增施生物有機肥對食用木薯吸收利用土壤中硒的影響

曹 升，陳會鮮，嚴華兵，尚小紅，曾文丹，陸柳英，肖 亮

（1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西作物遺傳改良生物技術重點開放實驗室，廣西 南寧 530007；3.廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學研究所，廣西 龍州 532415）

食用木薯富含淀粉，是很多食品的加工原材料，具有很大的開發(fā)前景。隨著硒的生物學功能不斷被挖掘，“富硒”逐漸成為農(nóng)產(chǎn)品炙手可熱的新賣點。當前，富硒農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)方式主要有兩種，分別是天然富硒和外源硒生物強化。然而，在本研究的前期研究中發(fā)現(xiàn)食用木薯的這兩種富硒生產(chǎn)方式都存在一定的不足，一方面，我國72%的地區(qū)缺硒或低硒，可利用的天然硒量少且分布不均［1］，使得食用木薯天然種植很難達到富硒標準；另一方面，食用木薯利用外源硒的效率很低，只能達到2%左右［2］，使得大量的外源硒滯留在土壤里，易造成環(huán)境污染。因此，提高食用木薯吸收利用硒的效率，是食用木薯實現(xiàn)高效、綠色、提質富硒化生產(chǎn)的關鍵。

植物對硒的吸收利用效率與硒的有效性有著密切聯(lián)系。近年來，科研人員通過研究發(fā)現(xiàn)了多種提高土壤中硒有效性的方法。謝珊妮等［3］發(fā)現(xiàn)秸稈生物質炭和鈣鎂磷肥的不同配施方式均能顯著提高土壤硒有效性及茶葉硒量；馬迅等［4］通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，在不添加外源硒的前提下，鈣鎂磷肥與氨基酸葉面肥混施的5 種不同的調控措施均能有效提高酸性富硒土壤中硒的有效性，并顯著提高水稻籽粒的硒含量；諸旭東等［5］通過田間試驗發(fā)現(xiàn)，內源調控處理與外源補硒處理均能提高土壤中硒的化學有效性，且都能使得水稻籽粒的硒含量升高；楊旎等［6］通過試驗發(fā)現(xiàn)秸稈炭、生石灰粉、鈣鎂磷肥等3種改良劑與有機肥配施可以有效地提高強酸性高硒茶園土壤硒的生物有效性。本研究是在充分借鑒前人研究結果的基礎上，結合食用木薯的生產(chǎn)實際，在食用木薯塊根膨大前期施入生物有機肥，探索生物有機肥對食用木薯吸收利用硒的影響，以期在不施用硒肥或施用少量硒肥就能有效地提高食用木薯硒含量，為食用木薯富硒化生產(chǎn)提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗采用的供試品種為NK-10，種莖由廣西農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所提供；該品種的品質優(yōu)良，適合作為食品加工的原材料。所用的生物有機肥來自廣西南寧金圣方肥業(yè)有限責任公司，其技術指標為：有機質≥40%，N+P2O5+K2O≥12%，有效活菌數(shù)≥0.2 億/g，pH為7.4。采用的硒肥來源于蘇州硒谷科技有限公司，由精選天然硒礦物研制而成，以無機硒為主，其硒（Se）含量為1 g/kg，pH為6.3。

1.2 試驗設計

本試驗于2018～2019年在廣西農(nóng)業(yè)科學院里建基地進行，于當年3月種植，并于12月份收獲。該試驗田的土壤背景pH為6.7，全硒含量為0.48 mg/kg，土壤堿解氮90.2 mg/kg，有效磷40.8 mg/kg，速效鉀47.21 mg/kg，有機質26.09 g/kg。試驗設置不施硒肥和施入300 kg/hm2的硒肥2種試驗條件，每種條件下在塊根膨大前期均施入4個施用量的生物有機肥，共8個處理，各處理的施肥情況如表1。每個處理重復3次，共24個小區(qū)，各小區(qū)完全隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積為51 m2，設有保護行。食用木薯的田間管理按照正常的高產(chǎn)栽培方法。

表1 試驗8個處理的具體施肥情況

1.3 測定方法

土壤全硒含量：土壤全硒含量采用微波消解-原子熒光光譜法測定。

硒形態(tài)的測定：水溶態(tài)的硒用0.25 mol/L HCl提取，測定方法同全硒；水溶態(tài)硒提取后的殘渣用0.7 mol/L KH2PO4（pH=5.0）提取交換態(tài)的硒，測定方法同全硒；交換態(tài)的硒提取后的殘渣用2.5 mol/L HCl 提取鐵錳結合態(tài)硒，測定方法同全硒；鐵錳結合態(tài)硒提取后的殘渣用5%K2S2O88 mL和HNO3（1∶1）提取有機結合態(tài)硒，測定方法同全硒；提取有機結合態(tài)硒后的殘渣，為殘渣態(tài)的硒，測定方法同全硒。硒的形態(tài)分析參照吳少尉等［7］和瞿建國等［8］推薦的方法測定。

有效硒活化率（%）=土壤中有效硒含量/土壤中全硒含量×100。

土壤理化性質測定：參照《土壤農(nóng)化分析》［9］推薦的土壤理化性質測定方法，土壤 pH 采用電位法測定，土壤有機質含量采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定，土壤陽離子交換量采用乙酸銨交換法測定。

塊根中總硒含量的測定：采用國家標準方法（GB 5009.93-2010）中的微波消解-氫化物原子熒光光譜法測定硒含量。

塊根有機硒占比的測定：無機硒采用王梅等［10］推薦的方法測定，有機硒占比（%）=（塊根總硒-塊根無機硒）/ 塊根總硒×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件進行差異顯著性分析，并用Excel 2002軟件進行折線圖和柱形圖的制作。

2 結果與分析

2.1 增施生物有機肥對食用木薯種植地土壤中總硒含量的影響

從圖1可知，在不施硒肥的試驗條件下，土壤中總硒含量的變化趨勢是隨著生物有機肥施用量的增加而先大幅度減小后略微增大，其中CK土壤中總硒含量均極顯著大于A、B、C 3個處理。從圖2可知，在施入硒肥的試驗條件下，增施生物有機肥，土壤中總硒含量的變化趨勢是隨著生物有機肥施用量的增加而先增大后減小，其中S+A、S+B、S+C 3個施肥處理下土壤總硒含量均顯著大于S+CK。因此，增施生物有機肥對試驗中不同施硒肥條件下土壤中總硒含量的影響呈現(xiàn)截然相反的作用，即在不施硒肥土壤中增施生物有機肥顯著減少了土壤中總硒含量，而在施硒肥土壤中增施生物有機肥可顯著增加土壤的總硒含量。

圖 1 在不施硒肥條件下增施生物有機肥的處理土壤中硒含量的變化

圖 2 施入硒肥和生物有機肥處理土壤中硒含量的變化

2.2 增施生物有機肥對食用木薯種植地土壤中硒有效性的影響

硒形態(tài)是影響土壤中硒有效性和遷移轉化最為關鍵的因素之一［11］。土壤中硒形態(tài)主要分為水溶態(tài)硒、交換態(tài)硒、鐵錳結合態(tài)硒、有機結合態(tài)硒、殘渣態(tài)硒5種形態(tài)，其中水溶態(tài)硒、交換態(tài)硒因其溶解性和移動性易被植物體吸收，被合稱為土壤有效硒［12］。由表2可知在不施硒肥的試驗條件下，水溶態(tài)硒、交換態(tài)硒、有效硒活化率均隨著生物有機肥施用量的增加而逐漸增加，其中水溶態(tài)硒和有效硒活化率在A、B、C 3個處理下均極顯著大于CK；鐵錳結合態(tài)硒和有機結合態(tài)硒2個指標均會隨著生物有機肥施用量的增加而先增大后減小，其中鐵錳結合態(tài)硒在A、B 2個處理下極顯著大于CK；殘渣態(tài)硒的含量隨著生物有機肥施用量的增加而先減小后增大，且在A、B 2個處理下極顯著小于CK。由表2可知在施用硒肥的試驗條件下，水溶態(tài)硒、交換態(tài)硒、鐵錳結合態(tài)硒、有效硒活化率、有機結合態(tài)硒均隨著生物有機肥施用量的增加而呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，其中水溶態(tài)硒、交換態(tài)硒在S+A、S+B、S+ C 3個處理下均極顯著大于CK，有機結合態(tài)硒在S+B和S+ C 2個處理下均極顯著大于CK；殘渣態(tài)硒在S+ C處理下均顯著小于CK、A、B 3個處理。這說明食用木薯增施生物有機肥，可以改變土壤中各形態(tài)硒的分配比例，并有效地提高土壤中的有效硒含量，提高有效硒的活化率。

表2 不同試驗處理土壤中硒的形態(tài)變化

2.3 增施生物有機肥對食用木薯塊根硒含量的影響

從圖 3 可知，在不施硒肥條件下增施生物有機肥的試驗處理，食用木薯的塊根硒含量隨著生物有機肥施用量的增加而呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢，并且A、B、C 3個處理下的塊根硒含量都極顯著大于CK。從圖4可知，在同時施入硒肥和有機肥的試驗處理下，食用木薯塊根硒含量會隨著生物有機肥施用量的增加而先增大后減小，其中在S+B和S+C處理下食用木薯塊根硒含量顯著大于CK。綜合圖3和圖4的試驗結果可得，增施適量生物有機肥可以有效提高木薯塊根的硒含量。

圖3 在不施硒肥條件下增施生物有機肥的處理食用木薯塊根硒含量的變化

圖4 施入硒肥和生物有機肥的處理食用木薯塊根硒含量的變化

2.4 增施生物有機肥對塊根中有機硒和無機硒含量的影響

植物體內的硒根據(jù)其化學形態(tài)，可分為無機硒和有機硒兩大類。有機硒容易吸收，且對人體有益；而無機硒不易被人體吸收，并對人體的健康存在一定的危害［13］，因而植物體內硒元素形態(tài)分析顯得尤為重要。從圖 5 可知，在不施硒肥的試驗條件下增施生物有機肥后，食用木薯塊根有機硒的占比均在80%以上，但 CK、A、B、C 間的差異不顯著。從圖6可知，在施入硒肥的試驗條件下增施生物有機肥后，食用木薯塊根有機硒的占比也都在80%以上，且會隨著生物有機肥施入量的增加而增加，其中 S+B和S+C2個處理與CK的差異達到顯著水平。這說明增施生物有機肥對食用木薯塊根中有機硒占比的影響效應會因為不同施硒肥條件呈現(xiàn)不同。

2.5 增施生物有機肥對土壤理化性質的影響

Su 等［14］研究認為硒的賦存形態(tài)受土壤理化性質影響。從表3可知，在不施硒肥的試驗條件下，pH的變化不大，陽離子交換量的大小順序是B>A>C>CK，有機質的大小順序是C>B>A>CK，其中A、B、C 3個處理的陽離子交換量和有機質都極顯著大于CK；在施硒肥的試驗條件下，pH和陽離子交換量的大小順序為C>B>A>CK，有機質含量的大小順序為B>A>C>CK，其中A、B、C 3個處理的pH、陽離子交換量、有機質均極顯著大于CK。因此，增施適量的生物有機肥，可以提高陽離子交換量和有機質，而對pH的影響大小會因為不同的施肥種類而呈現(xiàn)不同的影響效果。

圖5 在不施硒肥條件下增施生物有機肥的處理食用木薯塊根有機硒占比的變化

圖6 施入硒肥和生物有機肥的處理食用木薯塊根有機硒占比的變化

表3 不同試驗處理下土壤理化性質的變化

2.6 土壤理化性質與土壤硒有效性的相關性

從表4的相關性分析結果可知，在不施硒肥的試驗條件下，酸堿度、陽離子交換量、有機質與有效硒活化率呈正相關關系，且陽離子交換量和有機質與其相關性達到顯著或極顯著水平；在施硒肥的試驗條件下，酸堿度、陽離子交換量、有機質與有效硒活化率也呈正相關關系，且酸堿度和陽離子交換量與其相關性達到極顯著水平，有機質與其相關性達顯著水平。這說明土壤理化性質與土壤硒有效性有著密切的聯(lián)系。

表4 土壤理化性質與土壤有效硒活化率的相關關系

3 討論

3.1 食用木薯增施生物有機肥對土壤中總硒含量的影響

通過對比發(fā)現(xiàn)，在不施外源硒的條件下，食用木薯增施生物有機肥后，土壤中總硒含量顯著小于對照；而在施入外源硒的條件下，增施生物有機肥后土壤中的總硒含量顯著大于對照。造成這一截然不同結果的原因可能有兩方面，一方面，在不施外源硒條件下，土壤中總硒的含量有限，而增施生物有機肥后土壤中有效硒含量增加，使得更多的硒被植物所吸收，木薯收獲后留在土壤中的硒含量就相應地減少了；另一方面，在施入外源硒的試驗條件下，土壤中總硒的含量很高，除了植物吸收的部分硒外，還有大量的硒留在土壤中，而生物有機肥中的有機物官能團能夠吸附土壤中的無機硒形成有機物-硒復合體［15］，能減少外源硒肥的淋溶。這說明增施適量生物有機肥能促進食用木薯吸收土壤中的硒，并能減少外源硒的淋溶。

3.2 食用木薯增施生物有機肥對土壤中硒的有效性及塊根中硒含量的影響

與對照相比，食用木薯增施生物有機肥后，土壤中硒的有效性和塊根硒的含量顯著增加。前人在研究不同施肥方式對茶園土壤硒有效性的調控效果中也得出相類似的結果。趙妍等［16］在研究4種調控措施對茶園酸性土壤中硒有效性的影響時發(fā)現(xiàn)，單獨施用生物有機肥能顯著地提高茶園土壤中硒的有效性，顯著地增加了茶葉中硒的含量，并且其作用效果優(yōu)于其他3種調控措施；楊旎等［6］通過對比發(fā)現(xiàn)，在無外源硒添加的前提下，單施生物有機肥能顯著提高茶園土壤中有效硒的含量和硒活化率，明顯提高茶葉中硒含量；姚歡等［17］在研究增施磷肥對提高強酸性高硒茶園土壤硒有效性的效果時發(fā)現(xiàn)，伴有生物有機肥的磷肥處理對提高土壤中有效硒質量比的效果要好于單獨施用磷肥的效果。這說明增施有機肥可以提高土壤中硒的有效性，有利于提高食用木薯塊根硒含量。

究其原因，這可能與增施生物有機肥后土壤的理化性質發(fā)生了改變有關。因為在本試驗中，食用木薯增施生物有機肥后，土壤的pH、有機質、陽離子交換量都有所升高，并且相關性分析結果也表明土壤的pH、有機質、陽離子交換量與土壤有效硒活化率呈正相關關系。現(xiàn)有的研究也證實了pH、陽離子交換量、有機質與土壤硒有效性有著密切的聯(lián)系。Wang等［18］認為pH越高越有利于土壤中硒有效性的提高；馬迅等［19］研究影響土壤硒有效性的因素時發(fā)現(xiàn)陽離子交換量與土壤有效硒含量呈顯著正相關關系；Li等［20］和Dinh等［21］都一致認為有機質對于土壤硒有效性的影響具有雙重作用，在pH較低的土壤環(huán)境下有機質越多越能提高土壤硒的有效性，在pH較高土壤環(huán)境下有機質越多土壤硒的有效性越低。因此，生物有機肥是通過改善土壤的理化性質來提高土壤中硒的有效性。此外，土壤中硒的有效性大小是決定食物中硒水平高低的關鍵因素，因而增施生物有機肥也能提高食用木薯塊根硒含量。

3.3 增施生物有機肥對食用木薯塊根中有機硒含量的影響

無論是在不施外源硒還是在施入外源硒條件下，食用木薯塊根的有機硒占比均隨著有機肥施入量的增加而增大，且在施入外源硒條件下作用效果達到顯著水平。這可能與有機硒在植物體內合成條件有關。在前人的研究中發(fā)現(xiàn)，植物中硒的代謝過程主要有2條途徑，分別是有機硒和無機硒路徑，但因為無機硒代謝路徑相比有機硒代謝路徑受更多的酶限制，使得植物體吸收的硒主要轉換成有機硒［22］。而本試驗增施生物有機肥后，促進了食用木薯對硒的吸收，促使更多的硒轉換成有機硒，從而提高了食用木薯塊根里有機硒的占比。

4 結論

食用木薯在種植過程中增施生物有機肥，可以改善土壤的理化性質，提高土壤中硒的有效性，促進塊根吸收土壤中的硒，并可防止外源硒肥的淋溶，提高食用木薯塊根的硒含量和有機硒占比。