段碧輝,閆加力,丁曉英,嚴(yán) 曦,王 卉,黃 斌,趙竹青
(1.湖北省富硒產(chǎn)業(yè)研究院,湖北 武漢 430034;2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué),湖北 武漢 430070)
硒是人類健康必需的微量元素,缺硒會導(dǎo)致人體產(chǎn)生多種疾病。目前,全球有40多個國家處于缺硒中,中國是缺硒大國,缺硒面積達(dá)到國土面積的72%,這些地區(qū)農(nóng)作物中的硒含量過低,難以滿足人體健康生長所需。硒是作物生長的有益元素,施用適宜濃度的硒可以促進(jìn)作物生長發(fā)育,提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。例如,Peng等對小麥的研究發(fā)現(xiàn),缺硒抑制了小麥的生長[2];Germ等對南瓜的研究表明,施用1.5 mg/L的硒可以增加南瓜產(chǎn)量和硒的含量[3]??梢?,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,可以通過施硒提高作物中硒的含量,經(jīng)食物鏈補(bǔ)充人體日常所需。此外,硒還可以通過影響土壤酶活性,改變土壤養(yǎng)分條件,從而影響作物對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收。同時,硒施用過量也會抑制作物生長,因此,硒肥需要合理施用。
Warington等于20世紀(jì)20年代在豌豆的試驗中發(fā)現(xiàn)硼是植物的必需微量元素,缺硼導(dǎo)致植物不能正常生長發(fā)育[4]。目前,全球有80多個國家相繼報道超過130種作物缺硼時產(chǎn)量和品質(zhì)顯著下降[5]。中國單區(qū)域缺硼面積全球最廣,根據(jù)中國第二次土壤普查數(shù)據(jù)顯示,中國缺硼面積為0.33億hm2,其中缺硼面積已達(dá)到耕地面積的34.5%。由此可見,土壤缺硼已成為限制中國農(nóng)作物生產(chǎn)的重要因素之一。硼肥施用是解決土壤缺硼的主要手段,但適合作物生長的硼濃度范圍很窄,過量施用硼肥同樣會造成作物減產(chǎn),因此,硼肥的合理施用尤為重要。
湖北省恩施州有超過1萬km2富硒土地、擁有全球唯一的獨立硒礦床;江漢平原富硒土壤面積達(dá)1萬多平方千米,其中可開發(fā)的面積約7 000 km2,具有總量大、分布廣、品質(zhì)優(yōu)三個特點。如何開發(fā)利用硒資源應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì),補(bǔ)充人體硒的不足已成為關(guān)鍵。本文采用盆栽試驗,以湘農(nóng)油571為供試作物,研究了硒硼之間的關(guān)系以及對油菜幼苗生長和養(yǎng)分含量的影響,確定合理的硼硒肥施用,為生產(chǎn)富硒農(nóng)產(chǎn)品提供技術(shù)支撐。
供試油菜品種為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)油料作物研究所選育出的甘藍(lán)型半冬性中晚熟油菜品種“湘農(nóng)油571”。
供試土壤為湖北省潮土,土壤有機(jī)質(zhì)含量為16.77 g/kg,pH6.94,堿解氮含量為 100.00 mg/kg,速效磷含量為20.69 mg/kg,速效鉀含量為113.70 mg/kg,熱水溶性硼含量為0.12 mg/kg,全硒含量為0.08 mg/kg,典型缺硒缺硼土壤。
試驗采用15 cm×10 cm的塑料盆,每盆裝土1 kg。設(shè)3個硼水平,即缺硼B(yǎng)0:0 mg/kg,正常硼B(yǎng)0.5:0.50 mg/kg,高硼 B5:5.0 mg/kg;設(shè) 3 個硒水平,即缺硒Se0:0 mg/kg,正常硒 Se1:1 mg/kg,高硒 Se10:10 mg/kg;每個處理重復(fù)3次,硼采用優(yōu)級純硼酸,硒采用分析純亞硒酸鈉。另外每盆分別施入N 0.2 g、P2O50.15 g、K2O 0.2 g,肥源為硝酸鈣、磷酸二氫鉀、氯化鉀、七水硫酸鎂;再加入無硼Arnon微量營養(yǎng)液1 mL,所有試劑均為分析純試劑。施肥時將所有肥料配制成營養(yǎng)液澆入土壤拌勻。油菜種子直接撒播并覆蓋一層薄土,每盆定苗為4株。盆栽試驗于2014年在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院盆栽場活動晴雨篷下進(jìn)行,培養(yǎng)期間用去離子水灌溉。
播種36 d后取樣,油菜幼苗分地上部和地下部兩部分收取,洗凈、殺青烘干,稱重后測定硒、硼和其他元素含量。
土壤樣品采用風(fēng)干土樣測定。pH采用pH計測定;土壤堿解氮用 1 mol/L KCl浸提,凱氏定氮法測定,速效磷用 0.5 mol/L NaHCO3浸提,鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀用1 mol/L NH4OAC浸提,火焰光度法測定;硒用原子熒光光譜法測定;有效硼用熱水浸提,姜黃素比色法測定。
植物樣品測定。氮、磷、鉀素采用濃硫酸—雙氧水法消解測定。硒、鈣、鎂以及鐵、銅、鋅含量采用硝酸—高氯酸消解,鹽酸還原。硒含量采用原子熒光光譜法測定;鈣、鎂以及鐵、銅、鋅含量采用原子吸收分光光度計測定。硼用鹽酸浸提,姜黃素比色法測定。
硼、硒轉(zhuǎn)移因子TF(B)和TF(Se)的計算,TF=地上部元素含量/地下部元素含量。
試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和 sigmaplot 10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及制圖,用DPS 7.05統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行二因素方差分析,用LSD 0.05檢驗差異的顯著性。
圖1表明,當(dāng)施硒量相同時,施硼顯著(p<0.01)增加油菜幼苗生物量,但施硼量達(dá)到一定程度時,增加施硼量反而會降低油菜幼苗生物量;施硼量為0.5 mg/kg時,油菜幼苗生物量增幅最大,與不施硼相比地上部和地下部生物量分別增加21.1%和40.2%。當(dāng)施硼量相同時,除B0.5處理外施硒顯著(p<0.01)增加油菜幼苗生物量,與不施硒處理相比,施硒處理油菜幼苗地上部最大增幅為10.7%,地下部最大增幅為17.5%。但施硒量達(dá)到一定程度時,增加施硒量反而會降低油菜幼苗地下部生物量。結(jié)果表明,硒硼需要合理施用,適宜的硒、硼可以增加生物量改善油菜生長狀況。
圖1 硒、硼互作對油菜幼苗生物量的影響Fig.1 Effects of B and Se interaction on the biomass of rape seedlings
施硼顯著(p<0.01)會增加油菜中硼含量和累積量,且硼含量和累積量隨施硼量的增加而增加(圖2)。當(dāng)不施硼時,施硒對油菜硼含量和累積量不顯著;施硼0.5 mg/kg時,施硒顯著降低油菜幼苗根系硼含量和累積量,且隨施硒量的增加而降低,而地上部硼的含量和累積量無顯著變化;施硼5 mg/kg時,施硒顯著降低油菜幼苗地上部和地下部硼含量和累積量,其最大降幅分別為 32.8%、27.4% 和 57.4%、42.4%。結(jié)果表明,施硼可以顯著增加油菜幼苗體內(nèi)硼含量,而施硒可以緩解油菜幼苗對過量硼的吸收。
圖2 硒、硼互作對油菜幼苗硼含量和累積量的影響Fig.2 Effects of B and Se interaction on the B content and accumulation of rape seedlings
圖3表明,施硒顯著(p<0.01)增加油菜硒含量和累積量,且隨著施硒量的增加而增加。施硒1 mg/kg時,施硼對油菜幼苗地上部硒含量和累積量無顯著影響,而地下部硒含量和累積量隨施硒的增加而先增加后減少。施硒10 mg/kg時,施硼顯著降低油菜幼苗地上部硒含量和累積量,且隨著施硒量的增加而降低,相反,地下部硒含量和累積量隨施硼的增加而增加。結(jié)果表明,施硒可以顯著增加油菜幼苗硒含量,而施硼可以增加油菜幼苗根系硒含量,降低地上部硒含量。
圖3 硒、硼互作對油菜幼苗硒含量和累積量的影響Fig.3 Effects of B and Se interaction on the Se content and accumulation of rape seedlings
為了更好地說明硒、硼在油菜幼苗體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)分布特征,本試驗引入了轉(zhuǎn)移因子(TF)。由圖4可以看出,不同硒、硼互作對油菜幼苗硼轉(zhuǎn)運(yùn)有較大影響。結(jié)果表明,不施硒和施硒1 mg/kg時,硼轉(zhuǎn)運(yùn)能力為施硼5 mg/kg處理時最高,不施硼與施硼0.5 mg/kg處理時差異不顯著;當(dāng)施硒10 mg/kg時,施硼能顯著提高油菜幼苗硼轉(zhuǎn)運(yùn)能力。當(dāng)不施硼和施硼0.5 mg/kg時,油菜幼苗硼轉(zhuǎn)運(yùn)能力隨施硒量的增加而先降低后提高;當(dāng)硼施用量為5 mg/kg時,施硒顯著降低硼轉(zhuǎn)運(yùn)能力。不同硒、硼互作對油菜幼苗硒轉(zhuǎn)運(yùn)有較大影響。當(dāng)不施硼和硼施用量為0.5 mg/kg時,油菜幼苗硒轉(zhuǎn)運(yùn)能力隨施硒的增加而提高;硼施用量為5 mg/kg時,施硒10 mg/kg時油菜幼苗硒轉(zhuǎn)運(yùn)能力顯著低于施硒1 mg/kg。當(dāng)硒施用量相同時,施硼顯著降低油菜幼苗硒轉(zhuǎn)運(yùn)能力,且施硒1 mg/kg時油菜幼苗硒轉(zhuǎn)運(yùn)能力隨施硼量的增加而先降低后升高,施硒10 mg/kg時油菜幼苗硒轉(zhuǎn)運(yùn)能力隨施硼量的增加而逐漸降低。
圖4 硒、硼互作對油菜幼苗硼和硒轉(zhuǎn)移因子的影響Fig.4 Effects of B and Se interaction on the B and Se translocation factors of rape seedlings
圖5 硒、硼互作對油菜幼苗氮含量的影響Fig.5 Effects of B and Se interaction on the N content of rape seedlings
如圖5所示為硒、硼對油菜幼苗不同部位氮含量的影響。結(jié)果表明,當(dāng)硒用量相同時,與不施硼處理相比,施硼顯著增加油菜幼苗根部氮含量,相反,油菜幼苗地上部氮含量有減少趨勢,但不顯著。當(dāng)硼用量相同時,與不施硒處理相比,施用硒對油菜氮含量有減少趨勢,但不顯著。
圖6 硒、硼互作對油菜幼苗磷含量的影響Fig.6 Effects of B and Se interaction on the P content of rape seedlings
如圖6所示為硒、硼對油菜幼苗不同部位磷含量的影響。結(jié)果表明,當(dāng)硒用量相同時,與不施硼處理相比,施硼顯著降低油菜幼苗根部磷含量。當(dāng)硼用量相同時,與不施硒處理相比,施硒對油菜幼苗根系磷含量隨施硒量的增加呈減少趨勢,施硒10 mg/kg時達(dá)到顯著差異;同時,除不施硼外,地上部磷含量隨施硒量的增加而顯著降低。
圖7 硒、硼互作對油菜幼苗鉀含量的影響Fig.7 Effects of B and Se interaction on the K content of rape seedlings
如圖7所示為硒、硼對油菜幼苗不同部位鉀含量的影響。結(jié)果表明,當(dāng)硒用量相同時,與不施硼處理相比,施硼顯著降低油菜幼苗地上部和地下部鉀含量,且在一定范圍內(nèi)隨施硼量的增加而降低。當(dāng)硼用量相同時,與不施硒處理相比,施硒顯著降低油菜幼苗根系鉀含量,且隨著施硒量的增加而降低;相反,施硒顯著增加地上部鉀含量,施硒1 mg/kg增幅最大。
圖8 硒、硼互作對油菜幼苗鈣含量的影響Fig.8 Effects of B and Se interaction on the Ca content of rape seedlings
如圖8所示為硒、硼對油菜幼苗不同部位鈣含量的影響。結(jié)果表明,當(dāng)硒用量相同時,與不施硼處理相比,施硼顯著增加油菜幼苗根系鈣含量,在一定范圍內(nèi)隨施硼量的增加而增加;相反,與不施硼處理相比,施硼顯著(p<0.01)降低油菜幼苗地上部鈣含量,在一定范圍內(nèi)隨施硼量的增加而降低。當(dāng)硼用量相同時,與不施硒處理相比,施硒顯著增加油菜幼苗根系鈣含量,在一定范圍內(nèi)隨施硒量的增加而增加;相反,與不施硒處理相比,施硒顯著(p<0.01)降低油菜幼苗地上部鈣含量,在一定范圍內(nèi)隨施硒量的增加而降低。
圖9 硒、硼互作對油菜幼苗鎂含量的影響Fig.9 Effects of B and Se interaction on the Mg content of rape seedlings
如圖9所示為硒、硼對油菜幼苗不同部位鎂含量的影響。結(jié)果表明,當(dāng)硒用量相同時,與不施硼處理相比,施用硼顯著(p<0.01)降低油菜幼苗根系鎂含量,在一定范圍內(nèi)隨施硼量的增加而增加;同時,與不施硼處理相比,施硼對油菜幼苗地上部鎂含量有相同效果。當(dāng)硼用量相同時,施用硒顯著增加油菜幼苗根系鎂含量,在一定范圍內(nèi)隨施硒量的增加而增加;相反,與不施硒處理相比,施硒顯著(p<0.01)降低油菜幼苗地上部鎂含量,在一定范圍內(nèi)隨施硒量的增加而降低。
圖10 硒、硼互作對油菜幼苗鐵含量的影響Fig.10 Effects of B and Se interaction on the Fe content of rape seedlings
如圖10所示為硒、硼對油菜幼苗不同部位鐵含量的影響。結(jié)果表明,當(dāng)硒用量相同時,施用硼顯著增加油菜幼苗根系鐵含量,在一定范圍內(nèi)隨施硼量的增加而增加。不施硒時,油菜幼苗地上部鐵含量隨著施硼濃度的增加而顯著(p<0.01)增加;硒用量為1 mg/kg時,施硼對油菜幼苗地上部鐵含量影響不顯著;硒用量為10 mg/kg時,施硼濃度為5 mg/kg處理油菜幼苗地上部鐵含量顯著高于其他處理。當(dāng)不施硼時,施用硒顯著增加油菜幼苗根系和地上部鐵含量;施硼量為0.5 mg/kg時,施硒對油菜幼苗根系和地上部鐵含量有增加趨勢但不顯著;施硼量為5 mg/kg時,油菜幼苗根系和地上部鐵含量在不加硒和硒濃度為1 mg/kg時基本相當(dāng),但二者顯著低于硒濃度為10 mg/kg時的油菜幼苗根系和地上部鐵含量。
圖11 硒、硼互作對油菜幼苗銅含量的影響Fig.11 Effects of B and Se interaction on the Cu content of rape seedlings
如圖11所示為硒、硼對油菜幼苗不同部位銅含量的影響。結(jié)果表明,當(dāng)硒用量相同時,與不施硼處理相比,施用0.5 mg/kg硼對油菜幼苗根系銅含量無顯著影響,施用5 mg/kg硼顯著降低根系銅含量。同時,施硼顯著降低油菜幼苗地上部銅含量,且在一定范圍內(nèi)隨施硼量的增加而降低。當(dāng)硼施用量相同時,與不施硒處理相比,施硒顯著降低油菜幼苗地上部銅含量。油菜幼苗地上部銅含量隨施硒量的增加而呈現(xiàn)增加后降低的趨勢。
圖12 硒、硼互作對油菜幼苗鋅含量的影響Fig.12 Effects of B and Se interaction on the Zn content of rape seedlings
如圖12所示為硒、硼對油菜幼苗不同部位鋅含量的影響。結(jié)果表明,當(dāng)不施硒時,施硼顯著降低油菜幼苗根系鋅含量,且在一定范圍內(nèi)隨施硼量的增加而逐漸降低;硒施用量為1 mg/kg時,施硼5 mg/kg時根系鋅含量顯著降低;硒施用量為10 mg/kg時,施硼對油菜幼苗根系鋅含量有降低趨勢但不顯著。當(dāng)硒施用量相同時,施硼對油菜幼苗地上部鋅含量無顯著影響。當(dāng)硼施用量相同時,施硒顯著降低油菜幼苗根系鋅的含量,且在一定范圍內(nèi)隨施硒量的增加而降低。同時,油菜幼苗地上部鋅含量也隨施硒量的增加而降低。
生物量積累是油菜高產(chǎn)的基礎(chǔ),同時也是油菜植株生長狀況的反應(yīng)。由前文分析可以看出,在本試驗條件下,決定油菜幼苗生物量的主要因素是硼肥的施用量,硒對生物量的影響與硼相比較小(圖1)。施硼顯著增加油菜幼苗生物量,過量施用硼肥使生物量又顯著降低,這與劉桂東等[6]在臍橙上的研究相似。Cervilla等[7]對番茄的研究發(fā)現(xiàn),過量硼對番茄(Josefina)生長有顯著抑制作用,其生物量降低高達(dá)14.8%。硒雖然不是作物生長所必需的微量元素,但它是作物生長發(fā)育的有益元素,是植物體內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶的組成部分,施用適宜濃度的硒可以通過增加作物葉綠素含量、光合作用和谷胱甘肽過氧化物酶的活性,從而促進(jìn)作物生長。本試驗中,正常硼0.5 mg/kg硼條件下,土施硒肥對油菜幼苗生物量無顯著影響。這一結(jié)果與Duma等[8]的研究結(jié)果一致,施硒對萵苣生物量無顯著影響。在缺硼和高硼5 mg/kg硼時,施硒顯著增加油菜幼苗生物量。這一結(jié)果與Maria等[9]和Jahid 等[10]的研究結(jié)果一致,施用 2 μmol/L 硒可以顯著促進(jìn)油菜地上部和地下部生長,增加其生物量;施用5 μmol/L硒可以顯著促進(jìn)綠豆根系和地上部生長。另外,油菜幼苗地上部和地下部生物量受施硼量的影響變化較大,這可能與硼對油菜的作用相關(guān)。
硼是植物必需的微量元素,植物體內(nèi)硼含量可以反映植物的生長狀況。本試驗結(jié)果表明,土施硼肥顯著提高了油菜幼苗中硼含量,且隨施硼量的增加其增加幅度變大。這一結(jié)果與Cervilla等對番茄的研究結(jié)果相一致,隨著施硼量的增加番茄體內(nèi)硼含量顯著增加。土施硒肥對油菜幼苗中硼含量的影響與硼的用量有關(guān),缺硼時硒對油菜幼苗硼含量有增加趨勢;高硼時硒顯著降低油菜幼苗中硼含量。這可能與硒的拮抗作用相關(guān),如油菜和綠豆的試驗中發(fā)現(xiàn),施用2 μmol/L硒顯著抑制油菜幼苗對環(huán)境中鎘的吸收,施用5 μmol/L硒顯著抑制綠豆對環(huán)境中砷的吸收。土施硒肥顯著提高了油菜幼苗中的硒含量,且隨著施硒量的增加其增加幅度變大。這一試驗結(jié)果與羅盛國等[11]對水稻大豆和玉米盆栽試驗結(jié)果一致,土施硒5.3 g/kg可以使缺硒地區(qū)大豆中硒的含量從0.056 mg/kg提升到0.356 mg/kg;施硒顯著增加了玉米植株根系和地上部硒含量,且增加幅度隨施硒量的增加而增加[12]。土施硼肥對油菜幼苗中硒含量的影響與油菜幼苗的部位相關(guān),施硼可以降低油菜幼苗地上部硒含量。這一結(jié)果與胡華鋒等[13]對紫花苜蓿的研究結(jié)果相一致,噴施硼肥顯著降低紫花苜蓿體內(nèi)硒的含量,且隨著噴施量的增加而降低。由此可見,施用硒、硼肥能夠提高植物體內(nèi)的硒、硼含量,通過控制硼硒肥的施用量可以使植物硼硒含量達(dá)到一個合適的水平,從而促進(jìn)植物生長。
關(guān)于作物中營養(yǎng)元素之間的相互作用這一營養(yǎng)特性與作物部位的關(guān)系,目前報道尚不明確。從本研究可以看出,施硼不同程度地影響著作物體內(nèi)礦質(zhì)元素的含量,且與作物的部位相關(guān)。從圖6、圖7、圖9、圖11、圖12可以看出,土施硼肥顯著降低了油菜幼苗地上部和地下部磷、鉀、鎂、銅、鋅的含量,由這一結(jié)果可以推測它們的含量變化與油菜幼苗部位的關(guān)系不大,而與硼的施用量相關(guān)。徐強(qiáng)等[14]對綠豆的研究也得出相同結(jié)果,硼顯著降低綠豆植株地上部和地下部鎂和銅的含量;從圖4、圖8、圖10可以看出,施硼油菜幼苗地上部鐵和地下部氮、鈣、鐵的含量顯著增加。郭麗麗等[15]對油菜的研究結(jié)果表明,施硼增加4種油菜體內(nèi)錳的含量,鈣的含量隨著施硼量的增加先增加后減少;綠豆植株地上部和地下部鐵的含量隨施硼的增加而增加。硼與礦質(zhì)營養(yǎng)元素的關(guān)系受作物具體部位的影響,以及其作用機(jī)制需進(jìn)一步研究。
從本研究可以看出,施硒不同程度地影響著作物體內(nèi)礦質(zhì)元素的含量,且與作物的部位相關(guān)。從圖6、圖12可以看出,施硒顯著降低油菜幼苗地上部和地下部磷和鋅的含量,且隨施硒量的增加而減少,由這一結(jié)果可以推測它們的含量變化與油菜幼苗植株部位的關(guān)系不大,而與硒的施用量相關(guān)。李登超等[16]和尚慶茂等[17]對小白菜和生菜的研究得出相同結(jié)果,施硒顯著降低小白菜地上部和地下部磷含量,顯著降低生菜中鋅的含量。由圖10可以看出,施硒顯著增加油菜幼苗地上部和地下部鐵的含量,這一結(jié)果和生菜中的研究結(jié)果相同。從本實驗中還可以看出,硒對油菜幼苗中鉀、鈣、鎂、銅含量的影響與油菜幼苗植株的部位有關(guān),但其作用機(jī)制需作進(jìn)一步研究。
施硒顯著促進(jìn)油菜生長,抑制硼的吸收;增加油菜中硒含量,調(diào)節(jié)營養(yǎng)元素的吸收。施硼顯著促進(jìn)油菜生長,抑制硒的吸收;增加地上部硼、鐵和地下部硼、氮、鈣、鐵含量,降低地上部磷、鉀、鈣、鎂、銅、鋅和地下部磷、鉀、鎂、銅、鋅含量。結(jié)果表明,硒硼存在一定的拮抗作用,保證油菜高產(chǎn)要合理施用硒硼,保證富硒農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)需要適當(dāng)控制硼肥施用。
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