葉面噴施硒肥對谷子農藝性狀及品質的影響

彭曉偉，蔣沛含，張愛軍，2*，楊曉楠，趙麗

（1.河北農業(yè)大學 資源與環(huán)境科學學院，河北保定 071000；2.河北省山區(qū)農業(yè)技術創(chuàng)新中心，河北 保定 071000；3.河北省山區(qū)研究所，河北 保定 071000；4.河北農業(yè)大學 農學院，河北 保定 071000）

硒（Se）是瑞典化學家Berzdiu 在1817 年發(fā)現(xiàn)的一種新元素，缺硒會嚴重影響人體健康，導致諸如克山病、大骨節(jié)病及呆小病等一系列疾病，缺硒還與一些病毒感染或疾病惡化有關［1-3］，是人類和動物的必需微量元素。谷子具有抗旱、耐貧瘠、水分利用率高、適用性廣、營養(yǎng)豐富、各種成分均衡等突出特點，是我國重要的特色糧食作物，種植面積占世界種植面積的88%左右［4-5］。由于人類可采取提高食品中的硒含量來滿足對硒的需求［6］，因此通過葉面噴施外源硒探討谷子對硒的吸收利用規(guī)律，研究硒對谷子生理生化作用、產(chǎn)量和品質的影響，可為調控谷子籽粒硒含量、開發(fā)富硒谷子以及改善人類硒營養(yǎng)狀況提供理論依據(jù)。

近年來，關于施硒對作物的品質與產(chǎn)量的研究越來越多。盧鵬飛等［7］研究了無機硒肥、有機硒肥、納米硒肥3 種硒肥對小麥產(chǎn)量的影響，表明小麥開花期噴施有機硒肥有利于提高小麥產(chǎn)量及籽粒硒吸收；而匡恩俊等［8］分析了施硒對不同作物的影響，得出水稻最佳施硒時期是揚花后期，玉米的最佳施硒時期是抽穗期，大豆是初花期，小麥是孕穗期。曹升等［9］發(fā)現(xiàn)適量施用外源硒可促進淀粉、蛋白質、總糖、黃酮積累，提高酶的活性。李文栓等［10］研究認為，噴施不同濃度的硒營養(yǎng)液可顯著提高作物的產(chǎn)量及面粉中的硒含量及蛋白質；秦煥榮等［11］與李文栓的研究結論一致，但處理間的差異不顯著。秦玉燕等［12］研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴硒可顯著提高茶樹葉片的硒含量。高慧雅等［13］發(fā)現(xiàn)葉片噴施鋅硒肥可以顯著提升葉片抗氧化酶活性以及籽粒鋅硒含量。穆婷婷［14］等研究表明適量的外源硒對谷子生理特征的提升、營養(yǎng)品質改善和產(chǎn)量提高都具有促進作用。李冉等［15］分析不同硒肥對谷子穗部農藝性狀、籽粒硒含量、硒的存在形態(tài)的影響，表明葉片噴施2 種硒肥均可增加谷子的出谷率和籽粒硒含量，無機硒肥效果優(yōu)于有機硒肥。

本研究設置3 個硒濃度，對本地谷、冀谷19號、晉谷29 號及張雜谷8 號4 個谷子品種進行研究，采用方差分析、主成分分析及構建結構方程分析不同硒濃度下成熟期的株高、莖粗、穗長、穗重以及籽粒硒含量、粗蛋白、可溶性蛋白和可溶性糖等品質之間的關系，旨在探明提高谷子品質及產(chǎn)量最佳施硒濃度，為提高谷子品質提供理論。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2017-2018 年在保定順平縣東下叔村進行，采用雙因素列區(qū)設計。主區(qū)為谷子品種：本地谷、冀谷19 谷、晉谷29 谷及張雜谷4 個品種；副區(qū) 為 施 硒 量，設3 施 硒 水 平：Se0（0 g·hm-2）、Se1（30 g·hm-2）、Se2（60 g·hm-2）。設3 次重復，每個小區(qū)面積4 m×5 m，行距0.35 m，柱距0.04 m，共設36 個小區(qū)；2 小區(qū)之間設0.5 m 保護行，防止交叉污染。6 月15 日播種，7 月1 日間苗，按各品種說明密度留苗，27 日收獲。在谷子孕穗期選擇晴朗無風的天氣下午16：30 后葉面噴施硒肥，連續(xù)噴施3 d。硒肥以亞硒酸鈉（Na2SeO3）為肥源，以清水作為對照，將每個小區(qū)對應用量（亞硒酸鈉0.131 g和0.262 g）的肥料溶于500 mL 清水，對照與所有配制溶液均加入2 滴吐溫-80 為表面活性劑，選用小型電動噴霧器，固定噴壺流量，每個小區(qū)均勻噴施，其它按常規(guī)管理。試驗大田土壤基本理化性質為有機質18.5 g·kg-1、全氮1.89 g·kg-1、有效磷54.2 mg·kg-1、速 效 鉀258.24 mg·kg-1、硒0.22 mg·kg-1，pH 值為7.24。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 農藝性狀調查與小區(qū)測產(chǎn)

谷子成熟期取樣，每個小區(qū)選取3 個1 m2進行取樣測量產(chǎn)量，結果取其平均值。每個處理小區(qū)中取10 株，測量株高、莖粗、穗長、千粒重，結果取其平均值（表1）。

1.2.2 谷物品質測定方法

籽粒硒含量使用微波消解-氫化物-原子熒光光譜法［16］測定，可溶性糖使用乙醇水溶液浸提-蒽酮比色法［17-18］測定，粗蛋白使用硫酸-雙氧水消煮法、半微量開氏定氮法［17］測定，可溶性蛋白使用考馬斯亮藍G-250 染色法［19］測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Excel 2019 進行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 26.0 進行方差分析、雙因素分析及主成分分析，采用AMOS 22.0 建立結構方程，采用Origin 2020b進行圖表的繪制。

2 結果與分析

2.1 不同施硒水平對谷子農藝性狀的影響

由表1 可見，在株高方面，施用不同濃度硒肥，本地谷株高都呈現(xiàn)顯著增加趨勢（P<0.05），冀谷19 和張雜谷8 株高只在施用Se2 濃度下才極顯著增加（P<0.001），而晉谷19 施用Se0 與Se2 濃度株高都顯著提高（P<0.05）。在莖粗方面，隨著硒濃度的增加，本地谷和張雜谷8 增加不顯著，冀谷19 與晉谷29 號在Se0 與Se1 和Se2 三個濃度都呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。在穗長方面，隨著施硒濃度的增加，4 個品種的穗長差距較大，本地谷增加不顯著，冀谷19 施用Se2 濃度與Se0 相比極顯著增加（P<0.001），張雜谷8 出現(xiàn)極顯著降低又增高的趨勢（P<0.001），晉谷29 呈現(xiàn)顯著降低的趨勢（P<0.05）。在穗重方面，與Se0 濃度相比，本地谷和冀谷19 均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢（P<0.05），而張雜谷8 和晉谷29 的增加不顯著。從谷子整體性狀來看，施用硒濃度對不同品種谷子的影響有所不同，本地谷、張雜谷8 號與晉谷29 差異不大，反映在株高上；冀谷19 整體差異最為顯著，隨施肥濃度增加，株高、莖粗和穗長都顯著增加，穗重有增加趨勢。

由表2 雙因素方差分析可知，選用不同品種對株高、穗長、穗重和產(chǎn)量具有極顯著性影響（P<0.001），對莖粗具有顯著影響（P<0.05），施用不同濃度對谷子農藝性狀有一定的影響，其中對莖粗呈現(xiàn)極顯著影響（P<0.001），對株高、穗長都呈現(xiàn)顯著影響（P<0.05），對穗重于產(chǎn)量影響不顯著。品種與施肥水平交互作用對植株性狀影響較大，其中對株高、穗長均達到極顯著影響（P<0.001），對莖粗、穗重的影響顯著（P<0.05），但對產(chǎn)量影響并不顯著。

表2 不同施硒處理下不同品種谷子農藝性狀及產(chǎn)量方差分析Table 2 Analysis of variance of growth indexes and yield of foxtail millet under different varieties and selenium treatments

2.2 不同施硒水平對谷子品質的影響

由圖1 可見，在4 個谷子品種的籽粒硒含量均隨施硒量的增加呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢（P<0.05）。在可溶性糖方面，隨著施硒量的增加，本地谷在Se2 濃度下有顯著下降趨勢（P<0.05），冀谷19 的變化并不顯著，張雜谷5 和晉谷29 均呈現(xiàn)出顯著的先增加后下降的趨勢（P<0.05）。在粗蛋白方面，本地谷與冀谷19 隨著施硒量的增加，Se2 濃度對比Se0 呈現(xiàn)顯著增加趨勢，張雜谷施用Se2 濃度對比Se0 呈下降趨勢，但不顯著，晉谷29呈現(xiàn)顯著下降的趨勢（P<0.05），但Se1 和Se2 的濃度對比Se0 均不顯著。在可溶性蛋白當面，隨著施硒量的增加，本地谷和冀谷19 差異不顯著，而張雜谷8 號Se3 濃度對應的可溶性蛋白相對于Se0 和Se1 濃度具有顯著增加的趨勢（P<0.05），晉谷29具有顯著增加的趨勢（P<0.05），但Se1 對比Se0和Se2 的差異均不顯著。

圖1 不同硒肥施用量處理下谷子的品質Fig.1 Nutrition index of millet under different selenium fertilizer application

由表3 可見，選用不同品種對谷子籽粒中的硒含量、可溶性糖、可溶性蛋白及粗蛋白的影響極顯著（P<0.001），施用不同濃度的硒肥對籽粒硒含量及可溶性糖的影響極顯著，對可溶性蛋白的影響顯著，但對于粗蛋白的影響不顯著。

表3 不同品種和施硒處理下谷子品質及產(chǎn)量方差分析表Table3 Analysis of variance of nutrition index and yield of foxtail millet under different varieties and selenium treatments

濃度與品種的交互作用也會對作物品質產(chǎn)生影響，其中對籽粒硒含量的影響極顯著（P<0.001），對粗蛋白的影響顯著（P<0.05），但對可溶性糖和可溶性蛋白的影響并不顯著。

2.3 基于結構方程的品質相關性分析

在AMOS24.0 軟件中，結構方程模型初始運行結果顯示卡方值為15.845，未達到0.05 顯著水平，接受虛無假設，表明樣本數(shù)據(jù)與模型可以很好的適配；模型運行的RMSEA<0.05，GFI>0.90，AGFI>0.89，也表明模型具有良好適配。從表4和圖2 可以看出，粗蛋白可以解釋20%的穗重變異，其標準化路徑系數(shù)為0.448；穗重可解釋82%的產(chǎn)量變異，其標準化路徑系數(shù)為0.903；粗蛋白及施硒濃度可共同解釋21%莖粗的變異，標準化路徑系數(shù)分別為0.269 和0.377；濃度可解釋15%籽粒硒含量的變異以及8%可溶性蛋白的變異。其中濃度對可溶性蛋白和粗蛋白對穗重的影響的顯著，而其他的影響均為極顯著。

表4 結構方程模型回歸權重Table4 Regression weight of structural equation model

圖2 結構方程中不同品種及施硒濃度與作物產(chǎn)量及其品質指標的關系Fig.2 Relationship between different varieties and selenium concentration in structural equation and crop yield and quality index

2.4 谷子品質指標對谷子品質的相對貢獻率

將4 個品種的株高、莖粗、穗長、穗重、可溶性蛋白、粗蛋白、可溶性糖及籽粒硒含量等8 個指標進行KMO 和巴特利特檢驗，分析結果顯示，模型的KMO 值大于0.5，而巴特利特檢驗的顯著性小于0.001，根據(jù)Kaiser 給出的KMO 度量標準［20］可知原有變量適合作因子分析。為充分反映各因素中起主導作用的綜合指標，計算8 個指標的累計貢獻率，根據(jù)特征值大于1 的標準，提取前3 個主成分，其累積貢獻率為64.95%，可概括4 個品種8 個品質指標的大部分信息。

從表5 可以看出，主成分1 的特征值為2.318，貢獻率為22.37%，主成分1 的特征向量中以可溶性糖、籽粒硒含量及可溶性蛋白的貢獻值較大，說明谷子中可溶性糖含量、籽粒硒含量及可溶性蛋白含量是影響谷子品質的最重要指標。主成分2的特征值為1.642，貢獻率為20.519%，而主成分2的主成分以株高、穗長的貢獻值較大，說明谷子長勢對谷子品質有一定影響。主成分3 的特征值為1.237，貢獻率為15.46%，而主成分3 以粗蛋白和穗重的貢獻為主。說明谷子中粗蛋白含量及穗重對谷子品質影響作用不是很大。

表5 前3 個主成分特征向量、主成分特征值、貢獻率及累積貢獻率Table5 The first three principal component eigenvectors，principal component eigenvalues，contribution rate and cumulative contribution rate

3 討論

硒作為植物的有益元素，前人的大量研究證明施用適量的外源硒可提高作物的品質和產(chǎn)量［21-24］。本研究發(fā)現(xiàn)，不同硒處理水平下，谷子農藝性狀及品質存在著較大差異。

3.1 不同施硒處理對谷子農藝性狀的影響

隨著施硒量的增加，本地谷、張雜谷8 級晉谷29 的株高、莖粗、穗長及穗重均呈現(xiàn)增加的趨勢，部分指標具有顯著性。通過本研究可知，施用適量的硒可顯著提高谷子的產(chǎn)量，但高濃度的硒對作物產(chǎn)量具有一定的抑制作用。施和平等［25］通過研究發(fā)現(xiàn)，施用適量水平的硒（<0.1 mg·L-1）可促進番茄幼苗的增長，但硒濃度高于5 mg·L-1時，對番茄幼苗的生長表現(xiàn)為抑制作用。楊文秀等［26］通過研究發(fā)現(xiàn)施用適量水平的硒（<90 g·hm-2）可對小油菜有一定的增產(chǎn)作用，當濃度超過此界限時，對小白菜的產(chǎn)量有一定抑制作用。伊虎英等［27］研究得出，施硒肥在5~20 g·hm-2范圍內，增產(chǎn)趨勢顯著，當施用量超過20 g·hm-2，會導致谷子的減產(chǎn)。這與本研究本地谷和晉谷29 號的研究一致。郭美俊等［28］研究得出，施用不同硒含量對谷子的產(chǎn)量具有明顯的增產(chǎn)作用，這與本研究冀谷19 的研究一致。說明不同的施硒量與作物品種決定了外源硒的施用效果［29］。本研究的穗重與產(chǎn)量具有正相關的關系，且路徑系數(shù)為0.903，與鄭立飛等［30］的結果相似，其研究的千粒重對產(chǎn)量的最終效應系數(shù)是0.44。通過主成分分析可知，谷子的內在因素及外在因素對谷子產(chǎn)量均有一定的貢獻率，貢獻程度均在20%左右。而高海娟等［30］同樣利用主成分分析研究了穗長、穗重、株高、莖粗等農藝參數(shù)對冰草產(chǎn)量的影響，結果表明各農藝性狀均對產(chǎn)量有一定的影響作用。

3.2 不同施硒處理對谷子品質的影響

本研究中本地谷、張雜谷8 號、晉谷29 號和冀谷19 的籽粒含硒量隨著施硒量的增加而顯著增加，這與穆婷婷［31］、高貞攀［32］、張鵬飛等［33］的研究一致。施用硒肥可極顯著提高4 個品種谷子籽粒中的硒含量，具有顯著正相關關系。施用不同濃度硒肥對可溶性蛋白均有一定影響，而粗蛋白對莖粗和穗重同樣有一定影響。本研究葉面噴施外源硒對谷子籽粒中的硒含量、可溶性糖、可溶性蛋白及粗蛋白有正效應，表明噴施適量硒可以提高谷子品質，但是高濃度下會出現(xiàn)作物硒中毒，從而導致作物品質下降。但是不同品種的不同品質指標對硒的反映表現(xiàn)不同，施用硒肥能否提高作物全部的品質指標，需要進一步研究。

4 結論

（1）不同品種對谷子株高、穗長、穗重和產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著性差異；不同施硒濃度對莖粗差異顯著；品種與硒濃度的交互作用對株高、穗長的差異顯著。

（2）隨著施硒量的增加，谷子籽粒硒含量增加顯著，而不同谷子品種對籽粒硒含量、可溶性糖、粗蛋白、可溶性蛋白的影響顯著；不同施硒濃度對籽粒硒含量、可溶性糖的影響顯著；而品種與濃度的交互作用對籽粒硒含量的影響顯著。

（3）對谷子各項指標及硒肥施用濃度建立結構方程分析可知，可以看出粗蛋白可以解釋20%的穗重變異，穗重可解釋82%的產(chǎn)量變異，粗蛋白及施硒濃度可共同解釋21%莖粗的變異。

（4）對谷子各項指標進行主成分分析可知，前三個主成分的累積貢獻率達到了64.95%。其中可溶性糖、籽粒硒含量及可溶性糖對谷子品種的影響較大。