硒酸鈉施用對(duì)小麥的富硒效應(yīng)及其殘效

馬小艷，尹 丹，周 沫，晏小川，郭 成，黃冬琳，王朝輝,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西楊凌 712100; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西楊凌 712100)

硒是人和動(dòng)物體內(nèi)必需的微量元素之一，參與人體重要的生理機(jī)能過(guò)程，如大骨節(jié)病的發(fā)生發(fā)展跟生態(tài)環(huán)境低硒有著密不可分的關(guān)系。植物硒是人和動(dòng)物攝入硒的重要來(lái)源，其含量高低主要取決于土壤的硒含量，但硒在地殼中豐度較低。據(jù)估計(jì)，全球5億至10億人攝入硒不足。我國(guó)硒分布極其不均勻，缺硒地區(qū)高達(dá)15個(gè)省份，約1億人口膳食中硒含量不足。黃土高原地區(qū)是我國(guó)典型的缺硒區(qū)，其土壤全硒含量平均僅0.095 mg·kg，農(nóng)作物中硒含量較低。小麥?zhǔn)窃摰貐^(qū)的主要糧食作物，在飲食結(jié)構(gòu)中占有重要地位，其硒含量的多少直接影響該地區(qū)居民的硒營(yíng)養(yǎng)狀況。小麥?zhǔn)枪阮愔袑?duì)硒積聚能力最強(qiáng)的作物，籽粒中有83.34%的硒可被人體吸收轉(zhuǎn)化，因此提高小麥籽粒硒含量對(duì)確保當(dāng)?shù)鼐用窠】涤兄卮笠饬x。

外源施硒能顯著增加作物的硒含量，施用硒肥是一種提高缺硒地區(qū)作物的硒營(yíng)養(yǎng)狀況的有效途徑，也被作為作物硒生物強(qiáng)化的重要措施。硒酸鈉和亞硒酸鈉是常用的硒肥品種。國(guó)際上施用的硒肥主要以硒酸鹽為主。芬蘭從1984年開(kāi)始全國(guó)性施用無(wú)機(jī)硒肥，面粉中硒含量顯著提高。在英國(guó)田間試驗(yàn)中，施硒酸鈉20 g·hm后使小麥籽粒硒含量提高到374 μg·kg，是對(duì)照的四倍。在非洲馬拉維的試驗(yàn)證明，可以通過(guò)施硒這種農(nóng)藝生物強(qiáng)化手段來(lái)提高玉米中的硒含量，且用硒酸鈉為硒源時(shí)，每施1 g硒平均增加玉米硒含量20.21 μg·kg。在我國(guó)，農(nóng)作物硒肥的使用多以亞硒酸鈉為主。河北的田間試驗(yàn)結(jié)果顯示，土壤施用亞硒酸鈉225 g·hm時(shí)，小麥籽粒硒含量可達(dá)128 μg·kg；葉面噴施亞硒酸鈉30 g·hm時(shí)，籽粒硒含量提高3.5～4.2倍。在我國(guó)多點(diǎn)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葉面噴施亞硒酸鈉使小麥籽粒硒含量顯著提高，籽粒硒含量在不噴硒時(shí)平均為31.0 μg·kg，噴硒116 g·hm后平均增加到 647.8 μg·kg，達(dá)到了富硒水平。與亞硒酸鹽硒肥相比，植物對(duì)硒酸鹽的吸收與轉(zhuǎn)化效率更高。盡管噴施硒肥能夠有效提高作物硒含量，但由于噴施需要額外的人工投入，芬蘭、挪威以及英國(guó)多采用硒酸鈉以基肥形式與氮肥同時(shí)施用，降低施硒的成本。研究表明，小白菜對(duì)硒酸鹽肥的吸收，地上部高于根部；馬鈴薯對(duì)硒的吸收和富集能力表現(xiàn)為莖>葉>根>塊莖；水稻對(duì)硒的分配表現(xiàn)為葉>莖>籽粒；無(wú)論外源施用硒肥還是在富硒土壤中種植，水稻葉片和莖對(duì)硒的吸收都是高于其他地上部器官。小麥各器官對(duì)硒的吸收也存在差異。陳玉鵬等利用盆栽試驗(yàn)分析認(rèn)為，外源亞硒酸鈉與氮肥配施對(duì)小麥不同器官硒的分配不同于水稻，相比于莖葉，籽粒更易于累積硒。那么小麥對(duì)外源硒酸鈉的吸收與分配規(guī)律是否與亞硒酸鈉硒肥一致呢?

土壤施硒肥利用率約為1%～18.5%，硒酸鈉肥利用率高于亞硒酸鈉肥，但均有超過(guò)60%的硒殘留于土壤中。人體硒攝入量的適宜范圍很窄，日硒攝入量低于50 μg時(shí)就會(huì)缺硒；攝入量高于800 μg時(shí)會(huì)產(chǎn)生毒害作用。施硒后硒是否殘留在土壤中，并隨土壤環(huán)境的變化而發(fā)生遷移、轉(zhuǎn)化，從而對(duì)水體及人類健康造成潛在危害?大田和盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鈉對(duì)植物硒含量有后效，在茶樹(shù)上施用Se 3.33 μg·kg，5～6年茶葉硒含量達(dá)到富硒水平。施用硒酸鹽肥是否存在殘效？施硒量是否會(huì)影響硒肥殘效？這些問(wèn)題值得探討。本研究通過(guò)連續(xù)兩年的盆栽試驗(yàn)，探討了小麥器官對(duì)外源硒酸鹽肥吸收富集規(guī)律，分析外源硒酸鈉的殘效及其與施硒量的關(guān)系，以期為小麥富硒栽培中合理施用硒肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和方法

試驗(yàn)采用內(nèi)徑17.5 cm、高 14 cm的塑料花盆,每盆裝土8 kg。土壤采用多點(diǎn)取樣法采自西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站試驗(yàn)田保護(hù)行表層(0～20 cm)，風(fēng)干研碎后過(guò)2 mm篩備用。土壤pH 8.15，碳酸鈣含量65.7 g·kg，有機(jī)質(zhì)含量 13.70 mg·kg，全硒含量0.12 mg·kg，有效硒含量0.03 mg·kg。供試硒酸鈉試劑為天津化學(xué)試劑廠生產(chǎn)的分析純，試驗(yàn)設(shè)置0、0.02、0.04、0.08和0.16 mg·kg5個(gè)Se水平(分別用Se0、Se 0.02、Se0.04、Se0.08和Se0.16代表),每個(gè)處理重復(fù) 4 次。僅第一年播前施硒，氮磷鉀肥施用量?jī)赡晗嗤５?0.4 g·kg)用尿素，一半基施，一半返青追施；磷肥(PO0.2 g·kg)用磷酸二氫鉀，鉀肥(KO 0.3 g·kg)用氯化鉀，均在播前一次施入。供試小麥品種為小偃 22，播種時(shí)間分別為2016、2017年10月17日，每盆均勻播種30粒種子。小麥長(zhǎng)出第4片葉時(shí)，每盆定苗至12株。生長(zhǎng)期間采用重量法灌水，依土壤水分變化，每2～7 d灌水1次，每次灌水后使土壤水分達(dá)到田間持水量的60%。

1.2 樣品采集

在收獲期(2017、2018年 5 月 30 日)采集小麥植株樣品。采用不銹鋼剪刀剪下穗子，再將植株從根莖連接處剪下，分開(kāi)莖、葉。植物樣采集完畢后，將全盆土壤倒于干凈的塑料布上，取出全部根系后，將剩余土壤混合均勻，隨機(jī)采集200 g 左右土壤樣品，剩下的土重新裝盆待第二年使用。將采集的土樣捏碎、混勻，避光自然風(fēng)干。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

將小麥植株樣品分為莖、葉、穎殼、籽粒，稱鮮重后用去離子水清洗，置于烘箱內(nèi)105 ℃下殺青 30 min，然后 65 ℃烘至恒重，用于計(jì)算小麥地上部生物量。烘干后的樣品分別粉碎，待化學(xué)分析使用。

植物樣品用HNO-HO微波消解儀(屹堯WX-8000，中國(guó))消解，消解溫度始終控制在170 ℃左右，消解液在 6 mol·LHCl中還原，冷卻后，用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜儀(吉天AFS-930，北京)測(cè)定植物中的硒含量，以烘干重表示。測(cè)定過(guò)程中采用圓白菜(GBW10014)和空白樣品加標(biāo)回收進(jìn)行分析質(zhì)量控制。風(fēng)干土壤過(guò)2 mm 尼龍網(wǎng)篩，用于測(cè)定土壤有效硒含量。土壤中的總硒含量用HNO+HClO(3∶2)混酸在170 ℃消解，在6 mol·LHCl還原條件下還原，采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法(吉天 AFS-930，北京)測(cè)定。土壤有效硒含量采用0.5 mol·L的KHPO溶液(土液比1∶15)浸提，在6 mol·LHCl還原條件下還原，測(cè)定方法同總硒。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行整理，采用 SPSS 20.0(Statistical Product and Service Solutions)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用LSD法進(jìn)行多重比較，用Origin 2018C作圖。并計(jì)算硒營(yíng)養(yǎng)相關(guān) 參數(shù)。

器官硒積累量=器官硒含量×器官生物量/1 000

器官硒強(qiáng)化指數(shù)=(施硒處理的器官硒含量-不施硒處理器官硒含量)/施硒量

器官硒富集系數(shù)=器官硒含量/小麥播前土壤硒含量

硒肥利用率=(施硒處理地上部硒積累量-不施硒處理地上部硒積累量)/施硒量×100%

硒肥累計(jì)利用率 =(各年施硒處理地上部硒總積累量-各年不施硒處理地上部硒總積累 量)/施硒量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 施硒對(duì)小麥產(chǎn)量與地上部生物量的影響及其殘效

施硒當(dāng)季(2016-2017年)，小麥地上部生物量隨硒肥施用量的增加呈增加趨勢(shì)，在硒用量為 0.08、0.16 mg·kg時(shí)小麥地上部生物量較不施硒處理(CK)分別提高15.7%和20.0%。隨施硒量增加，小麥籽粒產(chǎn)量呈先增后降，在施硒量為0.08 mg·kg時(shí)最高，較CK提高了 22.9%；而施硒0.16 mg·kg時(shí)小麥籽粒產(chǎn)量與CK無(wú)顯著差異。施硒后第二年(2017-2018年)，不同處理間小麥地上部生物量和籽粒產(chǎn)量均無(wú)顯著差異。

圖柱上不同小寫(xiě)字母代表同一年份不同施硒處理間差異顯著(P<0.05)。

2.2 施硒及硒的殘效對(duì)小麥各器官硒含量及硒累積量的影響

小麥各器官硒含量均對(duì)硒肥響應(yīng)靈敏。在施硒當(dāng)季(2016-2017年)，葉片、籽粒、莖和穎殼硒含量與施硒量均呈顯著線性正相關(guān)(圖2、圖3)，在施硒量為0.16 mg·kg時(shí)各器官硒含量均最高。相比其他器官，葉片硒含量的線性擬合斜率最大，在相同施硒量下其硒的吸收量增加幅度最高，其次為籽粒、莖，穎殼硒含量對(duì)施硒的敏感度最低。在施硒后第二年(2017-2018年)，各器官硒含量與施硒量仍然呈顯著正相關(guān)，且葉片的線性擬合斜率仍高于籽粒、莖和穎殼，但各器官的線性擬合斜率均低于上一季，表明硒肥對(duì)小麥硒含量存在后效，但小于施硒當(dāng)季效應(yīng)。相比不施硒處理(CK)相比，籽粒硒含量在施硒量為 0.08和0.16 mg·kg時(shí)均顯著增加，施硒量最高時(shí)籽粒硒含量為0.41 mg·kg，超過(guò)了小麥富硒標(biāo)準(zhǔn) 0.3 mg·kg；在施硒量為0.02和 0.04 mg·kg時(shí)籽粒硒含量與CK差異不顯著。

圖柱上不同小寫(xiě)字母表示同一年份不同處理間差異顯著(P<0.05)。

圖3 小麥器官硒含量對(duì)施硒量的響應(yīng)

在施硒當(dāng)季(2016-2017年)，小麥葉片硒吸收總量高于其他器官，盡管葉片質(zhì)量與莖質(zhì)量相當(dāng)，但其硒攜出量遠(yuǎn)高于莖、穎殼和籽粒，其硒攜出占地上部總硒攜出的比值也最高(圖4)，且隨施硒量的增加而增加，在施硒量0.16 mg·kg時(shí)其占比約為54%。籽粒、莖葉和穎殼硒攜出量占比隨施硒量的增加均呈先增后減趨勢(shì)。

圖4 2016-2018 年小麥不同器官硒攜出量占比

2.3 小麥各器官硒富集系數(shù)與硒強(qiáng)化指數(shù)

在施硒當(dāng)季，小麥葉片、籽粒、莖和穎殼硒的富集系數(shù)均隨土壤施硒量的增加而增加(表1)。其中，葉片的硒富集系數(shù)在相同施硒水平下均高于其他器官，而且隨施硒含量的增加，其硒富集系數(shù)的增幅最高，在施硒量為0.16 mg·kg時(shí)葉片的硒富集系數(shù)比不施硒處理(CK)增大了72.8倍，而莖、籽粒、穎殼的硒富集數(shù)分別增大47.2、43.9和28.9倍。施硒后第二年，各器官硒富集系數(shù)仍然均隨土壤施硒量增加而增加，但籽粒的硒富集系數(shù)僅在施硒量高于0.04 mg·kg時(shí)與CK差異顯著，而莖、葉、穎殼的硒富集系數(shù)在施硒量高于0.02 mg·kg時(shí)與CK差異顯著；不同器官相比，莖、葉、穎殼的硒富集系數(shù)相近，均高于籽粒的硒富集系數(shù)。

硒強(qiáng)化指數(shù)為每增加1 mg施硒量，器官硒含量的平均增加值，可以表征器官硒含量對(duì)施硒量的響應(yīng)程度。從表1數(shù)據(jù)看，在施硒當(dāng)年，小麥葉片硒強(qiáng)化指數(shù)最高，分別是籽粒、莖和穎殼硒強(qiáng)化指數(shù)的1.45、1.93和2.44倍，表明其硒含量對(duì)施硒的響應(yīng)最靈敏。施硒第二年，外源硒酸鹽仍有殘效，能夠增加小麥各器官硒含量，但相比施硒當(dāng)季，硒強(qiáng)化指數(shù)降低了很多，莖、葉與穎殼的硒強(qiáng)化指數(shù)間差異不大，籽粒的硒強(qiáng)化指數(shù)最低。

表1 2016-2018年小麥各器官硒富集系數(shù)及硒強(qiáng)化指數(shù)

2.4 土壤硒含量與硒肥的利用率

無(wú)論施硒當(dāng)季還是施硒后第二年，小麥?zhǔn)斋@后土壤有效硒含量、總硒含量都隨施硒量的增加而增加，但其增加幅度均低于小麥各器官硒含量增加幅度。無(wú)論第一年的硒肥利用率還是兩年的累積利用率均隨施硒量的增加而提高，施硒量為 0.16 mg·kg時(shí)，硒肥當(dāng)季利用率和兩年累積利用率分別達(dá)到33.7%和為34.7%。

表2 小麥?zhǔn)斋@后土壤有效硒、總硒含量及硒肥利用率

3 討 論

3.1 外源硒酸鹽對(duì)小麥產(chǎn)量及生物量的影響

外源添加硒肥可以顯著增加小麥籽粒硒含量，但是施硒肥對(duì)小麥產(chǎn)量和生物量的影響，研究結(jié)論不一。本研究的連續(xù)兩年盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，施硒當(dāng)季隨著硒用量的增加，小麥產(chǎn)量和生物量均增加，施硒后第二年小麥產(chǎn)量與生物量無(wú)顯著變化。宋家永的大田試驗(yàn)結(jié)果顯示，孕穗期噴施一次亞硒酸鈉7.5 g·hm和15 g·hm后，小麥產(chǎn)量增產(chǎn)0.33%～2.14 %。Deng在分蘗晚期和齊穗期任一時(shí)期葉片噴施亞硒酸鹽和硒酸鹽75 g·hm后，小麥產(chǎn)量和生物量分別增加5.1%和4.4%。施硒的增產(chǎn)作用可能與硒對(duì)植物的抗氧化作用有關(guān)。適量硒能夠清除植物體內(nèi)過(guò)量自由基，增強(qiáng)抗氧化性能，有效減緩植物生育后期的快速衰老，維持了根系在后期的生理活力，使植株積累更多的光合產(chǎn)物，最終產(chǎn)生增產(chǎn)作用。田秀英等研究認(rèn)為，施硒能增加土壤有效硒含量，有利于土壤有效磷、鉀含量的提高，改善土壤肥力，影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而影響產(chǎn)量和品質(zhì)。但也有大田試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)結(jié)果顯示，施硒對(duì)作物產(chǎn)量和生物量均無(wú)顯著影響。有學(xué)者認(rèn)為，硒肥對(duì)作物具有雙重作用，低濃度硒對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，而高濃度則會(huì)抑制其生長(zhǎng)。亞硒酸鹽在施用量高于 10.0 mg·kg時(shí)對(duì)小白菜生長(zhǎng)無(wú)顯著影響，而施用量不高于1.0 mg·kg時(shí)，其可顯著促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)；小白菜各生長(zhǎng)指標(biāo)均隨著硒濃度的增大而急速下降。低量硒(≤10 mg·kg)會(huì)促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，顯著增加植株生物量和籽粒產(chǎn)量；高量硒(≥25 mg·kg)抑制玉米生長(zhǎng)，降低植株干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)。這可能是因?yàn)榈蜐舛任鴷?huì)促進(jìn)與葉綠素合成有關(guān)的礦質(zhì)元素的吸收，進(jìn)而提高了植株葉綠素含量，促進(jìn)植物光合作用；而高濃度的硒會(huì)使葉片葉綠體被膜受損，導(dǎo)致基粒結(jié)構(gòu)解體，使其從原來(lái)致密、有序排列的狀態(tài)變成松散的勻質(zhì)狀態(tài)，進(jìn)而抑制葉綠素的合成。

3.2 外源硒酸鹽對(duì)小麥各器官硒含量、硒累積量、硒富集系數(shù)及硒強(qiáng)化指數(shù)的影響

國(guó)內(nèi)很多研究認(rèn)為，適量施用硒肥能顯著增加植物的硒含量。相比亞硒酸鹽，作物對(duì)硒酸鹽的響應(yīng)更加靈敏，這也是國(guó)外的硒肥多采用硒酸鹽的原因。本研究表明，無(wú)論施硒當(dāng)季還是第二年，小麥各器官硒含量均隨施硒量的增加而增加，尤其施硒當(dāng)季。植物對(duì)土壤中某種元素的吸收取決于土壤中該元素的濃度及植物本身的特性。在本研究中，小麥葉片硒含量對(duì)施硒的響應(yīng)較籽粒、莖和穎殼靈敏，其硒富集系數(shù)也最高。前人的部分試驗(yàn)結(jié)果也顯示作物葉片對(duì)硒富集能力高于其他器官，而李鳳鳴等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用硒酸鹽后，小麥各部位硒含量表現(xiàn)為籽粒>莖葉>穎殼>根，這可能由于該研究把莖葉混合進(jìn)行分析測(cè)定有關(guān)。

籽粒硒強(qiáng)化指數(shù)是反映單位施硒量所能增加小麥籽粒硒含量的能力。大田試驗(yàn)結(jié)果顯示，土施亞硒酸鹽態(tài)硒1 g·hm時(shí)玉米、小麥籽粒硒含量分別提高0.1～0.3和 0.5 μg·kg。許春霞等分析認(rèn)為，茶葉含硒量與噴硒量呈線性關(guān)系=9 397.2+119.38，由此求出葉噴亞硒酸鈉1 g·hm后茶葉硒含量增加9.4 μg·kg，而其同一年的土施試驗(yàn)測(cè)定的硒含量增加值則明顯低于該值。付冬冬等通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鹽對(duì)小白菜地上部硒強(qiáng)化指數(shù)低于硒酸鹽。本試驗(yàn)中，施用硒酸鈉在當(dāng)季每增加 1 mg·pot，小麥葉片、籽粒、莖、穎殼硒含量分別增加8.9、6.2、4.6和3.6 mg·kg，與富集系數(shù)表現(xiàn)一致，表明小麥器官對(duì)硒的吸收、富集能力與其對(duì)硒肥的響應(yīng)程度成正比，富集能力越強(qiáng)，其硒含量隨施硒量增加的提高幅度越高。

3.3 外源硒酸鹽殘效及硒肥利用率的影響

適量施硒能促進(jìn)生物體正常生長(zhǎng)發(fā)育，但環(huán)境中過(guò)量硒會(huì)對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生毒害作用，會(huì)引起農(nóng)產(chǎn)品污染、土壤重金屬超標(biāo)等一系列環(huán)境問(wèn)題。研究表明，硒肥的利用率為11.7%，66.7%的硒殘留于土壤中。本試驗(yàn)的硒肥當(dāng)季利用率隨施硒量的增加而增加，當(dāng)施硒量為 0.16 mg·kg時(shí)，達(dá)到33.7%。而硒的殘效也同樣，硒肥對(duì)小麥硒含量的殘效在施硒濃度較低時(shí)較小，在施硒量增大時(shí)較為顯著。而施硒對(duì)小麥硒含量的殘效高于對(duì)土壤硒含量的影響。兩年的累積利用率最高值為34.7%，說(shuō)明施硒后只有少部分的硒被植物吸收利用，相當(dāng)一部分硒會(huì)殘留在土壤中。通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施硒可極顯著提高土壤各形態(tài)硒含量和全硒含量，只有17%～23%硒對(duì)烤煙是有效的，土壤固定態(tài)硒均在50%以上。其他的盆栽施硒試驗(yàn)也表明，硒酸鹽對(duì)第二季作物存在一定的后效。

4 結(jié) 論

外源硒酸鹽肥當(dāng)季能夠有效增加小麥產(chǎn)量及生物量，對(duì)各器官硒含量提高作用顯著，各器官硒含量與施硒量均呈顯著線性正相關(guān)。各器官中葉片的硒富集能力最強(qiáng)，其次為籽粒、莖和穎殼。各器官硒強(qiáng)化指數(shù)規(guī)律與富集系數(shù)一致。

連續(xù)兩年小麥對(duì)外源硒酸鹽的利用率隨施硒量的增加而增加，當(dāng)季硒的利用率最高值為 33.7%，兩年累積利用率最高值為34.7%。外源硒酸鹽具有殘效，施硒第二年對(duì)小麥各器官硒的含量、土壤硒含量仍有顯著的增加效應(yīng)，尤其在施硒量較高時(shí)，但其對(duì)小麥硒含量的影響大于對(duì)土壤有效硒、總硒含量的影響。