栽培技術對稻谷硒含量的影響
——基于文獻分析

鄒盼 廖莎 肖強 陳翊杰 朱相成,3*

（1宜春學院 生命科學與資源環境學院，江西 宜春 336000；2宜春市袁州區農業農村局，江西 宜春 336000；3江西省高等學校 硒農業工程技術研究中心，江西 宜春 336000；第一作者：1372782679@qq.com；*通訊作者：workmail_zhuxc@163.com）

硒是人體生長發育的必需營養元素。我國有72%的縣市土壤不同程度缺硒，人群中缺硒現象普遍存在[1-2]。富硒農產品是補硒的理想途徑。水稻是我國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居民硒營養缺乏的狀況[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題[4-5]。所以，研究天然富硒稻作技術對發展生態高值農業具有重要意義。作物硒積累不僅受土壤硒含量影響，還與土壤硒形態及其生物有效性密切相關[6-7]。酸堿度（pH）、氧化還原電位（Eh）、有機質含量、礦物含量等對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]發現，紫云英還田可促進土壤有效硒釋放，提高稻谷硒含量。張青等[15]和狄雪榮等[16]研究發現，節水灌溉會增加稻田土壤Eh和pH，增加土壤硒酸鹽和亞硒酸鹽等有效態硒的含量，從而促進水稻硒積累。但上述研究多采用單點田間試驗，而不同試驗點的種植管理制度、生態環境千差萬別，研究結論存在明顯差異，區域尺度上栽培技術對稻谷硒含量影響的研究報道少，而且富硒栽培技術對稻谷硒含量和產量的協同影響尚不清楚。為此，本研究收集國內外不同水稻種植區域的相關文獻，然后提取文獻結果，分析不同水稻種植區域稻谷硒含量和產量對栽培措施的響應，并探究栽培技術對水稻富硒和產量提高的協同效應，旨在為發展水稻天然富硒栽培模式提供參考。

1 文獻及數據收集

本研究通過中國知網和Web of science等數據庫檢索有關栽培技術對稻谷硒含量影響的相關文獻。文獻來源包括國內外期刊論文和國內碩博學位論文，通過主題詞“水稻”或“稻田”和“硒”以及“rice”or“paddy”和“selenium”進行檢索，從中篩選，然后提取本文需要的數據。本文的篩選條件如下：1）大田或者盆栽土壤試驗，且設有不同栽培措施處理；2）試驗中無外源硒添加，包括綠肥種植過程中無外源硒添加；3）測定稻谷、精米或者糙米硒含量，文中統一表述為稻谷硒含量。根據已有研究進展，本文選擇具有一定研究基礎的栽培技術作為研究對象，包括施肥（化肥、紫云英和其他有機肥）、水分管理和石灰施用。基于上述條件，截止2020年12月31日本文共篩選得到17篇相關文獻。

通過提取上述文獻對照處理和相應栽培措施處理的稻谷硒含量，然后定量分析栽培措施對稻谷硒含量的影響。關于對照處理的設定，化肥處理以不施某種化肥（如氮或磷）為對照，有機肥處理則以未添加有機肥的化肥處理為對照，灌溉處理以常規淹水為對照，石灰處理以未添加石灰為對照。另外，本文還提取了與品種有關的文獻數據，分析不同品種間稻谷硒含量差異及土壤硒含量對品種間硒含量差異的影響，與品種相關的文獻不設對照處理。

天然富硒栽培技術對稻谷硒含量的影響用稻谷硒含量差來表示，計算公式如下：D=S－C。式中，D為富硒栽培技術對稻谷硒含量的影響（mg/kg），S為富硒栽培處理的稻谷硒含量（mg/kg），C為對照稻谷硒含量（mg/kg）。在本研究中，富硒大米的標準為0.04～0.30 mg/kg[17]，富硒土壤的標準為≥0.4 mg/kg[18]。

2 結果與分析

2.1 施肥對稻谷硒含量的影響

2.1.1 化肥對稻谷硒含量的影響

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小；在江西豐城，進一步增添磷肥的處理，稻谷硒含量明顯高于常規磷肥處理。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 化肥施用對稻谷硒含量的影響

氮、磷和鉀等化肥對水稻生長有顯著影響，但對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性質相似，根系對土壤磷的吸收可能會對根系硒積累產生拮抗作用[19-20]，因此施磷可抑制植株對土壤硒的吸收，導致稻谷硒含量下降[21]。但也有研究認為，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，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現，施磷能夠提高土壤硒的有效性和作物硒含量[23]。因此，磷對水稻硒積累的影響取決于多個途徑的凈效應，而不同試驗區域土壤性質和管理措施不同，導致磷對不同區域稻谷硒含量的影響途徑和效應存在差異。

在缺氮環境下，施氮能加強水稻根系對硒的吸收，并促進根部的硒向籽粒轉移，但當施氮量到一定水平后，進一步增加施氮量不會對稻谷硒含量產生顯著影響[24]。跟不施肥相比，施用氮磷鉀能促進稻谷硒的積累[25]。綜合來看，相比不施肥，施用化肥會對稻谷硒含量產生較大影響，但施肥處理間的稻谷硒含量變化相對較小。因此，在水稻生產上，化肥用量的小幅度調整可能不會對稻谷硒含量產生明顯影響。

2.1.2 紫云英還田對稻谷硒含量的影響

有關紫云英還田對稻谷硒含量影響的文獻有4篇（9組數據），覆蓋了南方雙季稻和單季稻區。從圖1可見，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，所有數據的平均增加量為0.022 mg/kg。可見，紫云英還田可顯著促進稻谷硒積累。目前，我國市場銷售的大米硒含量平均約為0.029 mg/kg[27]，根據圖1的結果，單單通過紫云英還田就可使我國大米的硒含量接近富硒標準。

圖1 紫云英還田對稻谷硒含量的影響

在綠肥作物中，紫云英對土壤硒的吸收能力強，其硒含量是水稻的5倍以上[28]，而且生物量大，是一種優良的純天然外源硒[29]。紫云英吸收的硒主要以硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸等有機態硒形態存在，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。本研究還發現，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（數據未列出）。可見，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 其他有機肥施用對稻谷硒含量的影響

從表2可知，已有研究多采用動物有機肥為材料探討有機肥對稻谷硒含量的影響。楊志輝等[25]研究發現，長期有機肥（豬糞）無機肥配施對稻谷硒含量的影響因試驗點而異，但多表現為正效應（平均增加0.015 mg/kg）。而在短期試驗研究中，施用動物有機肥一般表現為降低稻谷硒含量[34-35]，但施用植物有機肥則明顯提高了稻谷硒含量[36]。

表2 有機肥對稻谷硒含量的影響

施用有機肥可改善土壤理化性質、提高土壤有機質含量[37]，從而直接影響土壤硒的生物有效性[10]。在酸性較強的土壤中，有機肥可增加土壤pH，提高土壤有效態硒含量[38]。但也有研究認為，土壤有機質對硒有較強的吸附作用，會降低土壤硒的有效性和植物對硒的吸收效率[34,39]。有機肥對土壤硒有效性的影響還與有機肥的施用時間有關，TOAN[40]研究發現，在動物有機肥施入后30 d內，其所含的小分子有機物會快速分解，釋放大量有機酸，與土壤硒競爭吸附位點，從而導致土壤可溶性硒含量上升；但此后，剩余的有機質會將四價硒轉化為不可利用的低價態硒，從而降低硒的生物有效性。在水稻種植中，動物有機肥一般作為基肥施入，而水稻吸收土壤硒的主要生育時期為拔節至灌漿期[41]，從這個角度來看，動物有機肥可能不利于水稻硒積累。JIANG等[36]發現，植物廢棄物加工而成的有機肥可顯著提高稻谷硒含量。在旱地的研究中也發現，小麥秸稈還田可提高土壤硒有效性，促進植株硒的積累[42]。目前，秸稈還田已普遍用于水稻生產。因此，未來需對秸稈還田對水稻硒積累的影響進行系統研究。

2.2 水分管理對稻谷硒含量的影響

在收集到的5篇文獻8組數據中，覆蓋了國內外5個生態點，其中有7組數據顯示節水管理（間歇灌溉和濕潤灌溉）能增加稻谷硒含量（平均0.11 mg/kg），只有1組數據表明間歇灌溉會降低稻谷硒含量（表3）。

表3 水分管理對稻谷硒含量的影響

Eh是調節土壤硒有效性的重要因素，土壤Eh越高，植物對硒的利用率也越高[44]。稻田土壤氧化還原環境特殊，常規淹水灌溉模式下，稻田土壤Eh較低，處于還原狀態，此時硒主要以難吸收的元素硒和硒化物形態存在；而在節水灌溉下，土壤Eh和pH升高，導致氧化態的硒酸鹽含量增加[45]，因此提高了土壤硒的有效性，促進了水稻硒積累[15-16,46]。因此，節水灌溉是提高稻谷硒含量的有效措施。也有研究認為，濕潤灌溉會降低稻谷硒含量[47]，可能是因為該研究采用旱地土壤，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 石灰施用對稻谷硒含量的影響

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

表4 施用石灰對稻谷硒含量的影響

在土壤理化性質中，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]。雖然石灰可促進水稻對硒的吸收，但石灰投入量過高導致水稻成本增加，并對土壤特性、水稻產量和品質產生負面影響[49-50]。因此，不同稻作區應該根據當地土壤特性來確定適宜的石灰施用量。

2.4 不同品種硒積累能力比較

本文選取的文獻均是采用20個品種以上，且所有品種種植于同一試驗田。從表5可見，不同文獻中品種間硒含量的極差達0.041～0.542 mg/kg。總的來看，超過50%的品種稻谷硒含量都達到了富硒大米的標準，而且從2000年起富硒水稻品種的比例呈增加趨勢。但需要注意的是，上述大部分研究是在富硒土壤上進行試驗，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 土壤硒含量對不同水稻品種硒積累的影響

有關水稻品種間硒積累能力的比較已有較多研究。鐘松臻等[51]發現，不同品種稻谷硒含量的差異主要是因為植株硒積累能力不同，而與硒在不同器官的分配規律關系不大。而周鑫斌等[41,52]研究表明，富硒水稻不僅有更強的硒積累能力，而且還具有更高的根系-籽粒硒轉運能力。ZHANG等[53]則認為，稻谷硒含量與地上部營養器官的硒積累量正相關，地上部營養器官相當于硒的儲存庫，硒的庫容大，則可將更多的硒轉移至籽粒中，從而增加稻米的硒含量。還有研究認為，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]發現，富硒品種根系促進硒向籽粒轉移的相關基因表達量更高，從而提高稻米硒含量。可見，進一步研究水稻品種的富硒機制可為富硒水稻品種的培育提供科學依據。

3 結論

在匯總的文獻中，總共有20組數據同時分析了栽培技術對水稻產量和稻谷硒含量的影響。從圖2可知，水分管理、有機肥施用和紫云英還田處理都提高了水稻產量，平均增幅為9.98%。只有部分石灰用量較高的處理（4組數據）降低了水稻產量。同時，全部20組數據均表現為增加稻谷硒含量（數據未列出）。可見，采用節水灌溉、紫云英還田及適量施用有機肥和石灰能實現水稻天然富硒和高產的雙贏。目前，大部分研究多集中在單個栽培技術對水稻富硒的影響，未來應加強水稻富硒栽培技術集成，構建富硒稻作模式，以充分挖掘土壤供硒潛力，促進水稻天然富硒產業的發展。

圖2 富硒栽培技術對水稻產量的影響