喷施海藻提取物螯合硒肥对水稻富硒及产量、品质的影响

The Effect of Spraying Seaweed Extract Chelated Selenium Fertilizers on Selenium Enrichment, Yield, and Quality of Rice

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2024.05.007

常云 Yun CHANG , 艾新帅 Xinshuai AI , 袁乐斌 Lebin YUAN , 卢波斯 Bosi LU , 沈宏 Hong SHEN

1 湖北鄂中生态工程股份有限公司湖北荆门 448000 Hubei Ezhong Ecological Engineering Co., Ltd., Jingmen, Hubei 448000, China 2 华南农业大学资源环境学院广东广州 510642 College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou, Guangdong 510642, China

Author notes:

Correspondence to: 沈宏(1970—)，男，博士，教授，研究方向为生物刺激素与新型肥料；hshen@scau.edu.cn

摘要：

以华南地区主栽水稻品种为材料，以喷施等量清水为对照(CK)处理，研究了叶面喷施以海藻提取物和亚硒酸钠为原料制备的海藻提取物螯合硒肥对水稻硒含量及产量、品质的影响。结果表明：在水稻抽穗期和灌浆期喷施海藻提取物螯合硒肥各1次，与CK处理相比，水稻产量提高2.4%~6.8%，糙米硒质量分数(156.4~291.2 μg/kg)达到国家标准《富硒稻谷》(GB/T 22499—2008)的要求，稻米垩白度下降7.1%~23.8%，含100 g/L海藻提取物、10 g/L亚硒酸钠螯合硒肥的喷施效果较理想；与单施亚硒酸钠相比，海藻提取物螯合硒肥显著降低了在水稻叶片上的接触角和表面张力，叶片载液量增加40.5%~47.2%%，叶片硒含量提高14.6%~26.0%，硒转运系数增加8.3%~16.2 %；糙米中有机硒含量比亚硒酸钠处理的提高4.8%~5.6%。海藻提取物螯合硒肥不仅对水稻具有较好的富硒效果，而且可以提高水稻的产量和品质。

关键词：

硒肥; 海藻提取物; 转运系数; 水稻; 产量; 品质;

Abstract：

Using the main rice variety planted in southern China as the material, the effect of foliar spraying of seaweed extract chelated selenium fertilizers prepared from seaweed extracts and sodium selenite as raw materials on the selenium content, yield, and quality of rice is studied with spraying equal amount of water as the control (CK) treatment. The results show that spraying seaweed extract chelated selenium fertilizers once each during the heading and filling stages of rice increased rice yield by 2.4% to 6.8% compared to CK treatment. The selenium content in brown rice (156.4 to 291.2 μg/kg) meet the requirements of the national standard "Rich Selenium Paddy" (GB/T 22499—2008), and the chalkiness of rice decreased by 7.1% to 23.8%. The spraying effect of chelaled selenium fertilizer which contains 100 g/L seaweed extracts and 10 g/L sodium selenite is more ideal. Compared with the application of sodium selenite alone, the seaweed chelated selenium fertilizers significantly reduced the contact angle and surface tension on rice leaves, increased leaf liquid loading by 40.5% to 47.2%, increased leaf selenium content by 14.6% to 26.0%, and increased selenium transport coefficient by 8.3% to 16.2%. The organic selenium content in brown rice increased by 4.8% to 5.6% compared to sodium selenite treatment. Seaweed extract chelated selenium fertilizers have a good selenium enrichment effect on rice, as well as improving the yield and quality of rice.

Keyword：

selenium fertilizer; seaweed extract; transport coefficient; rice; yield; quality;

硒(Se)是人体必需的微量元素，具有防癌、抗肿瘤、提高肌体免疫力和延缓衰老等功效，长期缺硒会诱发克山病、大骨节病、甲状腺功能减退和免疫系统减弱等症状^[1]。对我国13个省份的营养调查发现，我国成人的硒摄入量(20~30 μg/d)远低于国家营养学会和国际硒研究学会的推荐值(60~400 μg/d)^[2]。因人体自身无法合成硒，通过食物摄入硒是提高人体硒含量最方便的途径之一。水稻是我国最主要的粮食作物之一，食用富硒稻米对提高人体硒含量具有重要的意义。

由于华南地区自然土壤中硒含量不高，如果不进行施肥补充，传统稻米的硒含量达不到国家富硒标准的要求^[3]。在农业生产上，主要通过施用硒酸钠和亚硒酸钠来提高稻米中的硒含量。由于硒酸钠和亚硒酸钠等无机硒肥的安全施用范围较窄，直接施用高浓度的硒酸钠和亚硒酸钠等无机硒肥，对水稻叶片及籽粒会产生毒害作用，而且低浓度喷施无机硒肥的稻米富硒效果并不明显^[4-5]，因此，研制并施用浓度范围宽、富硒效果好的新型硒肥非常重要^[6-7]。王潮鑫等^[8]发现海藻多糖纳米硒肥具有低植物毒性和高生物活性等特点，富硒效果好，但该肥料为纳米硒肥，成本较高，难以大规模推广应用。本文以海藻提取物和无机硒化合物为材料，制备了一种高性价比的海藻提取物螯合硒肥，并研究了海藻提取物螯合硒肥不同喷施浓度对水稻产量、品质及硒吸收的影响，以期为海藻提取物螯合硒肥在农业生产中的应用提供科学依据和工作基础。

1 供试材料与测定项目

1.1 供试材料

供试海藻提取物螯合硒肥由华南农业大学根层调控实验室和湖北鄂中生态工程股份有限公司共同研制，该肥料系列由海藻提取物和亚硒酸钠按照不同比例在特定温度和压力下螯合制备得到，分别命名为SE100-Se0、SE100-Se1、SE100-Se5、SE100-Se10和SE100-Se20。以SE100-Se10为例，代表海藻提取物质量浓度为100 g/L，亚硒酸钠质量浓度为10 g/L。叶面喷施时，每种硒肥稀释1 000倍，用量30 mL/亩(1亩=667 m²)。供试水稻品种为粤禾丝苗和黄华占，由广东省农业科学院水稻研究所提供。于2022年7—11月在华南农业大学试验基地增城宁西基地开展田间小区试验，每个小区面积为30 m²，每个处理设置3次重复，空白对照(CK)处理喷施等量清水。

1.2 测定项目

1.2.1 静态表面张力

先用待测样品润洗玻璃培养皿，然后将样品溶液倒入培养皿中至1/2高度，用BZY-1型全自动表面张力仪(上海衡平仪器仪表厂)测定样品溶液的静态表面张力。

1.2.2 接触角

肥料溶液喷施完成后，用剪刀剪取水稻剑叶，用双面胶粘贴在载玻片上，然后立即用OCA20型接触角测量仪(德国德飞公司)测定SE100-Se10、亚硒酸钠溶液在水稻叶片上的接触角。

1.2.3 叶片载液量

剪取水稻剑叶，记录原始质量(m₀)后叶面朝上平放在桌面上，将已配制的样品溶液在叶片上均匀喷洒3次，然后垂直夹起叶片除去多余的溶液，再次称量叶片质量(m₁)；擦干叶片，附上标尺拍照，使用Image J软件计算叶片面积，记录单位叶片面积的载液量。

1.2.4 水稻植株硒含量

总硒含量：将样品置于105 ℃烘箱中杀青20 min，然后在90 ℃烘干至恒质量；将样品磨碎过0.15 mm筛后，采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定样品总硒含量。

有机硒含量：参照Wang等^[5]的方法，称取3 g样品，加入4 mol/L盐酸溶液3.5 mL，在100 ℃沸水中水浴10 min，然后在4 ℃条件下以2 500 r/min转速离心分离10 min；将上清液用超纯水定容至10 mL，采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定无机硒含量；有机硒含量为总硒含量与无机硒含量的差值。

1.2.5 硒转运系数

硒转运系数为糙米硒浓度与叶片硒浓度之比。转运系数越高，表示硒从叶片向糙米中转运的能力越强。

1.3 统计分析

利用Excel 2016软件对数据进行处理，采用SPSS 19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 喷施海藻提取物螯合硒肥对水稻产量及品质的影响

为测定海藻提取物螯合硒肥对水稻的富硒效果，分别在水稻抽穗期(移栽60 d)和灌浆期(移栽75 d)喷施海藻提取物螯合硒肥各1次，研究了海藻提取物质量浓度为100 mg/L，亚硒酸钠质量浓度分别为0、1、5、10、20 mg/L时对水稻产量和品质的影响，结果见表 1。

表 1

喷施不同海藻提取物螯合硒肥的水稻产量和品质

水稻品种	处理	水稻产量/ (kg·亩^-1)	糙米中w(硒)/ (μg·kg^-1)	稻米垩白度/ %	胶稠度/mm
粤禾丝苗	CK	482.4±6.2 c	64.2±5.7 e	0.84±0.05 a	61.2±1.0 a
	SE100-Se0	501.4±8.1 b	63.5±3.2 e	0.73±0.02 b	62.7±0.5 a
	SE100-Se1	499.8±4.5 b	156.4±11.2 d	0.78±0.03 ab	60.4±1.2 a
	SE100-Se5	506.8±4.8 b	198.8±8.6 c	0.67±0.06 bc	62.8±2.6 a
	SE100-Se10	515.4±5.2 a	259.4±3.5 b	0.64±0.05 c	61.7±3.5 a
	SE100-Se20	502.4±4.7 b	288.8±6.8 a	0.76±0.04 ab	61.8±2.8 a
黄华占	CK	467.6±4.2 c	56.8±4.6 e	0.44±0.04 a	79.8±1.6 a
	SE100-Se0	478.6±4.2 b	53.7±0.05 e	0.43±0.05 a	78.2±0.7 a
	SE100-Se1	479.4±7.0 b	166.6±12.0 d	0.42±0.03 a	78.6±1.3 a
	SE100-Se5	482.6±5.6 ab	214.2±16.4 c	0.45±0.04 a	81.2±1.4 a
	SE100-Se10	492.2±6.4 a	269.5±20.2 b	0.43±0.03 a	80.5±1.0 a
	SE100-Se20	479.8±3.6 b	291.2±14.8 a	0.46±0.02 a	79.2±1.8 a
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同

由表 1可以看出，随着喷施的海藻提取物螯合硒肥中亚硒酸钠质量浓度的提高，水稻产量稍有增加，但糙米中硒含量增加明显。与CK处理相比，SE100-Se0处理的粤禾丝苗和黄华占的产量分别增加3.9%和2.4%；叶面喷施不同的海藻提取物螯合硒肥，粤禾丝苗、黄华占的产量分别增加3.6%~6.8%和2.4%~5.3%，以SE100-Se10处理的产量最高。除了SE100-Se0处理外，与CK处理相比，叶面喷施不同的海藻提取物螯合硒肥处理的粤禾丝苗和黄华占的糙米硒含量提高幅度分别为1.44~3.50倍和1.93~4.13倍，以SE100-Se20处理的糙米硒含量最高。

粤禾丝苗的稻米垩白度以SE100-Se10处理的最低，但黄华占的稻米垩白度在不同处理间无显著性差异。统计分析表明，粤禾丝苗和黄华占的稻米胶稠度在不同处理间无显著性差异。结合水稻产量、品质指标以及肥料成本，综合评定SE100-Se10处理的富硒效果较好。因此，后面的试验以SE100-Se10为处理，研究海藻提取物螯合硒肥对水稻硒的富集效果。

2.2 肥液在水稻叶片上的静态表面张力、接触角和载液量变化

为研究海藻提取物螯合硒肥促进水稻富硒的内在机制，考察了海藻提取物螯合硒肥SE100-Se10稀释溶液在水稻叶片上的静态表面张力、接触角与载液量，结果见表 2。

表 2

不同硒肥处理的肥液在水稻叶片上的静态表面张力、接触角和载液量

水稻品种	处理	静态表面张力/(mN·m^-1)	接触角/(°)	载液量/(mg·cm^-2)
粤禾丝苗	亚硒酸钠	70.5±1.2 a	156.6±4.4 a	3.6±0.2 b
	SE100-Se10	48.2±0.7 b	65.4±2.3 b	5.3±0.3 a
黄华占	亚硒酸钠	71.4±1.5 a	153.2±4.8 a	3.7±0.1 b
	SE100-Se10	47.6±2.3 b	66.8±3.5 b	5.2±0.2 a

由表 2可知，与亚硒酸钠处理相比，SE100-Se10处理显著降低了肥液在水稻叶片上的静态表面张力和接触角，显著增加了叶片对肥液的载液量。对粤禾丝苗，SE100-Se10处理的静态表面张力和接触角较亚硒酸钠处理的分别减少了31.6%和58.2%，叶片载液量增加了47.2%；对黄华占，其相应值分别为33.3%、56.4%和40.5%；在相同的硒肥处理条件下，肥液在两个品种的水稻叶片上的静态表面张力、接触角和载液量无显著性差异。

2.3 喷施硒肥对水稻植株生长的影响

在水稻收获期，测定了两个硒肥处理对水稻植株高度和剑叶叶绿素相对含量(SPAD值)的影响，结果见表 3。

表 3

不同硒肥处理的水稻植株高度和剑叶SPAD值

水稻品种	处理	植株高度/cm	剑叶SPAD值
粤禾丝苗	亚硒酸钠	89.4±0.5 b	45.6±1.2 c
	SE100-Se10	90.5±0.8 ab	48.3±1.8 ab
黄华占	亚硒酸钠	92.8±1.1 a	47.2±1.1 bc
	SE100-Se10	93.1±0.9 a	49.6±1.3 a

由表 3可知：两个硒肥处理的水稻植株高度无显著性差异；SE100-Se10处理明显增加了两个水稻品种的剑叶SPAD值，与亚硒酸钠处理相比，粤禾丝苗和黄华占的剑叶SPAD值分别增加了5.9%和5.1%，差异显著。试验结果表明，海藻提取物螯合硒肥有利于提高剑叶SPAD值，促进光合作用。

2.4 喷施硒肥对水稻叶片和糙米中硒含量的影响

两个硒肥处理的水稻叶片和糙米中的硒含量见表 4。

表 4

不同硒肥处理的水稻叶片和糙米中硒含量

水稻品种	处理	叶片中w(硒)/(μg·kg^-1)	糙米中w(硒)/(μg·kg^-1)
粤禾丝苗	亚硒酸钠	1 305.8±121.2 c	142.3±10.5 d
	SE100-Se10	1 645.3±94.6 b	194.7±9.8 b
黄华占	亚硒酸钠	1 575.6±86.6 b	174.3±8.6 c
	SE100-Se10	1 805.4±112.8 a	232.6±9.3 a

由表 4可知，水稻叶片中的硒含量明显高于糙米中的。对粤禾丝苗，SE100-Se10处理的叶片和糙米中的硒含量比亚硒酸钠处理的分别提高26.0%和36.8%；对黄华占，其相应值分别为14.6%和33.4%。比较两个水稻品种叶片和糙米中的硒含量可以发现，喷施海藻提取物螯合硒肥有利于提高水稻叶片和糙米中的硒含量，其中黄华占的叶片和糙米中的硒富集效果优于粤禾丝苗的。

2.5 喷施硒肥对水稻硒转运系数的影响

硒从叶片、茎杆向籽粒转运是影响水稻籽粒硒含量的主要因素。硒从叶片向籽粒转运的系数越大，表示水稻植株中硒由营养器官向生殖器官的富集能力越强。在喷施条件下，两个硒肥处理对水稻硒转运系数的影响见表 5。

表 5

不同硒肥处理的水稻硒转运系数

水稻品种	处理	硒转运系数/%
粤禾丝苗	亚硒酸钠	10.9±0.1 c
	SE100-Se10	11.8±0.2 b
黄华占	亚硒酸钠	11.1±0.1 c
	SE100-Se10	12.9±0.3 a

由表 5可知：SE100-Se10处理有利于提高叶片-籽粒硒转运系数，粤禾丝苗和黄华占两个水稻品种的硒转运系数分别比亚硒酸钠处理的提高了8.3%和16.2%。在SE100-Se10处理条件下，黄华占的硒转运系数比粤禾丝苗的显著提高了9.3%；而在亚硒酸钠处理条件下，两个水稻品种的硒转运系数无显著性差异。

2.6 喷施硒肥对稻米中硒形态的影响

有研究表明，硒在稻米中主要以有机硒形态存在，有机硒含量越高，其生物有效性和稻米安全性越高^[9-10]。两个硒肥处理对稻米中硒形态的影响见表 6。

表 6

不同硒肥处理的稻米中硒形态

水稻品种	处理	w(有机硒)/(μg·kg^-1)	w(全硒)/(μg·kg^-1)	有机硒占全硒比例/%
粤禾丝苗	亚硒酸钠	111.2±6.5 b	142.3±13.5 b	78.1 b
	SE100-Se10	185.4±11.8 a	224.7±18.8 a	82.5 a
黄华占	亚硒酸钠	127.1±12.5 b	160.2±12.6 b	79.3 b
	SE100-Se10	201.6±15.6 a	242.6±14.3 a	83.1 a

由表 6可知：在两个水稻品种的稻米中，硒主要以有机硒形态存在，占比为78.1%~83.1%；与亚硒酸钠处理相比，SE100-Se10处理显著增加了有机硒含量，提高了有机硒占全硒的比例；粤禾丝苗和黄华占稻米中有机硒占全硒的比例分别比亚硒酸钠处理的增加5.6%和4.8%。

2.7 喷施硒肥对水稻产量构成因子和产量的影响

为了解海藻提取物螯合硒肥增加水稻产量的内在原因，测定了两个硒肥处理对水稻产量及产量构成因子的影响，结果见表 7。与亚硒酸钠处理相比，SE100-Se10处理的粤禾丝苗和黄华占的结实率分别提高了6.3%和2.7%，且粤禾丝苗对海藻提取物螯合硒肥的响应更明显；两个硒肥处理的水稻穗粒数和千粒质量在统计学上无显著性差异，但粤禾丝苗的穗粒数高于黄华占的；与亚硒酸钠处理相比，SE100-Se10处理的粤禾丝苗和黄华占产量分别增加6.2%和5.5%，粤禾丝苗的产量对海藻提取物螯合硒肥的响应更明显。

表 7

不同硒肥处理的水稻产量构成因子和产量

水稻品种	处理	结实率/%	穗粒数/(粒·穗^-1)	千粒质量/g	产量/(kg·亩^-1)
粤禾丝苗	亚硒酸钠	84.5±2.8 b	124.6±2.2 a	22.6±0.3 a	488.1±10.2 bc
	SE100-Se10	89.8±2.1 a	125.5±2.8 a	22.8±0.2 a	518.4±9.6 a
黄华占	亚硒酸钠	81.6±1.3 b	115.6±2.1 b	22.3±0.3 a	466.8±16.0 c
	SE100-Se10	83.8±1.5 b	119.2±2.4 b	22.4±0.2 a	492.4±10.5 b

2.8 喷施硒肥对稻米品质的影响

王潮鑫等^[8]发现喷施硒肥不仅影响水稻产量，还影响稻米品质。两个硒肥处理对稻米品质的影响见表 8。

表 8

不同硒肥处理的稻米品质

水稻品种	处理	垩白度/%	w(直链淀粉)/%	胶稠度/mm
粤禾丝苗	亚硒酸钠	0.78±0.07 a	15.5±0.6 a	60.8±1.7 b
	SE100-Se10	0.65±0.06 b	16.1±0.7 a	63.3±2.2 b
黄华占	亚硒酸钠	0.45±0.03 c	16.4±0.8 a	70.2±1.3 a
	SE100-Se10	0.38±0.09 c	16.5±0.5 a	71.5±2.1 a

由表 8可知：与亚硒酸钠处理相比，SE100-Se10处理的粤禾丝苗和黄华占垩白度分别降低16.7%和15.6%，稻米胶稠度分别增加4.1%和1.9%；两个硒肥处理的稻米直链淀粉含量无显著性差异。

3 讨论

3.1 海藻提取物螯合硒肥对水稻硒吸收的影响

在叶面喷施条件下，水稻植株对肥料养分的吸收主要由叶片完成，叶片对肥液的吸附量(载液量)直接影响肥料养分的吸收利用效率。有研究表明，水稻叶片对肥液的载液量既与叶片结构有关，还与肥液的理化性质有关^{[6, 11]}，肥液在叶片表面的浸润能力和叶片接触角直接影响叶片载液量。一般肥液对叶片的浸润能力越强、接触角和表面张力越小，叶片对肥液的载液量越大。李彦飞等^[11]的研究发现，水稻叶片表面的蜡质层具有疏水性，液体难以在叶片表面停留，如果肥液表面张力过大，水稻叶片则不易被浸润，造成肥液直接从叶片滴落，肥效变差。因此，降低肥液在叶片的表面张力、减小接触角，能明显提高肥液的利用率。研制叶面肥时，通常在肥液中添加1%~5%(质量分数)的聚山梨醇酯、有机硅等表面活性剂，以改善肥液的表面张力，然而上述添加量的表面活性剂稀释至不同倍数后对表面张力的影响程度尚不明确。

海藻提取物螯合硒肥中除含有大量的羧基、羟基等亲水基团外，还含有甲基、氨基等疏水基团，具有两性表面活性剂的性质，对叶片有较好的浸润能力(见表 2)。与亚硒酸钠处理相比，海藻提取物螯合硒肥处理明显减小了肥液接触角，叶片载液量增加了40.5%~47.2%，叶片硒含量增加了14.6%~26.0%，明显促进了稻谷对硒的吸收。王潮鑫等^[8]的研究还发现，海藻多糖纳米硒肥具有降低叶片表面张力、增加硒吸收的特性。

3.2 海藻提取物螯合硒肥对水稻产量和品质的影响

在富硒水稻生产中，既要提高稻米硒含量，又不能降低稻谷产量，才能取得较好的经济效益。王潮鑫等^[8]发现喷施5 mg/L的海藻多糖纳米硒肥，可提高水稻产量4.9%~7.5%。从表 7可知，与亚硒酸钠处理相比，喷施海藻提取物螯合硒肥2次，稻谷产量增加5.5%~6.2%，而且硒由叶片向籽粒转移的硒转运系数提高8.3%~16.2%，从而增加水稻产量和稻米硒含量。这些研究表明海藻基螯合硒肥在提高水稻产量方面具有积极意义^[12-13]。

海藻提取物螯合硒肥处理还能降低稻谷垩白度，但对稻米直链淀粉含量、胶稠度无明显影响，这表明喷施海藻提取物螯合硒肥具有改善稻米外观品质的效果。石吕等^[9]和晏娟等^[10]的研究发现，喷施适宜浓度的硒肥除了增加稻米产量，还能改善稻米品质，与本试验结果一致。

4 结语

在水稻抽穗期和灌浆期喷施海藻提取物螯合硒肥具有增产提质的作用，2次喷施海藻提取物螯合硒肥(海藻提取物质量浓度100 mg/L，亚硒酸钠质量浓度10 mg/L)能使稻米中硒含量达到国家标准《富硒稻谷》(GB/T 22499—2008)的要求，值得在富硒水稻生产中推广应用。

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