不同有機(jī)物料對(duì)土壤硒形態(tài)及小麥硒吸收的影響

羅定祥，冶 軍，侯振安，安軍妹，白 嬌

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境系，新疆石河子　832003)

0　引 言

【研究意義】硒元素對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育極為重要，硒元素?cái)z取量不足時(shí)會(huì)使人和動(dòng)物產(chǎn)生多種疾病[1-2]。缺硒及土壤硒有效性低的區(qū)域可以通過人為干預(yù)提高作物硒富集程度，為人類提供更有效的植物性硒源[3]。施用外源硒和活化土硒的有效性是提高作物硒含量的主要兩種方法之一。有研究表明，在富硒地區(qū)土壤的全硒含量雖然較高，但可被作物吸收的有效態(tài)硒的含量卻是很少的一部分[4]。硒對(duì)植物的生物有效性及植物吸收累積量不僅取決于土壤中總硒含量，且與硒賦存形態(tài)密切相關(guān)[5]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤各形態(tài)和價(jià)態(tài)硒間存在著相互轉(zhuǎn)化作用，且很多研究都已證實(shí)土壤硒形態(tài)和價(jià)態(tài)的研究比土壤全硒量更有意義[6-8]。土壤中硒形態(tài)與土壤質(zhì)地、全硒、pH、有機(jī)質(zhì)、氧化還原電位(Eh)、陽(yáng)離子交換量及離子競(jìng)爭(zhēng)等有關(guān)[9-10]。其中土壤有機(jī)質(zhì)含量與有效態(tài)硒(可溶態(tài)硒、可交換態(tài)硒)呈正相關(guān)，土壤 pH與可交換態(tài)硒和鐵-錳氧化物結(jié)合態(tài)硒的含量存在密切關(guān)系[11-14]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】譚建安等[15]硒含量范圍的劃分標(biāo)準(zhǔn):以>0.450 mg/kg為富硒土壤。經(jīng)調(diào)查測(cè)定發(fā)現(xiàn)石河子天業(yè)農(nóng)業(yè)生態(tài)園石灰性土壤全硒含量平均值為0.583 mg/kg，達(dá)到土壤富硒水平，且遠(yuǎn)大于全國(guó)(0.29 mg/kg)及新疆(0.22 mg/kg)土壤硒含量的平均值，但土壤硒活化率偏低，硒的生物有效性不高[16]。有研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸、有機(jī)肥等有機(jī)物料能組成的調(diào)節(jié)劑能活化土壤中的有機(jī)硒，提高土壤中有效硒含量，進(jìn)而促進(jìn)作物對(duì)硒的吸收[17-19]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過添加不同有機(jī)物料，研究不同有機(jī)物料對(duì)土壤硒活化的作用，為提高石灰性土壤硒的有效性提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材 料

試驗(yàn)于2017年在石河子市的天業(yè)農(nóng)業(yè)生態(tài)園進(jìn)行(44°21′52.106″E，86°04′46.475″N)。土壤類型為灌耕灰漠土，質(zhì)地為壤土，pH 7.8，有機(jī)質(zhì)9.89 g/kg，全氮0.83 g/kg，堿解氮65.06 mg/kg，有效磷15.40 mg/kg，速效鉀323 mg/kg，全硒0.583 mg/kg，有效硒29.05 μg/kg。供試小麥為新春6號(hào)。供試材料為生化腐殖酸(SF，新疆沃達(dá)有限公司)、礦源腐殖酸(KF，新疆哈密億能源生科技有限公司)、雞糞有機(jī)肥(JF)，列出供試材料基本理化性質(zhì)。表1

表1供試材料基本理化性質(zhì)
Table1Basic physical and chemical properties of tested materials

供試材料Testmaterials硒含量Seleniumcontent(mg/kg)有機(jī)質(zhì)Organicmatter(g/kg)全氮Totalnitrogen(g/kg)有效磷Availablephosphorus(mg/kg)有效鉀Effectivepotassium(g/kg)pH生物腐殖酸Biologicalhumicacid(SF)0 01747 5627 2453 6011 504 7礦源腐殖酸Sourceofhumicacid(KF)1 80696 3912 334 758 536 3雞糞有機(jī)肥Chickenmanure(JF)1 56677 250 161 548 557 1

注：試供材料pH值測(cè)定均采用1∶2.5的水土比

Note: Test materials for the determination of pH values are used 1∶2.5 ratio of water and soil

1.2　方 法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)生物腐殖酸(SF)、礦源腐殖酸(KF)、雞糞有機(jī)肥(JF)和對(duì)照(CK)共4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，各處理用量均為600 kg/hm2。小區(qū)面積10 m2，小區(qū)間設(shè)1 m保護(hù)行。

在播種前將有機(jī)物料人工翻用土中，深度為20 cm。小麥采用為1帶4行的模式(即4行小麥1條滴灌帶，行距為15 cm，滴頭間距30 cm)。小麥整個(gè)生育期灌水450 mm，分6次進(jìn)行灌溉。磷肥(磷酸二氫鉀)，投入量為P2O5100 kg/hm2和氮肥(尿素)施用量為N 100 kg/hm2，均作追肥分三次隨水施用。

1.2.2樣品采集與測(cè)試指標(biāo)

采樣時(shí)間：在小麥播種第1 d(播種前)、第30 d(三葉期)、45 d(拔節(jié)期)、60 d(孕穗期)、第75 d(收獲后)分別對(duì)土壤及植株取樣。

土壤樣品：取土深度為0～60 cm，采集后的土壤樣品在室內(nèi)陰涼處自然風(fēng)干，除去植物殘?bào)w后磨碎分別過60和100目尼龍篩，待測(cè)。

植物樣品：采回小麥樣先用自來水沖掉根部泥砂，再用去離子水將小麥樣沖洗3次，洗凈的小麥樣品用濾紙吸干水分后將根、莖、葉、穗分開。小麥植株樣在105℃下殺青30 min，60℃烘干至恒重，分別稱量并記錄根、莖、葉、穗各器官質(zhì)量，然后分別粉碎存于自封袋密封，待測(cè)。

植物總硒：組織樣品粉碎過1 mm篩后，用電子天平稱取0.1 g (精確到0.000 1 g)，于50 mL錐形瓶中，加HNO3+ HCIO4混合酸(體積比為4∶1)10 mL，搖勻后放置過夜。用電熱板170℃加熱并及時(shí)補(bǔ)加混酸，至溶液清亮無(wú)色并伴有白煙出現(xiàn)時(shí), 繼續(xù)加熱至溶液剩余體積為2 mL左右時(shí)，從電熱板上取下冷卻，加用6 mol/L的鹽酸10 mL，再次加熱至溶液變?yōu)榍辶敛橛邪谉煶霈F(xiàn)時(shí)取下、冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中待測(cè)。測(cè)定用AFS-810原子熒光光譜儀測(cè)定硒的含量(具體方法參照GB/T 5009.93-2003《食品中硒的測(cè)定》)。

植物無(wú)機(jī)硒：用電子天平準(zhǔn)確稱取0.20 g樣品于有塞刻度試管中，加 50%鹽酸溶液10 mL, 超聲波混勻30 min 后，沸水浴30 min，冷卻后用脫脂棉過濾。樣品消解及測(cè)定同上。

1.2.3計(jì)算

土壤硒活化率=(有效硒含量 / 全硒含量)×100%。

1.3　數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)計(jì)算和繪圖用 Microsoft Excel 2003 軟件進(jìn)行，方差分析和數(shù)據(jù)變異采用 SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行，比較不同處理間差異采用單因素方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　土壤中硒形態(tài)

研究表明，各處理土壤硒主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)為主，占總硒的40%～45%；殘?jiān)鼞B(tài)硒和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒次之，分別約占總硒的34%和18%，可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)和可溶態(tài)含量最小，分別約為總硒的3%和1%。試驗(yàn)選用的雞糞有機(jī)肥與礦源腐殖酸均富含硒，這可能對(duì)土壤總硒含量產(chǎn)生一定的影響，但對(duì)土壤各形態(tài)變化趨勢(shì)無(wú)顯著影響。對(duì)照處理土壤各形態(tài)硒含量百分比在不同天數(shù)較為穩(wěn)定，整體上殘?jiān)鼞B(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)占總硒比例基本無(wú)變化，有機(jī)結(jié)合態(tài)硒占總硒比例呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，而可溶態(tài)和可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)硒占總硒的比例則為先升高后降低，這與王松山等[5]，吳雄平等[13]研究相符。

研究表明，不同有機(jī)物料處理下土壤有效態(tài)硒含量隨施入時(shí)間延長(zhǎng)而增加。隨著施入時(shí)間的延長(zhǎng)，礦源腐殖酸(KF)處理和雞糞有機(jī)肥(JF)處理土壤可溶態(tài)、可交換態(tài)占總硒的百分比均呈上升趨勢(shì)，增幅分別為1.35%～3.25%、1.23～4.59%和3.96%～10.99%、3.15%～11.89%。而生化腐殖酸(SF)處理土壤中可溶態(tài)硒含量占總硒的比例基本保持不變；相比之下，可交換態(tài)占總硒的比例有所增加，增幅為3.83%～10.09%。

不同有機(jī)物料處理下，隨施入時(shí)間延長(zhǎng)土壤中殘?jiān)鼞B(tài)硒占總硒的百分比均無(wú)顯著變化，而有機(jī)結(jié)合態(tài)硒占總硒比例均呈降低的趨勢(shì)，生化腐殖酸處理、礦源腐殖酸處理和雞糞有機(jī)肥處理降幅分別為43.72%～35.92%、41.72%～35.52%和44.01%～35.09%；和隨施入時(shí)間的延長(zhǎng)，礦源腐殖酸處理和生化腐殖酸處理土壤鐵錳氧化態(tài)硒含量占總硒的百分比整體基本不變，雞糞有機(jī)肥處理?xiàng)l件下鐵錳氧化態(tài)硒含量占總硒的百分比整體先升高后降低，在施用60 d時(shí)，土壤鐵錳氧化態(tài)硒含量占總硒的比例達(dá)到最高，占到總硒量的18.55%。圖1

圖1不同有機(jī)物料下石灰性土壤硒形態(tài)百分比隨時(shí)間變化
Fig.1Change of percentage of each selenium fractions with time in Effects of organic materials calcareous soil

2.2　土壤硒活化率

研究表明，第1 d時(shí)，各處理土壤硒的活化率在8.42%～9.90%，這明顯低于石灰性土壤硒的活化率的均值12.16%[16]；同時(shí)，礦源腐殖酸(KF)處理和雞糞有機(jī)肥(JF)處理土壤硒活化率高于和對(duì)照(CK)處理，這可能由于雞糞有機(jī)肥、礦源腐殖酸本身含硒，施入土壤后對(duì)土壤硒形態(tài)含量造成的影響。隨施入時(shí)間延長(zhǎng)，各有機(jī)物料處理土壤硒活化率均顯著高于對(duì)照處理(P<0.05)，且從0～60 d均呈快速增高趨勢(shì)。在60 d時(shí)，對(duì)照處理與礦源腐殖酸處理土壤硒活化率達(dá)到最高；60 d后，對(duì)照處理土壤活化率趨于平穩(wěn)，而礦化腐殖酸處理土壤硒活化率呈下降趨勢(shì)。在整個(gè)過程來看礦源腐殖酸處理和雞糞有機(jī)肥處理土壤硒活化率顯著高于生化腐殖酸處理和對(duì)照處理，可見這兩處理活化土壤硒的效果最好。圖2

注：誤差線代表標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)。不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note: Error bars represent standard deviation (n=3). Different low case letters indicate significant differences among treatments(P<0.05)

圖2不同時(shí)期土壤硒活化率
Fig.2The soil selenium activation rate in different periods

2.3　土壤pH值和有機(jī)質(zhì)

研究表明，施用雞糞有機(jī)肥處理土壤pH值與對(duì)照(CK)處理無(wú)顯著差異，但是施用生化腐殖酸(SF)和礦源腐殖酸(KF)處理土壤pH值顯著低于對(duì)照處理，分別較對(duì)照處理降低11.54%和5.13%。 SF、KF和JF處理之間差異均顯著，表現(xiàn)為SF< KF

注：誤差線代表標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)。不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note: Error bars represent standard deviation (n=3). Different low case letters indicate significant differences among treatments(P<0.05)

圖3不同有機(jī)物料下土壤pH值和有機(jī)質(zhì)變化
Fig.3Effects of different organic compounds on soil pH value and organic matter

2.4　土壤有機(jī)質(zhì)和pH與土壤有效硒的相關(guān)性

研究表明，在75 d取樣，土壤有效硒含量與土壤有機(jī)質(zhì)(n=4、r=0.87 、P<0.01)呈極顯著相關(guān)?？梢?，有機(jī)物料能使土壤有效硒含量提高，這與安夢(mèng)魚等[18]研究結(jié)果相符。土壤有效硒含量與pH(n=4、r=0.22)之間無(wú)明顯的相關(guān)性。圖4

圖4土壤有機(jī)質(zhì)和pH與土壤有效硒的相關(guān)性
Fig.4Correlation Analysis of Soil Organic Matter, pH and Soil Available Selenium

2.5　小麥各器官硒含量

研究表明，施用不同有機(jī)物料雞糞有機(jī)肥(JF)、生化腐殖酸(SF)和礦源腐殖酸(KF)處理小麥根部硒含量較對(duì)照(CK)處理均顯著增加，分別較對(duì)照處理增加32.56%、25.58%和9.30%；JF處理小麥莖硒含量較對(duì)照處理顯著增加，但是生化腐殖酸和礦源腐殖酸處理莖部硒含量雞糞有機(jī)肥與對(duì)照處理相比無(wú)顯著差異。雞糞有機(jī)肥處理和礦源腐殖酸處理小麥葉片硒含量顯著高于對(duì)照處理，分別較對(duì)照處理高 22.03%和 27.12%，但是生化腐殖酸處理小麥葉部硒含量較對(duì)照處理差異不顯著。施用雞糞有機(jī)肥處理和礦源腐殖酸處理?xiàng)l件下小麥籽粒硒含量均顯著高于對(duì)照處理籽粒硒含量，較對(duì)照處理分別提高了34.48%、27.59%；而生化腐殖酸處理與對(duì)照 處理小麥籽粒硒含量無(wú)顯著差異。表2

表2不同有機(jī)物料下小麥根、莖、葉和籽粒硒含量變化
Table2Effects of different organic materials onselenium content of wheat roots，stems and grain

有機(jī)物料Organicmaterials硒含量　Seleniumcontent(mg/kg)根Roots莖Stems葉Leaves籽粒GrainCK0 043d0 021b0 059b0 029bSF0 054b0 019b0 057b0 025bKF0 047c0 020b0 075a0 037aJF0 057a0 028a0 072a0 039a

注：同列相同小寫字母表示施有機(jī)物料處理間差異不顯著(P>0.05)

Note: Common letters indicate no significant difference among treatments at 0.05 level

3　討 論

瞿建國(guó)等[20]研究結(jié)果說明，土壤中硒的存在形態(tài)與土壤pH 和有機(jī)質(zhì)含量是密切相關(guān)的。研究中不同有機(jī)物料pH值不同，土壤中分別施用生物腐殖酸、礦源腐殖酸、雞糞有機(jī)肥顯著降低土壤pH值；同時(shí)施用礦源腐殖酸、雞糞有機(jī)肥后土壤中各硒形態(tài)及總硒的含量均有提高，使用生物腐殖酸對(duì)土壤硒無(wú)顯著影響，這與李圣男等[17]，劉慶等[21]研究結(jié)果一致。不同有機(jī)物料處理下土壤有機(jī)結(jié)合態(tài)硒占總硒比例均隨施入時(shí)間延長(zhǎng)而降低。礦源腐殖酸處理和雞糞有機(jī)肥處理土壤可溶態(tài)、可交換態(tài)占總硒的百分比在增加；生化腐殖酸處理土壤中可溶態(tài)硒含量占總硒的比例無(wú)顯著變化，而可交換態(tài)占總硒的比例有所增加。這與安夢(mèng)魚等[18]研究結(jié)論相一致。各有機(jī)物料處理下土壤有效態(tài)硒含量隨施入時(shí)間延長(zhǎng)而增加，進(jìn)而提高土壤硒的活化率。在60 d時(shí)，礦源腐殖酸處理土壤硒活化率達(dá)到最高，60 d后土壤硒含量開始有所下降，是否說明添加礦源腐殖酸對(duì)土壤有效硒的活化有一定限度，還是土壤有效硒含量會(huì)隨著施入時(shí)間再延長(zhǎng)而下降，在整個(gè)過程中生化腐殖酸處理、雞糞有機(jī)肥處理土壤硒的活化率一直呈上升趨勢(shì)，由于試驗(yàn)根據(jù)春小麥生育期來設(shè)定，春小麥生育期時(shí)間短，觀察時(shí)間有限，還需進(jìn)一步跟蹤研究。

在土壤有效硒含量的諸多影響因子中，有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤有效硒的影響較大，由于有機(jī)質(zhì)對(duì)硒元素的吸附作用受到有機(jī)質(zhì)的組成以及質(zhì)和量的影響[22]。試驗(yàn)中土壤有效硒含量與土壤有機(jī)質(zhì)極顯著相關(guān)，有機(jī)物料能使土壤有效硒含量提高，這與楊旎等[23]，安夢(mèng)魚等[18]研究結(jié)果一致。相反，有研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)會(huì)吸附固定硒，使得土壤中有效態(tài)的硒含量減少[24]。施用腐殖酸能提高土壤有效硒含量，可能與腐殖酸中的富里酸含有多種活性官能團(tuán)，如-COOH、醇-OH-NH2、酚-OH等[25-26]有關(guān)，官能團(tuán)能與硒元素絡(luò)合，形成生物易吸收且活性高的硒化合物；施用有機(jī)肥對(duì)有機(jī)結(jié)合態(tài)硒中富里酸結(jié)合態(tài)硒的礦化有促進(jìn)作用，富里酸結(jié)合的硒有效性高，易被植物所吸收[23,27]。石灰性土壤施用生化腐殖酸，土壤有效硒含量與小麥籽粒硒含量并不成正比，且小麥硒主要富集于其根部，這與張棟等[30]研究結(jié)果不符。土壤可容態(tài)硒中六價(jià)態(tài)硒含量最高，而可交換態(tài)硒主要以四價(jià)態(tài)硒為主[5,31]。試驗(yàn)施用生化腐殖酸后，土壤中可溶態(tài)硒(六價(jià))含量占總硒的比例無(wú)顯著變化，可交換態(tài)硒(四價(jià))顯著提高。不同種類植物對(duì)不同價(jià)態(tài)硒的吸收具選擇性有關(guān)，硒酸鹽(六價(jià)硒)易被小麥吸收利用及易向籽粒富集，亞硒酸鹽(四價(jià)硒)易滯留于小麥根部[32]。

土壤全硒一般不能很好的反映土壤對(duì)植物的供硒水平，只能作為土壤硒的潛在容量指標(biāo)，應(yīng)該用有效態(tài)硒來衡量土壤的供硒能力[33]。施用不同有機(jī)物料能很好的活化富硒土壤中的有機(jī)硒，提高土壤硒的活化率，很好利用了富硒土壤的優(yōu)勢(shì)，減少了因添加外源硒帶來的污染，同時(shí)可提高作物硒含量。試驗(yàn)主要分析pH、有機(jī)質(zhì)與有機(jī)物料對(duì)土壤硒活化的相關(guān)性，同時(shí)施用有機(jī)物料可能會(huì)改變土壤環(huán)境其他因子如微生物活動(dòng)、有機(jī)硒含量等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果也可能產(chǎn)生影響，且整個(gè)過程中pH應(yīng)該是一動(dòng)態(tài)變化的。因此，還需進(jìn)一步驗(yàn)證和研究。

4　結(jié) 論

不同有機(jī)物料處理下，隨施入時(shí)間延長(zhǎng)，土壤有機(jī)結(jié)合態(tài)硒占總硒比例均降低，土壤有效態(tài)硒含量增加，進(jìn)而提高土壤硒的活化率。其中礦源腐殖酸處理和雞糞有機(jī)肥處理土壤可溶態(tài)硒、可交換態(tài)硒含量均增加，土壤硒有效性增高，小麥籽粒硒含量較未添加處理分別提高27.59%和34.48%；生化腐殖酸處理主要增加可交換態(tài)硒含量，較未添加處理增高7.07%，而可溶態(tài)硒含量占總硒的比例無(wú)顯著變化，硒主要富集于小麥根部, 較未添加處理小麥根部硒含量增加25.58%。

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