紫云英不同還田量下土壤硒釋放特征及水稻富硒規律

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

(1.廣西農業科學院農業資源與環境研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西商貿高級技工學校，廣西 南寧 530007)

【研究意義】水稻屬非硒積累作物，自然生長條件下植株含硒量較低，需要通過人工補硒才能達到富硒稻米標準[1]。在很多相關研究中，主要采用增施硒肥或葉面噴硒的方式對水稻添加外源硒[2-5]，但容易增加經濟成本且存在環境污染風險[6]，不利于富硒水稻的安全生產。與傳統補硒方法相比，利用聚硒植物紫云英作綠肥供給外源硒[7]，開發無公害富硒水稻栽培技術，有助于促進富硒產業的健康發展。但目前關于紫云英還田對土壤有效硒的釋放動態及水稻植株富硒特征的影響了解甚少。因此，開展紫云英翻壓還田試驗，研究其不同還田量對土壤和水稻的富硒效應，對構建富硒水稻生態種植模式及實現富硒大米的綠色生產具有重要意義。【前人研究進展】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量[11-13]。在生產富硒水稻方面，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，稻米對硒的富集量隨紫云英硒含量的增加而不斷增高，比對照高56 %以上。張祥明等[15]采用葉片噴硒的方法制備富硒紫云英，經翻壓還田后可有效促進水稻對硒元素的吸收，其中外源硒(18.0 g/hm2Na2SeO3)+紫云英組合的糙米硒含量最高，達到綠色稻米的富硒標準。張祥明等[16]在安徽桐城、廬江、貴池等低硒水稻田開展紫云英—水稻富硒試驗，結果表明，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。趙學杏[17]研究也發現，在稻田翻壓經噴硒處理的紫云英能大幅提高稻米硒含量，產出符合國家相關標準的富硒大米。【本研究切入點】迄今，關于紫云英—水稻富硒生產的研究中富硒紫云英多數通過噴施亞硒酸鈉制成，本質上仍屬于人工增施硒肥范疇，而針對紫云英翻壓還田后土壤有效態硒的釋放過程、水稻植株富集硒的規律及合理還田量的探討鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】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態及水稻根、莖和葉對硒元素的富集特征，并根據各處理稻米硒含量確定適宜的紫云英還田量，同時開展相應的大田示范和技術推廣工作，為實現規模化生產綠色富硒大米提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2016年11月至2017年7月在廣西河池市巴馬縣甲篆鎮百馬村水稻種植基地進行，試驗地位于東經107°8′、北緯24°12′，海拔255 m。試驗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，有機質含量22.60 mg/kg。

1.2 試驗材料

選擇富硒紫云英品種桂紫7號作為冬閑田綠肥，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，所栽品種為當地高產優質水稻品種桂育9號。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 設置6個紫云英還田量處理，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)，以無紫云英翻壓還田作對照(CK)，每處理3次重復。試驗采用隨機區組排列，每個試區長10 m，寬5 m，面積50 m2。試區間筑田埂隔離，留30 cm寬溝以避免相互交叉影響。插秧后的水肥運籌和病蟲防治等各項田間管理工作與傳統方法相同。

紫云英刈割完畢按設計要求和試區面積稱量，然后移至各試區翻壓還田。分別于2017年4月1日(水稻移栽當天)、4月8日(返青期)、4月28日(分蘗期)、5月16日(拔節期)、6月2日(抽穗期)和7月18日(成熟期)按照五點取樣法采集各試區土壤和水稻植株，測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，測定稻米的全硒含量。

注：同列數據后不同大、小寫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 測定項目及方法 供試土壤呈酸性，采用NaH2PO4浸提法測量有效硒含量[18]，全硒含量經優級純混合酸(硝酸∶高氯酸=3∶2)消煮后，以原子熒光光度計測定[19]。水稻根、莖、葉及稻米烘干粉碎后，參考國家標準食品中硒的測定方法(GB 5009.93-2010)測定全硒含量。

1.4 統計分析

采用Excel 2003進行試驗數據整理和圖表制作，以SPSS 24.0進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同紫云英還田量處理土壤有效硒的釋放動態

從表1可看出，水稻移栽時各處理的土壤有效硒含量無顯著差異(P>0.05，下同)，移栽后各紫云英還田處理的土壤有效硒開始不斷釋放。到返青期，CT1處理的土壤有效硒含量由移栽時的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。可見土壤有效硒的釋放量與紫云英還田量存在明顯的正比關系。進入分蘗期后，各還田處理的土壤有效硒含量均達到峰值，排序為CT6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，與拔節期和抽穗期相比均有不同程度降低。說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由于沒有外源硒補充，在試驗過程中土壤有效硒含量始終呈下降之勢，說明紫云英可通過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硒元素的富集規律分析

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，水稻開始快速生長，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；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，仍表現出較強的富硒能力；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(硒含量僅0.223 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據后不同大、小寫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試驗期間的變化趨勢與根系相似，即在水稻生長前期各處理水稻莖和葉對硒的富集能力較弱，硒含量處于較低水平；從返青結束開始，水稻莖和葉部位對硒元素的富集速度加快，其硒含量迅速升高，至抽穗期達到峰值；在抽穗期，CT6處理水稻莖和葉對硒的富集量分別為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，表現出隨紫云英還田量下降而遞減的變化規律；相比之下，CK缺乏外源硒補給，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。可見，紫云英翻壓還田對水稻各器官的富硒效應非常明顯，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，表現出極強的富硒能力；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 %，差異均達到極顯著水平，但與CT1相比增長較緩慢，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，達到GB/T 2499-2008《富硒稻谷》規定的標準(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，紫云英翻壓還田對稻米的富硒效應非常明顯，當還田量達到22 500 kg/hm2或更高時，可產出符合國標要求的富硒大米。

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：同行數據后不同大、小寫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性分析結果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性分析

將紫云英還田量與試驗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行相關性分析，結果(圖1)發現，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，說明土壤有效硒含量與紫云英還田量呈顯著正相關；紫云英還田量的增加也有助于水稻根系對硒元素的吸收，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；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。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系數排序為土壤>根>莖>葉>稻米，說明相關性與硒元素的運輸距離有關，距離越遠相關性越低。

3 討 論

與其他豆科植物相比，紫云英對硒元素的吸收能力更強，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]，雖然短期內見效較快，但容易引起土壤硒殘留和水體硒污染[24-25]。與傳統增硒方式不同，本研究直接以增加紫云英鮮草的還田量來提升供硒水平，結果發現，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，表現出密切的正相關關系，說明紫云英翻壓還田對土壤的增硒作用非常明顯，且還田量越大增硒效果越佳。可見以增施紫云英的方法來替代舊有模式，有利于開發更加環保、生態的供硒技術，從而實現富硒水稻的安全生產。紫云英壓青還田后其硒元素的釋放受腐解程度影響，從水稻移栽開始至翻壓第8天，CT1～CT6處理的土壤有效硒含量升高相對有限，說明在水稻生長前期紫云英植株腐解較緩慢，可能與春耕時溫度較低有關[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)達峰值。之后剩余的紫云英殘體分解速度放慢，加上水稻根系的吸收，土壤有效硒含量呈逐漸下降趨勢。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]對紫云英還田后的腐解規律和氮、磷、鉀營養元素釋放特征的研究結果基本相符。

在自然生長條件下，作物所含的硒除種籽自身攜帶外，其余基本上來源于土壤。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，但對作物發揮供硒作用的是其中能被根系直接吸收的有效態硒，因此增加土壤有效硒含量，對生產符合相關標準的富硒產品至關重要。本研究發現，與CK相比，紫云英還田促進土壤有效態硒的釋放，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。說明紫云英—水稻耕作模式能顯著增強土壤供硒水平和水稻富硒能力，且完全生態無污染，具有良好的推廣前景。在實際生產中，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硒的富集特征以確定適宜的鮮草還田量范圍，才能實現富硒水稻的穩定生產。土壤硒元素經水稻根系吸收進入植株體內，通過莖和葉的富集后再轉運至籽粒，整個運輸距離較長，加上中間各環節的截留和損耗，最終到達籽粒的硒明顯減少[32]。當紫云英還田量不足時，土壤供硒受到限制，稻米硒含量徘徊在0.032～0.036 mg/kg，難以實現突破性上漲。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，達到GB/T 2499-2008《富硒稻谷》的標準。可見增施適量紫云英是提高稻米硒含量的有效措施，當還田量增加到22 500 kg/hm2時，即可生產符合國家標準的富硒大米。

本研究尚處于基礎分析和理論探討階段，還需深入開展紫云英還田的富硒機理及硒元素的遷移特征研究，同時進行相應的示范和推廣工作，為利用紫云英開發富硒水稻的生態栽培技術，推動廣西富硒產業的可持續發展提供實踐經驗和技術方法。

4 結 論

紫云英翻壓還田可促進土壤有效硒釋放和水稻植株對硒元素的富集，并大幅提高稻米的硒含量，且還田量越大，對稻米的富硒效果越佳。其中紫云英還田量為22 500 kg/hm2時，可生產出符合國家標準的富硒大米。