唐紅琴，李忠義，韋彩會(huì)，黃太慶，董文斌，何鐵光*，俞月鳳，張琬茹，湯海玲，蒙炎成

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西商貿(mào)高級(jí)技工學(xué)校，廣西 南寧 530007)

【研究意義】水稻屬非硒積累作物，自然生長(zhǎng)條件下植株含硒量較低，需要通過(guò)人工補(bǔ)硒才能達(dá)到富硒稻米標(biāo)準(zhǔn)[1]。在很多相關(guān)研究中，主要采用增施硒肥或葉面噴硒的方式對(duì)水稻添加外源硒[2-5]，但容易增加經(jīng)濟(jì)成本且存在環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[6]，不利于富硒水稻的安全生產(chǎn)。與傳統(tǒng)補(bǔ)硒方法相比，利用聚硒植物紫云英作綠肥供給外源硒[7]，開(kāi)發(fā)無(wú)公害富硒水稻栽培技術(shù)，有助于促進(jìn)富硒產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。但目前關(guān)于紫云英還田對(duì)土壤有效硒的釋放動(dòng)態(tài)及水稻植株富硒特征的影響了解甚少。因此，開(kāi)展紫云英翻壓還田試驗(yàn)，研究其不同還田量對(duì)土壤和水稻的富硒效應(yīng)，對(duì)構(gòu)建富硒水稻生態(tài)種植模式及實(shí)現(xiàn)富硒大米的綠色生產(chǎn)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】以往在紫云英—水稻耕作制度中主要將紫云英用于減施化肥[8-10]、改良土壤和提高稻米產(chǎn)量[11-13]。在生產(chǎn)富硒水稻方面，趙決建[14]研究顯示，噴施亞硒酸鈉溶液可增加紫云英的硒含量，且亞硒酸鈉濃度越大，紫云英含硒量越高；將紫云英壓青作基肥還田，稻米對(duì)硒的富集量隨紫云英硒含量的增加而不斷增高，比對(duì)照高56 %以上。張祥明等[15]采用葉片噴硒的方法制備富硒紫云英，經(jīng)翻壓還田后可有效促進(jìn)水稻對(duì)硒元素的吸收，其中外源硒(18.0 g/hm2Na2SeO3)+紫云英組合的糙米硒含量最高，達(dá)到綠色稻米的富硒標(biāo)準(zhǔn)。張祥明等[16]在安徽桐城、廬江、貴池等低硒水稻田開(kāi)展紫云英—水稻富硒試驗(yàn)，結(jié)果表明，施入噴亞硒酸鈉的紫云英后能顯著提升土壤的總硒含量和稻米的硒含量。趙學(xué)杏[17]研究也發(fā)現(xiàn)，在稻田翻壓經(jīng)噴硒處理的紫云英能大幅提高稻米硒含量，產(chǎn)出符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的富硒大米?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】迄今，關(guān)于紫云英—水稻富硒生產(chǎn)的研究中富硒紫云英多數(shù)通過(guò)噴施亞硒酸鈉制成，本質(zhì)上仍屬于人工增施硒肥范疇，而針對(duì)紫云英翻壓還田后土壤有效態(tài)硒的釋放過(guò)程、水稻植株富集硒的規(guī)律及合理還田量的探討鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在紫云英盛花期刈割其地上部鮮草直接翻壓還田，分析紫云英不同還田量下土壤有效硒的釋放動(dòng)態(tài)及水稻根、莖和葉對(duì)硒元素的富集特征，并根據(jù)各處理稻米硒含量確定適宜的紫云英還田量，同時(shí)開(kāi)展相應(yīng)的大田示范和技術(shù)推廣工作，為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)綠色富硒大米提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年11月至2017年7月在廣西河池市巴馬縣甲篆鎮(zhèn)百馬村水稻種植基地進(jìn)行，試驗(yàn)地位于東經(jīng)107°8′、北緯24°12′，海拔255 m。試驗(yàn)前供試水稻田為典型富硒土壤，有效硒含量0.260 mg/kg，全硒含量1.39 mg/kg。其他基本理化性狀為：pH 6.43，全氮含量1.86 g/kg，全磷含量0.54 g/kg，全鉀含量1.14 g/kg，堿解氮含量98.50 mg/kg，速效磷含量16.10 mg/kg，速效鉀含量23.10 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量22.60 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

選擇富硒紫云英品種桂紫7號(hào)作為冬閑田綠肥，于2016年11月3日撒播，下種量30 kg/hm2。2017年4月1日刈割其盛花期的地上部植株壓青還田，還田時(shí)紫云英莖、葉、花和種子的硒含量分別為0.225、0.268、0.186和0.166 mg/kg。紫云英還田后插秧，所栽品種為當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種桂育9號(hào)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)置6個(gè)紫云英還田量處理，分別為CT1(13 500 kg/hm2)、CT2(16 500 kg/hm2)、CT3(19 500 kg/hm2)、CT4(21 000 kg/hm2)、CT5(22 500 kg/hm2)和CT6(24 000 kg/hm2)，以無(wú)紫云英翻壓還田作對(duì)照(CK)，每處理3次重復(fù)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)試區(qū)長(zhǎng)10 m，寬5 m，面積50 m2。試區(qū)間筑田埂隔離，留30 cm寬溝以避免相互交叉影響。插秧后的水肥運(yùn)籌和病蟲(chóng)防治等各項(xiàng)田間管理工作與傳統(tǒng)方法相同。

紫云英刈割完畢按設(shè)計(jì)要求和試區(qū)面積稱量，然后移至各試區(qū)翻壓還田。分別于2017年4月1日(水稻移栽當(dāng)天)、4月8日(返青期)、4月28日(分蘗期)、5月16日(拔節(jié)期)、6月2日(抽穗期)和7月18日(成熟期)按照五點(diǎn)取樣法采集各試區(qū)土壤和水稻植株，測(cè)量土壤有效硒含量及水稻根、莖和葉的硒含量。收獲后曬干稻谷，選擇有代表性的谷粒脫殼，測(cè)定稻米的全硒含量。

注：同列數(shù)據(jù)后不同大、小寫(xiě)字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。

Note:Different uppercase letters in the same column represented extremely significant difference(P<0.01)，and lowercase letters represented significant difference(P<0.05).

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法 供試土壤呈酸性，采用NaH2PO4浸提法測(cè)量有效硒含量[18]，全硒含量經(jīng)優(yōu)級(jí)純混合酸(硝酸∶高氯酸=3∶2)消煮后，以原子熒光光度計(jì)測(cè)定[19]。水稻根、莖、葉及稻米烘干粉碎后，參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中硒的測(cè)定方法(GB 5009.93-2010)測(cè)定全硒含量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和圖表制作，以SPSS 24.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紫云英還田量處理土壤有效硒的釋放動(dòng)態(tài)

從表1可看出，水稻移栽時(shí)各處理的土壤有效硒含量無(wú)顯著差異(P>0.05，下同)，移栽后各紫云英還田處理的土壤有效硒開(kāi)始不斷釋放。到返青期，CT1處理的土壤有效硒含量由移栽時(shí)的0.255 mg/kg增加到0.279 mg/kg，提高9.4 %；CT2處理的土壤有效硒含量由移栽時(shí)的0.254 mg/kg增加至0.314 mg/kg，增幅23.6 %；CT3～CT6處理的土壤有效硒含量分別遞增到0.323、0.358、0.421和0.442 mg/kg?？梢?jiàn)土壤有效硒的釋放量與紫云英還田量存在明顯的正比關(guān)系。進(jìn)入分蘗期后，各還田處理的土壤有效硒含量均達(dá)到峰值，排序?yàn)镃T6處理>CT5處理>CT4處理>CT3處理>CT2>處理>CT1處理。其中CT6處理的土壤有效硒含量最高，達(dá)0.747 mg/kg，極顯著高于CK及其他紫云英還田量處理(P<0.01，下同)；CT1處理的土壤有效硒含量較低，為0.437 mg/kg，顯著低于CT2處理(P<0.05，下同)，極顯著低于CT3～CT6處理。從拔節(jié)期起，各還田處理的土壤有效硒含量逐漸降低。在成熟期，CT6處理的土壤有效硒含量降至0.591 mg/kg，但仍極顯著高于相同生育期的其他處理；CT1處理的土壤有效硒含量較低，為0.299 mg/kg，顯著低于CT2處理，極顯著低于CT3～CT6處理；CT2～CT5處理的土壤有效硒含量分別為0.313、0.391、0.407和0.556 mg/kg，與拔節(jié)期和抽穗期相比均有不同程度降低。說(shuō)明隨著土壤硒元素釋放速度減緩和水稻根系的不斷吸收，各還田處理的土壤有效硒含量不斷下降。與還田處理不同，CK由于沒(méi)有外源硒補(bǔ)充，在試驗(yàn)過(guò)程中土壤有效硒含量始終呈下降之勢(shì)，說(shuō)明紫云英可通過(guò)翻壓還田的形式向土壤提供外源硒，從而提高土壤硒元素含量。

2.2 不同紫云英還田量處理水稻植株對(duì)硒元素的富集規(guī)律分析

從表2可看出，在移栽至返青階段，各處理水稻根部的硒含量均有不同幅度增加；秧苗完全返青后，水稻開(kāi)始快速生長(zhǎng)，CK和紫云英還田處理的水稻根系硒含量也隨之迅速增加，并在抽穗期達(dá)到峰值。在抽穗期，CT6處理根系的硒含量最高，為1.140 mg/kg，富硒能力最強(qiáng)；CT5處理根系的硒含量為1.010 mg/kg，富硒能力僅次于CT6處理；CT3和CT4處理根系的硒含量在0.700～0.900 mg/kg，仍表現(xiàn)出較強(qiáng)的富硒能力；CT1和CT2處理根系的硒含量分別為0.581和0.649 mg/kg，富硒能力較CT5和CT6處理極顯著降低，但均極顯著高于CK(0.334 mg/kg)。隨著水稻進(jìn)入成熟期，其根系逐漸衰老，各處理水稻根部的硒含量均出現(xiàn)不同程度下降，其中，CT6處理水稻根部的硒含量降至1.090 mg/kg，與峰值比降幅為4.4 %，但其富硒能力仍極顯著高于其他處理；CT5處理水稻根部的硒含量降至0.910 mg/kg，比CT6低16.5 %；CT4、CT3、CT2和CT1處理水稻根系的硒含量分別降到0.726、0.675、0.533和0.468 mg/kg，富硒能力不斷降低；CK水稻根系的富硒能力最弱(硒含量?jī)H0.223 mg/kg)，極顯著低于各紫云英還田處理。

表2 不同紫云英還田量處理水稻植株各部位硒含量的變化情況Table 2 The changes of Se content in different parts of rice plant under the treatments of different amounts of Chinese milk vetch returned to field

注：同一植株部位同列數(shù)據(jù)后不同大、小寫(xiě)字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。

Note:Different uppercase letters in the same column of the same plant part represented extremely significant difference(P<0.01)，and lowercase letters represented significant difference(P<0.05).

水稻地上部莖和葉的硒含量在整個(gè)試驗(yàn)期間的變化趨勢(shì)與根系相似，即在水稻生長(zhǎng)前期各處理水稻莖和葉對(duì)硒的富集能力較弱，硒含量處于較低水平；從返青結(jié)束開(kāi)始，水稻莖和葉部位對(duì)硒元素的富集速度加快，其硒含量迅速升高，至抽穗期達(dá)到峰值；在抽穗期，CT6處理水稻莖和葉對(duì)硒的富集量分別為1.014和0.592 mg/kg，均極顯著高于其他處理；CT5、CT4、CT3、CT2和CT1處理水稻莖的硒含量分別為0.878、0.656、0.581、0.536和0.411 mg/kg，葉的硒含量分別為0.562、0.451、0.423、0.392和0.342 mg/kg，表現(xiàn)出隨紫云英還田量下降而遞減的變化規(guī)律；相比之下，CK缺乏外源硒補(bǔ)給，其抽穗期莖和葉的富硒量最低，僅分別為0.207和0.139 mg/kg，均極顯著低于各紫云英還田量處理；在水稻成熟期，由于硒元素向籽粒富集，各處理水稻莖和葉的硒含量均比抽穗期有所下降，其排序均表現(xiàn)為CT6處理>CT5處理>CT4處理>CT3處理>CT2處理>CT1處理>CK，且CT1～CT6處理極顯著高于CK?？梢?jiàn)，紫云英翻壓還田對(duì)水稻各器官的富硒效應(yīng)非常明顯，且還田量越大富硒效果越佳。

2.3 不同紫云英還田量處理的稻米硒含量

由表3可知，與CK相比，紫云英翻壓還田能有效提高稻米硒含量，且隨著紫云英還田量的增加，稻米硒含量不斷遞增。其中，CT1處理的稻米平均硒含量為0.032 mg/kg，比CK高39.1 %，差異極顯著，表現(xiàn)出極強(qiáng)的富硒能力；CT2～CT4處理稻米的硒含量為0.033～0.036 mg/kg，分別比CK高43.5 %、52.2 %和56.5 %，差異均達(dá)到極顯著水平，但與CT1相比增長(zhǎng)較緩慢，差異不明顯；CT5處理的稻米硒含量為0.044 mg/kg，極顯著高于CT4處理，達(dá)到GB/T 2499-2008《富硒稻谷》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)(0.040～0.300 mg/kg)；CT6處理的稻米硒含量為0.047 mg/kg，略高于CT5處理，但差異不顯著。綜上所述，紫云英翻壓還田對(duì)稻米的富硒效應(yīng)非常明顯，當(dāng)還田量達(dá)到22 500 kg/hm2或更高時(shí)，可產(chǎn)出符合國(guó)標(biāo)要求的富硒大米。

表3 不同紫云英還田量處理稻米的硒含量Table 3 The rice Se content under the treatments of different amounts of Chinese milk vetch returned to field (mg/kg)

注：同行數(shù)據(jù)后不同大、小寫(xiě)字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。

Note:Different uppercase letters in the same row represented extremely significant difference(P<0.01)，and lowercase letters represented significant difference(P<0.05).

圖1 紫云英還田量與土壤有效硒含量、水稻各部位硒含量的相關(guān)性分析結(jié)果Fig.1 The analysis result of correlation between the amounts of Chinese milk vetch returned to field and available Se content of soil，Se content of different parts of rice

2.4 紫云英還田量與土壤有效硒含量及水稻硒含量的相關(guān)性分析

將紫云英還田量與試驗(yàn)期間各還田處理土壤有效硒含量和水稻根、莖和葉全硒含量的平均值及收獲后稻米的硒含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(圖1)發(fā)現(xiàn)，土壤有效硒含量隨紫云英翻壓還田量的增加呈線性增加，其擬合方程為y=0.0236x-0.0248，R2=0.8974，說(shuō)明土壤有效硒含量與紫云英還田量呈顯著正相關(guān)；紫云英還田量的增加也有助于水稻根系對(duì)硒元素的吸收，其擬合方程為y=0.0337x-0.1694，R2=0.8595，即紫云英還田量與水稻根系硒含量也呈顯著正相關(guān)；此外，水稻莖、葉和大米的硒含量也隨紫云英還田量的增加而遞增，其R2分別為0.8455、0.8041和0.7886，可見(jiàn)水稻植株地上部的硒含量與紫云英還田量均呈顯著正相關(guān)。從圖1還可以看出，紫云英還田量與土壤有效硒含量、水稻各部位硒含量的相關(guān)系數(shù)排序?yàn)橥寥?根>莖>葉>稻米，說(shuō)明相關(guān)性與硒元素的運(yùn)輸距離有關(guān)，距離越遠(yuǎn)相關(guān)性越低。

3 討 論

與其他豆科植物相比，紫云英對(duì)硒元素的吸收能力更強(qiáng)，而且擁有較高的地上部生物量[20]，因而可作為高硒原料為土壤供給外源硒。已有研究表明，增加還田紫云英植株的硒含量是提高土壤硒含量的有效措施[21]。目前紫云英增硒方式多為葉片噴施亞硒酸鈉溶液[22-23]，雖然短期內(nèi)見(jiàn)效較快，但容易引起土壤硒殘留和水體硒污染[24-25]。與傳統(tǒng)增硒方式不同，本研究直接以增加紫云英鮮草的還田量來(lái)提升供硒水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紫云英翻壓后土壤有效硒含量隨還田量的增大而不斷增高，表現(xiàn)出密切的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明紫云英翻壓還田對(duì)土壤的增硒作用非常明顯，且還田量越大增硒效果越佳?？梢?jiàn)以增施紫云英的方法來(lái)替代舊有模式，有利于開(kāi)發(fā)更加環(huán)保、生態(tài)的供硒技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)富硒水稻的安全生產(chǎn)。紫云英壓青還田后其硒元素的釋放受腐解程度影響，從水稻移栽開(kāi)始至翻壓第8天，CT1～CT6處理的土壤有效硒含量升高相對(duì)有限，說(shuō)明在水稻生長(zhǎng)前期紫云英植株腐解較緩慢，可能與春耕時(shí)溫度較低有關(guān)[26]。水稻返青后氣溫回升，紫云英腐解速度加快，硒元素大量釋放到土壤中，各還田處理土壤的有效硒含量迅速增加，并在4月28日(分蘗期)達(dá)峰值。之后剩余的紫云英殘?bào)w分解速度放慢，加上水稻根系的吸收，土壤有效硒含量呈逐漸下降趨勢(shì)。由此可推斷紫云英在土壤中較容易腐解，但其硒元素釋放主要集中在翻壓后的10～30 d，這與宋莉等[27]、黃晶等[28]對(duì)紫云英還田后的腐解規(guī)律和氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)元素釋放特征的研究結(jié)果基本相符。

在自然生長(zhǎng)條件下，作物所含的硒除種籽自身攜帶外，其余基本上來(lái)源于土壤。李偉等[29]、張寶軍等[30]及史艷芙等[31]研究顯示，土壤硒元素存在多種形態(tài)，但對(duì)作物發(fā)揮供硒作用的是其中能被根系直接吸收的有效態(tài)硒，因此增加土壤有效硒含量，對(duì)生產(chǎn)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的富硒產(chǎn)品至關(guān)重要。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，紫云英還田促進(jìn)土壤有效態(tài)硒的釋放，從而為水稻提供充足的外源硒，并大幅提高其根、莖、葉和大米的硒含量。說(shuō)明紫云英—水稻耕作模式能顯著增強(qiáng)土壤供硒水平和水稻富硒能力，且完全生態(tài)無(wú)污染，具有良好的推廣前景。在實(shí)際生產(chǎn)中，施入紫云英僅是明確增硒方向，還需要考慮土壤的硒狀況和水稻對(duì)硒的富集特征以確定適宜的鮮草還田量范圍，才能實(shí)現(xiàn)富硒水稻的穩(wěn)定生產(chǎn)。土壤硒元素經(jīng)水稻根系吸收進(jìn)入植株體內(nèi)，通過(guò)莖和葉的富集后再轉(zhuǎn)運(yùn)至籽粒，整個(gè)運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，加上中間各環(huán)節(jié)的截留和損耗，最終到達(dá)籽粒的硒明顯減少[32]。當(dāng)紫云英還田量不足時(shí)，土壤供硒受到限制，稻米硒含量徘徊在0.032～0.036 mg/kg，難以實(shí)現(xiàn)突破性上漲。隨著紫云英還田量增大到22 500～24 000 kg/hm2，稻米硒含量極顯著升高至0.044～0.047 mg/kg，達(dá)到GB/T 2499-2008《富硒稻谷》的標(biāo)準(zhǔn)?？梢?jiàn)增施適量紫云英是提高稻米硒含量的有效措施，當(dāng)還田量增加到22 500 kg/hm2時(shí)，即可生產(chǎn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的富硒大米。

本研究尚處于基礎(chǔ)分析和理論探討階段，還需深入開(kāi)展紫云英還田的富硒機(jī)理及硒元素的遷移特征研究，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的示范和推廣工作，為利用紫云英開(kāi)發(fā)富硒水稻的生態(tài)栽培技術(shù)，推動(dòng)廣西富硒產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方法。

4 結(jié) 論

紫云英翻壓還田可促進(jìn)土壤有效硒釋放和水稻植株對(duì)硒元素的富集，并大幅提高稻米的硒含量，且還田量越大，對(duì)稻米的富硒效果越佳。其中紫云英還田量為22 500 kg/hm2時(shí)，可生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的富硒大米。