不同地域作物富硒策略与技术 邢丹英 石垒 戴光忠 薛华 向永生 杨军 周建利 谭亚华 张军强 吴蓉 喻世晏 黄登武 熊锐刚 长江大学农学院 主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心(长江大学) 湖北省富硒产业研究院 国家硒产品质量监督检验中心 湖北省恩施州土壤肥料工作站 湖北省恩施市土壤肥料工作站 湖北省建始县高坪镇农技推广服务中心 湖北省恩施市熊家岩乡农技推广服务中心 摘 要： 作物富硒生产是获得富硒农产品的一个重要途径。为了给不同土壤硒背景值与有效性区域的作物富硒生产提供理论与实践指导, 总结了不同地域硒分布、土壤硒含量与作物硒含量关系、植物对硒的吸收差异、作物富硒策略与技术。关键词： 硒; 地域; 作物富硒; 策略; 技术; 作者简介：邢丹英 (1956-) , 男, 教授, 主要从事作物富硒应用技术研究, xingdy_2006126.com。基金：国家公益性行业 (农业) 科研专项 (201303106) 自从瑞典化学家 Jacob Berzelius1817 年发现硒以来, 人们对硒的认识已经走过了“有毒物质”、“有益微量元素”、“人体必需微量元素”等不同阶段。目前, 人们发现了硒的很多生理学功能, 对硒的研究逐渐由生理学扩大到其他相关领域, 这些成果为人们对硒进行开发利用提供了基础。在农业领域, 也先后进行了以作物富硒、动物补硒为代表的应用研究, 并逐步扩展, 以应对我国有较大面积的缺硒、低硒现象, 适应我国农业生产的供给侧改革。然而, 由于硒在土壤中分布的不均匀性、不同物种对硒吸收的不一致性、不同作物品种对硒吸收的差异性, 以及同一作物中不同部位硒分布的差异性, 导致作物富硒生产出现了一些问题。一些研究者和生产者采用外源硒的方式, 对生产对象采用“一致性”处理, 以求达到产品“富硒”的效果, 但这种技术长期使用的累积效果值得商榷。为更好地利用硒对人体健康的效应以造福人类, 笔者从农业生产的角度, 对不同地域硒分布、土壤硒含量与作物硒含量关系、植物对硒的吸收差异、作物富硒策略与技术进行了总结。1 不同地域的硒分布有研究表明, 硒在土壤中的分布存在差异, 我国从东北到西南存有一条不规则的低硒缺硒地带, 而且不同地域的差异较大。有关资料显示, 湖北恩施、陕西紫阳、贵州开阳、湖南桃源和新田、青海平安、广西贵港等地的硒分布均不均匀。仅以湖北恩施、陕西紫阳调查数据为例, 土壤中的硒含量分布见表 1。表 1 湖北恩施和陕西紫阳土壤硒含量分布情况 下载原表 需要说明的是, 一些地域土壤硒含量的变化会比较大。以湖北省恩施市城区向恩施市芭蕉乡的直线延长线为例, 据湖北省地质局有关资料, 恩施市区所处的土壤硒含量为 0.3mg/kg, 向南偏西的芭蕉乡方向 3.8km 处进入 0.1mg/kg 的范围, 到 7.9km 处进入 0.2mg/kg 范围, 到 17.5km 处进入 3.0mg/kg 范围, 到21.9km 又进入 0.4mg/kg 的范围。在 22km 的范围内, 变化幅度从 0.1mg/kg 到3.0mg/kg, 含量变化达 30 倍之多。由于土壤中的硒含量多与土壤基岩母质层、河流冲积物以及人们的干预有关, 这三方面的影响导致了土壤硒含量的不均匀。2 土壤硒含量与作物硒含量2.1 土壤硒含量与作物硒含量的关系一般来说, 土壤中的硒含量高, 则生长在这片土壤上的作物硒含量相应较高, 土壤中的硒能够被作物所吸收进入作物产品16, 富硒土壤是生产天然富硒农产品的物质基础, 硒资源与地面植物的硒含量存在一定相关性 (广西土地质量地球化学评价项目办公室.广西富硒土地资源评价, 2016) 。在多数情况下, 作物收获物与根层土中硒含量具有显著正相关关系, 即在富硒土壤的作物收获物中硒含量明显高于非富硒土壤的作物收获物, 如湖北恩施某高硒含量茶园就位于高含硒 (Se3.0mg/kg) 的碳硅质页岩地带;不同作物及品种对硒的富集具有显著的差异性, 因而研究筛选富硒作物品种对于开发富硒土地资源有重要意义。2.2 土壤硒含量及其有效性土壤硒含量一般指的是总硒含量。土壤硒的有效性是能够被作物吸收利用的硒与总硒的比例。在一定情况下, 一些因素会影响会影响作物对土壤中硒的吸收。土壤影响硒有效性的主要因素有:土壤酸碱度 (pH) 、土壤电导率 (EC) 、土壤有机质 (SOM) 、铁铝锰氧化物、代换量 (CEC) 、粘粒等17。土壤中的硒多以 5 种形态存在, 即元素硒 (Se) 、硒化物 (Se) 、亚硒酸盐 (SeO 3) 、硒酸盐 (SeO 4) 及有机态硒 ( (CH 3) 2Se) 。其中, 后 3 种硒形态水溶性较好, 是土壤有效硒的主要来源18。酸性土壤中硒的有效性较低。在一定范围内, 提高硒矿粉的 pH 能够提高其水溶液中硒的含量。在试验范围 (pH79.5) 内, pH 每增加 1 个单位, 则溶液中水溶性硒含量增加 0.0949mg/L (R=0.9471) 19。在盆栽条件下, 施用全硒为362mg/kg、pH 为 9 的硒矿粉 1500kg/hm 能够使鄂豆 6 号大豆的硒含量达到最大值 (0.203mg/kg) , pH9 时鄂豆 6 号的籽粒硒含量呈下降趋势 (邢丹英.盆栽条件下 pH 对大豆硒含量的影响, 2003) 。施用有机钙、生石灰、迪尔乐高钙镁微生物菌剂等物质能够提高土壤 pH, 也能够提高强酸性高硒土壤硒的有效性和茶叶品质。在无外源硒添加的情况下, 秸秆炭、生石灰粉和钙镁磷肥与“爸爱我”生物有机肥的 3 个错时配施处理对提高土壤硒有效性的效果较佳, 分别使土壤有效硒含量提高 0.106、0.114mg/kg 和 0.147mg/kg, 茶叶中硒含量相应提高 0.96、1.14mg/kg 和 1.24mg/kg, 增幅均达到极显著水平 (P豆类谷类。天然植物中硒的含量的顺序是:乔木灌木草本;针叶阔叶草本, 裸子植物蕨类植物双子叶单子叶21。在农作物中, 十字花科的油菜对硒的集聚能力最强, 其次为豆科植物, 谷类最低。以干物重含硒量排序, 根茎和鳞茎类作物大田作物叶菜类作物籽菜类作物蔬果类作物果树类作物。大田作物的富硒能力次序为:十字花科黑麦草豆科谷类, 谷类中又以小麦对硒的积聚性能最强22。在湖北恩施的几种野生植物中, 粉葛干葛根的硒含量为 1.76mg/kg, 野葛干葛根的为 2.42mg/kg, 板桥党参 (属于川党参 C.tanshen Oliv) 的硒含量为0.72mg/kg, 紫箕 (Osmunda japonica Thunb) 的硒含量为 1.587.44mg/kg23。3.2 品种差异对小麦鄂恩 4 号和 998042 施用 3 种含量的硒矿粉, 结果表明鄂恩 4 号的富硒效果优于 998042, 苗期的差别大于灌浆期24。硒矿粉的后效应对于小麦不同品种的硒含量也有差异25。对双低优质油菜的富硒效果研究表明, 中油杂 2 号的富硒效果优于中双 9 号, 两者苗期的富硒效果差别较大, 成熟期差别较小26。因品种不同导致富硒性能差异, 在水稻、玉米、马铃薯、大豆等作物上都有同样的表现27。3.3 生长部位与器官差异同一品种中, 不同部位的富硒性能也有一定差别。对甘薯的研究表明, 同一植株、同一器官硒的分布存有差异28。对水稻的研究表明, 生长期较长的组织对硒的吸收量大于生长期较短的吸收量29。生长期较短的组织积累时间较短, 因而积累量较少。4 作物富硒策略与技术4.1 作物富硒策略研究并应用环境中硒的分布规律, 做好富硒资源规划, 利用植物对硒的吸收特点, 针对性的应用作物富硒技术, 科学地、可持续地促进作物富硒应用技术研究与应用, 可以促进农业生产进一步发展。4.2 作物富硒技术4.2.1 土壤硒背景值调查与利用土壤中的硒含量是作物富硒生产的基础。土壤硒背景值及其有效性的调查有助于了解土壤硒的具体情况, 有助于制定富硒生产规划。为了使规划更加准确, 应该将土壤的硒背景值及其有效性落实到具体田块, 并建立相应的硒背景值档案。在此基础上, 将土壤改良与提高土壤硒的有效性进行有机结合, 为作物富硒提供土壤基础。4.2.2 强吸收硒植物的筛选与应用利用植物对硒元素的吸收性能差异, 筛选并利用植物的这一特性, 是作物富硒技术的首选, 这符合生物的“表现型=遗传型+环境互作”规律。从长远来看, 筛选高富集硒性能的植物, 将其富硒的遗传特性转育到目标作物中, 是作物富硒技术中的一个十分经济、有效的方法。1) 筛选较高富硒性能的品种针对作物不同品种的富硒性能差异, 选用具备“高产、优质、抗病、富硒”等特点的品种, 在现有的作物品种中增加“富硒”功能, 对作物富硒生产显得十分重要, 能够充分利用作物的遗传特点, 让作物的内因发挥作用。2) 品种选育充分利用现代和传统的生物技术, 将富硒性状基因转到目标作物品种中, 使目标作物品种具有可遗传的富硒特性。4.2.3 外源补硒外源硒包括矿物硒及其制成品、化学硒 (主要是价硒和价硒) 及其制成品。这是目前市场上流行的主流富硒肥料。硒代蛋氨酸是山西大学新研制的有机硒肥, 目前应用较少。1) 矿物硒肥 矿物硒肥主要包括以硒矿为主要硒源生产的硒矿粉、硒矿肥 (富硒复混肥、富硒有机肥) 等。矿物硒肥的溶解性较低, 速效性较差, 适合用作基肥, 当季效果有限, 有一定后效应25。为了使硒矿肥能够在当季产生较好的效益, 应将硒矿肥施到供试作物的优势根区30,31。硒矿肥的生产和使用上, 需要注意硒矿肥的重金属不能超标, 以免产生污染。2) 化学硒肥 化学硒肥主要包括亚硒酸钠、硒酸钠及其制成品。化学硒肥的速效性强, 适合用做追肥, 当季效果较好, 后效应较小。化学硒肥的施用需要注意: (1) 施用浓度。因为化学硒肥的溶解性较好, 使用时浓度不宜过高, 以免对作物产生灼伤; (2) 施用时间。化学硒肥主要用于根外追肥, 施用时要注意避免施在作物的花器上, 尤其不能够在作物开花期施用, 以免降低作物的结实率。4.2.4 秸秆利用由于作物生长时间较长部位的硒含量高于生长时间较短的部位, 而很多较高硒含量的部分并非人们的收获目标, 这就产生了一些潜在资源。一些禾谷类作物营养器官也含有一定的硒含量, 依据这一特点, 可以加强秸秆还田技术的应用, 使已经进入作物营养体的硒元素更好地进入“有机肥硒耕地作物”循环, 达到利用资源的目的。4.2.5 制定标准作物富硒效果受土壤及母质硒含量、作物物种及品种、作物生长时间、外源硒施用等因素的影响, 任何一方面的变化都会影响作物富硒的效果。基于这一原因, 应在有关部门的指导下, 进行相关标准的制定、宣传落实。5 结语富硒农产品比常规农产品有着更多的功能, 已被一些学者称之为“功能农业”产品, 这是农业生产升级换代的重要途径之一。充分利用前人的研究成果, 将其应用到现代农业的生产中, 产生巨大的经济效益、社会效益和生态效益, 需要相关社会力量的共同努力。参考文献1姜英, 曾昭海, 杨麒生, 等.植物硒吸收转化机制及生理作用研究进展J.应用生态学报, 2016, 27 (12) :40674076. 2何冠男, 武炜, 李成会.硒元素的研究进展J.唐山师范学院学报, 2017, 39 (2) :4648. 3王福俤.中国生物微量元素研究的现状与展望J.生命科学, 2012, 24 (8) :713728. 4王丽霞.硒元素的植物生理作用及生理机制研究进展J.安徽农业科学, 2010, 38 (1) :3132, 47. 5袁思莉, 余垚, 万亚男, 等.硒缓解植物重金属胁迫和累积的机制J.农业资源与环境学报, 2014, 31 (6) :545550. 6韩广泉, 李俊, 宋曼曼, 等.硒对盐胁迫下加工番茄种子萌发及抗氧化酶