蟲糞有機(jī)肥和外源硒對水稻生長及富硒的影響

耿偉娜， 徐曉燕， 趙 毅， 毛志月， 王小波

(天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300392)

黑水虻轉(zhuǎn)化畜禽糞便后產(chǎn)生的蟲糞是一種新型的有機(jī)肥，含有豐富的有機(jī)質(zhì)及有益微生物，可以直接作為有機(jī)肥使用[1]。吳翔等研究表明，施用黑水虻蟲糞可以提高水稻的株高及產(chǎn)量[2]。龔小燕等通過在水稻育秧土壤中施入不同比例的黑水虻蟲糞，發(fā)現(xiàn)蟲糞肥可以促進(jìn)秧苗生長，增加葉片的葉綠素及蛋白質(zhì)含量[3]。

全球有40多個(gè)國家和地區(qū)屬于低硒或缺硒地區(qū)，我國亦是公認(rèn)的“缺硒大國”之一，研究顯示我國有72%的土壤處于低硒或缺硒水平，使得在該類型土壤上收獲的植物硒含量較低，不能滿足人體對硒的需求[4]。人體不能合成硒，只能通過食物來獲取，植物硒是人體飲食中硒的主要來源[5]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上常采用富硒的辦法來提高作物的硒含量，這是補(bǔ)充和改善硒營養(yǎng)最簡單可行的措施[6]。水稻在我國糧食結(jié)構(gòu)中的占比較大，全國有2/3的人口以稻米作為主食[7]，故水稻中硒含量的高低與人體中微量元素的狀況密切相關(guān)[8-9]。從硒肥對植物毒性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等角度考慮，以亞硒酸鹽的形式施硒更佳[10-11]。蟲糞肥與外源硒聯(lián)合施用對水稻影響的研究未見報(bào)道。因此，本研究通過盆栽試驗(yàn)，研究蟲糞肥和外源硒對水稻生理生長及稻米品質(zhì)的影響，旨在為蟲糞肥的開發(fā)利用及水稻富硒科學(xué)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

水稻品種：津源89，為優(yōu)質(zhì)抗逆超高產(chǎn)品種，在天津地區(qū)種植面積較大。

試驗(yàn)所用土壤取自天津市寶坻區(qū)某水稻田，其土壤基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)含量19.0 g/kg、有效磷含量9.04 mg/kg、速效鉀含量231.78 mg/kg、堿解氮含量52.08 mg/kg，pH值7.78，EC值 484.5 μS/cm。將取回來的土壤風(fēng)干，除去雜質(zhì)后磨碎，過1 cm網(wǎng)篩，混勻備用。

蟲糞為黑水虻轉(zhuǎn)化雞糞后產(chǎn)生的蟲糞，其組分含量為：全氮含量25.6 g/kg、全磷(P2O5)含量 63.1 g/kg、全鉀(K2O)含量19.1 g/kg、有機(jī)質(zhì)含量626.4 g/kg，pH值8.35，EC值8.01 mS/cm。蟲糞除去雜質(zhì)后風(fēng)干備用。

外源硒：亞硒酸鈉(純度>99.0%)，由阿法埃莎(中國)化學(xué)有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)在天津市西青區(qū)天津農(nóng)學(xué)院網(wǎng)室，以蟲糞肥和硒肥為試驗(yàn)因素，蟲糞肥設(shè)CK(0%)、T1(3%)、T2(6%)3個(gè)處理，每個(gè)蟲糞肥下設(shè)LSe (5 mg/L)和HSe (10 mg/L)(以Se計(jì))2個(gè)硒肥處理，試驗(yàn)共6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。在干凈的塑料盆(直徑30.5 cm，高25.0 cm)中裝入10 kg的風(fēng)干土，添加不同比例的蟲糞肥攪拌均勻，加水靜置1周，在2020年5月25日選取生長一致的水稻幼苗移入盆中，每盆移苗9株，待緩苗后拔除2株較弱的幼苗，將盆隨機(jī)排放于網(wǎng)室內(nèi)。在水稻孕穗期(2020年8月6—12日)對水稻葉片正反2面均勻噴施亞硒酸鈉溶液，每盆噴150 mL，每 3 d 噴1次，共噴3次。在水稻種植期間進(jìn)行常規(guī)管理，并保持3～5 cm的水層，2020年10月31日進(jìn)行水稻收獲和測產(chǎn)。分離地上部植株與地下部根系，并將地上部植株在105 ℃殺青30 min，之后在70 ℃烘干至恒質(zhì)量，測產(chǎn)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

在水稻的拔節(jié)期、結(jié)實(shí)期用卷尺測量水稻株高；于分蘗期、抽穗期和結(jié)實(shí)期3個(gè)階段使用葉綠素儀(SPAD-520)測定水稻葉片的葉綠素含量，并測定抽穗期水稻葉片的凈光合速率；在孕穗期葉面噴硒10 d后(2020年8月22日)，在每盆中取出3株水稻進(jìn)行超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性的測定。SOD和POD活性分別采用氮藍(lán)四唑光化還原法、愈創(chuàng)木酚法[12]進(jìn)行測定；蛋白質(zhì)含量采用濃H2SO4-H2O2的方法得到消煮液，定容至100 mL后用全自動(dòng)凱氏定氮法[13]測定；直鏈淀粉含量采用BS EN ISO 6647-2—2015《稻米 直鏈淀粉含量的測定 第2部分 常規(guī)方法》測定；硒含量的測定采用GB/T 35871—2018《糧油檢驗(yàn) 谷物及其制品中鈣、鉀、鎂、鈉、鐵、磷、鋅、銅、錳、硼、鋇、鉬、鈷、鉻、鋰、鍶、鎳、硫、釩、硒、銣含量的測定 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》，稱取0.500 0 g試樣于消解管中，加入6 mL硝酸、2 mL雙氧水進(jìn)行微波消解，隨后在160 ℃下趕酸1 h，取出冷卻，轉(zhuǎn)移、定容至50 mL。測定時(shí)取出部分待測液，用電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理、計(jì)算、作圖采用Excel 2010軟件完成，顯著性差異分析采用SPSS 21.0 (α=0.05)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成。為了確定蟲糞肥和硒肥對水稻株高、產(chǎn)量、生理生長、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量及硒含量的影響，對數(shù)據(jù)進(jìn)行二因素方差分析，蟲糞肥和硒肥作為獨(dú)立變量，用單因素方差分析比較不同處理間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 蟲糞肥和硒對水稻株高、產(chǎn)量的影響

由表1可知，相同硒水平下，除T2處理下LSe拔節(jié)期株高和產(chǎn)量外，蟲糞肥(F)的施用都顯著地提高了水稻的株高和產(chǎn)量，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的株高在拔節(jié)期分別增加了33.85%、28.83%，在結(jié)實(shí)期分別增加了42.50%、41.10%，產(chǎn)量分別增加了609.09%、543.18%；T2處理中HSe的株高在拔節(jié)期增加了20.32%，LSe、HSe的株高在結(jié)實(shí)期分別增加了19.48%、37.65%，HSe的產(chǎn)量增加了221.14%。相同施肥水平下，在T2中HSe處理結(jié)實(shí)期株高和產(chǎn)量較LSe分別提高了15.16%、75.97%，而CK和T1處理中LSe與HSe處理沒有顯著差異。不同濃度硒肥(S)及蟲糞肥與硒肥的配施(F×S)對結(jié)實(shí)期株高的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)。F×S對水稻產(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

表1 不同用量蟲糞肥和硒處理下水稻株高和產(chǎn)量

2.2 蟲糞肥和硒對水稻葉綠素含量的影響

由表2可知，在相同硒水平下，蟲糞肥的施用顯著提高了水稻3個(gè)時(shí)期的葉綠素含量，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的葉綠素含量在分蘗期分別增加了42.58%、32.89%，在抽穗期分別增加了54.93%、55.65%，在結(jié)實(shí)期分別增加了43.51%、46.74%；T2處理中LSe、HSe的葉綠素含量在分蘗期分別增加了37.45%、32.77%，在抽穗期分別增加了49.02%、54.30%，在結(jié)實(shí)期分別增加了52.35%、48.27%。不同濃度硒肥及蟲糞肥與硒肥的配施對抽穗期和結(jié)實(shí)期葉綠素含量的影響均不顯著。

表2 不同用量蟲糞肥和硒處理下水稻葉綠素含量

2.3 蟲糞肥和硒對水稻抽穗期凈光合速率的影響

從圖1可知，在相同硒水平下，蟲糞肥的施用顯著提高了水稻光合速率，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的凈光合速率分別增加61.22%、52.30%，T2處理中LSe、HSe的凈光合速率分別增加35.29%、30.15%。相同施肥水平下，高濃度硒肥的施用顯著提高了水稻凈光合速率，CK+HSe、T1+HSe、T2+HSe處理的凈光合速率較相應(yīng)的LSe處理分別增加13.72%、7.42%、9.40%。蟲糞肥與硒肥的配施對凈光合速率的影響不顯著。

2.4 蟲糞肥和硒對水稻葉片酶活性的影響

由圖2可知，在相同硒水平下，蟲糞肥的施用顯著提高了葉片的SOD、POD活性。與CK相比，T1處理中LSe、HSe的SOD活性分別增加8.56%、10.80%，POD活性分別增加20.23%、28.86%，T2處理中LSe、HSe的SOD活性分別增加22.10%、27.03%，POD活性分別增加53.48%、50.56%。相同施肥水平下，高硒處理SOD、POD活性顯著高于相應(yīng)的低硒處理，增幅分別為4.48%～8.69%和8.10%～18.11%。不同濃度硒肥及蟲糞肥與硒肥的配施對水稻葉片SOD活性，不同濃度硒肥(S)對水稻葉片POD活性的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

2.5 蟲糞肥和硒對籽粒蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量的影響

由圖3可知，在相同硒水平下，蟲糞肥的施用顯著提高了籽粒蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的蛋白質(zhì)含量分別增加39.16%、48.20%，直鏈淀粉含量分別增加36.97%、28.32%；T2處理中LSe、HSe的蛋白質(zhì)含量分別增加88.63%、115.37%，直鏈淀粉含量分別增加17.85%、16.29%。相同施肥水平中，T2+HSe處理籽粒蛋白質(zhì)含量較T2+LSe增加了14.98%，不同硒濃度對籽粒直鏈淀粉含量沒有顯著影響。蟲糞肥與硒肥的配施對籽粒蛋白質(zhì)含量的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)，對直鏈淀粉含量無顯著影響。

2.6 蟲糞肥和硒對籽粒硒含量的影響

從圖4可知，在相同硒水平下，蟲糞肥施用顯著增加了籽粒硒含量，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的硒含量分別增加181.33%、75.36%；T2處理中LSe、HSe的硒含量分別增加268.99%、125.39%。相同施肥水平中，CK+HSe、T1+HSe和T2+HSe較相應(yīng)的低硒處理分別提高90.18%、18.54%和16.17%。蟲糞肥與硒肥的配施極顯著地提高了水稻籽粒硒含量。

3 討論

蟲糞肥作為一種新型有機(jī)肥，富含多種養(yǎng)分和有益微生物，施入土壤后經(jīng)過微生物作用轉(zhuǎn)變?yōu)榈⒘住⑩浀榷喾N元素，改善了土壤理化性質(zhì)，提高了土壤肥力及植物氮含量，從而促進(jìn)了葉綠素的合成[14]，提高了植物的光合作用能力，促進(jìn)了水稻生長，提高了水稻結(jié)實(shí)期株高和產(chǎn)量，這與董林林等的研究結(jié)果[15-17]一致。但過量施用蟲糞肥(6%)會(huì)造成土壤養(yǎng)分含量失衡，抑制水稻凈光合速率[18-19]，對水稻生長產(chǎn)生抑制作用[20-21]，本試驗(yàn)中6%蟲糞肥施用量水稻的株高和產(chǎn)量都低于3%處理。噴硒會(huì)減少氣孔阻力，提高CO2通量，導(dǎo)致葉片凈光合速率提高[22]，本研究中噴施10 mg/L的硒顯著增加了水稻凈光合速率。同時(shí)，硒的噴施減輕了過量施肥對作物的危害，在6%蟲糞肥處理中，10 mg/L 硒的噴施顯著提高了水稻的產(chǎn)量和結(jié)實(shí)期的株高。本研究發(fā)現(xiàn)施用蟲糞肥和硒顯著增加了葉片的SOD、POD活性。前人也有相似的結(jié)論，王小波等研究表明，施用蟲糞肥提高了水稻葉片的SOD、POD、CAT活性，且酶活性隨著蟲糞肥施用量的增加而增加[23]；李向陽等研究表明，葉面噴硒可以提高水稻幼苗SOD、POD活性[24]。說明施用蟲糞肥和硒能提高水稻清除體內(nèi)自由基的能力。

稻米品質(zhì)與稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量密切相關(guān)[25]。前人研究表明施用有機(jī)肥可以提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)[26-27]。蟲糞肥施入土壤，增加了土壤含氮量，提高了籽粒蛋白質(zhì)含量，且施肥量越高，蛋白質(zhì)含量越高，這與徐富賢等研究表明籽粒蛋白質(zhì)含量與施氮量正相關(guān)的研究結(jié)果[28]一致。前人在噴硒對作物籽粒蛋白質(zhì)含量的影響方面無一致定論。趙飛等通過對不同品種的水稻孕穗期噴施外源硒，發(fā)現(xiàn)噴施一定量的外源硒可以改善稻米的外觀品質(zhì)，提高稻米的整精米率，并通過影響稻米的蛋白質(zhì)及直鏈淀粉含量來提升稻米的食味值[29]。而劉慶等通過對小麥葉面噴硒發(fā)現(xiàn)，噴硒可以提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，但與不噴硒處理無顯著差異[30-31]。本研究發(fā)現(xiàn)在不施肥和施用3%蟲糞肥處理中噴硒對的籽粒蛋白質(zhì)含量無顯著影響，但在過量施肥處理中(6%)噴硒顯著增加了籽粒蛋白質(zhì)含量。

直鏈淀粉含量是衡量蒸煮和食味品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)稻米的直鏈淀粉含量為13%～20%(GB/T 1354—2018)[32]。本研究中施肥處理稻米的直鏈淀粉含量都高于13%，說明蟲糞肥的施用可以提高稻米的食味品質(zhì)，而不同濃度硒的噴施對稻米直鏈淀粉含量沒有顯著影響。

司清林等研究表明，施用有機(jī)肥會(huì)降低籽粒硒的積累[33]，但本研究表明有機(jī)肥施用和噴硒濃度的增加都會(huì)提高稻米硒的積累，結(jié)果相反，原因可能是施硒方式的差異導(dǎo)致的。本研究采用葉面噴施的辦法，避免了硒肥土施時(shí)，有機(jī)肥和土壤對硒的吸附固定，而噴施后，有機(jī)肥對作物的生長促進(jìn)可以增強(qiáng)植株對硒的吸收累積。噴硒濃度對籽粒硒含量有顯著影響，噴施10 mg/L硒后，籽粒硒含量顯著高于噴施5 mg/L硒處理，增幅為16.17%～90.18%，這與晏娟等的研究結(jié)果[9]一致。

4 結(jié)論

蟲糞肥施用顯著促進(jìn)了水稻生長，提高了水稻產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)、直鏈淀粉及硒含量，且3%施用量效果好于6%。高濃度硒的噴施提高了水稻葉片凈光合速率、SOD及POD活性和籽粒硒含量，但只有在6%蟲糞肥處理中提高了水稻產(chǎn)量。蟲糞肥和硒的配施顯著提高了水稻產(chǎn)量、葉片酶活性、籽粒蛋白質(zhì)和硒含量。綜合產(chǎn)量、硒及水稻的生長，本研究中3%蟲糞肥+10 mg/L硒為最佳處理組合。