基于无人机的硒生物强化对糯玉米产量及营养品质的影响

随着人们对健康意识的不断加强，对农产品的营养品质要求也在提高，硒是人和动物必须的有益元素，起到抗氧化、抗衰老、提高人体免疫力、预防心血管疾病等作用，硒的摄入不足会导致克山病、大骨节病等的发生，对人的健康十分重要，而人体只能通过食物进行硒的摄入，满足正常的硒营养水平。我国是一个国际公认的“缺硒大国”。土壤中硒分布严重不均，约有22个省份、70%以上的耕地处于不同程度的缺硒状态，其中约30%的耕地严重缺硒。农田土壤中较低的硒含量或生物有效性，导致农作物可食用部分硒含量偏低，致使我国约有3亿人严重缺硒，有6亿人需要补硒，面临严重的硒营养素摄入不足导致的“隐性饥饿”问题。

硒生物强化技术是提高作物硒含量的有效措施，相对土壤施用硒肥，叶面施用硒肥的生物强化方式更加高效和较低环境风险。传统的人工、地面机械施药技术已无法满足现代“绿色农业生产”发展。无人机施药（肥）作为一种新型手段，较传统施药（肥）相比还具有节水、节药（肥）、省时、省力、高效率等优点，发展迅速，广泛应用于农业领域。因此，探索糯玉米硒生物强化技术与农用无人机装备的有机融合新途径，提高糯玉米籽粒产量，改善营养品质，将为富硒糯玉米的生产提供数据支撑。

（1）不同浓度亚硒酸钠对不同品种糯玉米农艺性状的影响

（2）不同浓度亚硒酸钠对不同品种糯玉米产量及产量构成的影响

（3）不同浓度亚硒酸钠对不同品种糯玉米籽粒硒含量及硒形态的影响

（4）不同浓度亚硒酸钠对不同品种糯玉米营养品质的影响

糯玉米（Zea mays L.sinensis Kulesh），起源于中国，是普通玉米在16世纪传入中国种植后Wx基因变异而形成的一种类型，是我国重要的特色经济作物，又称粘玉米。糯玉米籽粒中蛋白质、可溶性糖和赖氨酸等多种氨基酸含量都比普通玉米含量要高，风味独特，容易被消化吸收。近年来，我国鲜食玉米发展速度很快，2003—2020年，我国鲜食玉米的种植面积从200万亩增长到近2200万亩，位列世界第一，消费体量600亿穗，整体市场规模达700多亿元，己成为全球最大的鲜食玉米生产国和消费国，糯玉米是鲜食玉米类型之一，是鲜食玉米的主力军。随着人民生活水平向小康富裕型的发展，糯玉米已成为时尚保健食品，产业得到快速发展，消费需求迅速增加。

硒（Selenium，Se），为人体必需微量营养元素之一。作为谷胱甘肽过氧化物酶的必需成分，硒在人体内起到抗氧化、抗衰老、预防心血管疾病等作用（Yang et al., 2022），硒还可以调控人体免疫系统，提高人体免疫力等。缺硒会导致克山病、大骨节病等地方性疾病的发生（Schiavon et al., 2020），较低的膳食硒摄入量还会导致其他健康问题，如高血压、高血脂、高血糖以及癌症发生率的增加，被誉为“生命的火种”、“长寿元素”、“心脏守护神”、“天然解毒剂”。然而，硒过量摄入会对生物体产生毒害作用。每日硒摄入量超过400 μg/天能够引起头发脱落、肝坏死、脑水肿和神经损伤，因此硒对人体健康十分重要，而人体不能直接合成硒，只能通过食物增加日常硒摄入。而土壤又是粮食作物中硒的主要来源。我国是一个典型的缺硒国家，土壤中硒分布严重不均，我国约有22个省份、70%以上的耕地处于不同程度的缺硒状态，其中约30%的耕地严重缺硒。农田土壤中硒含量偏低或硒的生物有效性较低，导致食物的硒含量偏低，我国人民面临这严重硒摄入不足形成的“隐性饥饿”。

作物硒生物强化技术能够提高作物硒含量，是生产富硒农产品的有效措施，是改善人体硒和其他功能性成分营养水平的新途径。研究表明，叶面喷施亚硒酸钠提高了黑粒小麦籽粒硒含量，亚硒酸钠施用量为30 g·hm^-2时，籽粒硒含量最高，为1.295 mg·kg^-1，超过了农产品硒含量的安全标准范围，施用量≤15 g·hm^-2 时，籽粒硒含量介于0.056-0.238 mg·kg^-1 之间，在国家标准安全范围内（不超过0.3 mg·kg^-1）（蒋方山等2018）。黑龙江缺硒地区的试验表明，叶面喷施3.75-15.0 g·hm^-2亚硒酸钠后，水稻产量增加8.1%-18.0%，株高、有效穗数、穗长和千粒重等也不同程度地增加（魏丹等，2005）。山东德州和济南玉米叶面喷施亚硒酸钠的试验表明，喷施量≤0.2 g·L^-1，与不喷硒肥相比，京科糯2000的籽粒产量、穗行数、行粒数、百粒重、株高、穗位高、茎粗、穗长、穗粗等均增加，但喷施量≥0.5 g·L^-1，玉米出现硒中毒现象，并且籽粒产量和生物量也明显降低，因此认为适量硒可促进玉米生长发育，但过量硒破坏玉米抗氧化能力，降低其抗逆性，玉米产量和生物量降低（蒋曦龙等，2021）。

施硒可以不同程度的提高作物的营养品质。研究发现施硒能够提高水稻（Yuan et al., 2023）、马铃薯（Zhang et al., 2019）、小麦（Di et al., 2023）、番茄（张明中，2014）等的营养品质，但在玉米上的研究较少。黄丽美等（2017）研究认为，喷硒量为30 g/hm²和45 g/hm²时，玉米籽粒中蛋白质含量显著高于对照，并且施硒提高了玉米籽粒中的营养品质。李兰青等（2019）研究表明，对桂甜糯525、柳糯168等不同糯玉米品种施硒后，籽粒中可溶性糖、淀粉、脂肪和蛋白质等营养品质含量均存在显著性差异，不同品种不同指标之间差异性不同。刘光财等（2020）研究表明，当亚硒酸钠溶液浓度为4 mg/L 时，可极显著提高豇豆的可溶性蛋白质、维生素C、可溶性糖含量。叶面喷施1 mg/L硒酸钠提高了番茄果实中可溶性糖、氨基酸、维生素C等的含量（Zhu et al., 2018），并认为通过减少乙烯和活性氧（ROS）的产生来延缓果实成熟并维持果实品质（Zhu et al., 2017）。Hu等（2003）研究发现，施硒显著提高了大豆总氨基酸和维生素C含量。穆婷婷等（2017）研究发现，适量外源硒对提高谷子营养品质含量是有益的，在40g/hm² 处理下，粗蛋白、赖氨酸和叶酸相比增加最多。在一定施硒范围内，硒对植物吸收钙、镁、锌、硒、磷等元素有一定的促进作用。黄丽美等（2017）研究发现，当外源硒浓度为30 g/hm²和45 g/hm²时，利于玉米籽粒对锰元素的吸收。在研究燕麦时发现，喷施高浓度硒提高了燕麦籽粒锰元素含量（孙发宇等，2018）。叶面喷施亚硒酸钠不仅提高了小麦籽粒硒含量，籽粒铁、锌含量也较不喷施处理提高了0.2%、7.9%（王丽等，2016）。因此，硒在改善作物营养品质具有很大的潜力。

传统农业通常需要耗费大量的人工、物力，但农业生产的效率不高，而植保无人机作为一种新型的农业装备，具有安全高效、操作简单、成本低廉、降低污染的特征，已经得到了广阔的应用（成子怡等，2022；马祥，2022）。李文宗等（2021）在研究中表明，无人机叶面喷施梯度微肥可以显著提高冬小麦籽粒中铁、锌、硒的含量。任万军等（2021）基于多旋翼无人机平台设计了一套水稻施肥系统，田间试验结果表明，无人机施肥效率约为人工施肥效率的12.5倍，成本降低了18.45元/hm²。郑启帅（2022）选用油菜探究无人机叶面肥变量喷施的可行性，探究适用于油菜叶面施肥的飞行参数（飞行高度、飞行速度），确定了一套植保无人机对油菜实现自主变量喷洒作业的飞行方案。

本项目将先进的硒生物强化农艺措施与现代的植保装备无人机相结合，在糯玉米生长发育需肥的关键时期，叶面喷施不同浓度的亚硒酸钠液体肥，研究糯玉米对亚硒酸钠的吸收转化规律，产量变化以及品质差异情况，为黑龙江地区高产、优质、安全、高效复习糯玉米产业提质增效发展路径提供理论依据和技术支撑。

一、技术路线：如图

二、拟解决问题：针对东北地区特别是黑龙江省糯玉米硒营养生物强化数据不充分、技术不成熟，限制了富硒玉米产业的发展问题，本项目在大田试验条件下，设置不同糯玉米品种和不同亚硒酸钠喷施浓度处理，利用无人机作业，研究叶面喷施不同浓度亚硒酸钠对糯玉米农艺性状、产量、硒含量以及其他营养品质的影响，探讨该地区生产富硒糯玉米适宜的亚硒酸钠喷施剂量，最终提出适合黑龙江地区糯玉米增硒提质的最优使用措施，为玉米富硒产业提供理论基础。

三、预期成果：

1、在项目实施过程中，通过系统的调查研究，明确基于无人机叶面那是硒肥对不同品种糯玉米的农艺性状的动态影响，基于对籽粒产量和品质的比较分析，获得最佳的糯玉米硒营养生物强化技术措施方案；

2、撰写研究报告1份；

3、发表核心期刊论文1～2篇。