影響作物吸收硒的土肥因素研究進(jìn)展①

劉 敏，張瑞瑞，鄭韻英，王日明，楊利瓊，劉永賢，袁林喜，尹雪斌4,5,，尹艷鎮(zhèn)*

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影響作物吸收硒的土肥因素研究進(jìn)展①

劉 敏1,2，張瑞瑞1，鄭韻英1，王日明2，楊利瓊2，劉永賢3，袁林喜6，尹雪斌4,5,6，尹艷鎮(zhèn)1*

(1 北部灣濱海富硒功能研究院，欽州學(xué)院，廣西欽州 535011；2 欽州學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，廣西欽州 535011；3 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南寧 530007；4 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026；5 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院功能農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗室，江蘇蘇州 215123；6 江蘇省硒生物工程技術(shù)研究中心，江蘇蘇州 215123)

硒是人體的必需元素，硒缺乏會造成多種疾病。通過攝入農(nóng)產(chǎn)品適量補(bǔ)充硒，能保證人體健康。對作物補(bǔ)充適量硒肥，是增加農(nóng)產(chǎn)品硒含量的有效措施。作物吸收硒與土壤因素及肥料因素關(guān)系密切，判斷哪個因素是影響作物吸收硒最關(guān)鍵的因素值得探討。通過對文獻(xiàn)系統(tǒng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，影響作物吸收硒的土肥因素中，土壤本身的硒含量及硒肥量最關(guān)鍵，土壤pH及有機(jī)質(zhì)含量為活化土壤硒的間接因素，硒肥種類及施肥方式為配合硒肥量的補(bǔ)充因素。促進(jìn)作物對硒的吸收要結(jié)合土壤性質(zhì)、硒肥量、施肥方式等因素綜合考慮，以達(dá)到富硒農(nóng)產(chǎn)品高產(chǎn)高效的目的。

硒肥；土壤性質(zhì)；施肥量；硒肥種類；施肥方式

硒是世界公認(rèn)的健康元素，硒蛋白和人體健康關(guān)系密切[1]。硒的抗氧化作用促進(jìn)人體健康[2]，硒在細(xì)胞增殖和細(xì)胞凋亡的過程中起作用，可以預(yù)防某些類型的癌癥[3]。人類通過食物適量補(bǔ)充硒素[4]，能預(yù)防“硒隱性饑餓”[5]。中國硒資源分布不均，造成了既存在硒資源，又有多數(shù)人口缺硒的現(xiàn)狀[6]。對作物補(bǔ)充硒肥能增加農(nóng)產(chǎn)品的硒含量[7]。影響作物吸收硒的土壤因素包括土壤本身的硒含量、pH、有機(jī)質(zhì)及營養(yǎng)元素等，影響作物吸收硒的肥料因素包括施肥量、肥料種類及施肥方式等。判斷哪個土肥因素是影響作物吸收硒最關(guān)鍵的因素，對富硒農(nóng)作物高產(chǎn)高效具有指導(dǎo)意義。

1 土壤性質(zhì)對作物吸收硒的影響

土壤性質(zhì)主要包括土壤本身的硒含量、pH、有機(jī)質(zhì)及營養(yǎng)元素等。有研究指出，小麥籽粒中的硒含量與土壤中硒含量、pH、正磷酸鹽含量密切相關(guān)[8]。

1.1 土壤硒含量

水稻根系、莖葉和籽粒中的硒含量均隨著土壤硒含量增加而增加[9]。在富硒土壤上種植紅衣花生，不施用硒肥時，花生仁硒含量也達(dá)到富硒農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)[10]。小麥籽粒中的硒含量受到土壤中生物可利用硒的強(qiáng)烈影響[8]。在不同植物間進(jìn)行比較，總硒含量及可用硒含量在整個生長季對植物累積硒效果相似[11]。在低硒土壤中硒的總量和生物可利用硒含量之間大致呈線性關(guān)系，然而在總硒含量 > 2 mg/kg的土壤中，硒的總量和生物可利用硒含量不相關(guān)[12]。

1.2 土壤理化性質(zhì)

1.2.1 pH 研究指出在缺硒或潛在缺硒為主的三峽庫區(qū)(重慶段)，表層土壤硒含量隨著pH的增加而減少[13]，在缺硒或潛在缺硒為主的黑龍江地區(qū)土壤全硒含量與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)[14]。硒的化學(xué)形態(tài)受土壤pH影響，極易被吸附在土壤中的鋁、鐵或錳的氫氧化物上[15]。低硒土壤中不同pH影響作物對硒的吸收[16]，環(huán)境中無機(jī)硒的移動性和生物可利用性隨土壤pH的增加而增加[6]。周鑫斌等[17]報道，中性紫色土對硒的吸附量隨著土壤溶液pH升高而減少，并指出是因為土壤pH直接影響土壤溶液中亞硒酸鹽的濃度，進(jìn)而影響植物對土壤有效硒的吸收。

1.2.2 有機(jī)質(zhì) 土壤有機(jī)質(zhì)對硒具有明顯的富集作用[18]，土壤全硒含量與土壤有機(jī)碳具有極顯著正相關(guān)關(guān)系[14]。土壤有機(jī)質(zhì)與土壤硒的固化有關(guān)[19]，在土壤有機(jī)質(zhì)含量低時，作物對硒吸收量增加，但當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量高于某一值時，作物對硒的吸收量就會減少[20]。有研究指出，土壤硒的有效性在不同土壤中影響因素不同。在有機(jī)質(zhì)含量不高的土壤中，土壤硒的有效性與土壤有效磷、速效鉀和土壤電導(dǎo)率顯著負(fù)相關(guān)，在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中土壤硒的有效性隨土壤有機(jī)質(zhì)的增加而增加[21]。因此，環(huán)境因素的變化會導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)聯(lián)和聚合程度的改變，從而導(dǎo)致硒移動性和生物可利用性的改變[22]。土壤有機(jī)質(zhì)可以通過生物和非生物機(jī)制使土壤中的硒固定，并減少硒生物可利用性[23]。耕作層的硒濃度主要與土壤有機(jī)碳含量有關(guān)，隨著土壤有機(jī)碳的積累，抑制作物對硒的吸收[24]。土壤可提取亞硒酸鹽與土壤有機(jī)質(zhì)的變化規(guī)律恰好相反[25]。

1.2.3 營養(yǎng)元素 預(yù)測植物吸收量的預(yù)測模型應(yīng)該包括作為硒累積的影響因子的土壤硫[11]。英國小麥地土壤上常常施用硫，硫?qū)ψ蚜Ｖ形臐舛扔胁煌挠绊?，這取決于土壤硫的形態(tài)、pH以及可能的其他因素[26]。施用六價硒的處理對硒的累積最少，硒的種類和土壤硫是重要的土壤參數(shù)[11]。此外，主要土壤養(yǎng)分的不足也降低了籽粒硒的濃度，尤其是磷的缺乏[24]。環(huán)境中無機(jī)硒的移動性和生物可利用性隨著氧化鐵的增加而減少[27]。鐵錳氧化物對硒具有明顯的富集作用[18]。將同位素示蹤法用于追蹤農(nóng)業(yè)土壤的生物化學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)有機(jī)態(tài)的硒比水溶性的硒更輕，與不同土壤深度的碳氮比密切相關(guān)，原因為因氧化還原反應(yīng)發(fā)生的硒的固化控制硒在土壤中的生物地球化學(xué)循環(huán)過程[28]。

2 肥料性質(zhì)對作物吸收硒的影響

施用硒肥是一種有效提高作物硒含量的生物強(qiáng)化措施。優(yōu)化肥料配方、施肥量和施肥時期等施肥條件，能有效調(diào)高肥料利用率，使植株葉片和硒肥的吸收率達(dá)到最高[29]。在芬蘭，自1984年以來，為了增加國內(nèi)食物的硒含量，并提高人口的硒攝入量，所有的農(nóng)業(yè)復(fù)合肥料都添加硒酸鈉[7]。在貧硒地區(qū)施用硒肥可以提高小扁豆生物量及產(chǎn)量，并增加果實(shí)含硒量提高果實(shí)品質(zhì)；兩種施肥方式(葉面施肥及土壤施肥)及兩種硒肥形態(tài)(硒酸鉀及亞硒酸鉀)都能提高籽粒中的有機(jī)硒含量[30]。硒肥能增強(qiáng)小麥抗逆性[31]，不同用量、不同濃度的含硒葉面肥對降低稻米重金屬鎘含量差異顯著[32]。適量增施硒肥可有效減少烤煙病害的發(fā)生，提高烤煙產(chǎn)量與質(zhì)量，提高烤煙硒含量，改善內(nèi)在品質(zhì)[33]。追施不同狀態(tài)硒肥能提高馬鈴薯塊莖維生素C含量[34]。硒肥可以提高小麥籽粒中的硒含量，低濃度硒處理可以提高小麥籽粒的百粒重[35]。

2.1 硒肥量

硒肥量與小麥硒含量關(guān)系密切，二者一般呈正相關(guān)關(guān)系，籽粒中總硒和有機(jī)硒含量隨施硒量增加而增大[36]。施硒可顯著提高紫甘薯薯塊硒含量[37]。水稻和小麥籽粒的硒含量和施硒肥量之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系[38]。大豆各器官的硒含量隨著外源硒肥濃度的增加呈遞增的趨勢[39]。隨著施硒量的增加，紫云英含硒量也隨之增加，兩者相關(guān)性達(dá)到極顯著水平[40]。有研究指出，烤后煙葉硒含量隨土壤施硒量增加呈現(xiàn)拋物線趨勢[41]。但也有研究指出，施硒肥量較小時，梨硒含量與施硒肥量呈正相關(guān)；但當(dāng)施肥量較高時，梨硒含量反而會下降[42]。

2.2 硒肥種類

硒肥的種類較多，按照施肥方式、物料狀況及肥料的化學(xué)成分可分為不同種類硒肥以及新型硒肥料，其中新型硒肥包括生物硒肥、納米硒肥及緩釋硒肥[43]。

2.2.1 無機(jī)硒肥 研究顯示，硒粉(分析純)對小麥生長沒有顯著影響，硒礦(硒含量4 054.12 mg/kg)促進(jìn)小麥生長，硒酸鈉(分析純)和亞硒酸鈉(分析純)適宜濃度促進(jìn)小麥生長，抗氧化酶的活性增強(qiáng)，濃度過大抑制小麥生長[44]。六價硒因其在土壤中的低吸附性，可被植物有效利用。作物生長期在土壤中加入六價硒，能有效提高糧食作物抗性水平[45]。硒的形態(tài)和濃度都將影響作物對硒的吸收、分配和代謝，在低濃度下，亞硒酸鹽要比硒酸鹽更易吸收，硒酸鹽可能抑制根對亞硒酸鹽的吸收[46]。但也有研究指出，無機(jī)硒比有機(jī)硒更具有生物活性，能高出3 ~ 6倍。在黏土中無機(jī)硒往往會提高所有植物硒的濃度和所有生長階段硒的濃度，有機(jī)硒遠(yuǎn)不如無機(jī)硒能提高植物中的硒含量，因此，建議使用無機(jī)硒來進(jìn)行生物強(qiáng)化[47]。

2.2.2 有機(jī)硒肥 有機(jī)形式的硒比無機(jī)形式具有更大的速率被吸收，亞硒酸鹽要比硒酸鹽有更大的吸收速率，而硒代蛋氨酸的吸收效率則更高[48]。世界各地的缺硒地區(qū)，主要是由將無機(jī)硒添加到土壤中，進(jìn)行硒生物強(qiáng)化。添加有機(jī)原料硒，可以作為一種改良含硒食品的替代方案[49]。富硒的超積累植物是健康有機(jī)硒肥，可以作為一種很有價值的土壤改良劑，讓胡蘿卜生長得更健康[50]。用富硒秸稈作為基質(zhì)種植蘑菇，由這些蘑菇積累的硒引起的抗氧化活性增加，表明了生物系統(tǒng)中硒的抗氧化性。使用積累硒的農(nóng)業(yè)殘留物作為基質(zhì)生產(chǎn)富硒蘑菇可以作為補(bǔ)充硒的營養(yǎng)食品的潛在來源[51]。

2.2.3 其他種類硒肥 研究顯示，使用緩釋硒肥可有效增加菠菜產(chǎn)量及菠菜體內(nèi)硒含量，提高菠菜品質(zhì)[52]。保水緩釋硒肥與硒酸鈉硒肥及亞硒酸鈉硒肥相比，更能增加馬鈴薯產(chǎn)量[53]。細(xì)菌合成的納米硒具有無毒、穩(wěn)定、較高生物活性等特性[54]，納米硒可以在短期的高或低的脈沖后改善番茄植株生長參數(shù)[55]。

2.3 施肥方式

目前常用的施肥方式種類較多，有拌種、包衣、基施、追施、滴灌、淋施及噴施等。無論哪種施肥方式，只要將硒肥施入土壤，肥效必將受到土壤理化性質(zhì)的影響，不接觸土壤肥效才能不受土壤理化性質(zhì)的影響，因此可將施肥方式歸為接觸土壤類及不接觸土壤類兩種。研究表明，葉面噴施亞硒酸鈉也可以有效提高胡蘿卜的硒含量[56]和生物量[57]，葉面噴施硒肥比在土壤中施硒肥對提高小麥籽粒硒含量更有效[31]，葉面噴施硒肥比淋根施硒肥方式更能顯著提高雙低油菜含硒量[58]。與土施相比，噴施處理后梨對硒的吸收快、吸收和積累效率高、硒利用率高[42]。葉面噴施硒肥比根部淋施更能促進(jìn)紅衣花生對硒的吸收[10]。龍友華等[59]對獼猴桃施用硒肥的研究結(jié)果顯示，綜合施肥方式優(yōu)于單一施肥方式，不同施硒方式的綜合效果順序為葉面噴施+土壤穴施>葉面噴施>土壤穴施。

3 問題與展望

影響作物吸收硒的土壤因素中土壤本身的硒含量起到關(guān)鍵作用，作物硒含量隨著土壤硒含量增加而增加，富硒土壤生長的作物易達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。在土壤理化性質(zhì)中，土壤pH越高，越利于作物吸收硒[13-17]，多數(shù)情況下土壤有機(jī)質(zhì)含量低利于作物吸收硒[18-25]。因此，一般情況下土壤條件為本身硒含量高、pH高、有機(jī)質(zhì)含量低利于作物對硒吸收。土壤硒含量低，可以外源添加硒肥，或者通過調(diào)節(jié)土壤pH及有機(jī)質(zhì)含量等手段活化土壤硒以利于作物吸收。

為了提高作物對硒的吸收，外源添加硒肥涉及到硒肥量、硒肥種類以及施肥方式等，這些統(tǒng)稱為影響作物吸收硒的肥料因素。其中硒肥量為關(guān)鍵因素，在一定范圍內(nèi)硒肥量越高，作物吸收硒越多，但超過一定范圍作物硒含量反而下降[36-42]。所有種類硒肥在合理的濃度范圍內(nèi)均能促進(jìn)作物對硒的吸收，不同硒肥對作物的作用及作物的吸收性不一而足，哪種硒肥最易促進(jìn)作物吸收還沒有統(tǒng)一結(jié)論，但是人們對更優(yōu)質(zhì)新品種硒肥的開發(fā)在不斷探索[44-55]。施肥方式也是較關(guān)鍵因素，不接觸土壤噴施，比多種土施方式更有利于作物對硒的吸收，但將二者綜合使用效果更優(yōu)[56-59]。

綜上，影響作物吸收硒的土肥因素中，土壤本身的硒含量及硒肥量最關(guān)鍵，土壤pH及有機(jī)質(zhì)含量為活化土壤硒的間接因素，硒肥種類及施肥方式為配合硒肥量的補(bǔ)充因素。促進(jìn)作物對硒的吸收要結(jié)合土壤性質(zhì)、硒肥量、施肥方式等因素綜合考慮，以達(dá)到富硒農(nóng)產(chǎn)品高產(chǎn)高效的目的。當(dāng)前，有關(guān)硒的研究雖然得到了大量的結(jié)果和結(jié)論，但從長遠(yuǎn)發(fā)展來看還存在亟待解決的問題，如如何開發(fā)作物更易吸收的新型硒肥種類是目前研究人員面臨的挑戰(zhàn)；僅靠開采陸地富硒地區(qū)的硒資源作為硒肥，長此以往必將存在陸地硒資源枯竭的危機(jī)，如何將大量的海洋硒資源補(bǔ)充到陸地，豐富陸地硒資源值得關(guān)注[60]。

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Edaphic and Fertilizer Factors Influencing Selenium Uptake of Crops: A Review

LIU Min1,2, ZHANG Ruirui1, ZHENG Yunying1, WANG Riming2, YANG Liqiong2, LIU Yongxian3, YUAN Linxi6, YIN Xuebin4,5,6, YIN Yanzhen1*

(1 Beibu Gulf Selenium Enrichment Functional Agriculture Research Institute, Qinzhou University, Qinzhou, Guangxi 535011, China; 2 College of Resources and Environmental Sciences, Qinzhou University, Qinzhou, Guangxi 535011, China; 3 Institute of Agricultural Resource and Environment, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China; 4 School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China; 5 Key Laboratory of Functional Agriculture, Suzhou Institute for Advanced Study, University of Science and Technology of China, Suzhou, Jiangsu 215123, China; 6 Jiangsu Bio-Engineering Research Center for Selenium, Suzhou, Jiangsu 215123, China)

Selenium (Se) is an essential element in the human body, and Se deficiency can cause many diseases. Replenishing appropriate Se by taking in agricultural products can ensure human health. Fertilize proper Se is an effective measure to increase Se content in agricultural products. The relationship is close between crop Se absorption and the properties of soil and fertilizers. Systematic analysis of the literatures found that soil Se content and the dosage of Se fertilizer are the most critical factors on Se absorption of crops, soil pH and organic matter content are the indirect factors to activate soil Se, and the type and fertilization method of Se fertilizer are the supplementary factors to cooperate with the dosage of Se fertilizer. It is necessary to combine soil property, the dosage and fertilization pattern of selenium fertilizer to promote Se absorption of crops for high yield and high efficiency of Se-rich agricultural products.

Selenium fertilizer; Soil properties; Fertilizer rate; Selenium fertilizer types; Fertilization methods

欽州學(xué)院校級科研項目(2017KYQD222)和廣西創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展富硒重大專項(桂科AA17202010；桂科AA17202037)資助。

(yinyanzhen2009@163.com)

劉敏(1982—)，女，河北保定人，博士，農(nóng)藝師，主要從事土壤硒素活化研究。E-mail：minminliu1025@163. com

10.13758/j.cnki.tr.2018.06.006

S153.6；S158.3；S147.5

A