噴施硒肥對玉米生長發(fā)育、品質及鎘、砷吸收的影響

翟瑞寧，黃開健，黃愛花，鄒成林，莫潤秀，韋新興，楊 萌

（廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院 玉米研究所，廣西 南寧 530007）

硒是人體不可或缺的微量元素，人體中攝入適量的硒元素，能起到抗病毒、抗衰老、防治心血管等疾病的功效，對人體健康的維護起到重要作用[1-2]。我國大部分地區(qū)處于缺硒、低硒地帶，大部分膳食中的硒元素無法達到人體硒元素的日常攝入標準，而通過對農(nóng)作物額外施硒，可以有效提高農(nóng)產(chǎn)品的硒含量，從而為人體硒元素的正常攝入提供保障。此外，植物中的硒元素還對重金屬鎘、砷元素起到促進或拮抗的作用[3]。我國部分耕地的重金屬污染，對生態(tài)環(huán)境、食品安全、人體健康及農(nóng)業(yè)發(fā)展存在嚴重威脅，特別是灌溉用水被污染后會造成土壤中重金屬鎘、砷元素的積累。大量研究已證實，作物對重金屬的積累富集存在顯著的品種差異。近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對作物進行葉面噴施硒肥已經(jīng)成為富硒作物培育和富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)的常用方法，在普通玉米上也有使用，但是沒有具體的規(guī)程。而且市面上的硒肥種類繁多，功效標準參差不齊，部分硒肥不能滿足富硒玉米栽培的生產(chǎn)需求。因此，探討不同硒肥類型對玉米籽粒營養(yǎng)品質、產(chǎn)量及重金屬含量的影響，對玉米生產(chǎn)中硒肥的合理使用及富硒玉米栽培均具有重要意義。

前人已有較多關于硒元素對作物生長發(fā)育、產(chǎn)量及重金屬吸收等方面的研究，如適量硒元素可以有效促進番茄幼苗的生長，但超過一定濃度范圍后則對幼苗生長有抑制作用[4]；水稻硒元素的積累與線粒體、葉綠體的能量代謝存在著顯著相關性，在一定濃度范圍內，硒含量越高，線粒體的呼吸速率和葉綠體的電子傳遞速率越強，而超過這一范圍則導致其速率降低[5]；額外噴施一定濃度的葉面硒肥可以有效提高水稻的產(chǎn)量[6]；較低濃度的硒處理能促進鎘脅迫環(huán)境下豌豆種子的萌發(fā)以及根尖的伸長，同時提高葉綠素含量，而高濃度的硒處理能與鎘產(chǎn)生協(xié)同效應，加速鎘的毒害作用[7-9]；在鎘脅迫環(huán)境下，施加一定濃度的硒元素可有效抑制菠菜根部的鎘向上吸收和富集，使根部和地上部分的鎘含量顯著降低，從而減輕鎘對植株生長的毒害[10]；低濃度硒和砷交互處理對水稻幼苗的生長形成協(xié)同促進作用，而高濃度硒則可以拮抗高濃度砷對幼苗生長的抑制[11]；低濃度砷脅迫下噴施高濃度硒肥能顯著降低白菜根系的砷含量，中度砷脅迫下高濃度硒處理能抑制砷元素向地上部分轉運，從而提高地下部分的砷含量[12]。在玉米研究領域，曾艷華等[13]研究表明，葉面噴施硒肥對玉米產(chǎn)量具有顯著影響，通過改良硒肥噴施措施也可有效提高玉米產(chǎn)量；李蘭青等[14]比較了8 種糯玉米品種對硒元素的富集能力，發(fā)現(xiàn)在不添加外源硒肥的情況下，糯玉米單靠土壤中的硒含量很難產(chǎn)出富硒籽粒，而噴施葉面硒肥可以大幅度提高籽粒中硒含量；楊舒添等[15]研究表明，在葉面噴硒60 g/hm2亞硒酸鈉處理下，玉米穗位葉過氧化物酶（POD）活性、谷胱甘肽（GSH）含量、葉綠素含量等指標顯著提高，丙二醛（MDA）含量降低，籽粒硒含量水平有效升高；岳競之等[16]研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施100～800 μmol/L 亞硒酸鈉溶液后，玉米籽粒的硒含量達0.581 7～4.771 7 mg/kg，是對照組的11.30～99.88 倍。前人研究中所集成的富硒措施大多是針對硒肥濃度的優(yōu)化，但是對不同硒肥種類的選擇，以及不同硒肥對玉米生長發(fā)育、籽粒品質、重金屬含量、產(chǎn)量等方面影響的研究報道較少。

本研究結合生產(chǎn)實際需要，綜合比較5 種硒肥在3 個不同生長時期噴施后對玉米生理特性及產(chǎn)量的影響，從多個層次探究不同硒肥對玉米品質改良以及對鎘、砷阻隔作用的差異，為玉米栽培硒肥的合理使用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為桂單658，由廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所選育。硒肥有糧油型鋅硒葆（≥90.0%（RT），長沙隆農(nóng)農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司）、亞硒酸鈉、硒硅肥1 號（Si≥100 g/L，佛山市鐵人環(huán)?？萍加邢薰荆?、硒硅肥2 號（Si≥100 g/L，佛山市鐵人環(huán)?？萍加邢薰荆?、硒硅肥3 號（Si≥100 g/L，佛山市鐵人環(huán)?？萍加邢薰荆? 種。

1.2 試驗地概況

本試驗于2021 年8 月在廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所廣西南寧市明陽種植基地進行，播種前隨機采集0～30 cm 深的耕作層適量土壤，其有機質含量為10.39 mg/kg，堿解氮含量為65.80 mg/kg，有效磷含量為15.68 mg/kg，速效鉀含量為157.50 mg/kg，鎘含量為0.21 mg/kg，砷含量為19.46 mg/kg，硒含量為0.15 mg/kg，pH 值為5.6，土壤偏酸性。

1.3 試驗設計

試驗采用雙因素裂區(qū)設計，主處理為3 個生長時期：拔節(jié)期（A1）、大喇叭口期（A2）、抽雄期（A3）；副處理為5 種葉面硒肥（用量為750 L/hm2），分別為糧油型鋅硒葆（B1，60 mg/L）；亞硒酸鈉（B2，1.4 g/L）；硒硅肥1 號（B3，對水100 倍）；硒硅肥2 號（B4，對水100 倍）；硒硅肥3 號（B5，對水100 倍）；同時分別在各時期選取一小區(qū)以噴施清水作為空白對照（CK），共18 個處理，每個處理3 個重復，每個小區(qū)4 行，行長4.0 m，每行種植15 株（密度約為51 000 株/hm2），進行常規(guī)田間栽培管理。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀的測定 玉米成熟后，每個處理選取10 株長勢較均勻的植株測量其株高、穗位高，同時在收獲后從每個處理中隨機選取10 穗果穗，測量其穗粗、穗長、千粒質量等產(chǎn)量性狀，脫粒測產(chǎn)，折算公頃產(chǎn)量。

1.4.2 籽粒中硒、砷和鎘含量的測定 每個處理選取品相較好的3 穗玉米，將籽粒脫粒后磨成粉末狀，用于測定硒、砷和鎘含量，各處理分別做3個生物學重復。采用國標法食品中硒的測定（GB 5009.93—2010）進行測定，其中，砷、硒含量的檢測采用原子熒光分析儀完成，鎘含量的檢測采用石墨原子吸收法[17]。

1.4.3 籽粒中蛋白質、脂肪和淀粉含量的測定 每個處理選取品相均勻的3 穗玉米，脫粒后烘干、混合后干燥封存，稱取適量樣品，采用DA7200 近紅外谷物品質分析儀檢測樣品中的蛋白質、脂肪和淀粉含量[18-19]，每個處理分別做3 個生物學重復。

1.5 統(tǒng)計分析

采用Excel 2019 進行數(shù)據(jù)整理及作圖，并利用SPSS 軟件進行顯著性檢驗及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 噴施硒肥后玉米的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量變化

由表1 可知，分別在玉米的拔節(jié)期、大喇叭口期和抽雄期噴施不同類型硒肥后，其株高、穗位高、穗粗、穗長、千粒質量等農(nóng)藝性狀均有不同程度升高，說明噴施葉面硒肥對玉米生長具有促進作用。同時，分別在3 個時期噴施糧油型鋅硒葆（B1）對玉米的株高、穗位高、穗長、千粒質量等4 個性狀的影響最大，且均與對照呈極顯著差異（P<0.01）；在拔節(jié)期噴施亞硒酸鈉（B2）對穗粗的影響最大，且與對照呈極顯著差異（P<0.01），而在大喇叭口期和抽雄期噴施硒硅肥1 號（B3）對穗粗的影響最大，與對照也呈極顯著差異（P<0.01）。

表1 噴施硒肥后玉米產(chǎn)量性狀變化Tab.1 Change of agronomic traits after spraying different selenium fertilizers at different stages

從圖1 可以看出，在拔節(jié)期噴施糧油型鋅硒葆對產(chǎn)量的增產(chǎn)率最大，為41.79%，且與對照呈極顯著差異（P<0.01），其次是大喇叭口期，增長率為21.13%，與對照也呈極顯著差異（P<0.01），而在這2 個時期噴施硒硅肥1 號的產(chǎn)量最低；在抽雄期噴施硒硅肥2 號（B4）的產(chǎn)量最高，增產(chǎn)率為22.66%，與對照差異極顯著（P<0.01），但沒有在拔節(jié)期和大喇叭口期噴施糧油型鋅硒葆的產(chǎn)量高。說明在拔節(jié)期噴施糧油型鋅硒葆對玉米增產(chǎn)效果最佳。

圖1 噴施硒肥后玉米產(chǎn)量變化Fig.1 Change of fresh yield of maize after spraying different selenium fertilizers at different stages

2.2 噴施硒肥后玉米籽粒中蛋白質、脂肪、淀粉含量變化

玉米籽粒中蛋白質、脂肪和淀粉含量是決定玉米品質優(yōu)劣的重要指標[20]。如圖2 所示，在拔節(jié)期、大喇叭口期和抽雄期分別噴施5 種不同類型硒肥后，各處理玉米籽粒的蛋白質含量升高，且均與對照呈極顯著差異（P<0.01），但同一時期不同硒肥處理的玉米籽粒中蛋白質含量差異不顯著。

圖2 噴施硒肥后籽粒蛋白質含量變化Fig.2 Change of protein contents of grains after spraying different selenium fertilizers at different stages

由圖3 可知，在3 個生長時期噴施不同類型硒肥后，玉米籽粒的脂肪含量也明顯升高，且升高的幅度各不相同，其中，在拔節(jié)期噴施亞硒酸鈉（B2）的脂肪含量最高，與對照差異極顯著（P<0.01）；在大喇叭口期和抽雄期噴施硒硅肥2 號的脂肪含量最高，與對照組也呈極顯著差異（P<0.01）。

圖3 噴施硒肥后籽粒脂肪含量變化Fig.3 Change of fat contents of grains after spraying different selenium fertilizers at different stages

在拔節(jié)期和大喇叭口期噴施不同類型硒肥后，玉米籽粒的淀粉含量也表現(xiàn)出明顯升高的趨勢（圖4），且均與對照差異極顯著（P<0.01），其中，以噴施硒硅肥1 號（B3）的淀粉含量最高，分別增加了20.89%和15.93%；在抽雄期中，以噴施糧油型鋅硒葆（B1）的淀粉含量最高，增加了14.97%，且與對照差異極顯著（P<0.01），而噴施硒硅肥3 號（B5）的淀粉含量最低，差異不顯著。

圖4 噴施硒肥后籽粒淀粉含量變化Fig.4 Change of starch contents of grains after spraying different selenium fertilizers at different stages

2.3 噴施硒肥后玉米籽粒中硒、砷和鎘含量變化

從表2 可以看出，在3 個生長時期噴施不同類型硒肥后，各處理玉米籽粒的硒含量明顯升高，與對照差異極顯著（P<0.01）。在拔節(jié)期，以噴施糧油型鋅硒葆（B1）的硒含量最高；在大喇叭口期和抽雄期，以噴施硒硅肥2 號（B4）的硒含量最高，其次是噴施糧油型鋅硒葆（B1）。除了在抽雄期噴施硒硅肥2 號（B4）的籽粒硒含量（0.711 1 mg/kg）超出標準值（400 μg/kg）外，其余處理的籽粒硒含量均在谷物類富硒農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)標準《GH/T 1135—2017》范圍內[21]。

表2 噴施硒肥后籽粒硒、砷、鎘含量Tab.2 Contents of selenium，cadmium，and arsenic of grains after spraying different selenium fertilizer at different stages mg/kg

從表2 可以看出，3 個生長時期中，各處理玉米籽粒的鎘和砷含量都大幅降低，其中，以噴施糧油型鋅硒葆（B1）的籽粒鎘和砷含量最低，與對照相比，鎘含量分別降低了94.15%（A1）、62.32%（A2）和68.87%（A3），砷含量分別降低了71.64%（A1）、62.60%（A2）和69.12%（A3），均與對照呈極顯著差異（P<0.01）。

2.4 噴施硒肥后玉米籽粒硒含量與鎘、砷含量相關性分析

相關性分析結果顯示（表3），在拔節(jié)期，玉米籽粒的硒含量與鎘含量呈顯著負相關，與砷含量呈極顯著負相關；在大喇叭口期，硒含量與鎘含量呈顯著負相關，與砷含量呈負相關，但不顯著；在抽雄期，硒含量與鎘含量呈負相關，但不顯著，與砷含量呈顯著負相關。這一結果說明在玉米葉面噴施不同類型的硒肥可以有效阻隔鎘和砷的積累，其中，以在拔節(jié)期噴施糧油型鋅硒葆所起到的阻隔作用效果最佳。

表3 不同生長時期硒、鎘和砷含量的相關性分析Tab.3 Correlation analysis of selenium，cadmium，and arsenic contents at different growth stages

3 討論

3.1 不同外源硒肥對玉米生長發(fā)育的影響

李少昆等[22]研究發(fā)現(xiàn)，株高和穗位高是衡量玉米生長發(fā)育良好與否的重要參考。王孟等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在富硒土壤中種植的玉米株高和穗位高都顯著高于非富硒土壤中種植的玉米，表明硒元素對玉米的生長發(fā)育具有顯著促進作用。本研究結果顯示，噴施5 種不同類型硒肥后，玉米的株高和穗位高均顯著高于對照，施用硒肥對玉米生長的促進作用，可能是因為適量的硒被玉米吸收后，過氧化物酶活性升高，增強了其抗氧化能力，從而提高了玉米的抗逆性和抗衰老能力，使其不斷生長，提高了株高和穗位高。而且在3 個不同生長時期噴施對株高和穗位高的促進效果都較為相似，其中，以噴施糧油型鋅硒葆的促進作用最大，因此，在生產(chǎn)上進行玉米葉面噴施硒肥時應以噴施糧油型鋅硒葆為主，以求對玉米生長發(fā)育的促進效果達到最佳。

3.2 不同外源硒肥對玉米產(chǎn)量的影響

黃愛花等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在不同生長時期噴施不同濃度硒肥后，甜玉米的鮮穗產(chǎn)量表現(xiàn)出明顯差異，其中，拔節(jié)期噴施硒肥的鮮穗產(chǎn)量隨著硒肥濃度的增加而降低。而本研究發(fā)現(xiàn)，在拔節(jié)期噴施5 種硒肥后玉米產(chǎn)量均高于在大喇叭口期和抽雄期噴施硒肥所獲得的產(chǎn)量，造成這一差別的原因可能是本研究所用的硒肥濃度較低，使硒肥更容易在玉米拔節(jié)期時吸收后就開始發(fā)揮作用，促進植株的生長發(fā)育，株高、穗位高得以提升，生物產(chǎn)量提高，所獲得的玉米產(chǎn)量也相應提高。這也說明了在適宜的生長階段噴施適當濃度的硒肥對玉米產(chǎn)量的重要性。同時，本研究中，在穗長和千粒質量顯著增加的情況下，在拔節(jié)期噴施糧油型鋅硒葆后所獲得的產(chǎn)量比噴施其他4 種硒肥獲得的產(chǎn)量都高，表明噴施糧油型鋅硒葆對玉米增產(chǎn)效果較好，而鄒成林等[25]研究認為，外源噴施糧油型鋅硒葆對玉米的增產(chǎn)效果不顯著，造成這一結果的原因可能是其所用的硒肥濃度偏高，以及不同玉米品種對硒肥吸收程度的差異。

3.3 不同外源硒肥對玉米籽粒品質的影響

前人研究表明，硒元素是提升玉米籽粒品質的關鍵因素之一，適量施用硒肥能顯著提高籽粒的蛋白質和淀粉含量，也能促進可溶性糖和蔗糖含量一定程度的升高，從而使籽粒的營養(yǎng)品質得到有效改善[20,26]。本研究結果發(fā)現(xiàn)，在3 個生長時期噴施不同類型硒肥后，各處理玉米籽粒的蛋白質、脂肪、淀粉含量均明顯高于對照，可能是因為外源硒肥可以參與調節(jié)一些蛋白質的合成，促進酶的基因轉錄表達，從而提高蛋白質、脂肪、淀粉含量，對玉米籽粒營養(yǎng)物質的合成具有較好的促進作用，這與鄭陽等[27]研究發(fā)現(xiàn)的硒能提升玉米籽粒的營養(yǎng)品質的結果相一致，本研究發(fā)現(xiàn)，從拔節(jié)期到抽雄期噴施硒肥均可提升籽粒營養(yǎng)品質，綜合考慮在拔節(jié)期噴施一次效果最佳。

3.4 不同外源硒肥對鎘、砷金屬的阻隔作用

重金屬鎘、砷的積累對作物的生長發(fā)育具有較大危害，如抑制作物種子萌發(fā)、胚芽根的伸長、葉綠素合成受阻等[28]。前人研究結果顯示，硒元素不僅對玉米根系中礦質元素的吸收有重要影響，也對土壤中存在的重金屬元素產(chǎn)生一定的阻隔作用[29-30]。本研究結果顯示，在3 個不同生長時期噴施不同類型硒肥后，玉米籽粒的鎘、砷含量均顯著降低，且硒含量與鎘、砷含量均呈顯著負相關，這一結果進一步驗證了上述觀點。正是硒在植株體內與鎘、砷重金屬形成無毒的金屬硒蛋白，通過細胞代謝并最終排出體外，達到阻隔作用。在3 個生長時期中，以在拔節(jié)期噴施不同硒肥后對鎘、砷元素阻隔效果最佳，因此，在玉米生產(chǎn)上應在拔節(jié)期噴施葉面硒肥，以期達到最好的阻隔效果。

4 結論

本研究結果表明，選擇合適的硒肥對玉米進行葉面噴施，不僅可以有效促進玉米植株的生長發(fā)育，提高籽粒的營養(yǎng)品質，還可以提高玉米產(chǎn)量，阻礙鎘、砷元素的吸收，其中，在拔節(jié)期噴施糧油型鋅硒葆對產(chǎn)量的提高和對鎘、砷元素的阻隔作用效果最佳。因此，在重金屬含量高的地區(qū)玉米生產(chǎn)上建議在拔節(jié)期噴施適量的糧油型鋅硒葆，以提高玉米抗逆性，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質的玉米產(chǎn)品。