土壤調(diào)理劑在恩施利川水稻上的施用效果研究

摘要：湖北省恩施州利川地區(qū)土壤硒含量高。文章通過開展大田試驗(yàn)，研究5種不同配施方式對(duì)當(dāng)?shù)厮就寥牢螒B(tài)、土壤硒有效性、水稻硒含量等的影響。結(jié)果顯示：5種處理后利川土壤硒形態(tài)變化不明顯，土壤pH均有所提高，土壤有效硒含量和水稻籽粒硒含量均有一定程度的提高，其中生石灰+小麥生物炭對(duì)水稻籽粒中硒含量的提高有極顯著影響。本研究結(jié)果對(duì)于恩施天然富硒土壤的開發(fā)利用提供了實(shí)際參考價(jià)值，對(duì)于當(dāng)?shù)馗晃a(chǎn)業(yè)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：恩施；水稻；調(diào)理劑；有效硒

中圖分類號(hào)：S156.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

硒是人體必需的一種微量元素，在人體中有著重要的作用，具有抗衰老、抗癌、抗氧化等多種生理功能，能防治心臟病、肝病、糖尿病等40多種疾病，并能增強(qiáng)機(jī)體免疫力，解毒排毒，防治克山病和大骨節(jié)病，有“抗癌之王”的美稱^［1-4］。世界上有40多個(gè)國家和地區(qū)缺硒，中國缺硒面積占全國國土面積的72%^［5-6］。目前全球居民普遍硒攝入不足，人體攝取硒的主要來源是食物，因此合理提高農(nóng)產(chǎn)品中硒的含量是促進(jìn)人體硒健康的根本途徑。

恩施地區(qū)有大量富硒土壤資源，為進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查成果轉(zhuǎn)化，充分利用農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查成果，亟需開展特色土地資源生態(tài)評(píng)價(jià)、開發(fā)利用與保護(hù)研究^［7-8］。現(xiàn)階段，富硒農(nóng)產(chǎn)品主要是通過添加富硒化肥生產(chǎn)的，這可能會(huì)造成一定的污染，增加化肥成本，也是對(duì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的富硒土壤資源的浪費(fèi)^［9-10］。針對(duì)富硒土壤資源，可以利用土壤改良劑提高土壤中硒的生物有效性，從而提高作物的硒含量。

水稻是我國的主要糧食作物，富硒水稻已成為主要的富硒農(nóng)產(chǎn)品之一，受到廣大消費(fèi)者的歡迎。近年來，恩施地區(qū)已初步形成了富硒水稻產(chǎn)業(yè)鏈，但仍存在水稻品種選擇缺乏針對(duì)性，富硒水稻的栽培方法缺乏科學(xué)性等問題。因此，本文針對(duì)恩施富硒土壤資源的特點(diǎn)，開展水稻種植田間試驗(yàn)，研究不同調(diào)理劑在恩施富硒土壤上的應(yīng)用效果，為恩施富硒水稻的生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)開展前，赴恩施州利川調(diào)查取樣。利川試驗(yàn)田土壤偏酸性，硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)（≥0.4 mg/kg）。土壤硒含量高，且鎘不超標(biāo)，符合試驗(yàn)要求。最終，盆栽試驗(yàn)土壤選擇在恩施州利川市汪營鎮(zhèn)梨樹村水稻田采集，坐標(biāo)108°45′42.05″E，30°16′25.54″N，試驗(yàn)田面積約1 333.33 m²，硒背景質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.41 mg/kg，pH為5.72，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.02%，屬于酸性富硒土壤。

1.2 供試材料

供試改良劑包括：（1）鈣鎂磷肥，荊門市高園磷肥有限公司生產(chǎn)，有效磷（P₂O₅）質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥120 g/kg，pH為7～10；（2）小麥生物質(zhì)炭，河南譽(yù)中奧農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)，C質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥950 g/kg，pH 為8.34；（3）過磷酸鈣，湖北豐樂生態(tài)肥業(yè)有限公司生產(chǎn)，有效磷（P₂O₅）質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥120 g/kg，pH為7～10；（4）生石灰，建德市新安江永合塑料廠生產(chǎn)，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥990 g/kg，pH為12.39。

水稻種：榮優(yōu)華占，由大田試驗(yàn)所在水稻田農(nóng)戶提供，為利川當(dāng)?shù)刂髟云贩N。

1.3 試驗(yàn)方法

田間試驗(yàn)選擇在恩施州利川市汪營鎮(zhèn)梨樹村水稻田。在水稻田施肥管理的基礎(chǔ)上，除對(duì)照（CK，不施加改良劑）外，設(shè)置了鈣鎂磷肥、過磷酸鈣、小麥生物炭、生石灰單施和復(fù)配施用共5個(gè)不同處理：（1）單施鈣鎂磷肥0.50 kg/m²；（2）同時(shí)配施鈣鎂磷肥0.50 kg/m²、小麥生物質(zhì)炭0.18 kg/m²；（3）單施過磷酸鈣0.50 kg/m²；（4）同時(shí)配施過磷酸鈣0.50 kg/m²、小麥生物質(zhì)炭0.18 kg/m²；（5）同時(shí)配施生石灰0.18 kg/m²、小麥生物質(zhì)炭0.18 kg/m²。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積5 m×6 m，小區(qū)中間有隔行和排水溝。田間試驗(yàn)于2021年4月開始，并于當(dāng)年9月進(jìn)行土壤及水稻樣品的采集。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

水稻成熟期收獲水稻植株，將籽粒分離，并用去離子水沖洗干凈后烘干、磨碎，保存于密封塑料袋用于生物量及化學(xué)測(cè)定。所有玻璃器皿均于10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)稀鹽酸溶液中浸泡過夜，用去離子水洗凈后烘干使用。

樣品由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心（國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心）進(jìn)行測(cè)試，土壤pH采用水浸提電位法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用油浴外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定；土壤全硒采用氫化物-原子熒光光譜法測(cè)定（參照農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1104—2006）；土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定，用0.1 mol/L的磷酸二氫鉀溶液浸提，HNO₃+H₂O₂（體積比7∶1）混酸進(jìn)行微波消解后，用氫化物-原子熒光光譜法測(cè)定（參照農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 3420—2019）；水稻植株樣中硒的測(cè)定，采用 HNO₃、HClO₃消解，用氫化物-原子熒光光譜法（AFS，AFS-920，北京吉天儀器有限公司）測(cè)定溶液中的硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)（參照國標(biāo)GB/T 5009.93—2017）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 7.05軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)差異顯著性（Plt;0.05）與極顯著性（Plt;0.01），用Origin 21進(jìn)行圖件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同調(diào)理劑對(duì)土壤中硒形態(tài)的影響

土壤中硒的生物有效性不僅與土壤中硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，還與硒的形態(tài)有關(guān)。本文的硒形態(tài)包括水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，利川大田土壤pH為5.55，呈弱酸性，硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.465 mg/kg，有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.24 μg/kg，其中腐殖酸結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)為有效硒的主要成分，占比分別為33%，31%，29%（見圖1）。

供試土壤中水溶態(tài)、離子交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，而主要以腐殖酸結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)硒存在。分析不同處理后土壤的硒形態(tài)，主要形態(tài)并未發(fā)生變化，還是腐殖酸結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)（見圖2）。

2.2 不同調(diào)理劑對(duì)土壤中硒有效性的影響及其機(jī)理

2.2.1 不同處理對(duì)土壤硒有效性的影響

能被植物有效利用的硒被稱為有效硒。試驗(yàn)結(jié)果均顯示，與對(duì)照組CK相比，不同處理土壤中有效硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有不同程度提高（見圖3），除T1外，其他處理與CK存在極顯著性差異（P＜0.01），說明這幾種處理均能顯著提高土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)。各處理對(duì)土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高效果從高到低依次是T5，T4，T2，T3，T1，土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高了0.99～3.47 μg/kg，增幅為30.44%～107.06%。其中T5、T4、T2這3種處理土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加最多，較CK分別增加了3.47 μg/kg，2.78 μg/kg，2.33 μg/kg，增幅達(dá)107.06%，85.82%，72.07%。即混施生石灰和小麥生物炭、混施過磷酸鈣和小麥生物炭、混施鈣鎂磷肥和小麥生物炭具有較好的提高土壤有效硒的潛力。

2.2.2 不同處理對(duì)土壤pH的影響

在酸性土壤中，硒主要以亞硒酸鹽存在，土壤中鐵、鉛的氧化物和氫氧化物對(duì)亞硒酸鹽有很強(qiáng)的吸附作用，會(huì)降低其在土壤溶液中的濃度，影響植物對(duì)亞硒酸鹽的吸收；而在堿性土壤中，硒酸鹽是主要形態(tài)，更容易被植物吸收。如圖4所示，不同處理后，土壤pH變化不太大，僅稍有提高。其中T5、T2處理對(duì)于提高土壤pH效果最明顯，與CK存在顯著差異（P＜0.05），T5處理達(dá)到了極顯著差異（P＜0.01）。T5處理添加了生石灰和小麥生物炭，處理后pH值最高，為6.74，較CK提高了23.66%；T2處理添加鈣鎂磷肥和小麥生物質(zhì)炭，處理后pH為5.82，較CK提高了6.66%。說明生石灰、小麥生物炭、過磷酸鈣對(duì)于酸性土壤pH有一定的調(diào)控作用。

2.3 不同調(diào)理劑對(duì)水稻硒含量的影響

如圖5所示，本試驗(yàn)中施加不同調(diào)理劑后水稻籽粒中硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均達(dá)到了富硒標(biāo)準(zhǔn)（0.04～0.30 mg/kg），試驗(yàn)結(jié)果顯示幾種調(diào)理劑配施能夠提高水稻籽粒硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

不同處理與CK相比，水稻籽粒硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有不同程度的提高，其中T5處理對(duì)于提高水稻籽粒硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)效果最明顯，與CK存在極顯著差異（P＜0.01），T5、T4、T2處理達(dá)到了顯著差異（P＜0.05），分別較CK增加了0.03 mg/kg，0.02 mg/kg，0.02 mg/kg。各處理對(duì)水稻籽粒、根硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高效果從高到低依次是T5、T4、T2、T3、T1，水稻籽粒硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了0.01～0.03 mg/kg，增幅為14.72%～44.35%。

由圖3、圖5可以看出，各種處理對(duì)土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)及水稻硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有所提高，效果最明顯的是混施生石灰和小麥生物炭，均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），說明生石灰和小麥生物炭能夠有效提升利川土壤中硒的生物有效性，從而增加水稻籽粒硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3 討論

利川大田試驗(yàn)對(duì)照組土壤pH為5.45，為酸性土壤，添加生石灰能有效提升土壤的pH。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤pH呈正相關(guān)關(guān)系，pH越大，土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大。土壤的酸堿度可影響硒元素與土壤組分的吸附和解析過程，并影響土壤中硒的形態(tài)，從而影響土壤有效硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)^［11-12］。徐爭啟等^［13］研究四川萬源市土壤硒的形態(tài)特征及影響因素時(shí)，發(fā)現(xiàn)土壤 pH與SOL-Se、EXC-Se 和RES-Se 有顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。趙妍等^［14］對(duì)江蘇茶園土壤有效硒的研究表明，土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤pH呈正相關(guān)關(guān)系。閆加力等^［15］通過研究，發(fā)現(xiàn)土壤 pH通過影響硒的賦存形態(tài)來影響硒的有效性，從而影響作物對(duì)硒的吸收。

添加生物炭能夠提高土壤pH，提高土壤中的有機(jī)質(zhì)含量。研究表明，施用生物炭對(duì)土壤微生物的豐度有顯著影響，土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)土壤營養(yǎng)循環(huán)和植物生長起重要作用^［16］。土壤微生物群落組成或活性的變化不僅影響著土壤有機(jī)質(zhì)的循環(huán)，也顯著影響?zhàn)B分的循環(huán)，對(duì)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要，可以直接或間接地影響地上植物的生長。

長期施用磷肥能減輕土壤的酸化，本文結(jié)果顯示鈣鎂磷肥能夠提高酸性土壤的pH，較CK組提高了0.36。李平等^［17］研究顯示，鈣鎂磷肥處理土壤pH的平均增幅只有0.1。本研究結(jié)果顯示磷肥能夠提高土壤有效硒，與前人試驗(yàn)結(jié)果一致。劉勤等^［18］發(fā)現(xiàn)，磷和硒都以含氧陰離子的形式存在于土壤中，化學(xué)行為相似，磷通過與硒在土壤膠體表面的吸附位點(diǎn)競(jìng)爭而影響Se（IV）的環(huán)境行為。土壤膠體更多地與磷酸結(jié)合，亞硒酸鹽被激活釋放，大大提高了土壤中硒的化學(xué)有效性。馬訊等^［19］發(fā)現(xiàn)在土壤中添加鈣鎂磷肥可使磷酸氫離子增加，土壤中磷酸氫離子與亞硒酸鹽之間的競(jìng)爭吸附是內(nèi)部配體交換機(jī)制。與亞硒酸鹽相比，磷酸氫離子是較強(qiáng)的配體離子，兩者同時(shí)存在時(shí)，磷酸氫離子優(yōu)先被土壤吸附，從而減少了土壤對(duì)亞硒酸鹽的吸附，增加了土壤中硒的有效性^［20］。

4 結(jié)論

不同調(diào)理劑處理下，恩施利川富硒土壤中的硒均得到不同程度的活化，土壤中有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高顯著，水稻籽粒和根系中硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)也得到相應(yīng)提高，水稻均達(dá)到了富硒大米標(biāo)準(zhǔn)。其中T5處理效果最佳，使土壤有效硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高3.47 μg/kg，增幅達(dá)107.06%；水稻籽粒硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高0.03 mg/kg，增幅44.35%。即混施生石灰和小麥生物炭能夠有效提升恩施利川土壤中硒的生物有效性，從而增加水稻籽粒硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

參考文獻(xiàn)

［1］RAYMAN M P.Selenium and human health［J］.The Lancet，2012（9822）：1256-1268.

［2］RAYMAN M P.The importance of selenium to human health［J］.The Lancet，2000（9225）：233-241.

［3］TAN L C，NANCHARAIAH Y V，VAN HULLEBUSCH E D，et al.Selenium：environmental significance，pollution，and biological treatment technologies［J］.Biotechnology Advances，2016（5）：886-907.

［4］KIELISZEK M，BAZ·EJAK S.Current knowledge on the importance of selenium in food for living organisms：a review［J］.Molecules（Basel，Switzerland），2016（5）：609.

［5］楊瓊，侯青葉，顧秋蓓，等．廣西武鳴縣典型土壤剖面Se的地球化學(xué)特征及其影響因素研究［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2016（30）：455-462.

［6］YU T，YANG Z F，LYU Y Y，et al.The origin and geochemical cycle of soil selenium in a Se-rich area of China［J］.Journal of Geochemical Exploration，2014（139）：97-108.

［7］萬能.湖北省典型富硒土壤成因及硒資源利用的地球化學(xué)研究［D］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)，2021.

［8］楊軍，項(xiàng)劍橋，徐春燕，等.湖北省土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查進(jìn)展與展望［J］.資源環(huán)境與工程，2021（6）：818-826.

［9］ZHANG L H，HU B，LI W，et al.OsPT2，a phosphate transporter，is involved in the active uptake of selenite in rice［J］.New Phytologist，2014（4）：1183-1191.

［10］王兆雙，王典，李洪亮.不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤硒的活化效應(yīng)研究［J］.土壤通報(bào)，2018（4）：953-958.

［11］周越，吳文良，孟凡喬，等.土壤中硒含量、形態(tài)及有效性分析［J］.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014（6）：527-532.

［12］梁東麗，彭琴，崔澤瑋，等.土壤中硒的形態(tài)轉(zhuǎn)化及其對(duì)有效性的影響研究進(jìn)展［J］.生物技術(shù)進(jìn)展，2017（7）：374-380.

［13］徐爭啟，倪師軍，張成江，等.四川省萬源市土壤硒形態(tài)特征及影響因素分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（3）：1455-1458.

［14］趙妍，馬愛軍，宗良綱，等.不同調(diào)控措施在強(qiáng)酸性高硒茶園土壤中的應(yīng)用研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012（11）：2306-2312.

［15］閆加力，徐春燕，楊軍，等.湖北省不同農(nóng)作物對(duì)土壤硒吸收富集規(guī)律的研究［J］.資源環(huán)境與工程，2019（4）：481-485.

［16］丁艷麗，劉杰，王瑩瑩.生物炭對(duì)農(nóng)田土壤微生物生態(tài)的影響研究進(jìn)展［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013（11）：3311-3317.

［17］李平，王興祥，郎漫.改良劑對(duì)Cu、Cd污染土壤重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2012（7）：1241-1249.

［18］劉勤，曹志洪.磷硒交互作用對(duì)水稻硒吸收累積的影響［J］.揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（4）：67-70.

［19］馬迅，諸旭東，宗良綱，等.不同調(diào)控措施對(duì)酸性富硒土壤硒有效性及水稻產(chǎn)量性狀的影響［J］.土壤，2018（2）：284-290.

［20］周鑫斌，于淑惠，謝德體.pH和三種陰離子對(duì)紫色土亞硒酸鹽吸附-解吸的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2015（5）：1069-1077.

（編輯 李春燕編輯）

Application effect of soil conditioner on Enshi Lichuan rice

Zhang Yangyang^1，2， Zhou Wei^1，2*， Wang Mengyuan^1，2， Wang Dan^1，2， Yu Qing3， Yan Jiali^1，2（1.Hubei Institute of Geosciences（Hubei Selenium Industrial Research Institute）， Wuhan 430034， China;

2.Hubei Provincial Test Center for Selenium Eco-environmental Effect， Wuhan 430034， China;

3.Yangtze University， Jingzhou 434023， China）

Abstract： The soil selenium content in Lichuan area of Enshi prefecture， Hubei province is high. Through field experiments， this article studied the effects of five different fertilization methods on the selenium forms in local rice soil， soil selenium availability， and rice selenium content. The results showed that there was no significant change in soil selenium forms in Lichuan after the five treatments， and the soil pH value increased. The available selenium content in soil and the selenium content in rice grains increased to a certain extent. Quicklime+wheat biochar had a very significant impact on the improvement of selenium content in rice grains. The results of this study provide practical reference value for the development and utilization of natural selenium rich soil in Enshi， and have certain guiding significance for the development of local selenium rich industry.

Key words： Enshi; rice; conditioning agent; effective selenium