硅、硒復(fù)合噴施對(duì)旱稻硒吸收、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

索常凱，羅潔，蒲敏，阮向陽(yáng)，肖樂(lè)樂(lè)，冶軍，侯振安

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832003)

在全球水資源短缺的背景下，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)具有重要的戰(zhàn)略意義[1]。因此，培育產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、耐干旱的水稻品種顯得尤為重要。旱稻，又稱為陸稻，是能在干旱缺水條件下種植的水稻品種，具有耐旱性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，發(fā)展旱稻生產(chǎn)對(duì)保障糧食安全具有重要意義[2]。

硒(Selenium，Se)是人體所必需的微量元素之一，對(duì)人體健康具有不可替代的作用；同時(shí)，也是植物生長(zhǎng)有益的元素[3]。大量研究表明[4]，硒是人與動(dòng)物必需的微量元素，在植物中同樣發(fā)揮著重要的作用[4]。通過(guò)增強(qiáng)水稻籽粒吸收硒的能力，間接地用飲食來(lái)提高人體對(duì)硒的攝入量是一種既安全又有效的補(bǔ)硒措施[5]。研究表明[6]外源施硒能夠顯著增加藤茶根、莖葉的生長(zhǎng)，并能夠增加花序的重量。通過(guò)葉面施氨基酸硒肥可以改善葡萄葉片質(zhì)量，提高葉片中葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量，從而增加植物的光合作用[7]。前人也通過(guò)硒在植物生長(zhǎng)過(guò)程中的不同作用等研究，證實(shí)了適量濃度的硒對(duì)植物生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及品質(zhì)等方面都有積極的促進(jìn)作用[8]。

眾多的研究報(bào)道水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)既受遺傳基因所控制，也與施肥措施密切相關(guān)，然而除了肥料中水稻必需的元素氮、磷、鉀以外，硅(silicon，Si)對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)也有重大作用[9-11]。硅在地殼中占第2位，僅次于氧。水稻植株中含有大量的硅，其植株硅含量可達(dá)10%～15%，比氮、磷、鉀含量的總和還要多。1926年美國(guó)加州大學(xué)Sommer[12-15]提出水稻是喜硅作物，硅是水稻良好生長(zhǎng)所必需的元素。

在前人研究中，已經(jīng)證實(shí)了硅、硒能夠促進(jìn)水稻產(chǎn)量品質(zhì)的提高，但在硅、硒配施對(duì)水稻生長(zhǎng)及品質(zhì)方面的研究較少，而針對(duì)旱稻的研究幾乎空白。本研究旨在通過(guò)硅、硒復(fù)合噴施，探索硅、硒配施對(duì)旱稻硒吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的作用機(jī)制以及對(duì)產(chǎn)量品質(zhì)的影響，為栽培富硒高品質(zhì)旱稻提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)區(qū)位于石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)站，屬溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫7～8 ℃, 日照時(shí)數(shù)2 300～2 700 h, 年降雨量180～270 mm, 年蒸發(fā)量1 000～1 500 mm。田間試驗(yàn)于2020年5～10月進(jìn)行，供試土壤類型為灌耕灰漠土，質(zhì)地為壤土，耕層土壤基本理化性狀見(jiàn)表1。供試硒肥為分析純亞硒酸鈉(Na2SeO3)，硅肥為偏硅酸鈉(Na2SiO3)，供試作物為旱稻(旱香1號(hào))。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年在石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行，供試作物為旱稻(旱香1號(hào))，供試土壤為灌耕灰漠土，采用兩因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，設(shè)置3個(gè)硒水平：0、0.013、0.026 g·L-1(Se0、Se2、Se4)和4個(gè)硅水平0、6、12、24 g·L-1(Si0、Si6、Si12、Si24)，于抽穗、灌漿、齊穗3個(gè)時(shí)期噴施，每次噴施溶液用量為300 L·hm-2, 共計(jì)12個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積36 m2。施肥時(shí)將硅、硒肥按照用量溶于噴壺中，選擇無(wú)風(fēng)、濕度較大的早晨或傍晚噴施，用塑料薄膜將處理以外的旱稻及地面進(jìn)行覆蓋，處理四周用泡沫板圍起，確保肥料完全施于處理中，以免造成試驗(yàn)偏差和污染，空白處理只噴施清水。

旱稻于5月3日播種，9月25日收獲，采用覆膜種植，一膜兩管四行，膜寬70 cm，膜間距30 cm，行距配置為(10+20+10)cm，旱稻植株間距10 cm。磷肥(P2O5)90 kg·hm-2；鉀肥(K2O)90 kg·hm-2，磷鉀肥作為基肥播種前一次性施用，氮肥使用尿素(含氮量46%)，用量為276 kg·hm-2，隨水滴施，灌水周期7～12 d。其他栽培管理措施參照當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.2.2 樣品采集與測(cè)定

(1)各部位硒含量測(cè)定。采用GB 5009.93—2017《食品中硒的測(cè)定》測(cè)定，設(shè)置空白對(duì)照并使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(植物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為 GBW 07604，Se標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為GSB-04-1751-2004)進(jìn)行質(zhì)量控制，測(cè)定樣品回收率均在95%～105%之間。植株全硒含量測(cè)定所用儀器為海光LC-AFS 9800原子熒光光度計(jì)。

(2)各部位硅含量測(cè)定。參考華海霞《硅鉬藍(lán)比色法測(cè)定植株中的硅》。設(shè)置空白對(duì)照并使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(植物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為 GBW 07604，Si標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為 GSB-04-1752-2004(a))進(jìn)行質(zhì)量控制，測(cè)定樣品回收率均在95%～105%之間。

(3)旱稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。旱稻成熟后每個(gè)處理隨機(jī)連續(xù)取5穴，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)取樣后調(diào)查其產(chǎn)量構(gòu)成因素，包括每個(gè)處理小區(qū)的穗數(shù)、穗粒數(shù)、成穗率、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重，從而計(jì)算產(chǎn)量。

(4)品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。

精米率=精米重量(g)/稻谷試樣重量(g)×100%。

整精米率=整粒精米重量(g)/稻谷試樣重量(g)×100%。

堊白粒率=堊白米粒數(shù)/試樣總粒數(shù)×100%。

長(zhǎng)寬比：各取整精米 10 粒，并排后測(cè)量其長(zhǎng)度和寬度，分別求出平均值，精確到0.1 mm(長(zhǎng)寬比=米粒平均長(zhǎng)/米粒平均寬)。直鏈淀粉含量：參照 GB/T 17891—1999《優(yōu)質(zhì)稻谷》規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。膠稠度：參照 GB/T 17891—1999《優(yōu)質(zhì)稻谷》規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。蛋白質(zhì)含量：凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行整理，SPSS 21.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果分析

2.1 收獲期干物質(zhì)積累

由表2可知，收獲期旱稻各器官干物質(zhì)分配比例順序?yàn)椋鹤蚜?穎殼>莖>葉>根。施硒對(duì)各處理平均干物質(zhì)總量無(wú)顯著影響。Se0條件下，各硅肥處理莖稈平均干物質(zhì)量顯著高于Se2和Se4。Se2條件下，穎殼、籽粒平均干物質(zhì)量較Se0顯著增加。Se4條件下地上部干物質(zhì)量較Se0無(wú)顯著差異。

表2 旱稻收獲期各器官干物質(zhì)累積 kg·hm-2

2.2 收獲期各器官硒含量和硒累積量

由表3可知，Se2、Se4處理后，根、莖、葉和籽粒硒含量均顯著高于Se0。Se0條件下，各硅肥處理穎殼平均硒含量與莖葉基本持平，但籽粒硒含量較低，可能是籽粒灌漿稀釋了硒的濃度導(dǎo)致，根硒含量在0.007～0.015 mg·kg-1之間，籽粒硒含量?jī)H在0.007～0.030 mg·kg-1之間，不滿足富硒稻谷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低硒含量要求 0.04 mg·kg-1。Se2條件下，穎殼平均硒含量較Se0有所降低但籽粒顯著提升，可能是硒向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)導(dǎo)致，除Si0外，莖、葉硒含量分別達(dá)0.082～0.106 mg·kg-1和0.056～0.093 mg·kg-1，籽粒硒含量也在0.041～0.063 mg·kg-1之間，滿足富硒稻谷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(0.04～0.30 mg·kg-1)，其中Si24處理莖、葉、籽粒硒含量顯著高于其它處理。Se4條件下，根部和莖稈硒含量較Se0顯著提升，可能是硒通過(guò)韌皮部向下轉(zhuǎn)運(yùn)，莖、葉硒含量分別為0.046～0.116 mg·kg-1和0.046～0.101 mg·kg-1，除Si0外，籽粒硒含量達(dá)0.040～0.057 mg·kg-1，滿足國(guó)家稻米富硒標(biāo)準(zhǔn)，Si24處理根、莖、葉和籽粒硒含量顯著高于其它處理。

累積量方面，各器官硒分配情況為籽粒>莖>葉>穎殼>根。Se2、Se4處理總硒累積量顯著高于 Se0處理。Se0條件下，植株總硒累積量為72.73～316.82 mg·hm-2，Si24處理莖、葉、穎殼和籽粒硒累積量均顯著高于其它處理。Se2條件下，總硒累積量達(dá)到136.05～514.8 mg·hm-2，根、莖、葉硒分配較Se0顯著提升，穎殼硒分配較Se0降低但籽粒提高，可能是硒從穎殼開(kāi)始向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，Si24處理莖、葉和籽粒硒累積量顯著高于其它處理。Se4條件下，各硅肥處理的總硒累積量達(dá)到151.52～512.03 mg·hm-2，隨著施硒量增加，莖稈和葉片硒累積量較Se2變化不大，根部硒累積量超越穎殼，一方面可能是穎殼中的硒向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，另一方面莖稈和葉片中的硒通過(guò)韌皮部向根部轉(zhuǎn)運(yùn)導(dǎo)致，Si24處理莖、葉、穎殼和籽粒硒累積量顯著高于其它處理。

表3 收獲期各器官硒含量和硒積累

2.3 收獲期各器官硅含量和硅累積量

由表4可知，整體來(lái)看，隨著硅肥用量提升，各處理硅含量呈上升趨勢(shì)，地上部各器官均以Si24處理最高。Se0條件下，Si24處理莖、葉和籽粒硅含量較CK 分別提高了1.7、1.5和1.7倍。Se2條件下，Si24處理莖、葉和籽粒硅含量較CK 分別提高了1.8、2.3和2.5倍。Se4條件下，Si24處理莖、葉和籽粒硅含量較CK 分別提高了1.6、1.8和2.0倍。

累積量方面，整體來(lái)看，各處理隨著硅用量增加，總硅累積量呈上升趨勢(shì)。各器官硅分配情況為籽粒>葉>莖>穎殼>根。各硅肥處理中以Si24處理各器官硅累積量最高。Se0條件下，Si24處理莖、葉和籽粒硅累積量較CK 分別提高了1.9、1.5和2.3倍。Se2條件下，Si24處理莖、葉和籽粒硅累積量較CK 分別提高了1.7、1.7和2.5倍。Se4條件下，Si24處理莖、葉和籽粒硅累積量較CK 分別提高了1.5、1.8和2.6倍。

表4 收獲期各器官硅含量和硅積累

2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表5可知，各處理在成穗率和穗粒數(shù)方面無(wú)顯著差異。隨著施硅量增加，千粒重和結(jié)實(shí)率趨于上升。Se0、Se2、Se4條件下，各硅肥處理千粒重和結(jié)實(shí)率均以Si24最高，較CK千粒重分別提升了5.3%、6.5%和5.8%，結(jié)實(shí)率較CK分別提高了5%、11%和13%。各處理以Se2-Si12產(chǎn)量最高，較CK增產(chǎn)15.9%。以上結(jié)果說(shuō)明，施硒對(duì)旱稻穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率方面均無(wú)顯著影響，而施硅可在一定程度提升千粒重和結(jié)實(shí)率從而提高產(chǎn)量。

表5 不同處理下旱稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.5 品質(zhì)

由表6可知，稻米碾磨品質(zhì)總體表現(xiàn)為，精米率和整精米率隨著硅、硒施用水平的提高整體呈上升趨勢(shì)。Se2、Se4處理后，旱稻籽粒精米率和整精米率顯著高于Se0。Se4條件下，各硅肥處理精米率和整精米率分別在65.1% ～ 73.9% 和57.5% ～ 68.9%之間，較Se0條件下，各硅肥處理精米率和整精米率平均提高了5.6% 和7.2%。以上結(jié)果說(shuō)明硅、硒配施可在一定程度提高稻米的碾磨品質(zhì)。

進(jìn)一步分析旱稻籽粒外觀品質(zhì)可知，外觀品質(zhì)總體表現(xiàn)為，隨著硅、硒肥施用水平的提高，堊白粒率和堊白度整體呈下降趨勢(shì)，Se2、Se4條件下，各硅肥處理間堊白粒率和堊白度差異不顯著，且顯著低于Se0，其中Se2條件下各硅肥處理較Se0條件堊白粒率和堊白度平均降低了1.9% 和 0.7% 。籽粒長(zhǎng)寬比各處理間無(wú)顯著差異，說(shuō)明硅、硒肥施用對(duì)旱稻粒型無(wú)顯著影響。以上結(jié)果說(shuō)明，硅、硒配施優(yōu)化了稻米的外觀品質(zhì)，但對(duì)粒型影響不顯著，各處理中以Se2-Si24處理外觀品質(zhì)最優(yōu)。

影響米飯綜合適口性的因素很多，除去不同地域居民對(duì)米飯的喜好不同外，蛋白質(zhì)含量、膠稠度等理化性狀也對(duì)綜合適口性的優(yōu)劣有影響。食味品質(zhì)總體表現(xiàn)為，隨著硅、硒施用水平提高，直量出現(xiàn)降低，膠稠度和蛋白質(zhì)含量趨于上升。Se2條件下，各硅肥處理較Se0直鏈淀粉含量無(wú)明顯差異，膠稠度和蛋白質(zhì)含量顯著升高，其中Si24處理膠稠度與蛋白質(zhì)含量顯著高于其它處理，較CK膠稠度和蛋白質(zhì)含量提高了6.3% 和 16.7%。Se4條件下，各硅肥處理直鏈淀粉含量顯著低于Se0、Se2條件，膠稠度和蛋白質(zhì)含量較Se0、Se2則顯著提高，其中Si24處理直鏈淀粉含量最低，較CK直鏈淀粉含量降低了1.4% ，膠稠度和蛋白質(zhì)含量最高，較CK提升了13.8% 和 2.5%。直鏈淀粉含量高則稻米硬度大、黏度小，蛋白質(zhì)含量過(guò)高也會(huì)影響稻米食味品質(zhì)。以上結(jié)果說(shuō)明，硅、硒配施可降低稻米直鏈淀粉含量從而提升了膠稠度，使米飯香軟，但蛋白質(zhì)含量會(huì)有所提升，影響口感。綜合各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，Se4-Si6處理食味品質(zhì)最優(yōu)。

表6 不同處理下稻米品質(zhì)測(cè)定

3 討論

黃闊等[16]認(rèn)為，硅元素能夠通過(guò)提高植物組織的穩(wěn)定性，減輕金屬毒害，增強(qiáng)作物對(duì)高溫、干旱、寒冷的抗逆性；通過(guò)硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白吸收硅酸鹽，誘導(dǎo)作物抗逆酶的產(chǎn)生，增強(qiáng)抗病性，抵御病蟲害侵染來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。孫玉華[17]研究發(fā)現(xiàn)，硅肥能夠顯著提高晚機(jī)插水稻的分蘗數(shù)和最終有效穗數(shù)，對(duì)葉綠素值有一定的促進(jìn)作用，提高了千粒重，但對(duì)植株形態(tài)影響較小，最終對(duì)產(chǎn)量提高作用明顯。賈瑋等[18]則認(rèn)為低濃度的硒可增強(qiáng)作物的耐脅迫能力，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。本試驗(yàn)通過(guò)硅、硒復(fù)合噴施，觀察硅、硒配施對(duì)旱稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響，同時(shí)比較配施與硅、硒單獨(dú)施用對(duì)旱稻產(chǎn)量造成的影響。由試驗(yàn)結(jié)果可知：硅、硒配施后，以Se2-Si12產(chǎn)量最高，較CK增產(chǎn)15.9%。相較于單施硒、單施硅后提高了旱稻莖稈機(jī)械強(qiáng)度，影響葉片氣孔促進(jìn)光合，從而在一定程度上提高了穗粒數(shù)、千粒重等部分產(chǎn)量構(gòu)成因子來(lái)提高旱稻產(chǎn)量。在本試驗(yàn)中，旱稻千粒重和結(jié)實(shí)率隨著硅肥施用量增加，各指標(biāo)均顯著提升。Se0條件下，Si24處理千粒重和結(jié)實(shí)率較Si0分別提升了10.4% 和5%。Se2條件下，Si24處理千粒重和結(jié)實(shí)率較Si0分別提升了10.2% 和13%，與前人研究結(jié)果基本一致。

硅、硒肥合理施用不僅能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)、提高水稻產(chǎn)量還能有效提高稻米品質(zhì)。研究表明[19]，葉面噴硒也可以提高植物根系的活力。除此以外，還能提升丙二醛的活力，降低亞鐵對(duì)植物的傷害[20-21]。劉春菊等[22]認(rèn)為，葉面噴施硒肥能夠顯著增加玉米總硒含量及有機(jī)硒含量，且隨著施硒濃度增加而顯著增加。馬潔等[23]研究表明不同施硒處理均可以顯著提高莖桿、葉片中硒含量，且噴施效果顯著高于基施。方勇等[24]試驗(yàn)表明，施以一定濃度的硒肥可以改善大米中蛋白質(zhì)的含量。在噴施硒肥(75 g·hm-2)后，水稻籽粒的粗蛋白含量顯著高于對(duì)照。杜同慶等[25]研究認(rèn)為水稻噴施硅肥可以提高稻米精米率和整米率，降低稻米堊白粒率、堊白度，降低直鏈淀粉含量，提高蛋白質(zhì)含量。劉平遠(yuǎn)[26]研究發(fā)現(xiàn)，施用硅肥后兩個(gè)品種的糙米率、精米率和整精米率均隨著硅肥施用量的增加而逐漸提高，堊白率、堊白大小和堊白度逐漸減小，加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)得以改善，稻米直鏈淀粉含量降低，膠稠度和蛋白質(zhì)含量以及食味值均有所提高。在本試驗(yàn)中，無(wú)論單施硅或單施硒都能對(duì)稻米品質(zhì)產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用，硅、硒配施效果則優(yōu)于硅、硒單獨(dú)施用，硅、硒配施后使旱稻充分灌漿，籽粒飽滿，其中Se4-Si24處理較CK精米率和整精米率提升了19.6%和24.8%，堊白粒率和堊白度下降了9.7%和2.4%，直鏈淀粉含量下降了1.4%，膠稠度提高了13.8%，旱稻各方面品質(zhì)都有所提升，在此基礎(chǔ)上，硅、硒配施也使籽粒硒含量也達(dá)到了國(guó)家稻米富硒標(biāo)準(zhǔn)，為種植高品質(zhì)富硒稻米提供理論依據(jù)。

王永銳等[27]發(fā)現(xiàn)硅能緩解過(guò)量硒對(duì)水稻幼苗的毒害,可能是由于可溶性硅酸鹽水解生成凝膠狀的H2SiO3,H2SiO3能夠吸附硒,從而避免過(guò)量的硒與植物的蛋白質(zhì)結(jié)合。徐向華等[28]經(jīng)盆栽水稻實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)單施硒處理的稻米硒含量?jī)H為硒硅共施處理稻米的66%,硒硅共施還能有效提高作物中的硒含量。在本試驗(yàn)中，隨著施硒量增加，旱稻出現(xiàn)減產(chǎn)，可能是由于硒濃度過(guò)高導(dǎo)致，籽粒中硒含量也未達(dá)到國(guó)家稻米富硒標(biāo)準(zhǔn)，而施硅后提高了稻米產(chǎn)量并促進(jìn)了籽粒對(duì)硒的吸收能力，并使籽粒硒含量達(dá)到國(guó)家稻米富硒標(biāo)準(zhǔn)。分析其原因，首先是施硅后抑制了硒濃度過(guò)高導(dǎo)致的毒害，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，籽粒硒吸收能力增強(qiáng)可能是施硅后葉片內(nèi)氣孔、角質(zhì)層等一些結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，或一些酶類活性發(fā)生變化，使硒源能夠更加順利的通過(guò)葉片運(yùn)輸?shù)阶蚜Ｖ校部赡芄?、硒本身存在交互作用，還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

(1)硅、硒配合施用較單施硒，可在不同程度上增加各器官硒含量，特別是籽粒硒含量達(dá)到國(guó)家稻米富硒標(biāo)準(zhǔn)，可為富硒稻米的生產(chǎn)調(diào)控提供一定的理論依據(jù)。

(2)單施硒條件下，隨著施硒量增加，Se2、Se4處理平均產(chǎn)量較CK降低了8% 和22%，減產(chǎn)明顯。硅、硒配施后，Se2、Se4條件下Si24處理千粒重較CK提高了6.5% 和5.8%，結(jié)實(shí)率較CK提高了11% 和13%，施硅后可通過(guò)提升旱稻千粒重、結(jié)實(shí)率等產(chǎn)量構(gòu)成因素實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，且硅、硒配施增產(chǎn)效果優(yōu)于單施硅。

(3)硅、硒單獨(dú)施用均可在一定程度提升稻米品質(zhì)。硅、硒配施效果則優(yōu)于單施，主要表現(xiàn)在配施后可提升精米率、整精米率來(lái)提高加工品質(zhì)，通過(guò)降低堊白度和堊白粒率來(lái)提升外觀品質(zhì)，并且降低直鏈淀粉含量提升膠稠度，從而改善食味品質(zhì)。