蟲糞有機肥和外源硒對水稻生長及富硒的影響

耿偉娜， 徐曉燕， 趙 毅， 毛志月， 王小波

(天津農學院農學與資源環境學院，天津 300392)

黑水虻轉化畜禽糞便后產生的蟲糞是一種新型的有機肥，含有豐富的有機質及有益微生物，可以直接作為有機肥使用[1]。吳翔等研究表明，施用黑水虻蟲糞可以提高水稻的株高及產量[2]。龔小燕等通過在水稻育秧土壤中施入不同比例的黑水虻蟲糞，發現蟲糞肥可以促進秧苗生長，增加葉片的葉綠素及蛋白質含量[3]。

全球有40多個國家和地區屬于低硒或缺硒地區，我國亦是公認的“缺硒大國”之一，研究顯示我國有72%的土壤處于低硒或缺硒水平，使得在該類型土壤上收獲的植物硒含量較低，不能滿足人體對硒的需求[4]。人體不能合成硒，只能通過食物來獲取，植物硒是人體飲食中硒的主要來源[5]。農業生產上常采用富硒的辦法來提高作物的硒含量，這是補充和改善硒營養最簡單可行的措施[6]。水稻在我國糧食結構中的占比較大，全國有2/3的人口以稻米作為主食[7]，故水稻中硒含量的高低與人體中微量元素的狀況密切相關[8-9]。從硒肥對植物毒性和環境風險等角度考慮，以亞硒酸鹽的形式施硒更佳[10-11]。蟲糞肥與外源硒聯合施用對水稻影響的研究未見報道。因此，本研究通過盆栽試驗，研究蟲糞肥和外源硒對水稻生理生長及稻米品質的影響，旨在為蟲糞肥的開發利用及水稻富硒科學栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

水稻品種：津源89，為優質抗逆超高產品種，在天津地區種植面積較大。

試驗所用土壤取自天津市寶坻區某水稻田，其土壤基本理化性質為有機質含量19.0 g/kg、有效磷含量9.04 mg/kg、速效鉀含量231.78 mg/kg、堿解氮含量52.08 mg/kg，pH值7.78，EC值 484.5 μS/cm。將取回來的土壤風干，除去雜質后磨碎，過1 cm網篩，混勻備用。

蟲糞為黑水虻轉化雞糞后產生的蟲糞，其組分含量為：全氮含量25.6 g/kg、全磷(P2O5)含量 63.1 g/kg、全鉀(K2O)含量19.1 g/kg、有機質含量626.4 g/kg，pH值8.35，EC值8.01 mS/cm。蟲糞除去雜質后風干備用。

外源硒：亞硒酸鈉(純度>99.0%)，由阿法埃莎(中國)化學有限公司生產。

1.2 試驗設計

本試驗為盆栽試驗，試驗地點在天津市西青區天津農學院網室，以蟲糞肥和硒肥為試驗因素，蟲糞肥設CK(0%)、T1(3%)、T2(6%)3個處理，每個蟲糞肥下設LSe (5 mg/L)和HSe (10 mg/L)(以Se計)2個硒肥處理，試驗共6個處理，每個處理重復3次。在干凈的塑料盆(直徑30.5 cm，高25.0 cm)中裝入10 kg的風干土，添加不同比例的蟲糞肥攪拌均勻，加水靜置1周，在2020年5月25日選取生長一致的水稻幼苗移入盆中，每盆移苗9株，待緩苗后拔除2株較弱的幼苗，將盆隨機排放于網室內。在水稻孕穗期(2020年8月6—12日)對水稻葉片正反2面均勻噴施亞硒酸鈉溶液，每盆噴150 mL，每 3 d 噴1次，共噴3次。在水稻種植期間進行常規管理，并保持3～5 cm的水層，2020年10月31日進行水稻收獲和測產。分離地上部植株與地下部根系，并將地上部植株在105 ℃殺青30 min，之后在70 ℃烘干至恒質量，測產。

1.3 測定指標及方法

在水稻的拔節期、結實期用卷尺測量水稻株高；于分蘗期、抽穗期和結實期3個階段使用葉綠素儀(SPAD-520)測定水稻葉片的葉綠素含量，并測定抽穗期水稻葉片的凈光合速率；在孕穗期葉面噴硒10 d后(2020年8月22日)，在每盆中取出3株水稻進行超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性的測定。SOD和POD活性分別采用氮藍四唑光化還原法、愈創木酚法[12]進行測定；蛋白質含量采用濃H2SO4-H2O2的方法得到消煮液，定容至100 mL后用全自動凱氏定氮法[13]測定；直鏈淀粉含量采用BS EN ISO 6647-2—2015《稻米 直鏈淀粉含量的測定 第2部分 常規方法》測定；硒含量的測定采用GB/T 35871—2018《糧油檢驗 谷物及其制品中鈣、鉀、鎂、鈉、鐵、磷、鋅、銅、錳、硼、鋇、鉬、鈷、鉻、鋰、鍶、鎳、硫、釩、硒、銣含量的測定 電感耦合等離子體發射光譜法》，稱取0.500 0 g試樣于消解管中，加入6 mL硝酸、2 mL雙氧水進行微波消解，隨后在160 ℃下趕酸1 h，取出冷卻，轉移、定容至50 mL。測定時取出部分待測液，用電感耦合等離子體質譜聯用儀進行測定。

1.4 數據處理

數據整理、計算、作圖采用Excel 2010軟件完成，顯著性差異分析采用SPSS 21.0 (α=0.05)數據處理系統完成。為了確定蟲糞肥和硒肥對水稻株高、產量、生理生長、蛋白質含量、直鏈淀粉含量及硒含量的影響，對數據進行二因素方差分析，蟲糞肥和硒肥作為獨立變量，用單因素方差分析比較不同處理間的差異。

2 結果與分析

2.1 蟲糞肥和硒對水稻株高、產量的影響

由表1可知，相同硒水平下，除T2處理下LSe拔節期株高和產量外，蟲糞肥(F)的施用都顯著地提高了水稻的株高和產量，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的株高在拔節期分別增加了33.85%、28.83%，在結實期分別增加了42.50%、41.10%，產量分別增加了609.09%、543.18%；T2處理中HSe的株高在拔節期增加了20.32%，LSe、HSe的株高在結實期分別增加了19.48%、37.65%，HSe的產量增加了221.14%。相同施肥水平下，在T2中HSe處理結實期株高和產量較LSe分別提高了15.16%、75.97%，而CK和T1處理中LSe與HSe處理沒有顯著差異。不同濃度硒肥(S)及蟲糞肥與硒肥的配施(F×S)對結實期株高的影響達到顯著水平(P<0.05)。F×S對水稻產量的影響達到極顯著水平(P<0.01)。

表1 不同用量蟲糞肥和硒處理下水稻株高和產量

2.2 蟲糞肥和硒對水稻葉綠素含量的影響

由表2可知，在相同硒水平下，蟲糞肥的施用顯著提高了水稻3個時期的葉綠素含量，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的葉綠素含量在分蘗期分別增加了42.58%、32.89%，在抽穗期分別增加了54.93%、55.65%，在結實期分別增加了43.51%、46.74%；T2處理中LSe、HSe的葉綠素含量在分蘗期分別增加了37.45%、32.77%，在抽穗期分別增加了49.02%、54.30%，在結實期分別增加了52.35%、48.27%。不同濃度硒肥及蟲糞肥與硒肥的配施對抽穗期和結實期葉綠素含量的影響均不顯著。

表2 不同用量蟲糞肥和硒處理下水稻葉綠素含量

2.3 蟲糞肥和硒對水稻抽穗期凈光合速率的影響

從圖1可知，在相同硒水平下，蟲糞肥的施用顯著提高了水稻光合速率，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的凈光合速率分別增加61.22%、52.30%，T2處理中LSe、HSe的凈光合速率分別增加35.29%、30.15%。相同施肥水平下，高濃度硒肥的施用顯著提高了水稻凈光合速率，CK+HSe、T1+HSe、T2+HSe處理的凈光合速率較相應的LSe處理分別增加13.72%、7.42%、9.40%。蟲糞肥與硒肥的配施對凈光合速率的影響不顯著。

2.4 蟲糞肥和硒對水稻葉片酶活性的影響

由圖2可知，在相同硒水平下，蟲糞肥的施用顯著提高了葉片的SOD、POD活性。與CK相比，T1處理中LSe、HSe的SOD活性分別增加8.56%、10.80%，POD活性分別增加20.23%、28.86%，T2處理中LSe、HSe的SOD活性分別增加22.10%、27.03%，POD活性分別增加53.48%、50.56%。相同施肥水平下，高硒處理SOD、POD活性顯著高于相應的低硒處理，增幅分別為4.48%～8.69%和8.10%～18.11%。不同濃度硒肥及蟲糞肥與硒肥的配施對水稻葉片SOD活性，不同濃度硒肥(S)對水稻葉片POD活性的影響均達到極顯著水平(P<0.01)。

2.5 蟲糞肥和硒對籽粒蛋白質和直鏈淀粉含量的影響

由圖3可知，在相同硒水平下，蟲糞肥的施用顯著提高了籽粒蛋白質和直鏈淀粉含量，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的蛋白質含量分別增加39.16%、48.20%，直鏈淀粉含量分別增加36.97%、28.32%；T2處理中LSe、HSe的蛋白質含量分別增加88.63%、115.37%，直鏈淀粉含量分別增加17.85%、16.29%。相同施肥水平中，T2+HSe處理籽粒蛋白質含量較T2+LSe增加了14.98%，不同硒濃度對籽粒直鏈淀粉含量沒有顯著影響。蟲糞肥與硒肥的配施對籽粒蛋白質含量的影響達到顯著水平(P<0.05)，對直鏈淀粉含量無顯著影響。

2.6 蟲糞肥和硒對籽粒硒含量的影響

從圖4可知，在相同硒水平下，蟲糞肥施用顯著增加了籽粒硒含量，與CK相比，T1處理中LSe、HSe的硒含量分別增加181.33%、75.36%；T2處理中LSe、HSe的硒含量分別增加268.99%、125.39%。相同施肥水平中，CK+HSe、T1+HSe和T2+HSe較相應的低硒處理分別提高90.18%、18.54%和16.17%。蟲糞肥與硒肥的配施極顯著地提高了水稻籽粒硒含量。

3 討論

蟲糞肥作為一種新型有機肥，富含多種養分和有益微生物，施入土壤后經過微生物作用轉變為氮、磷、鉀等多種元素，改善了土壤理化性質，提高了土壤肥力及植物氮含量，從而促進了葉綠素的合成[14]，提高了植物的光合作用能力，促進了水稻生長，提高了水稻結實期株高和產量，這與董林林等的研究結果[15-17]一致。但過量施用蟲糞肥(6%)會造成土壤養分含量失衡，抑制水稻凈光合速率[18-19]，對水稻生長產生抑制作用[20-21]，本試驗中6%蟲糞肥施用量水稻的株高和產量都低于3%處理。噴硒會減少氣孔阻力，提高CO2通量，導致葉片凈光合速率提高[22]，本研究中噴施10 mg/L的硒顯著增加了水稻凈光合速率。同時，硒的噴施減輕了過量施肥對作物的危害，在6%蟲糞肥處理中，10 mg/L 硒的噴施顯著提高了水稻的產量和結實期的株高。本研究發現施用蟲糞肥和硒顯著增加了葉片的SOD、POD活性。前人也有相似的結論，王小波等研究表明，施用蟲糞肥提高了水稻葉片的SOD、POD、CAT活性，且酶活性隨著蟲糞肥施用量的增加而增加[23]；李向陽等研究表明，葉面噴硒可以提高水稻幼苗SOD、POD活性[24]。說明施用蟲糞肥和硒能提高水稻清除體內自由基的能力。

稻米品質與稻米蛋白質和直鏈淀粉含量密切相關[25]。前人研究表明施用有機肥可以提高農產品的品質[26-27]。蟲糞肥施入土壤，增加了土壤含氮量，提高了籽粒蛋白質含量，且施肥量越高，蛋白質含量越高，這與徐富賢等研究表明籽粒蛋白質含量與施氮量正相關的研究結果[28]一致。前人在噴硒對作物籽粒蛋白質含量的影響方面無一致定論。趙飛等通過對不同品種的水稻孕穗期噴施外源硒，發現噴施一定量的外源硒可以改善稻米的外觀品質，提高稻米的整精米率，并通過影響稻米的蛋白質及直鏈淀粉含量來提升稻米的食味值[29]。而劉慶等通過對小麥葉面噴硒發現，噴硒可以提高小麥籽粒蛋白質含量，但與不噴硒處理無顯著差異[30-31]。本研究發現在不施肥和施用3%蟲糞肥處理中噴硒對的籽粒蛋白質含量無顯著影響，但在過量施肥處理中(6%)噴硒顯著增加了籽粒蛋白質含量。

直鏈淀粉含量是衡量蒸煮和食味品質的一個重要指標，優質稻米的直鏈淀粉含量為13%～20%(GB/T 1354—2018)[32]。本研究中施肥處理稻米的直鏈淀粉含量都高于13%，說明蟲糞肥的施用可以提高稻米的食味品質，而不同濃度硒的噴施對稻米直鏈淀粉含量沒有顯著影響。

司清林等研究表明，施用有機肥會降低籽粒硒的積累[33]，但本研究表明有機肥施用和噴硒濃度的增加都會提高稻米硒的積累，結果相反，原因可能是施硒方式的差異導致的。本研究采用葉面噴施的辦法，避免了硒肥土施時，有機肥和土壤對硒的吸附固定，而噴施后，有機肥對作物的生長促進可以增強植株對硒的吸收累積。噴硒濃度對籽粒硒含量有顯著影響，噴施10 mg/L硒后，籽粒硒含量顯著高于噴施5 mg/L硒處理，增幅為16.17%～90.18%，這與晏娟等的研究結果[9]一致。

4 結論

蟲糞肥施用顯著促進了水稻生長，提高了水稻產量、籽粒蛋白質、直鏈淀粉及硒含量，且3%施用量效果好于6%。高濃度硒的噴施提高了水稻葉片凈光合速率、SOD及POD活性和籽粒硒含量，但只有在6%蟲糞肥處理中提高了水稻產量。蟲糞肥和硒的配施顯著提高了水稻產量、葉片酶活性、籽粒蛋白質和硒含量。綜合產量、硒及水稻的生長，本研究中3%蟲糞肥+10 mg/L硒為最佳處理組合。