自然富硒与人工施硒肥的比较.doc

自然富硒与人工施硒肥的比较中国摩学c童报2011,27(33):9097ChineseAgriculturalScienceBulletin自然富硒与人工施硒肥的比较罗杰,温汉辉,吴丽霞,游远航,欧阳春飞(广东省工程勘察院,广州510510;广东省地质调查院,广州510510)摘要:利用盆栽试验,将江门市优质稻产地的非富硒区土壤中的有效硒调至富硒区土壤有效硒含量平.试验表明,人工施加硒肥能够短时间内有效提高水稻中硒的含量,使其接近甚至超过自然富硒土区所产出水稻硒的含量.人工施肥除提高水稻含硒量外,还能提升水稻对营养元素的吸收能力以及对有害元素的拮抗能力,但水稻成熟期的提前影响了水稻的正常生理期,使水稻的理化成份及营养物质的合成受到一定的影响,如降低了水稻的出糙率,整精米率,增加了垩白粒率,对食味品质分和胶稠度等均一定影响.人工施加的硒肥还对土壤酸碱度,土壤氧化还原条件,有机质的吸附能力等造成影响,从影响土壤中的营养元素和有毒有害元素的化学平衡.键词:富硒土壤;水稻;有毒有害元素;营养有益元素中图分类号:S14.33文献标志码:A论文编号:2011.1724TheComparisonBetweenNaturalandArtificialFertilizationSerichSoiILuoJie,WenHanhui,WuLixia,YouVuanhand,OuyangChunfei(GuangdongEngineeringInvestigationInstitute,Guangzhou510510;GuangdongGeologicSurveyInstitute,Guangzhou51051o)Abstract:ResearchedtheSenon-richsoilsofhigh-qualityriceproducingareaofJiangmenbypotexperiment.IncreasesoilavailableseleniuminSenonenrichsoiltothelevelofavailableSecontentofSe-richsoil.ExperimentsshowedthattheartificiallyimposedSefertilizerscanimproveSecontentofricequickly;makingitclosetooraboveSecontentofricethatgrowninthenaturalSe-richsoilarea.ArtificialfertilizationnotonlycanimproveSecontentofrice,butalsocanincreasetheabsorptioncapacityofnutrientsandtheantagonisticcapacityofharmfulelements.Butmadethematurityofriceadvanceandthusaffectthenormalphysiologyofrice,tosomeextentaffectingthericeofphysicalandchemicalcompositionandsynthesisofnutrients.Suchasreducingtheunpolishedriceyieldofpaddyandheadricerate,increasedthechalkyricerate,havingsomeimpactoneatingqualitypointsandgelconsistency.ArtificialSefertilizerwasalsoaffectsoilpHvalue,soilredoxconditions,adsorptioncapacityoforganicmatter,thusaffectingthechemicalequilibriumbetweenthesoilnutrientelementsandtoxicelements.Keywords:Serichsoil;rice;poisonousandharmfulelements;nutrientelements0引言硒是一种稀有分散元素,在自然环境中广泛分布.低硒土壤一般指含硒量<0.131mg/kg的土壤;当土壤中硒量>0.4mg/l(g时,称其为富硒土壤;3.0mg/kg时则属于硒过剩土壤1.适当浓度的硒是人体和动物生长的必需微量元素,当浓度太高时又会对人畜产生毒害作用.硒能提高动物机体的免疫功能;硒的代谢产物(如甲基化产物)具有抗癌作用,可抑制癌的发生】;含硒的抗氧化酶或蛋白可阻断活性氧和自由基的致病作用;硒还能预防和抑制镉,砷,汞,银等有毒元素对机体的伤害1.在食物链中,由于硒主要来源于植物并最终来源于土壤,土壤中硒的含量,形态和基金项目:省部合作项目广东省珠江三角洲经济区农业地质与生态地球化学调查(121201511216).第一作者简介:罗杰,男,1981年出生,湖北荆州人,工程师,硕士,从事农业地质与生态地质研究.通信地址:510510广州市广州大道北743号广东省工程勘察院,TelEmail:luojiel216163.toma收稿日期:2011-0&09,修回日期:201109-26水壤有而关罗杰等:自然富硒与人工施硒肥的比较?91?作物对硒的吸收转化等都直接影响着食物链中硒的水平】,因此土壤中的硒一直是研究热点.水稻是中国主要粮食作物,通过提高稻米硒含量,以饮食方式增加人体摄硒量是一种比较理想的补硒途径.研究表明,在缺硒或低硒区稻米硒含量很低嘲,根据推荐的成人摄硒量.,这类稻米中的硒难以满足人的生理需要.目前人们主要借助叶面喷施亚硒酸盐的方式来提高稻米中硒含量,但是该方法增加了生产成本,而且长期喷硒还可能存在潜在的环境风险问题,如改变土壤理化性质,对有益元素的吸附能力,置换土壤中有毒有害离子使其活化等.南京农业大学针对元素se对水稻,小麦,蔬菜,茶叶等农产品的效用进行了大量研究,并以大鼠,羔羊为对象研究了Se的抗癌作用,取得了大量研究成果.张联合等nu利用水培试验研究了富Se和非富Se水稻品种苗期Se吸收和转运差异,结果表明,富Se水稻品种根系Se吸收速率和茎叶se含量明显高于非富se品种.周鑫斌等n对比了叶面喷施和未喷施亚硒酸钠对水稻籽粒硒含量,硒的形态及对蛋白质结合态硒的影响,表明适量喷施硒酸盐能使水稻籽粒Se含量显着提升.杜前进等研究了不同品种水稻在海南富硒土壤中硒的吸收和分配机理,并论述了元素se对水稻营养指标和品质的影响.前人研究多以人工施加硒肥对农作物的正面影响为主,尚未有学者研究自然富硒土壤和人工施肥富硒土壤所产农作物的差异.盆栽试验针对此空白进行设计,以期证明前人有关Se对营养有益元素有系统作用的论述.l研究区概况1.1研究区自然地理条件江门市位于广东省珠江三角洲经济区,属于华南双季稻稻作区闽粤桂台平原丘陵双季稻亚区,主要特征为无明显的冬季特征.水稻生长期日照时数12001500h,降水量100020001TIITI,十分适合水稻生长.籼稻安全生育期212-253天;粳稻为235273天,适合双季稻生长1.常年双季稻占水稻面积的94%左右.根据广东省珠江三角洲经济区农业地质与生态地球化学调查成果,江门市以一,二类土壤为主,占全区土壤面积90%以上,土壤环境质量较好.选择作为广东第一田的都斛镇万亩优质稻产地为详细的研究区.1.2研究区地质,环境特征都斛镇位于海冲积平原,南北均为侏罗纪细粒斑状黑云母二长花岗岩和白垩纪二长花岗岩.都斛镇土壤环境较好,土壤环境质量为二类.研究区水耕时间长,土壤熟化程度高亢,不存在干旱,涝渍,咸,酸,毒等土壤障碍因素,耕作层下面有完整的犁底层,犁底层下面有发育良好的潴育层,潴育层下是潜育层或母质层.区域内均存在较大面积的富硒水稻.土壤全氮平均含量为1765.47mg/kg,变异系数为0.26:全磷平均含量为612.62mg&g,变异系数为0.33;全钾平均含量为3.05%,变异系数为0.24:有机质平均含量为2.11%,变异系数为0.24:CEC平均为11.01cmol/kg,变异系数为0.38,土壤偏酸性,pH平均为4.8,变异系数为0.12.研究区土壤主要营养元素和阳离子交换量变异系数较小,表明土壤养分分布均匀,平均值可以较好的代表整个研究区的情况.2材料与方法2.1试验条件试验采用盆栽方法,在广州进行户外盆栽试验.因为广州市和江门市同属于珠三角城市,气候条件差异较小,每日平均光照时间为13h,平均光照强度为427gmol/(m?s),白天平均温度29,夜晚2l,相对湿度为87%.2.2试验对象土壤取自都斛镇水稻产地的非自然富硒土壤,通过人工加入亚硒酸钠(Na2SeO,)调节试验土壤中的有效硒至自然富硒土所含有效硒水平.水稻样品与土壤样品同时采集.2-3试验方法2.3.1试验设计在1:10000土地质量地球化学评估的过程中,按4点/km于工作区采取了2O件表层土壤样品(图1),其中12件达到富硒标准,8件未达到富硒标准.试验处理共8个,即研究区中的8个非自然富硒点,采用亚硒酸钠将非自然富硒土壤的有效硒调节至富硒土壤有效硒含量水平,以对比人工富硒土壤和自然富硒土壤对立地农产品的影响.采用30cmx30cm的木桶装土,每桶装土5,与种植区等比例施用相同的肥料,包括尿素及复合肥料.考虑到自然富硒区土壤能够为处于不同生长期的水稻提供充足的硒源,在试验过程中分苗期,分蘖期,拔节期,灌浆期,成熟期分别进行硒的补充.于成熟期采样,测定稻米的N,P,K,As,Cd,Cr含量及出糙率,整精米率,垩白粒率,垩白度,直链淀粉(干基),食味品质,胶稠度,不完善粒,异品种粒,黄粒米,杂质,水分和色泽气味各项指标.试验与江门晚稻的种植时间同步.2.3.2样品检测硒元素分析采用原子荧光光谱法,由国土资源部合肥矿产资源监督检测中心检测.测试过?92?中圄农学通报.crl图1采样点点位图程加入土壤国家标准样品GBW07401进行分析质量控制.除全量外还检测土壤中的有效硒含量.所有样品的报出率为100%,准确度和精密度监控样合格率达97%l00%.2.3_3数据处理所有分析结果用Excel,SPSS16.0和Statistica6.0统计分析软件进行统计分析.3结果与分析3.1人工施加硒肥的效果自然状态下,土壤全硒含量与土壤有效硒相关性极高,相关系数为O.79.土壤有效硒与作物硒相关性较高,相关系系数为0.58,大于土壤全硒与作物硒的相关系数.在自然状态下,决定农作物富硒与否的关键在于有效硒.基于此,笔者以研究土壤有效硒为主.通过盆栽试验将非自然富硒土壤的有效硒调节至富硒土壤有效硒含量水平后,相关性规律与自然富硒土壤一致,土壤有效硒和土壤全硒相关性极高,高达O.84;水稻硒与土壤有效硒相关性较高,相关系数为0.69,高于土壤全硒与水稻硒的相关系数.向非自然富硒土壤施加硒肥后,土壤有效硒提高,土壤全硒含量也相应提高,均达到富硒土壤水平,所种植水稻也均到达富硒农产品标准,部分人工施肥富硒水稻中硒含量超过了自然富硒水稻(表1).表1人工施肥的效果罗杰等:自然富硒与人工施硒肥的比较?93?3.2人工施肥对水稻营养元素吸收的影响在自然状态下,富硒土壤区产出的水稻平均所含N,P,K均高于非富硒水稻区,但不明显,N,P,K分别高2.61%,4.38%和2.44%,如果仅对比自然富硒土壤和非富硒土壤,很难说明硒是否能够促进水稻对营养元素的吸收(表2).人工施加硒肥调节土壤有效硒使得水稻富硒的同时,能较明显的促使水稻吸收土壤中的营养元素,水稻中的N,P,K比自然状态下分别提高9.90%,10.72%和7.62%.自然富硒土壤有效硒含量虽然与人工施肥土壤有效硒含量相当,但是土壤中的硒被水稻吸收利用后,由非稳定的碳酸盐态硒,弱有机结合态硒向可吸收的水溶态硒和离子交换态硒转化,或有机质团块吸附的硒在化学平衡被打破后解吸出来补充有效硒需要一个过程17-1s1.人工施用的是可被植物直接吸收利用的Se.所以硒确实可以促进水稻吸收营养元素,促进表2硒对水稻吸收营养元素的影响?94?中固农学通报的程度主要取决于硒的有效性.3-3人工施肥对水稻安全品质的影响研究区产出水稻安全品质较高,仅分别有一件水稻样品Cd与Cr超标.自然富硒土壤区和非富硒土壤区所产出水稻的砷含量差异不大,分别为0.081mg/kg和0.079mg/l(g.硒对砷的拮抗作用不明显,可能是因为土壤砷含量低,水稻对砷的吸收能力有限,体现不出硒对砷的拮抗能力.在自然状态下,富硒土壤区和非富硒土壤区产出水稻的Cd,Cr含量差异较大,非富硒土壤区水稻Cd与Cr含量分别为0.112mg&g和0.417mg/kg,而富硒土壤区水稻Cd与Cr含量分别为0.084mg/kg和0.175mg/,比非富硒土壤所产水稻含量分别低24.74%和57.99%,充分体现了硒对有毒有害元素的拮抗作用.在盆栽试验中,人工富硒土产出水稻比非自然富硒土所产出水稻的As,Cd和Cr的含量分别降低了6.04%,36.77%和58.40%,比自然富硒土拮抗有毒有害元素的能力略有增强.当水稻有毒有害元素含量越高,硒的拮抗效果越明显(表3).表3硒对有毒有害元素的拮抗能力mJkg罗杰等:自然富硒与人工施硒肥的比较?95?3.4人工施肥对水稻生理及品质影响人工施用硒肥后,水稻千粒重平均增加0.55g,因为硒使抽穗后水稻根系和叶片保持较高的活性,协调了水稻体内的碳氮代谢,并使较多的光合产物向穗部转运,因此千粒重较高.通过千粒重估算每公顷增产约409.5,增产大约5.97%.施用硒肥的土壤除提高水稻产量外,还使成熟期提前.盆栽试验与研究区水稻种植同时开始,但是提前l4天达到了可收割的程度,其中灌浆期和成熟期缩短最多.可能是因为人为施加的有效硒增强了水稻的生理活性,加速其新陈代谢,使其加快成熟.研究区水稻并非经过基因改良,数代选种育种的适合早熟的水稻类型,通过人工施肥使其成熟期提前,扰乱了正常的生长规律,使水稻感官物质的合成受到了一定的影响.感官品质受到较大影响的包括垩白粒率,整精米率,胶稠度,食味品质分和出糙率.其中垩白粒率受影响最大,提高了32.28%;整精米率受到的影响次之,降低了6.84%;胶稠度,食味品质分和出糙率分别降低了3.92%,2.11%$tl1.33%(表4).除了自然气候原因外,施加硒肥后土壤pH增加,氧化还原电位升高,这与硒的化学性质有关明.土壤中有毒有害元素的有效形态(水溶态+离子交换态)含量增加(表5),造成这类现象的原因较多,包括土壤化学性质改变后提高有毒有害元素的活性,Se置换了有机质团块吸附的金属离子使其由吸附态变为游离态.表4人工施加硒肥对水稻品质的影响表5人工施加硒肥对土壤理化性质的影晌?96?中圄农孝c孟报.CI14结论(1)人工施加硒肥,尤其是施加可以被水稻吸收利用的Se4+有助于提高土壤和水稻中硒的含量,有利于产出富硒水稻.(2)硒能够提高水稻吸收营养元素的能力,并对有毒有害元素有一定的拮抗作用,土壤和作物体内有毒有害元素含量越高,其拮抗的效果越明显.(3)人工施加硒肥能提高水稻产量,同时也使水稻的成熟期提前.若水稻没有经过选种育种,正常生理期的紊乱可能导致水稻感官品质的降低.尤其是提前成熟使水稻光合作用时间变短,导致垩白粒率提高,整精米率降低.(4)人工施加硒肥的益处较明显,但也存在一定的缺陷,主要表现在施用的肥料打破自然的化学平衡,影响水稻生理期,同时长期使用可能造成环境问题.5讨论(1)硒和硫的物理和化学性质有很大的相似性.在一些生物体内,硒可以部分取代疏基(.sH)中的硫,以几种硒代含硫的氨基酸的形式参与蛋白质的合成,从而对植物的氮代谢,磷代谢,硫代谢和氨基酸代谢产生影响.在一定硒用量范围内,增施不同量的外源硒能降低水稻空秕率,增加实粒数,提高千粒重,从而提高产量,前人研究表明施硒对改善水稻结实性状,提高结实率与千粒重有较好的效果】.通过试验发现,人工施加硒肥使土壤有效硒达到富硒水平后,能较明显的促使水稻吸收土壤中的营养元素,水稻中的N,P,K比自然状态下分别提高9.90%,10.72%和7.62%,其效果强于同等水平的自然富硒土壤;人工施加硒肥的土壤,其立地水稻产量不仅高于作为对比的非自然富硒土壤,同时也高于同等水平的自然富硒土壤.发生上述情况,可能是因为自然富硒土壤中的有效硒与其他元素存在一个化学平衡,在一定的地球化学条件下可能向水稻不能吸收利用的形态转化,而人工富硒土壤是直接使用亚硒酸钠进行调节,其所含Se4为最易被水稻吸收利用的价态,且试验土壤的复杂程度远低于自然土壤,所以并不能以此得出人工施加硒肥的土壤优于自然富硒土壤.(2)在农业生产中农药施用,农田施肥,污水灌溉,污泥施用等如果管理不善,可使重金属元素进入土壤并随之积累从而被作物吸收与残留.稻米中的重金属污染,不仅降低了稻米品质和安全性,而且影响了消费者的健康水平【1.硒的重要生理功能之一便是对重金属的拮抗作用.通过试验得出,富硒土壤区水稻Cd与cr含量分别为0.084mg/kg和0.175mg/kg,比非富硒土壤所产水稻含量分别低24.74%和57.99%,充分体现了硒对有毒有害元素的拮抗作用.(3)相比自然形成的富硒土壤,人工施加硒肥的富硒土壤会导致土壤碱性增强,氧化还原电位升高,土壤中有毒有害元素的有效形态(水溶态+离子交换态)含量增加,同时人为施加的有效硒增强了水稻的生理活性,加速其新陈代谢,使其加快成熟,使水稻的灌浆期和成熟期大大缩短.一般认为在各种气候环境因子中,温度是影响籼稻垩白和整精米率最显着的因子,其敏感期是灌浆期.前人研究认为浆结实期日均温度随着温度的降低,整精米率呈现上升趋势,但品种不同变幅不同,水稻齐穗后20天内是垩白和整精米率形成及其对环境因素影响反应的主要和敏感时段.光照是仅次于温度对籼稻垩白粒率和整精米率影响较大的因子.光照主要是通过影响水稻光合作用以及改变温度来影响物质合成和谷粒的灌浆充实从而影响垩白和整精米率.缺乏光照导致水稻光合作用降低,根系活动能力,传导作用降低,光合产物淀粉,蛋白质合成受阻,水稻背白,心白增加;水稻生育后期如果光照不足,光合作用减弱,尤其是稻株的营养生长过快导致田间郁闭,通气透光不良,碳水化合物合成受阻易造成籽粒充实不良,青米增多,整精米率下降口.人工施加硒肥缩短了对水稻营养品质形成最为关罗杰等:自然富硒与人工施硒肥的比较?97?键的灌浆期和成熟期,使得水稻的品质有较大幅度的降低.所以若非种植经数代选种培育,能够适应早熟的农产品是否需要采用人工手段使其富硒还需权衡.参考文献刘兴艳,朱静平,陈研.成都市龙泉驿区土壤含硒量的研究J.西南大学:自然科学版,2008,30(12):74.78.马友华,转可钦,丁瑞兴.硒对农作物的效应J】.中国农学通报,1999,15(1):44-46.廖金风.土壤环境中的硒对人和动物健康的影响J】.广东微量元素科学,2002,9(3):20.23.宋家永,张万业,王永华小麦富硒生产技术研究【J】.中国农学通报,2005,21(5):197?199.宋家永,贾宏防,王海红.喷硒对烤烟生理效应及硒含量的影响J】.中国农学通报,2009,25(21):191.193.张瑞宇,周文斌.重庆城口主要资源植物含硒量调查及评价【J】.西南农业大学,2003,25(3):270.274.王晋民,蔡甲福.不同硒处理对大蒜含硒量及产量和品质的影响J】.中国农学通报,2006,22(4):342-344.汪庆华,唐根年,李睿.浙江省特色农产品立地地质背景研究【M】.地质出版社,2007:48.53.PyrzynskaK.DeterminationofSespeciesinenvironmentalsamples【J】.MicrochimActa,2002,140:55-629.李宁,张征.张宏群.济南居民膳食硒摄入量与血清硒参考值调查【山东大学:医学版,2009,47(6):121.122.张联合,郁飞燕,施卫明.富硒和非富硒水稻品种苗期硒吸收和转运差异J】.土壤,2007,39(3):381.386.周鑫斌,施卫明,杨林章.叶面喷硒对水稻籽粒硒富集及分布的影响J】.土壤,2007,44(1):73.78.杜前进,张永发,唐树梅.水稻不同品种在海南富硒土壤中硒的吸收和分配机理【J】.中国土壤与肥料,2009(6):37-40.吴骞,方立清,温涛.信阳市水稻种植气候条件分析J】冲国农学通报.2010,26(2):285-290程方民,钟连进.不同气候生态条件下稻米品质