添加石灰為對(duì)照。另外，本文還提取了與品種有關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，分析不同品種間稻谷硒含量差異及土壤硒含量對(duì)品種間硒含量差異的影響，與品種相關(guān)的文獻(xiàn)不設(shè)對(duì)照處理。

天然富硒栽培技術(shù)對(duì)稻谷硒含量的影響用稻谷硒含量差來(lái)表示，計(jì)算公式如下：D=S－C。式中，D為富硒栽培技術(shù)對(duì)稻谷硒含量的影響（mg/kg），S為富硒栽培處理的稻谷硒含量（mg/kg），C為對(duì)照稻谷硒含量（mg/kg）。在本研究中，富硒大米的標(biāo)準(zhǔn)為0.04～0.30 mg/kg[17]，富硒土壤的標(biāo)準(zhǔn)為≥0.4 mg/kg[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)稻谷硒含量的影響

2.1.1 化肥對(duì)稻谷硒含量的影響

由表1可知，在江蘇常熟和廣西欽州，施磷都降低了稻谷硒含量（0.005～0.08 mg/kg），但不同施磷水平之間稻谷硒含量的差異較??；在江西豐城，進(jìn)一步增添磷肥的處理，稻谷硒含量明顯高于常規(guī)磷肥處理。施氮可提高稻谷的硒含量（平均0.022 mg/kg），但是不同施氮處理間的稻谷硒含量差異不顯著。另外，與不施肥相比，氮磷鉀配施也能增加稻谷硒含量。

表1 化肥施用對(duì)稻谷硒含量的影響

氮、磷和鉀等化肥對(duì)水稻生長(zhǎng)有顯著影響，但對(duì)水稻硒的積累和分配的影響研究還比較少，且多集中在磷肥上。磷元素和硒元素化學(xué)性質(zhì)相似，根系對(duì)土壤磷的吸收可能會(huì)對(duì)根系硒積累產(chǎn)生拮抗作用[19-20]，因此施磷可抑制植株對(duì)土壤硒的吸收，導(dǎo)致稻谷硒含量下降[21]。但也有研究認(rèn)為，由于磷酸根在土壤顆粒表面與亞硒酸根具有相似的吸附位點(diǎn)，磷能取代硒的吸附位置，使土壤溶液解析出較多的亞硒酸根[22]，從而可能有利于水稻硒的積累。而且在其他作物上的研究也發(fā)現(xiàn)，施磷能夠提高土壤硒的有效性和作物硒含量[23]。因此，磷對(duì)水稻硒積累的影響取決于多個(gè)途徑的凈效應(yīng)，而不同試驗(yàn)區(qū)域土壤性質(zhì)和管理措施不同，導(dǎo)致磷對(duì)不同區(qū)域稻谷硒含量的影響途徑和效應(yīng)存在差異。

在缺氮環(huán)境下，施氮能加強(qiáng)水稻根系對(duì)硒的吸收，并促進(jìn)根部的硒向籽粒轉(zhuǎn)移，但當(dāng)施氮量到一定水平后，進(jìn)一步增加施氮量不會(huì)對(duì)稻谷硒含量產(chǎn)生顯著影響[24]。跟不施肥相比，施用氮磷鉀能促進(jìn)稻谷硒的積累[25]。綜合來(lái)看，相比不施肥，施用化肥會(huì)對(duì)稻谷硒含量產(chǎn)生較大影響，但施肥處理間的稻谷硒含量變化相對(duì)較小。因此，在水稻生產(chǎn)上，化肥用量的小幅度調(diào)整可能不會(huì)對(duì)稻谷硒含量產(chǎn)生明顯影響。

2.1.2 紫云英還田對(duì)稻谷硒含量的影響

有關(guān)紫云英還田對(duì)稻谷硒含量影響的文獻(xiàn)有4篇（9組數(shù)據(jù)），覆蓋了南方雙季稻和單季稻區(qū)。從圖1可見(jiàn)，隨著紫云英硒投入量的增加，稻谷硒含量的增加量呈線性增加，所有數(shù)據(jù)的平均增加量為0.022 mg/kg。可見(jiàn)，紫云英還田可顯著促進(jìn)稻谷硒積累。目前，我國(guó)市場(chǎng)銷售的大米硒含量平均約為0.029 mg/kg[27]，根據(jù)圖1的結(jié)果，單單通過(guò)紫云英還田就可使我國(guó)大米的硒含量接近富硒標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 紫云英還田對(duì)稻谷硒含量的影響

在綠肥作物中，紫云英對(duì)土壤硒的吸收能力強(qiáng)，其硒含量是水稻的5倍以上[28]，而且生物量大，是一種優(yōu)良的純天然外源硒[29]。紫云英吸收的硒主要以硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸等有機(jī)態(tài)硒形態(tài)存在，生物活性高[30]。紫云英一般在翻壓還田后10～30 d腐解，釋放其所含的活性硒，增加土壤有效硒含量，且增幅隨紫云英硒還田量的增加而增加[14,31-32]。因此，紫云英還田后可有效提高稻谷硒含量。本研究還發(fā)現(xiàn)，雖然富硒土壤的紫云英硒含量和硒還田量更高[33]，但在非富硒土壤種植紫云英還田對(duì)稻谷硒含量的提升量為0.02 mg/kg，只略小于富硒土壤的0.022 mg/kg（數(shù)據(jù)未列出）?？梢?jiàn)，在非富硒土壤，紫云英還田也能明顯提高稻谷硒含量。

2.1.3 其他有機(jī)肥施用對(duì)稻谷硒含量的影響

從表2可知，已有研究多采用動(dòng)物有機(jī)肥為材料探討有機(jī)肥對(duì)稻谷硒含量的影響。楊志輝等[25]研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期有機(jī)肥（豬糞）無(wú)機(jī)肥配施對(duì)稻谷硒含量的影響因試驗(yàn)點(diǎn)而異，但多表現(xiàn)為正效應(yīng)（平均增加0.015 mg/kg）。而在短期試驗(yàn)研究中，施用動(dòng)物有機(jī)肥一般表現(xiàn)為降低稻谷硒含量[34-35]，但施用植物有機(jī)肥則明顯提高了稻谷硒含量[36]。

表2 有機(jī)肥對(duì)稻谷硒含量的影響

施用有機(jī)肥可改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[37]，從而直接影響土壤硒的生物有效性[10]。在酸性較強(qiáng)的土壤中，有機(jī)肥可增加土壤pH，提高土壤有效態(tài)硒含量[38]。但也有研究認(rèn)為，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)硒有較強(qiáng)的吸附作用，會(huì)降低土壤硒的有效性和植物對(duì)硒的吸收效率[34,39]。有機(jī)肥對(duì)土壤硒有效性的影響還與有機(jī)肥的施用時(shí)間有關(guān)，TOAN[40]研究發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)物有機(jī)肥施入后30 d內(nèi)，其所含的小分子有機(jī)物會(huì)快速分解，釋放大量有機(jī)酸，與土壤硒競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，從而導(dǎo)致土壤可溶性硒含量上升；但此后，剩余的有機(jī)質(zhì)會(huì)將四價(jià)硒轉(zhuǎn)化為不可利用的低價(jià)態(tài)硒，從而降低硒的生物有效性。在水稻種植中，動(dòng)物有機(jī)肥一般作為基肥施入，而水稻吸收土壤硒的主要生育時(shí)期為拔節(jié)至灌漿期[41]，從這個(gè)角度來(lái)看，動(dòng)物有機(jī)肥可能不利于水稻硒積累。JIANG等[36]發(fā)現(xiàn)，植物廢棄物加工而成的有機(jī)肥可顯著提高稻谷硒含量。在旱地的研究中也發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈還田可提高土壤硒有效性，促進(jìn)植株硒的積累[42]。目前，秸稈還田已普遍用于水稻生產(chǎn)。因此，未來(lái)需對(duì)秸稈還田對(duì)水稻硒積累的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究。

2.2 水分管理對(duì)稻谷硒含量的影響

在收集到的5篇文獻(xiàn)8組數(shù)據(jù)中，覆蓋了國(guó)內(nèi)外5個(gè)生態(tài)點(diǎn)，其中有7組數(shù)據(jù)顯示節(jié)水管理（間歇灌溉和濕潤(rùn)灌溉）能增加稻谷硒含量（平均0.11 mg/kg），只有1組數(shù)據(jù)表明間歇灌溉會(huì)降低稻谷硒含量（表3）。

表3 水分管理對(duì)稻谷硒含量的影響

Eh是調(diào)節(jié)土壤硒有效性的重要因素，土壤Eh越高，植物對(duì)硒的利用率也越高[44]。稻田土壤氧化還原環(huán)境特殊，常規(guī)淹水灌溉模式下，稻田土壤Eh較低，處于還原狀態(tài)，此時(shí)硒主要以難吸收的元素硒和硒化物形態(tài)存在；而在節(jié)水灌溉下，土壤Eh和pH升高，導(dǎo)致氧化態(tài)的硒酸鹽含量增加[45]，因此提高了土壤硒的有效性，促進(jìn)了水稻硒積累[15-16,46]。因此，節(jié)水灌溉是提高稻谷硒含量的有效措施。也有研究認(rèn)為，濕潤(rùn)灌溉會(huì)降低稻谷硒含量[47]，可能是因?yàn)樵撗芯坎捎煤档赝寥?，其土壤特征跟其他研究采用的水田土壤有較大的差異。

2.3 石灰施用對(duì)稻谷硒含量的影響

有關(guān)石灰施用影響稻谷硒含量的研究覆蓋了我國(guó)的廣西、福建、江西和湖南等省份。一般而言，添加石灰會(huì)提高稻谷硒含量（平均0.013 mg/kg），而且提升量與石灰施入量成正比（表4）。

表4 施用石灰對(duì)稻谷硒含量的影響

在土壤理化性質(zhì)中，pH是影響土壤硒有效性的首要因素[42]。硒在堿性條件下的溶解度高于酸性條件[48]。酸性土壤中，石灰能改善土壤酸堿度，從而提高土壤硒的有效性及稻谷硒含量[13]。雖然石灰可促進(jìn)水稻對(duì)硒的吸收，但石灰投入量過(guò)高導(dǎo)致水稻成本增加，并對(duì)土壤特性、水稻產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響[49-50]。因此，不同稻作區(qū)應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥捞匦詠?lái)確定適宜的石灰施用量。

2.4 不同品種硒積累能力比較

本文選取的文獻(xiàn)均是采用20個(gè)品種以上，且所有品種種植于同一試驗(yàn)田。從表5可見(jiàn)，不同文獻(xiàn)中品種間硒含量的極差達(dá)0.041～0.542 mg/kg?？偟膩?lái)看，超過(guò)50%的品種稻谷硒含量都達(dá)到了富硒大米的標(biāo)準(zhǔn)，而且從2000年起富硒水稻品種的比例呈增加趨勢(shì)。但需要注意的是，上述大部分研究是在富硒土壤上進(jìn)行試驗(yàn)，這可能是稻谷硒含量較高的重要原因。另外，從表6可知，在不同硒含量土壤中種植相同品種，品種間的稻谷硒含量變化率無(wú)明顯變化，表明水稻品種間富硒能力的差異可能不受土壤硒含量的影響。

表5 不同品種間稻米硒含量比較

表6 土壤硒含量對(duì)不同水稻品種硒積累的影響

有關(guān)水稻品種間硒積累能力的比較已有較多研究。鐘松臻等[51]發(fā)現(xiàn)，不同品種稻谷硒含量的差異主要是因?yàn)橹仓晡e累能力不同，而與硒在不同器官的分配規(guī)律關(guān)系不大。而周鑫斌等[41,52]研究表明，富硒水稻不僅有更強(qiáng)的硒積累能力，而且還具有更高的根系-籽粒硒轉(zhuǎn)運(yùn)能力。ZHANG等[53]則認(rèn)為，稻谷硒含量與地上部營(yíng)養(yǎng)器官的硒積累量正相關(guān)，地上部營(yíng)養(yǎng)器官相當(dāng)于硒的儲(chǔ)存庫(kù)，硒的庫(kù)容大，則可將更多的硒轉(zhuǎn)移至籽粒中，從而增加稻米的硒含量。還有研究認(rèn)為，富硒品種的土壤有效硒含量顯著高于硒低積累型品種[51]。在分子水平上，LIANG等[54]發(fā)現(xiàn)，富硒品種根系促進(jìn)硒向籽粒轉(zhuǎn)移的相關(guān)基因表達(dá)量更高，從而提高稻米硒含量?？梢?jiàn)，進(jìn)一步研究水稻品種的富硒機(jī)制可為富硒水稻品種的培育提供科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)論

在匯總的文獻(xiàn)中，總共有20組數(shù)據(jù)同時(shí)分析了栽培技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量和稻谷硒含量的影響。從圖2可知，水分管理、有機(jī)肥施用和紫云英還田處理都提高了水稻產(chǎn)量，平均增幅為9.98%。只有部分石灰用量較高的處理（4組數(shù)據(jù)）降低了水稻產(chǎn)量。同時(shí)，全部20組數(shù)據(jù)均表現(xiàn)為增加稻谷硒含量（數(shù)據(jù)未列出）?？梢?jiàn)，采用節(jié)水灌溉、紫云英還田及適量施用有機(jī)肥和石灰能實(shí)現(xiàn)水稻天然富硒和高產(chǎn)的雙贏。目前，大部分研究多集中在單個(gè)栽培技術(shù)對(duì)水稻富硒的影響，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)水稻富硒栽培技術(shù)集成，構(gòu)建富硒稻作模式，以充分挖掘土壤供硒潛力，促進(jìn)水稻天然富硒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

圖2 富硒栽培技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響