不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响.pdf

2023，45（4）DOI：10.13836/j.jjau.2023075Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensishttp:/江西农业大学学报 不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响昌晓宇1，涂田华1，卢坚雯2，张标金1*（1.江西省农业科学院 农产品质量安全与标准研究所，江西 南昌 330200；2.宜春市农业农村局 农产品质量安全检验检测中心，江西 宜春 336000）摘要：【目的】硒、铜、锌等微量元素通过酶参与人体内多种反应，是机体保持健康不可或缺的重要元素，而重金属元素（Cd、Pb、Hg、As）通过食物链作用于人体，是危害人体的有毒物质。大米作为国民主粮是人体摄入这些元素的重要渠道。本试验探究不同农艺措施与石灰改良剂对水稻籽粒中重金属积累及微量元素含量变化影响。【方法】选用莲红香占为对象，使用不同浓度（10，20，30，40 g/桶）的石灰及不同的水分管理措施（淹水、湿润、间歇灌溉）的盆栽试验，研究对大米中微量元素（Se、Mn、Fe、Zn、Cu）及重金属元素（Cd、Pb、Hg、As）变化影响。【结果】湿润灌溉模式可显著提高大米中总硒含量，当湿润灌溉且石灰添加量为10 g/桶与30 g/桶时，大米中的总硒含量显著增加。采用双因素方差分析结果显示，灌溉方式与生石灰用量二因素单独及交互皆对大米总硒含量影响极显著。在间歇灌溉模式下，添加不同含量的石灰对稻谷籽粒中Zn含量增加影响效果显著。生石灰用量因素对大米中Zn含量影响效果极显著，灌溉方式与生石灰用量交互对Zn含量影响效果极显著。湿润灌溉时添加石灰可显著降低稻谷中Cd浓度，灌溉方式与生石灰用量交互对Cd含量影响效果极显著。淹水灌溉模式下添加20 g/桶至40 g/桶石灰，对籽粒中Pb含量降低影响效果显著。【结论】在水稻种植过程中采用正确水分管理措施配合适宜浓度石灰改良剂促进水稻微量元素Se与Zn富集及减少重金属元素Cd与Pb对水稻的危害具有重要作用。关键词：大米；水分管理；生石灰；硒；有效硒；金属元素中图分类号：S511 文献标志码：A 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：文章编号：1000-2286（2023）04-0806-13Effects of Different Water Management Measures Combined with Lime on the Accumulation of Selenium and Other Metal Elements in RiceCHANG Xiaoyu1，TU Tianhua1，LU Jianwen2，ZHANG Biaojin1*（1.Institute of Quality safety and Standard of Agricultural Products，Jiangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanchang 330200，China；2.Agricultural Product Quality and Safety Inspection and Testing Center，Yichun Agriculture and Rural Bureau，Yichun，Jiangxi 336000，China）收稿日期：20230329 修回日期：20230511基金项目：国家自然科学基金项目（32260067）和江西省重点研发计划项目（20202BBF62001）Project supported by the National Natural Science Foundation of China（32260067）and the Key R&D Project of Jiangxi Province（20202BBF62001）作者简介：昌晓宇，助理研究员，硕士，orcid.org/0009-0005-4322-608X，；*通信作者：张标金，副研究员，主要从事作物学研究，orcid.org/0009-0007-5160-6079，。昌晓宇，涂田华，卢坚雯，等.不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响 J.江西农业大学学报，2023，45（4）：806-818.CHANG X Y,TU T H,LU J W,et al.Effects of different water management measures combined with lime on the accumulation of selenium and other metal elements in riceJ.Acta agriculturae universitatis Jiangxiensis,2023,45(4):806-818.第 4 期昌晓宇等:不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响Abstract：Objective Trace elements such As selenium，copper and zinc participate in various reactions in human body through enzymes and they are essential elements for maintaining health，while heavy metals（Cd，Pb，Hg and As）act on human body through food chain and they are harmful to human body.Rice，as the staple food，is an important channel for human intake of these elements.The purpose of this study is to investigate the effects of different agronomic measures and amendments on the accumulation of heavy metals and the content of trace elements in rice.MethodIn this study，Lianhongxiangzhan was selected as the research object，and different concentrations of lime and different water management measures（flooding，wetting，intermittent irrigation）were used to study the effects of trace elements（Se，Mn，Fe，Zn，Cu）and heavy metals（Cd，Pb，Hg，As）on rice.Result The total selenium content in rice was significantly increased by wetting irrigation.The total selenium content in rice was significantly increased when the lime dosage was 10 g/barrel and 30 g/barrel under wet irrigation.The results of two-factor variance analysis showed that irrigation method and lime consumption had significant effects on the total selenium content of rice.Under intermittent irrigation，adding different contents of lime had significant effect on the increase of Zn content in rice grains.The influence of the amount of lime on the content of Zn in rice is extremely significant，and the interaction between irrigation mode and the amount of lime has an extremely significant effect on the content of Zn.The addition of lime in wet irrigation significantly reduced the concentration of Cd in rice，and the interaction between the irrigation method and the amount of lime has a extremely significant effect on the Cd content.The addition of 20 to 40 g/barrel lime under flooding irrigation had a significant effect on the reduction of Pb content in rice.Conclusion It is important to adopt proper water management measures in combination with suitable concentration of lime amendments to promote the enrichment of trace elements Se and Zn in rice and reduce the damage of heavy metals Cd and Pb to rice.Keywords：rice；water management；lime；selenium；effective selenium；metallic element【研究意义】水稻是我国居民第一主粮，也是我国第一大农作物，大米营养品质及产品安全性与国民密切相关。微量元素是维持机体正常运转的基本矿物质，在免疫功能、保护细胞免受损伤等方面发挥重要作用，在日常饮食中摄入适量微量元素有助于维持身体健康。重金属危害人体健康可导致多种疾病发生，在主粮中减少重金属摄入是保护机体的有效措施。通过适宜农艺措施富集大米中有益微量元素，使人体微量元素得到补充，或减少大米中重金属成分比例，对于保护国民健康具有重要作用。【前人研究进展】硒类型为无机硒（亚硒酸盐和硒酸盐）与有机硒（硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸、硒氰基乙酸钾等），无机硒生物毒性强，有机硒生物毒性较低1，食品中有机硒是评价安全性的重要指标，富硒大米中的硒为有机硒，富硒大米安全性可得到保证2。研究表明，土壤总硒含量是评价农作物对土壤中硒利用度的重要指标，然而中国大部分县市属于缺硒状态，导致土壤中农作物对有效硒吸收程度很低，硒不能有效在农作物中富集造成国民膳食硒含量不足3。江西天然富硒土壤资源非常丰富，全省已探明富硒土壤面积265 万hm2，为富硒水稻在江西培育与推广提供良好条件，但江西红壤pH 5.55.7在全国范围比较偏低，并且红壤中有效硒含量偏少，对于植物富集硒元素不利4。石灰作为一种土壤改良剂，广泛应用于南方酸性土壤，可以提高土壤pH，增加土壤颗粒表面负电荷，降低植物对阳性金属离子富集，施用改良剂对提升水稻营养品质，保障粮食安全具有重要作用5。并且，不同生长期水稻对水分要求不同，可采用不同的水分管理模式（例如干湿交替灌溉和土壤湿润灌溉）应用到水稻生产中，既提高水稻产量与水资源利用率，也可对土壤中微量元素的吸收、改善土壤理化指标、降低重金属富集程度产生积极影响6。【本研究切入点】土壤pH对土壤有效硒有正向影响，硒在酸性环境中生物利用度降低，为提升土壤硒在植物中的富集程度，采用施用石灰方式改变土壤环境，提升土壤中农作物可吸收有效硒含量，进一步提高稻米硒含量与富硒稻米品质。同时，水分管理对土壤溶液中硒的种类和浓度也有很大影响7。采用适宜石灰及水分管理措施对于增加富硒水稻硒含量具有实际应用价值，同时富硒水稻生产是改善国民缺硒这一状况的良好途径。【拟解决的关键问题】本试验拟采用不同水分管理模式（间歇灌溉、湿润灌溉、淹水灌溉）及不同浓度石灰处理，探究水稻中微量 807江 西 农 业 大 学 学 报第 45 卷元素（Mn、Fe、Zn、Cu、Se）及重金属（As、Cd、Hg、Pb）积累变化。为寻找高效水稻富硒方法，研究不同处理模式对水稻重金属与微量元素富集规律，为提高水稻附加值及安全性提供理论基础。1 材料与方法1.1试验材料供试水稻为项目组自有品种莲红香占。供试土壤采自江西省农业科学院高安基地稻田表层（020 cm），供试土壤经自然晾晒后过筛，搅拌均匀后作为实验栽培基质。测定土壤Se 1.65 mg/kg、Zn 8.82 mg/kg、Cu 2.20 mg/kg、As 0.55 mg/kg、Cd 18.9 g/kg、Hg 17.0 g/kg、Pb 62.9 g/kg。1.2试验设计采用盆栽试验，采用圆形塑料水桶（高28 cm，上部直径32 cm，容积18 L），每盆装干土15 kg，每处理3盆，每盆种水稻苗4株。每盆加氮磷钾三元复合肥2 g、18 mg硒（以亚硒酸钠水溶液形式添加），以及分别添加0（CK）、10、20、30、40 g/桶的生石灰，反复混匀后装盆。设置3种水分管理方式。间歇灌溉：每次浇水至水层厚度为35 cm，自然落干后再次浇水。湿润灌溉：保持浅水层至秧苗返青后，在水桶上与土壤表面齐平位置钻孔3个，每天浇水12次，保持土壤湿润。淹水灌溉：长期保持水层厚度35 cm。1.3分析测试水稻成熟后，每盆分别收取全部稻谷，晒干后碾制出糙米，粉碎，过80目筛，在干燥箱60 烘干至恒重。同时取对应的每盆土壤样品1 kg，自然晾干，磨碎，过60目筛。采用GB 5009.932017 食品安全国家标准 食品中硒的测定 方法检测大米硒含量，采用GB 5009.2682016 食品安全国家标准 食品中多元素的测定 方法检测大米铁、锰、锌、铜、砷、镉、汞、铅等元素含量。分别采用NY/T 11042006 土壤中全硒的测定、NY/T 34202019 土壤有效硒的测定、NY/T 13772007 土壤pH的测定 方法检测土壤全硒、有效硒含量和pH。1.4主要仪器与试剂原子荧光分光光度计（4-10，购自上海仪电分析仪器有限公司），原子吸收分光光度计Z2000，购自日立（中国）有限公司，ICP-MS7800，购自安捷伦科技（中国）有限公司。盐酸（AR，36.0%38.0%），硝酸（AR，65.0%68.0%)，硼氢化钾（AR，95%），氢氧化钾（AR，85.0%），铁氰化钾（AR，99.5%），试剂品牌均为沪试（购自国药集团化学试剂有限公司）。1.5数据统计与分析所有测定样品设3个平行样，测定结果以（平均数标准差)计。试验数据采用SPSS 19.0统计软件进行双因素方差分析与单因素方差分析，显著水平P0.05。2 结果与分析2.1不同农艺处理对大米硒含量的影响石灰添加浓度为1040 g/桶时，无论灌溉方式如何，土壤中pH值均明显增加（P0.05)，且pH值随添加石灰的量增加而升高（表1）。按照pH增加趋势幅度大小，对灌溉方式排序依次为：间歇灌溉、淹水灌溉、湿润灌溉。3种灌溉模式中pH最高值出现在间歇模式中7.78。石灰改良剂在土壤中产生氢氧化钙，在与氢离子结合后使土壤pH升高，进而影响土壤酸碱度，导致土壤中的内环境变化，改变土壤微量营养元素比例及化学元素的相互转化情况。间歇灌溉模式下，稻米硒及土壤中有效硒含量与石灰施用量显著负相关，相关系数分别为-0.941与-0.888（表1）。此灌溉模式下未添加石灰时稻米硒含量为0.740 mg/kg，随着石灰含量的增加稻米中的硒含量随之降低，当添加量为40 g/桶时稻米中硒含量降为0.257 mg/kg。湿润灌溉模式下添加10 g/桶和30 g/桶石灰，稻米中硒含量明显增加。淹水灌溉模式下，添加石灰组稻米硒含量明显降低，并且石灰量添加越多硒含量降幅越大。未添加石灰时土壤有效硒含量由高到低依次为：间歇灌溉、湿润灌溉、淹水灌溉。湿润灌溉模式下添加石灰，导致土壤中水分含量与pH值发生改变，使硒元素较多转化为易于迁移的四价硒元素，四价硒元素是土壤中有效硒主要成分，添加石灰有助于稻谷硒元素富集。808第 4 期昌晓宇等:不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响灌溉方式对大米硒含量影响效果极显著，生石灰用量同样对稻米硒含量影响极显著，在灌溉与石灰交互对大米硒含量影响极显著（表2）。说明灌溉方式与生石灰使用量二因素，无论在单一作用还是交互作用于大米中硒含量时均有显著影响。灌溉方式和生石灰使用量联合起来对大米硒含量误差的处理效应为88.1%，剩余的为随机误差。生石灰用量对土壤pH影响效果极显著。2.2不同农艺处理对土壤及籽粒中微量元素变化研究如表3所示，3种灌溉模式下稻米中Mn在未加石灰时，湿润模式下含量最高为23.68 mg/kg，间歇灌溉下含量最低。3种灌溉模式下各添加石灰组与对照组比，大米中Mn含量均降低，且降低幅度随添加石灰量增加而降低，当添加石灰量为40 g/桶时对大米中Mn含量影响极显著。可能由于石灰的加入使土壤中氧化还原电位增加，促使Mn向含Mn氧化物形态转变，使水稻吸收有效Mn含量降低，籽粒中Mn含量也会随之减少。如表3所示，未添加石灰时，间歇灌溉模式下大米中Fe含量最低16.20 mg/kg，其余两组Fe含量相差不大。间歇灌溉模式籽粒Fe含量在添加石灰量20 g/桶时显著增加（P0.05），约为对照组的1.3倍。另两种灌溉模式下，添加石灰组与对照组相比大米中Fe含量未见明显变化。土壤中Fe（）比Fe（）更有利于植物吸收，在间歇模式下加入20 g/桶石灰，可能使土壤中酸碱度有利于Fe（）生成，促进籽粒中Fe的富集。表2灌溉方式和施用生石灰对大米硒含量、土壤有效硒含量、pH影响双因素方差分析Tab.2Two-factor variance analysis of effects of irrigation method and lime application on selenium content in rice，available selenium content in soil and pH参数Parameter大米硒含量Selenium content in rice土壤有效硒含量Available selenium content in soil土壤pH Soil pHP值 P value灌溉方式Irrigation method0.000*0.8460.340生石灰用量Lime dosage0.029*0.7480.000*灌溉方式*生石灰用量Irrigation method*lime dosage0.002*0.1540.907R20.8810.3390.951*表示差异5%水平显著性；*表示差异1%水平显著性。*significant at 0.05 level，*significant at 0.01 level.表1稻米总硒、土壤有效硒含量和pHTab.1Total selenium content in rice，available selenium content in soil and pH试验处理Experimental treatment石灰施用量/（g 桶-1）Lime dosage010203040与石灰施用量相关系数Coefficient of correlation with lime application稻米硒含量/（mgkg-1）Selenium content in rice间歇灌溉Intermittent irrigation0.7400.3000.5790.0890.356*0.1800.400*0.1310.257*0.066-0.941*湿润灌溉Wetting irrigation0.8450.3141.487*0.3451.2100.2011.372*0.5231.3040.1250.520淹水灌溉Flooding irrigation0.4230.2260.180*0.0150.174*0.0500.163*0.0160.162*0.027-0.749土壤有效硒含量/（gkg-1）Available selenium content in soil间歇灌溉Intermittent irrigation60.227.5942.7727.9439.3229.8140.5133.5331.9824.96-0.888*湿润灌溉Wetting irrigation58.6211.4924.305.2982.4612.1854.4739.2943.545.360.000淹水灌溉Flooding irrigation36.0435.1355.0918.2041.7910.4359.0728.5249.711.790.525土壤pHSoil pH间歇灌溉Intermittent irrigation5.560.075.970.186.93*0.527.52*0.287.78*0.290.983*湿润灌溉Wetting irrigation5.530.066.06*0.176.76*0.137.22*0.217.57*0.190.993*淹水灌溉Flooding irrigation5.500.146.08*0.156.94*0.277.37*0.107.66*0.190.984*表示差异5%水平显著性；*表示差异1%水平显著性。*significant at 0.05 level，*significant at 0.01 level.809江 西 农 业 大 学 学 报第 45 卷如表3所示，间歇灌溉模式下添加不同浓度石灰对稻谷籽粒中Zn含量增加影响效果显著（P0.05），且石灰添加量为20 g/桶时籽粒中富集Zn含量最高达35.11 mg/kg。在湿润灌溉模式下添加不同浓度石灰对稻谷籽粒中Zn含量影响与间歇模式相同，添加石灰对Zn含量增加影响效果显著（P0.05），但添加30 g/桶石灰时同组内富集Zn含量最高30.93 mg/kg。淹水模式添加20与30 g/桶石灰时会使富集Zn含量显著增加（P0.05）。3种灌溉模式下，稻谷籽粒中Zn富集情况随石灰量升高呈先上升后下降趋势，证明添加适宜浓度石灰有助于籽粒中Zn含量的提升。如表3所示，淹水灌溉模式施用不同浓度石灰后大米中Cu含量显著降低（P0.05），并且随石灰用量增加，大米中Cu含量随之降低，当添加石灰量为40 g/桶时与对照组相比Cu含量降低约2倍。可能由于土壤中水分含量增加与土壤酸碱性的改变，导致土壤中可交换Cu含量降低，使稻谷籽粒中Cu的富集含量降低。如表4所示，灌溉方式对大米中Mn含量影响效果极显著，生石灰用量作用于大米Mn含量影响效果极显著，但灌溉方式与生石灰用量交互对Mn含量影响效果不显著。说明单独采用最佳灌溉方式或单独添加石灰对大米Mn含量增加有积极作用。生石灰用量因素对大米中Zn含量影响效果极显著，灌溉方式与生石灰用量交互对Zn含量影响效果极显著。说明单独添加生石灰或者在添加生石灰时采用适宜的灌溉方式均能有效促进大米中Zn含量增加。灌溉方式对大米中Cu含量影响效果极显著，生石灰用量因素对大米中Cu含量影响效果不显著，说明对大米中Cu富集相对于添加生石灰，灌溉方式的改变更能影响大米中Cu含量。2.3不同农艺处理对土壤及籽粒中重金属变化研究如表5所示，在加入石灰对稻谷籽粒中As元素富集研究中，间歇模式加入20 g/桶石灰对As含量升高具有显著影响（P0.05）。间歇环境中加入石灰会促进水稻富集As。在Cd元素研究中湿润灌溉下添加不同浓度石灰均可显著降低稻谷中Cd浓度（P0.05），在间歇灌溉时添加30 g/桶石灰可使Cd浓度显著降低（P0.05），并且未添加石灰时对3种灌溉模式对富集Cd研究表明湿润模式下籽粒中Cd浓度最高，大约为其他两种灌溉模式的4倍。土壤中石灰的加入会使氢氧化物形态Cd或碳酸盐残渣态形态Cd含量升高，降低土壤中可吸收Cd的含量，使稻谷籽粒中富集Cd含量有效降低。表3不同处理下大米中微量元素含量Tab.3Contents of trace elements in rice under different treatmentsMn/（mgkg-1）Fe/（mgkg-1）Zn/（mgkg-1）Cu/（mgkg-1）灌溉方式Irrigation method间歇 Intermittent湿润 Wetting淹水 Flooding间歇 Intermittent湿润 Wetting淹水 Flooding间歇 Intermittent湿润 Wetting淹水 Flooding间歇 Intermittent湿润 Wetting淹水 Flooding石灰浓度/（g 桶-1）Lime concentration020.610.8423.682.3022.270.2416.201.9617.272.7917.621.3324.190.2324.081.8524.840.702.490.304.110.812.770.301022.032.0825.900.5422.630.5418.190.8119.997.1617.260.3027.53*1.9527.050.4725.150.702.040.464.930.812.23*0.302021.870.3224.200.8421.850.8120.73*2.6716.691.0017.651.2735.11*0.9829.59*2.8331.64*1.712.970.783.970.172.14*0.123020.400.6823.281.8320.991.1417.361.1017.550.3318.460.7130.21*0.7430.93*0.3330.68*2.001.930.194.490.741.81*0.144017.55*0.6619.45*0.9218.81*0.7320.343.9716.861.2517.230.6326.42*1.3227.63*1.5427.060.291.950.374.021.041.40*0.43*表示差异5%水平显著性；*表示差异1%水平显著性。*significant at 0.05 level，*significant at 0.01 level.810第 4 期昌晓宇等:不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响如表5所示，在未添加石灰时，淹水灌溉模式对稻谷籽粒中Hg元素富集度最高，在添加20 g/桶石灰对Hg含量升高影响效果显著（P0.05），浓度达29.75 g/kg。在对籽粒中Pb富集研究中表明，淹水灌溉模式下添加20 g/桶与40 g/桶石灰对Pb含量降低影响效果显著（P0.05）淹水环境对于降低稻谷籽粒中Pb的含量更为有利，且随添加石灰浓度升高Pb降低效果越明显。石灰的加入会增加土壤颗粒表面负电荷，加速带正电荷的重金属离子向不易移动的形态转变，降低重金属含量。如表6所示，灌溉方式对大米中As含量影响效果极显著，生石灰用量对其影响效果不显著。对于大米中Cd含量分析显示，灌溉方式及生石灰用量均对Cd含量影响效果极显著，并且灌溉方式与生石灰用量交互对Cd含量影响效果极显著，说明采用改变灌溉方式和添加生石灰方法两种方式并用可以对大米中Cd含量产生影响，且单独采用一种方法也可达到相同效果。灌溉方式及两种因素结合对大米中Hg含量影响效果极显著，而施用生石灰对其影响效果不显著，说明灌溉方式结合生石灰可对大米中Hg含量产生影响，并且二因素中灌溉方式对Hg含量影响占据主要地位。表4灌溉方式和施用生石灰对大米锰、铁、锌、铜含量影响的双因素方差分析Tab.4Two-factor variance analysis of effects of irrigation method and application of quick lime on contents of Mn，Fe，Zn and Cu in rice参数ParameterMnFeZnCuP值 P value灌溉方式Irrigation method0.000*0.5200.1890.000*生石灰用量Lime dosage0.000*0.3430.000*0.071灌溉方式*生石灰用量Irrigation method*lime dosage0.6280.6000.006*0.083R20.8360.2940.8770.858*表示差异5%水平显著性；*表示差异1%水平显著性。*significant at 0.05 level，*significant at 0.01 level.表5不同处理下稻谷籽粒中重金属含量Tab.5Content of heavy metals in rice grains under different treatmentsAs/（mgkg-1）Cd/（gkg-1）Hg/（gkg-1）Pb/（gkg-1）灌溉方式Irrigation method间歇 Intermittent湿润 Wetting淹水 Flooding间歇 Intermittent湿润 Wetting淹水 Flooding间歇 Intermittent湿润 Wetting淹水 Flooding间歇 Intermittent湿润 Wetting淹水 Flooding石灰浓度/（g 桶-1）Lime concentration00.500.090.510.030.760.229.903.4037.502.009.201.1015.202.7010.403.1026.108.1962.503.0062.803.3073.5015.7100.690.150.580.180.700.166.901.7030.20*5.506.401.1022.803.808.401.4025.692.8146.8015.2042.4015.9058.2013.10200.78*0.140.490.100.570.078.701.9022.60*4.507.401.3029.70*8.908.802.7022.314.7650.6015.0049.3014.0044.00*1.10300.590.020.530.130.700.114.44*0.8016.60*2.306.701.0020.203.008.701.3028.534.9624.5022.1038.4021.1037.50*23.9400.570.120.400.100.480.206.641.1022.40*3.806.204.8016.304.608.504.8015.716.5739.2019.9069.0019.6028.60*7.70*表示差异5%水平显著性；*表示差异1%水平显著性。*significant at 0.05 level，*significant at 0.01 level.811江 西 农 业 大 学 学 报第 45 卷3 讨 论3.1不同农艺处理对土壤及籽粒中硒变化研究硒元素主要以硒酸盐（+6价）、亚硒酸盐（+4价）、元素硒（0价）和硒化物（-2价）4种价态广泛分布在自然界土壤中。研究表明，元素态、可溶态、有机物硫化物结合态、铁锰氧化物结合态、可交换态及碳酸盐结合态和残渣态是硒土壤中的主要表现形式，水溶态和可交换态硒是土壤有效硒主要成分5。硒以硒酸盐形态主要存在于氧含量较高的中性或碱性土壤中，亚硒酸盐及硒化物主要在厌氧的酸性土壤环境中存在。土壤中有机硒是影响植物中硒含量的主要因素，研究表明通过添加外源硒使植物硒含量增加是通过增加土壤中有效硒含量实现的8。在土壤水分、酸碱度等外界环境发生变化时土壤中的硒形态也会随之变化，进而影响植物对硒的富集。狄雪荣等9研究表明，湿润灌溉条件下水稻籽粒中总硒含量显著高于常规灌溉方式的实验样本，而且湿润灌溉可以显著增加水稻内部器官之间转运系数。Zhou等7研究表明，湿润灌溉模式下，施加硒源对于稻谷籽粒富集硒比淹水灌溉模式下更为有利，有氧灌溉和淹水与有氧灌溉方式处理的籽粒硒含量分别是淹灌处理的2.44倍和1.84倍。由于湿润灌溉条件有利于土壤中亚硒酸盐（）转化为硒酸盐（），并且土壤中价硒较易吸附在固相上，而价硒对于土壤结合能力较低，有助于价硒在植物内部的迁移10。间歇灌溉与淹水灌溉模式下土壤表面会形成水层，长期缺氧状态使土壤的还原性增强、氧化还原电位降低，则有利于厌氧微生物将氧化态硒转化为稳定的Se0与很难迁移的Se-2，使土壤有效硒含量降低进而影响植物中硒的富集11-12。本试验中湿润灌溉模式显著提高水稻籽粒中的总硒含量，而间歇灌溉与淹水灌溉条件下稻谷籽粒中总硒含量未有增加（表1），也证实以上结论，说明湿润灌溉模式在水稻籽粒总硒富集方面更具有优势。张丰娥13研究表明，土壤中施加石灰有助于水稻中硒与土壤中有效硒含量的增加。安梦鱼14研究表明，土壤中pH值与有效硒含量呈正相关关系。施加石灰会升高土壤pH值，进而影响硒元素形态的改变及土壤对硒的吸附情况，使土壤中SeO42-或SeO32-含量增加，促进植物对硒的吸收15。本文中，湿润灌溉模式下添加10 g/桶和30 g/桶石灰，稻米中硒含量明显增加（表1），说明湿润灌溉模式添加适宜浓度石灰可以改变土壤氧化还原电位及pH，有助于土壤有效硒含量增高。但研究表明水分管理模式不同，在植物生长周期内会导致土壤pH产生动态变化，湿润灌溉模式最终导致土壤pH增加，而干湿交替灌溉或长期淹水灌溉模式pH变化不明显，并且间歇模式与淹水模式土壤表面水层也会一定程度导致土壤有效硒含量降低14，16。本试验中间歇灌溉模式下，石灰施用量与稻米硒及土壤中有效硒含量负相关，淹水灌溉模式下添加石灰组稻米硒含量明显降低（表2），可能由于土壤性质及灌溉方式不同所致。3.2不同农艺处理对大米中微量元素变化研究作物所吸收的微量元素主要与土壤微量元素全量及有效态有关，还与作物类型、品种特性、施肥、管理措施有关。锌元素形式多样，广泛分布于自然界中，在机体代谢与维持生命活动中扮演着重要角色。土壤中的锌元素存在形式包括：可溶性、可交换态、与有机质结合态、与次生矿物质共沉淀或与倍半氧化物结合态，以及作为原生矿物的结构部分17。这些锌的不同形态控制着锌对植物的溶解度和有效性18。表6灌溉方式和施用生石灰对大米锰、铁、锌、铜含量影响的双因素方差分析Tab.6Two-factor variance analysis of effects of irrigation method and application of quick lime on contents of Mn，Fe，Zn and Cu in rice参数ParameterAsCdHgPbP值 P value灌溉方式Irrigation method0.013*0.000*0.000*0.490生石灰用量Lime dosage0.1000.000*0.0910.050灌溉方式*生石灰用量Irrigation method*lime dosage0.2100.000*0.033*0.145R20.5030.9470.7280.461*表示差异5%水平显著性；*表示差异1%水平显著性。*significant at 0.05 level，*significant at 0.01 level.812第 4 期昌晓宇等:不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他