關鍵詞：水稻；硒肥；鎘；轉運和累積

硒（Se）是人類生存必不可少的微量營養(yǎng)元素之一，在人體內的多種生理過程中發(fā)揮著重要作用，具有抗氧化、抗癌、增強免疫力等多種功效。硒缺失會增加得多種疾病的風險，包括免疫功能障礙、癌癥、心血管疾病、心臟病以及克山病和大骨節(jié)病等。對于大多數(shù)人而言，飲食特別是農產品是硒攝入的主要來源，因此，富硒食物對人類的硒營養(yǎng)十分重要。根據(jù)中國營養(yǎng)學會營養(yǎng)調查報告可知，中國成年人每天硒的攝入量僅為26.63ug，36%～61%的居民每日攝硒量不足，與中國營養(yǎng)學會推薦的人均每天60～240ug的硒攝入量相差甚遠。大米作為我國最主要的糧食作物，是我國居民攝入硒的主要來源。因此，在富硒地區(qū)發(fā)展富硒水稻，通過提高稻谷中硒的含量來提高我國居民攝硒量是一可行措施。

由于地質原因，天然富硒土壤中通常伴隨著鎘（Cd）等重金屬，鎘在土壤中會被植物根系吸收，再轉移到植物地上部并在可食用部分積累，最終通過食用進入人體。長期食用鎘含量超標食品會導致例如骨質疏松、肝腎功能受損等多種疾病，嚴重威脅人類的健康。研究表明，食用大米是鎘進入人體的主要來源，因為水稻比其他谷物更容易吸收和積累鎘。富硒農田土壤由于地質因素易伴生鎘而導致農田土壤存在一定鎘污染，從而易導致水稻籽粒中鎘含量超標，這使得在富硒地區(qū)種植水稻、發(fā)展富硒農產品存在一定的障礙。

鎘與硒存在一定的拮抗作用，但天然富硒地區(qū)仍存在水稻籽粒中鎘含量超標現(xiàn)象。為降低天然富硒地區(qū)水稻籽粒中鎘含量，減少富硒地區(qū)農產品重金屬超標風險，需采取相應措施阻止水稻對鎘的吸收。在中、輕度鎘污染條件下，硒肥的施用能在一定程度上緩解重金屬對植物的毒害，并降低植物對土壤中重金屬的吸收，從而有效降低水稻籽粒對鎘的積累，同時硒肥還能提高水稻產量和水稻籽粒中硒含量。然而研究表明，硒肥的不同施用方式會對作物產生不同的影響。潘榮慶等發(fā)現(xiàn)葉面施硒肥可以很好地阻控水稻糙米對鎘的富集。Hu等發(fā)現(xiàn)土壤中施入硒肥不僅可以有效降低糙米中鎘的含量，而且也能提高糙米中硒的含量。

不同硒肥運用于天然富硒地區(qū)的田間試驗研究相對較少，其在富硒農田土壤中的效應需要進一步在田間試驗中驗證，并對其作用機制進行系統(tǒng)化研究和深入探討。本文研究單施葉面硒肥、基施硒肥及二者聯(lián)合對我國南方典型中、輕度鎘污染富硒農田中稻米鎘的阻控效果及其機制，探究硒肥的不同施用方式在富硒鎘污染農田條件下水稻鎘、硒積累特征，以期為富硒鎘污染農田稻米降鎘增硒技術提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2021年在安徽省池州市石臺縣進行，該地區(qū)為亞熱帶濕潤氣候，光照充足，四季分明，且冬夏長，春秋短，年平均氣溫為16℃，平均降水量為1626.4mm。在試驗小區(qū)劃分前，對整塊試驗小區(qū)按照五點取樣法采集0～20cm的1個混合土壤樣品作背景土壤，測定指標背景值。經測定該小區(qū)土壤理化性質為：pH6.19，有機質為25.6g·kg-1，全氮為2.02g·kg-1，堿解氮為141.2mg·kg-1，有效磷為23.6mg·kg-1，速效鉀為140.0mg·kg-1，總硒為0.57mg·kg-1，總鎘為0.68mg·kg-1，有效態(tài)鎘為0.255mg·kg-1。

1.2試驗材料與設計

供試的水稻品種為在當?shù)剡m宜種植的玉針香。葉面硒肥為安徽羅殼智灃農業(yè)科技有限公司提供的有機富硒液體肥（含硒量≥5g·L-1，pH 6.0～7.0）；富硒有機肥料由山東綠福地生物科技有限公司提供（N、P、K≥5%，有機質≥45%，Se≥0.1%，pH6.2）；復合肥（17-17-17）以及追肥所需的尿素（N≥46.0%）均來自當?shù)剞r資市場。試驗共設計4個處理：對照（CK），基施450kg·hm-2復合肥；基施硒肥（JS），基施300kg·hm-2復合肥與150kg·hm-1富硒有機肥料；葉面施硒肥（YM），基施450kg·hm-2復合肥，孕穗期、灌漿期分別葉面噴施1500mL·hm-2有機富硒液體肥；基施硒肥+葉面施硒肥（JY），基施300kg·hm-2復合肥與150kg·hm-2富硒有機肥料，孕穗期、灌漿期分別葉面噴施1500mL·hm-2有機富硒液體肥。

富硒有機肥在種植前2～3d同復合肥一起均勻施入。有機富硒液體肥每1500mL加水600kg，稀釋400倍，人工均勻噴施于水稻葉面正反面及稻穗上。各小區(qū)于水稻分蘗期追施75kg·hm-2尿素。試驗小區(qū)面積為20m2（4mX5m），每個處理設置3次重復，隨機排列，小區(qū)四周起壟并用聚乙烯薄膜相互間隔，防止小區(qū)之間水肥相互滲透。各小區(qū)苗數(shù)一致，水稻其他日常管理根據(jù)當?shù)氐某Ｒ?guī)標準進行。成熟后各小區(qū)水稻單打單收進行測產。

1.3樣品采集與測定

于10月下旬水稻成熟期分別采集植株樣品和土壤樣品，各小區(qū)以五點取樣法采集水稻樣品，土壤樣品為水稻樣根部周圍土壤。采集后的水稻植株按根部、莖葉和籽粒分離，各部位先后用自來水和去離子水清洗干凈，根部與莖葉于105℃下殺青30min，再降到40℃下烘干至恒質量，籽粒自然風干后分別制成糙米、精米和米殼。所有植株樣品粉碎后過篩，裝于干燥自封袋備用。植株不同部位樣品中總鎘和總硒的測定參照《食品安全國家標準食品中鎘的測定》（GB 5009.15-2014）和《食品安全國家標準食品中硒的測定》（GB 5009.93-2017）。土壤樣品采集后在陰涼處風干，風干期間除去土壤中根系等雜物，并將大土塊破碎為小土塊，完全風干后粉碎研磨單獨過2mm（10目）和0.149mm（100目）尼龍網篩，裝入自封袋備用。土壤中總鎘和總硒的測定參照《土壤質量鎘、鉛的測定石墨爐原子吸收分光光度法》（GB/T 17141-1997）和《土壤中全硒的測定》（NY/T 1104-2006）。土壤中不同形態(tài)鎘參照改進后的BCR法進行處理得試劑溶液。植株和土壤中鎘含量采用德國耶拿2700P原子吸收分光光度計進行測定，植株和土壤中硒含量采用原子熒光光度計（普析通用PF5）進行測定。土壤其他基本理化性質參照鮑士旦的《土壤農化分析》。在樣品檢測分析過程中，采用空白對照和平行樣品進行數(shù)據(jù)質量控制。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理，試驗數(shù)據(jù)通過SPPS 22.0進行方差分析，采用Origin 2018制圖。用Duncan檢驗顯著性差異，文中提到的差異具有顯著性均指Plt;0.05。利用水稻的富集系數(shù)（BCF）和遷移系數(shù)（TF）分別表征水稻對鎘的吸收和轉運能力。糙米富集系數(shù)（BFC糙米）為糙米中鎘含量（mg·kg-1）與土壤總鎘含量（mg·kg-1）的比值；根到莖葉的轉運系數(shù)（TF莖葉，根）為莖葉中鎘含量（mg·kg-1）與根中鎘含量（mg·kg-1）的比值；莖葉到籽粒的轉運系數(shù)（TF籽粒／莖葉）為糙米中鎘含量（mg·kg-1）與莖葉中鎘含量（mg·kg-1）的比值。

2結果與分析

2.1不同硒肥對水稻產量的影響

圖1為不同處理下水稻產量的變化，可見各處理下水稻產量范圍為7809.30～8834.25kg·hm-2，CK處理水稻產量為7928.45kg·hm-2。相較于CK，JS和YM處理均能提高水稻產量，但YM處理水稻增產效果更好，提升率為6.10%，JS處理水稻產量提升幅度僅為1.64%，效果不顯著，而JY處理卻導致水稻產量下降1.84%，但產量與CK處理相比差異不顯著。

2.2不同硒肥對水稻各部位鎘、硒含量和富集、轉運的影響

2.2.1水稻不同部位鎘含量的差異

表1為不同處理下水稻各部位的鎘含量，在水稻各部位中鎘的分布規(guī)律為根部gt;莖葉gt;糙米gt;精米gt;殼。CK處理下糙米中鎘含量為0.216mg·kg-1，超過了我國《食品安全國家標準食品中污染物限量》（GB2762-2022）中所規(guī)定的糙米中鎘限量值（0.2mg·kg-1），打磨成精米后，鎘含量降低到0.199mg·kg-1，雖降低到限量值以下，但降低鎘含量效果并不顯著，仍存在一定超標風險。

添加硒肥后糙米中鎘含量為0.159～0.182mg·kg-1，顯著低于CK處理，達到了我國食品衛(wèi)生安全標準。鎘含量的降低效果為JYgt;YMgt;JS，其中JY處理對降低水稻糙米中鎘含量效果最好，降低率達到26.39%，而YM處理對降低糙米中鎘含量的效果相較JS處理更好。將糙米打磨成精米后，鎘含量進一步降低為0.154～0.159mg·kg-1，各處理的降低效果為JYgt;YMgt;JS。

水稻根、莖葉和殼中的鎘含量在添加硒肥后同樣有所降低，降低效果最好的仍為JY處理，降低率分別為15.40%．21.13%和11.11%。與籽粒不同的是，JS處理相較于YM處理能更有效地降低水稻根、莖葉和殼中的鎘含量。

2.2.2水稻不同部位硒含量的差異

自然富硒地區(qū)種植的水稻籽粒中硒含量相較于一般地區(qū)高，所有處理下糙米和精米中硒含量為0.173～0.244mg·kg-1和0.102-0.160mg·kg-1（表2），均符合《富硒稻谷》（GB/T 22499-2008）中大米硒含量0.04～0.30mg·kg-1的標準。添加硒肥后，各處理糙米和精米中硒含量相較于CK分別提高了25.09%～41.50%和32.03%～56.86%．3個處理提升效果為JYgt;YMgt;JS，以JY處理對糙米和精米的增硒效果最好，硒含量分別達到0.244mg·kg-1和0.160mg·kg-1，提升幅度達到41.50%和56.86%，而YM處理相較于JS處理增加糙米和精米中硒含量的效果更好。

硒肥的使用同樣提高了水稻根、莖葉和殼中的硒含量，與鎘相同，土壤中硒在被水稻吸收后主要集中在水稻根部，JS、YM和JY3個處理下根中硒含量相較于CK分別提升了18.50%、5.29%和16.85%，提升效果為JSgt;JYgt;YM，可以看出JS處理能更好地促進根對硒的吸收，而YM處理則是更多地促進了水稻莖葉、籽粒和殼對硒的吸收。

2.2.3水稻各部位鎘的富集和轉運系數(shù)差異

為進一步分析不同硒肥處理對水稻體內鎘積累的影響，采用富集系數(shù)（BCF）和轉運系數(shù)（TF）來反映鎘在水稻各部位的富集和轉移能力（表3）。CK處理下水稻對鎘的BCF糙米、TF莖葉，根和TF糙米崖葉分別為0.379、0.318和0.253。使用硒肥后水稻對鎘的BCFTF莖葉，根和TF糙米均得到了顯著降低。BCF糙米的降低幅度為15.57%～3.39%，TF莖葉，根的降低幅度為1.83%～6.78%，TF糙米降低幅度為0.33%～15.07%。其中對BCF糙米和TF莖葉，根的降低效果最好的均為JY處理，其次為YM處理。而對于TF降低效果最好的為YM處理，相較于CK下降了0.038。而JS處理的TF莖葉／根和TF糙米崖葉與CK處理差異均不顯著。

2.2.4水稻各部位硒的富集和轉運系數(shù)差異

不同硒肥的施用，不僅可以降低水稻對鎘的吸收和轉運，同時還能促進水稻對硒的吸收和轉運（表4）。相較于CK，各處理對硒BCF糙米的提升幅度為25.13%～41.53%．TF莖葉，根的提升幅度為2.47%～18.71%．TF葉的提升幅度為3.11%-10.14%。其中JY處理對BCF糙米和TF的提升效果最好，提升幅度分別為41.53%和10.14%。但對于TF，JS和YM處理的提升幅度分別為3.11%和3.51%，處理之間并無顯著差異。而對于TF莖葉，根則以YM處理的效果最好，提升幅度為18.71%。

2.3不同硒肥對土壤pH、有機質及鎘形態(tài)的影響

2.3.1土壤pH及有機質的變化

土壤pH和有機質是影響土壤中重金屬有效性的重要因素，不同處理對水稻根際土壤pH和有機質的影響如圖2所示。相較于CK處理，JS和JY兩個處理導致土壤pH分別顯著上升0.19個和0.17個單位（圖2A），提升幅度為3.01%和2.74%；同時有機質含量也分別上升了1.43g·kg·1和0.61g·kg-1（圖2B），提升幅度為8.17%和3.51%，但有機質提升效果無顯著性差異。而YM處理下對土壤pH和有機質均無顯著變化。

2.3.2水稻根際土壤中鎘形態(tài)的變化

利用改進的BCR提取法，可將土壤中的鎘分為弱酸提取態(tài)、可氧化態(tài)、可還原態(tài)和殘渣態(tài)，不同形態(tài)的鎘在土壤中的遷移率有很大的區(qū)別，其中弱酸提取態(tài)的遷移率最高，也是最容易被植物吸收的，而殘渣態(tài)則最不易被植物吸收利用。由圖3中CK可以看出，供試土壤中的鎘主要以弱酸提取態(tài)為主，達45%以上，這表明土壤中鎘的生物有效性較高，水稻更容易吸收重金屬鎘，其次為可還原態(tài)和殘渣態(tài)，分別占20.72%和22.14%，兩者占比之和也達到40%以上，而可氧化態(tài)占比較小。添加硒肥后，在JS和JY處理下，土壤中鎘的弱酸提取態(tài)和可氧化態(tài)相較于CK均有所降低，弱酸提取態(tài)分別下降了2.96%和4.34%，可氧化態(tài)分別下降了0.89%和0.28%；而可還原態(tài)和殘渣態(tài)則有所提高，可還原態(tài)分別提高了2.15%和2.51%．殘渣態(tài)分別提高了1.70%和2.11%。YM處理對土壤中鎘的各個形態(tài)幾乎都沒有影響。

3討論

3.1不同硒肥對水稻產量的影響

硒在植物體內可以抑制鎘誘導自由基對植物的危害，或通過調控植物螯合態(tài)酶的活性，使鎘離子在植物體內形成螯合蛋白，從而減輕鎘對植物的毒害。Boldrin等研究發(fā)現(xiàn)亞硒酸鹽或硒酸鹽應用于土壤或水稻葉面均能增加水稻籽粒產量，且葉面施用硒提升效果更顯著，另外施用硒肥還可以通過提高植物葉綠素水平，改善光合作用，減弱鎘對植物生長的抑制，提高水稻硒含量。本試驗結果表明，葉面施硒肥顯著提高了水稻產量，基施硒肥處理雖然也提高了水稻產量但相較對照處理并無顯著變化?；┪逝c葉面施硒肥同時使用后，水稻產量相較于對照處理反而降低，這可能是由于在富硒土壤上使用基施硒肥和葉面施硒肥后，植物在吸收較多的硒后會抑制自身的生長發(fā)育，導致水稻產量下降。前人研究也發(fā)現(xiàn)，硒對作物生長存在雙重作用，適量可促進產量的增加，而濃度過高則會產生抑制作用。

3.2不同硒肥影響水稻各部位對鎘的吸收

本試驗中，添加兩種硒肥顯著降低了水稻糙米和精米中鎘含量，但作用機理不同。Huang等發(fā)現(xiàn)土壤中添加外源硒后，硒酸鹽及其在土壤中的產物可能與鎘發(fā)生熱力學反應，形成植物無法直接吸收的Cd-Se復合物，從而降低水稻根系對鎘的吸收。采用基施硒肥后，土壤中的鎘由弱酸提取態(tài)向還原態(tài)和殘渣態(tài)轉變，鎘的生物可利用性降低，水稻根對鎘的吸收也顯著降低，進而降低了作物籽粒中的鎘含量。還有研究表明，根表面的鐵斑能阻止根對重金屬的吸收，硒肥的施用會增加鐵斑從而減少根對鎘的吸收。其次，外源硒的施用還可能會影響根際微環(huán)境，基施外源硒可通過提高土壤pH來固定土壤中的鎘，減少土壤溶液中的鎘含量。這與本試驗結果一致，基施硒肥和基施硒肥+葉面施硒肥處理分別使土壤pH提升了0.19個和0.17個單位，但單獨葉面施硒肥對土壤pH無影響，因此土壤pH的提升主要是由于采用了基施硒肥。

葉面施硒肥可以通過降低水稻鎘轉運系數(shù)從而降低水稻籽粒中鎘的含量，本研究也得到相同的結果。葉面噴施硒肥后，水稻根對鎘的吸收同樣減少，但效果不顯著，而根到莖葉特別是莖葉到籽粒的轉運系數(shù)顯著下降。此外，低濃度的鎘會顯著抑制水稻的生長與光合作用。而Gao等通過研究發(fā)現(xiàn)葉面施硒肥不僅可以減少鎘從根到莖、從莖到糙米的遷移，同時糙米中的鎘含量還與光合作用呈負相關，葉面施硒肥能夠改善光合作用，減少水稻對鎘的吸收。

3.3不同硒肥影響水稻各部位對硒的吸收

施用硒肥能提高水稻籽粒中硒的含量。研究發(fā)現(xiàn)，pH是影響土壤中硒的價態(tài)和溶解度的重要因素，硒在中性至堿性環(huán)境中主要以硒酸鹽的形式存在，而在酸性條件下則主要以亞硒酸鹽的形式存在，盡管硒酸鹽與亞硒酸鹽都具有高度水溶性，但亞硒酸鹽易被土壤中如鐵氧化物、黏土礦物等固相強烈吸附，導致在土壤中的溶解度較低，因而硒酸鹽相較于亞硒酸鹽更容易被水稻吸收。Eich-Greatorex等也發(fā)現(xiàn)，在pH5～7范圍內，隨著pH值的增加，土壤中硒的利用率增加。在基施硒肥后，土壤pH得到提高，促進了水稻對硒的吸收，提高了水稻糙米、精米等各部位的硒含量。其次，基施硒肥還可以增加土壤中有效態(tài)硒的含量，促進水稻對硒的吸收。

葉面施硒肥同樣提高了水稻糙米、精米等各部位的硒含量，這與前人研究結果相似，且葉面施硒肥相較于基施硒肥水稻籽粒硒含量更高。有研究表明水稻籽粒中硒的含量受硒的施用方式、來源以及這些因素之間的相互作用的影響，雖然土壤和葉面硒的施用均能提高水稻籽粒硒含量，但土壤中施用硒酸鹽對于提高水稻籽粒中硒含量效果更好。這與本研究結果不同，可能是由于硒肥的種類、施用量和土壤中硒的背景值等因素的不同，導致葉面施硒肥的施用效果更好。同時在鎘脅迫下，硒在水稻中的吸收和轉運同樣受鎘的影響。并在基施硒肥和葉面施硒肥后，兩者相互作用使得該處理相較于單施一種硒肥水稻中硒含量更高。

在輕度鎘污染自然富硒土壤條件下，施用硒肥能有效降低水稻糙米和精米中鎘含量，同時進一步提高糙米中的硒含量。但硒肥的不同施用方式，以及土壤中硒的形態(tài)均會對水稻的降鎘增硒效果產生不同的影響。后續(xù)可進一步探究硒肥種類、施用方式、用量以及硒形態(tài)對水稻糙米中鎘、硒含量和土壤中鎘的影響和作用機理，根據(jù)土壤和種植環(huán)境的實際情況進行綜合考慮，從而更好地達到降鎘增硒的效果。

4結論

（1）在輕度鎘污染富硒土壤下，葉面施硒肥對水稻有一定的增產效果，基施硒肥與基施硒肥+葉面施硒肥對水稻產量無顯著影響。

（2）硒肥的施用可使糙米中的鎘含量降低至我國食品安全限量標準以內。基施硒肥能通過提高土壤pH、降低有效態(tài)鎘含量和水稻對鎘的吸收，從而降低糙米中的鎘含量，而葉面施硒肥主要通過降低水稻對鎘的轉運來降低糙米中的鎘含量，并在兩種硒肥同時施用時效果最好。

（3）硒肥的施用還提高了水稻對硒的吸收，增加了糙米中的硒含量。葉面施硒肥相較于基施硒肥對水稻籽粒中硒含量的提升效果更好，同樣以基施硒肥和葉面施硒肥同時使用的水稻籽粒硒含量最高。