作者：王梦园1,2，杨良哲1,2，汪丹1,2，张阳阳1,2，段碧辉1,2，袁知洋1,2，闫加力1,2*
单位：1.湖北省地质科学研究院；2.湖北省硒生态环境效应检测中心
简介：王梦园，女，湖北枝江人，助理工程师，硕士，从事农业资源与生态地球化学研究。*通信作者，工程师，从事农业地质与地球化学研究。
基金项目：湖北省地质局项目“湖北省富硒产业开发精准扶贫示范工程”。
来源：《安徽农业科学》2024年6期
引文格式：王梦园,杨良哲,汪丹,等.叶面喷施硒肥对水稻吸收累积硒及其他矿质元素的影响[J].安徽农业科学,2024,52(6):150-154.
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硒元素在人体中能参与多种酶和蛋白质的合成，是人体不可或缺的有益微量元素之一，具有增强免疫力、抗氧化、防癌抗癌等重要价值。硒因在地壳中分布不均匀的特点导致大陆约3/4的地区为缺硒地区，硒缺乏可能导致多类疾病的发生，如心肌病、视网膜斑点变性、白内障以及脑嵴硬化症等。植物膳食是人类摄入硒的主要来源，但主要粮食作物水稻和小麦等谷物中的硒水平普遍较低，硒缺乏症是长期亟需解决的公共卫生问题。施用外源硒以增加作物含硒量是帮助人体补硒的一个重要途径。硒肥的利用对农作物可食部分硒含量的提高具有促进作用，其中以水稻硒含量的提升较为显著。在实际生产应用中，水稻硒含量的提高通常可以采用硒肥拌种、土壤硒肥的施用和叶面硒肥的喷施3种途径。然而硒肥拌种存在可操作性不强、用量不易把握等缺点；土壤硒肥在施用过程中易出现利用率不高的问题，且具有造成土壤污染的风险。对于缺硒地区，叶面硒肥的使用是促进水稻富硒的一种较优选择。外源硒肥通常具有无机与有机2种形式，无机硒肥的施用在实际农田生产中应控制其施用量，否则容易引起作物中毒，影响生长发育及产量，也可能导致环境污染；有机硒肥在促进作物生长的同时，提高农作物的含硒率，避免农作物因硒肥浓度过高受到损害。此外，研究表明由于拮抗作用，硒在植物体中具有降低重金属毒害效果；也有研究表明外源硒肥的施用对植物体中矿质元素的吸收累积具有一定影响。
目的
保证硒肥的合理利用及富硒水稻的安全生产，探究水稻植株体内硒及其他矿质元素、重金属含量对外源硒的响应程度。
方法
以水稻品种“鄂中五号”和硒肥“中地西能”为试验对象，采用大田随机区组设计，设4个硒肥浓度处理：CK处理为空白对照处理，即不施硒肥处理；T1处理为喷施硒营养液15g/hm2；T2处理为喷施硒营养液30g/hm2；T3处理为喷施硒营养液60g/hm2。于水稻齐穗期统一喷施，在成熟期检测水稻植株各器官中硒含量、糙米中不同矿质元素含量、叶片中不同重金属元素含量，评价各处理糙米与其他各器官硒元素富集的难易程度。
结果
◆不同硒肥浓度条件下水稻各器官中硒含量的变化
由图1可知，水稻糙米、谷壳、根、茎、叶的硒含量均随硒营养液喷施浓度的增加而增加，不同器官增幅不同，增长幅度最大的是水稻谷壳，当喷施硒营养液的浓度为T3时，水稻谷壳的硒含量高达5.41mg/kg，与不施硒肥处理（CK）相比增长了1630.59%，T1（15g/hm2）和T2（30g/hm2）处理与不施硒肥处理（CK）相比分别增长了250.50%和567.47%，这说明在叶面喷施硒肥的处理下，谷壳是水稻植株组织中硒富集能力最强的部位；所有处理中，T3处理的糙米硒含量为1.63mg/kg，极显著高于其他处理（P<0.01），且所有处理硒含量均显著高于CK处理（P<0.05）；相比于水稻根系，茎和叶对硒元素的生物利用性更大，随着硒肥浓度的增加，叶片硒含量最高为3.33mg/kg，相比于CK处理增长了510.21%；水稻茎在不同硒肥浓度梯度下，表现为先增后稳的趋势，T3处理硒含量相较于T2处理仅增加了12.65%，而T2处理相较于T1处理增加了169.87%；水稻地下部根系硒含量的增加幅度较小，只有最大浓度的T3处理显著高于CK处理（P<0.05），其他处理与CK处理相比均无显著差异（P>0.05）。因此，叶面喷施硒营养液是提高水稻硒含量的有效方式，且水稻地上部含硒量高于地下部，叶片与谷壳对叶面硒肥的响应能力较强。
注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示差异极显著（P<0.01）。
图1 不同处理下水稻植株各器官的硒含量
◆不同硒浓度处理条件下硒在土壤-水稻系统中的富集与转运
叶面喷施不同浓度的硒营养液条件下水稻糙米Se生物富集系数（BCF）和地上部各组织Se转移系数（TF）见表1，水稻糙米Se生物富集系数为0.77~6.68，说明在不喷施硒营养液的情况下，水稻糙米聚硒能力较弱，而经过硒营养液处理后，水稻糙米聚硒能力增强（均大于1），水稻糙米BCF随着硒肥喷施浓度的增加，低浓度的T1处理与CK处理差异显著（P<0.05），高浓度的T2和T3处理与CK处理呈极显著差异（P<0.01），可见喷施叶面硒肥具有促进水稻糙米Se的富集作用，且在T3处理浓度范围之内，硒营养液的浓度越高，水稻糙米对Se元素的生物富集系数越大。不喷施硒营养液的情况下，水稻各组织对硒元素的转移系数（TF）表现为叶>谷壳>茎>糙米，各组织对硒的转移系数在施硒量为30g/hm2时（T2处理浓度）与对照差异极显著（P<0.01）。糙米、谷壳和叶片的转移系数随硒营养液浓度的增加而增加，且T1处理与对照组（CK）相比呈显著增加（P<0.05），可见硒营养液的施用可有效促进硒元素从根部向籽粒运输，从而增加籽粒的硒富集量，而叶片硒转移系数随着硒肥浓度的提高而升高，其原因可能与硒营养液直接作用于叶片有关；茎的转移系数随喷施硒量的增加呈先增加后降低的趋势，原因可能是植物体中大量的硒被运输至籽粒。综合考虑水稻硒的富集与转移能力，不施硒肥处理表现出“低富集能力、低转移能力”的特点，不利于富硒稻米的生产与发展，不同浓度的叶面硒肥处理下水稻植株各组织表现出“高富集能力、高转移能力”的特点，因此水稻叶面喷施硒肥有助于实现硒资源的充分利用。
注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示差异极显著（P<0.01）。
◆叶面喷施硒营养液对根系土壤各元素的影响
以土壤各元素含量作为变量进行主成分分析（图2），其中第一主坐标解释量为38.25%，第二主坐标解释量为14.66%，两主坐标轴主要解释了52.91%的变量。由此可见，硒营养液的喷施对土壤中的各元素有一定影响。CK处理聚在PCA图的左下部分，喷施硒营养液处理与CK处理相比，主要影响部分矿质元素及重金属元素含量，由各元素的分布特征可以看出，土壤总Se含量与土壤有效态Zn、Cu、Fe、Cd、Pb、有机质、总氮含量之间呈较高的正相关性，原因可能是岩石中Se元素与这些元素同源，且外源有机物在增加土壤有机质的同时，也可能增加土壤Se元素含量；土壤有效Se含量与土壤pH、交换态Ca、Mg、有效态Cr、Mo、Sn、As、速效钾含量之间呈较高的正相关性，由此可知，土壤有效态Se含量与土壤pH、阳离子交换量密切相关。综合来看，叶面喷施硒营养液对土壤基本理化性质影响不大，原因可能是硒营养液主要通过叶面进入植物体中，直接参与植物体中各组织元素循环和分配，对土壤的影响只能通过根系作用。
注：N为碱解氮，K为速效钾；P、Si、Se、Fe、Mn、S、B、Mo均为有效态；Ca、Mg为交换态；Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd、As、Sn均为浸提态。
图2 不同硒营养液浓度处理下土壤各元素含量主成分分析
◆硒营养液对土壤和植株各组织硒含量的影响
以土壤和植物各组织硒含量作为变量进行主成分分析（图3），其中第一主坐标解释量为72.23%，第二主坐标解释量为14.53%，两主坐标轴主要解释了86.76%的变量。由此可见，大部分的变量因子均聚在图的右边，可见变量之间具有较强的正相关性，水稻植株糙米硒含量与谷壳和叶片中的硒含量变量轴几乎重叠，表明这3个变量之间具有很强的正相关性，且相关系数接近1；土壤总硒含量、有效硒含量与植物各组织硒含量之间相关性均较弱。此外，CK处理均分布在左侧，T1、T2、T3处理逐渐趋近于植株各组织变量轴，可见水稻在喷施硒营养液的情况下，植株各组织硒含量的增加与土壤硒含量无关，且喷施硒营养液60g/hm2时，硒营养液浓度的增加可以有效促进籽粒和根茎叶硒含量的增加，对土壤硒含量影响较小，因此，叶面硒肥被认为对土壤污染较小，可应用性强，在土壤缺硒情况下不影响增硒效果。
图3 不同硒营养液浓度处理下土壤和植株硒含量主成分分析
◆硒营养液对水稻籽粒各元素累积的影响
以糙米中各元素含量作为变量进行主成分分析（图4），其中第一主坐标解释量为44.95%，第二主坐标解释量为21.10%，两主坐标轴主要解释了66.05%的变量。从图4可以看出，大部分变量聚集在左边部分，CK处理聚在PCA图的右边部分，硒营养液处理分布于各变量轴中间，可见硒营养液的喷施对糙米中的各元素含量有一定影响，所有矿质元素含量的增加均与硒营养液的施用有关，除Se外的其他有益元素如N、P、Ca、Zn、K、Mg等均互相具有较强的相关性，原因可能是硒营养液中含有少量的有益微量元素被运输至籽粒中，且硒营养液具有促进植物吸收利用土壤及外源矿质营养元素作用。此外，对于提高有益矿质元素含量效果的最佳硒营养液施用量还需进一步研究。
图4 不同硒营养液浓度处理下糙米各元素主成分分析
◆不同浓度硒营养液对水稻叶片重金属累积的影响
不同浓度硒营养液处理对水稻叶片中重金属的吸收累积具有不同程度的影响（图5）。从图5可以看出，随着硒营养液施用浓度的增加，叶片中Hg元素含量呈先降低再增加再降低的趋势，T1、T2和T3处理相比于CK处理分别降低了6.38%、0.95%、6.71%；叶片中Pb含量呈先增加后持续降低的趋势，降幅为5.91%~14.03%；各处理水平下，仅T1处理具有降低叶片As含量的作用，相比于CK处理降低了7.99%；硒营养液的施用与CK相比同样降低了叶片中Cr含量，降幅为14.64%~44.36%，T3处理降低程度最大；各处理植株叶片Cd含量差异不大，仅T3与CK处理相比具有降低效果，仅降低了3.63%。综合来看增加叶面硒肥浓度可有效降低植株叶片Hg、Pb、Cr、Cd含量，这对减轻重金属污染土壤中水稻植株毒性具有重要意义。不同硒营养液处理下，5种重金属元素含量的变化趋势不一致，对于叶面硒肥降低植株重金属元素含量的最适施用量及其作用机理需进一步研究。
图5 不同硒营养液浓度处理下叶片中各重金属含量
结论
硒肥降低农作物重金属含量机理有硒降低植株体内活性氧的含量，提高氢离子活性，促进细胞壁对重金属离子的结合固定等方式，而硒肥致使农作物体内重金属含量的增加主要是由于协同作用。因此硒肥在实际生产应用中用于降低重金属毒害时应结合重金属污染源与污染程度综合考虑其用量及调控措施。
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- 采编：夏梦
- 排版：小同