邢 穎,劉永賢,梁潘霞,廖 青,潘麗萍,陳錦平,黃太慶,江澤普
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磷對富硒赤紅壤與紅壤上小白菜硒吸收及土壤硒形態(tài)的影響①
邢 穎,劉永賢,梁潘霞,廖 青,潘麗萍,陳錦平,黃太慶,江澤普*
(廣西農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,南寧 530007)
采用土培盆栽試驗方法,研究了廣西兩種主要富硒土壤施入不同水平磷對小白菜硒吸收積累的影響及土壤硒形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律,旨在為提高土壤有效形態(tài)硒含量及植物硒含量提供理論依據(jù)。試驗采集廣西具有代表性的富硒赤紅壤(貴港市桂平市)和富硒紅壤(桂林市永??h),設(shè)置4個磷梯度盆栽試驗。結(jié)果表明:相同的磷處理在不同土壤上對小白菜硒吸收效果不同。在富硒赤紅壤上低磷處理(P50,50 mg/kg)有利于小白菜地上部和地下部對硒的吸收;在富硒紅壤上中磷處理(P110,110 mg/kg)小白菜地上部硒含量最高,地下部施入磷則硒含量均顯著低于對照。同時,磷的施入對硒在小白菜體內(nèi)的轉(zhuǎn)運在兩種土壤上也存在差異。在富硒赤紅壤上當磷施入量在80 mg/kg以下時,磷的施入會抑制硒從地下部向地上部的轉(zhuǎn)運;在富硒紅壤上磷的施入則均能促進硒的轉(zhuǎn)運;但二者均在中磷處理時達到峰值。植株體內(nèi)硒含量間的差異取決于土壤有效形態(tài)硒含量。研究結(jié)果顯示磷的施入均顯著增加了土壤中水溶態(tài)和交換態(tài)硒的含量,且小白菜硒的含量與土壤中水溶態(tài)硒規(guī)律一致。研究還發(fā)現(xiàn)在兩種土壤上不同磷處理對土壤硒形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律不同,這為進一步研究磷與土壤硒間的互作關(guān)系提供了參考。
磷;富硒赤紅壤;富硒紅壤;硒形態(tài)
硒是人和動物必需的微量元素,而硒的缺乏或過量都會引起疾病[1]。而食品中硒主要來源于植物,其硒含量很大程度上取決于栽培土壤硒的本底水平[2]。土壤中硒的形態(tài)及價態(tài)直接影響著植物對硒的吸收與積累[3-5]。有效態(tài)硒作為植物最易吸收利用的形態(tài),與植物硒含量的相關(guān)性最好[6]。土壤中的硒根據(jù)其溶解性、移動性、有效性和毒性的大小,按從大到小的順序分為可溶態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)及可交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)5種形態(tài)[7]。一般認為可溶態(tài)和可交換態(tài)的硒易于被植物吸收利用,也被稱為土壤有效硒[8]。土壤中硒的形態(tài)也隨土壤性質(zhì)(如pH、Eh)、礦物質(zhì)的組成、吸附表面等不同而發(fā)生變化[9-10]。因此,利用影響硒形態(tài)的因素可以改變土壤硒有效性,是調(diào)控土壤-植物硒轉(zhuǎn)化的有效途徑。
Liu等[11]的研究發(fā)現(xiàn),適量施磷能促進水稻地上部對四價硒的累積,但過量施磷卻抑制了地上部對四價硒的累積,且施用不同磷量均抑制了水稻地下部硒的吸收。陳思楊等[12]研究發(fā)現(xiàn)缺磷處理水稻的地上部、地下部硒含量下降;而小麥的地上部、地下部硒含量增加。趙文龍等[13]研究發(fā)現(xiàn)磷硒間的相互作用受硒含量影響。在低硒條件下(≤1.0 mg/kg)條件下,磷會抑制小白菜地上部和地下部硒的吸收,導致硒含量下降。當土壤硒含量增加至5.0 mg/kg時,施磷對小白菜地上部硒含量影響不顯著,但顯著增加了小白菜地下部硒含量,說明施磷能促進小白菜根部對硒的吸收[14]。有研究認為亞硒酸鹽是通過被動運輸?shù)姆绞竭M入植物體[15],研究發(fā)現(xiàn)磷能促進植物蒸騰作用,而蒸騰作用直接影響亞硒酸鹽的被動運輸[16]。因此,施磷通過增強植物的蒸騰作用和促進根部生長來間接促進硒的被動吸收。同時有研究發(fā)現(xiàn),菜豆、大豆、單細胞真核生物球石藻對亞硒酸鹽的吸收同時存在主動和被動兩種吸收方式,植物對磷和硒的選擇吸收性及環(huán)境介質(zhì)中磷和硒的含量比是決定哪種方式起主要作用的因素[17]。在實際的土壤條件下磷與硒間的相互關(guān)系十分復雜,兩者間的關(guān)系隨土壤條件的不同會產(chǎn)生不同的變化,因此研究兩者在廣西天然富硒區(qū)的相互作用對提高作物硒素吸收積累十分有意義。
廣西是富硒大省區(qū),富硒土壤面積達 212.1萬hm2[18],為目前全國圈定出的特大面積連片富硒土壤區(qū)域;其中占土壤總面積34.95% 的為赤紅壤和30.05% 的為紅壤。赤紅壤硒含量較高,平均含量為0.964 mg/kg,紅壤硒含量平均為0.645 mg/kg[19-20],有效硒含量占總硒的12.8%,而富硒土壤種植玉米、水稻、水果及羅漢果等天然硒含量未達廣西富硒含量標準。因此,通過研究富硒赤紅壤和富硒紅壤上磷對小白菜硒吸收積累以及土壤硒形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響,探究兩種類型土壤上磷-硒互作效應(yīng),對進一步提高廣西富硒土壤硒有效性具有十分重要的意義。
試驗用土分別采自廣西貴港市桂平市(富硒赤紅壤)和廣西桂林市永??h(富硒紅壤),土壤養(yǎng)分、總硒及有效硒含量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。
表1 盆栽用土土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
注:貴港市桂平市土壤為赤紅壤砂頁巖母質(zhì),桂林市永??h土壤為紅壤砂頁巖母質(zhì)。
盆栽作物為小白菜,品種為長梗白菜。盆栽試驗用磷肥為磷酸二氫鈉(分析純),氮肥主要成分為尿素(分析純),鉀肥主要成分為氯化鉀(分析純)。
試驗共設(shè)置4個磷(P)水平:50、80、110、150 mg/kg,分別記作P50、P80、P110、P150,以及不施磷肥的對照CK,各處理3次重復。選擇內(nèi)徑13.5 cm、深10.5 cm 的塑料盆,每盆裝土0.7 kg,每千克土壤施入0.15 g氮(N)和0.1 g鉀(K),將各處理磷換算成對應(yīng)的磷酸二氫鈉含量后,將其配置成溶液用小型噴壺均勻噴入土壤,調(diào)節(jié)水分為田間持水量的60%,放置10 d后播種。每盆播種10粒,7 d 后間苗,10 d 后定苗至3株。小白菜在塑料大棚內(nèi)生長,期間保持自然光照及通風,最高溫度為25 ~ 35℃,最低溫度為15 ~ 25℃,生長期間保持土壤濕度為田間持水量的70% 左右,30 d 后收獲。
小白菜收獲后,測定其地上部和地下部生物量、硒含量。土壤測定基礎(chǔ)土樣常規(guī)理化性質(zhì)及有效硒含量,盆栽收獲后測定土壤不同形態(tài)硒含量。
植株樣測定的具體方法是:將小白菜連根收獲,用蒸餾水將根和葉子洗凈,并用吸水紙擦干。稱量鮮重后植物樣品105℃殺青30 min 后,60℃烘至恒重,稱量地上和地下部干重。植物樣品中硒的測定:樣品經(jīng)HNO3-HClO4(體積比為4∶1)消解和6 mol/L 鹽酸還原后,用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法(北京吉天AFS-930 雙道原子熒光光度計)測定[21]。土壤基本理化性質(zhì)用常規(guī)方法[22]測定。
土樣自然風干后,過20 和100 目篩,采用連續(xù)浸提法提取各含硒組分[23-25],具體步驟如下:①水溶態(tài)。稱取2. 000 0 g過100 目篩土壤樣品于干凈的50 ml 聚丙烯離心管中,加入去離子水20 ml,在25℃下以轉(zhuǎn)速200 r/min 恒溫振蕩1 h,然后以4 000 r/min轉(zhuǎn)速離心10 min,傾出上清液,過濾,待測。②交換態(tài)。在①沉淀中加入0.1 mol/L KH2PO4-K2HPO4溶液20 ml,在25 ℃下以轉(zhuǎn)速200 r/min恒溫振蕩2 h,離心及待測步驟同①。③鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)。在②沉淀中加入3 mol/L HCl 20 ml,置于90 ℃恒溫水浴中加熱50 min,期間以轉(zhuǎn)速200 r/min間歇振蕩,離心及待測步驟同①。④有機結(jié)合態(tài)。在③沉淀中加入0. 1 mol/LK2S2O820 ml,置于90 ℃恒溫水浴中加熱2 h,期間以轉(zhuǎn)速200 r/min間歇振蕩,離心及待測步驟同①。⑤殘渣態(tài)。將④沉淀烘干,取出殘渣,重新研磨,稱取1. 000 0 g左右,以下操作同土壤總硒的測定。每個提取態(tài)前后都將離心管稱重用以扣除殘留在沉淀中未被傾倒出的硒。土壤總硒: 采用HNO3-HClO4(體積比為3∶2) 消解,后續(xù)步驟同植物樣硒測定。
試驗數(shù)據(jù)取3次重復的平均值和標準誤差,采用SPSS17.0軟件進行方差分析,用SSR法進行差異顯著性檢驗,顯著性水平設(shè)定為= 0.05,Excel 2013進行制表繪圖。
TF(轉(zhuǎn)移系數(shù))=/[26]
式中:表示植株地上部硒含量(mg/kg);表示植株地下部硒含量(mg/kg)。
圖1為不同磷水平處理對富硒赤紅壤和紅壤上小白菜地上部和地下部硒含量的影響。從圖1可以看出,兩種土壤條件下小白菜地上部和地下部硒含量規(guī)律有顯著差異。其中,在赤紅壤條件下小白菜地上部硒含量均顯著高于地下部,不同磷水平處理間地上部和地下部硒含量均存在差異,隨磷施入量增加地上部和地下部硒含量均有不同程度的下降,其中低磷處理(P50)在富硒赤紅壤上有利于植株對硒的吸收。在紅壤條件下小白菜地上部和地下部硒的吸收則與赤紅壤不同,在同一處理中地下部硒含量高于地上部,即紅壤條件下硒多積累于根部,而磷的施入顯著減少了根部硒含量;隨磷施入量增加小白菜地上部和地下部硒含量均顯著增加,其中在P110處理時達到峰值。
(圖中不同小寫字母表示同一部位不同磷處理間差異在P<0.05 水平顯著)
用轉(zhuǎn)移系數(shù)TF來反映磷對小白菜硒從地下向地上轉(zhuǎn)移的影響。結(jié)果表明,赤紅壤和紅壤條件下小白菜硒的轉(zhuǎn)移系數(shù)差異顯著(圖2)。在赤紅壤上硒轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF值)均大于1,紅壤條件下均小于1;在兩種土壤上硒轉(zhuǎn)移系數(shù)均為P110處理(110 mg/kg)最高,且顯著高于其他處理。在赤紅壤上P50、P80處理與對照相比硒的轉(zhuǎn)移系數(shù)分別下降了7.98% 和4.40%,說明在富硒赤紅壤上低磷處理會降低小白菜地下部硒向地上部的轉(zhuǎn)移;而P110、P150處理分別使硒轉(zhuǎn)移系數(shù)相較于對照增加了56.25% 和13.04%,說明高磷處理有利于硒從地下部向地上部轉(zhuǎn)移。在紅壤上結(jié)果有所不同,小白菜硒轉(zhuǎn)移系數(shù)與對照相比均有不同程度的增加,其中P110處理(110 mg/kg)的硒轉(zhuǎn)移系數(shù)相較于對照增加了125.82%,不同磷處理增加量均在75% 以上,說明磷的施入顯著提高了小白菜地下部硒向地上部的轉(zhuǎn)移。兩種土壤因土壤類型不同,因此當施入相同的磷時小白菜對硒的轉(zhuǎn)移能力也會有所差異,這與土壤本身的理化性質(zhì)等因素有關(guān)。
(圖中不同小寫字母表示不同處理在P<0.05 水平差異顯著)
不同量的磷施入土壤后,小白菜地上部與地下部硒含量的變化取決于土壤不同形態(tài)硒含量的變化。表2為富硒赤紅壤和富硒紅壤在不同磷處理下土壤硒形態(tài)的變化。相對于對照,磷的加入使兩種土壤有效態(tài)硒均有顯著增加,其中在赤紅壤上不同磷處理顯著提高了水溶態(tài)和交換態(tài)硒的含量,且磷的加入更有利于增加水溶態(tài)硒的含量,在富硒紅壤上規(guī)律一致。據(jù)表2結(jié)果還可以看出,不同磷處理在不同類型富硒土壤上硒形態(tài)變化規(guī)律不同。在富硒赤紅壤上,P50、P80和P110處理增加土壤有效態(tài)硒含量,而同時鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機結(jié)合態(tài)硒含量顯著下降,說明在磷含量低于110 mg/kg時富硒赤紅壤中有效態(tài)硒主要來源于鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化;當磷濃度升高至150 mg/kg時,鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機結(jié)合態(tài)硒幾乎沒有變化外,主要由殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化為有效態(tài)。在富硒紅壤上,除P80處理有部分有效態(tài)硒來自鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化外,其他均由殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化;同時磷的施入也增加了有機結(jié)合態(tài)硒的含量。由此可見,不同磷處理在不同土壤類型上對硒的轉(zhuǎn)化結(jié)果不同,但均能提高土壤硒有效態(tài)的含量,進而增加了小白菜硒的含量。
從表2可以看出,兩種富硒土壤水溶態(tài)硒含量增加量均顯著高于交換態(tài)。其中富硒赤紅壤水溶態(tài)以P50處理最高,相較于對照增加198.17%,而在圖1中小白菜地上部和地下部硒含量最高也是P50處理。富硒紅壤水溶態(tài)以P110處理最高,相較于對照增加155.88%,且在圖1中小白菜地上部硒含量最高值也是P110。因此可以認為,在富硒土壤上植物吸收土壤中的有效形態(tài)硒時優(yōu)先選擇水溶態(tài)硒。
表2 不同磷水平對富硒赤紅壤和紅壤土壤硒形態(tài)的影響(%)
注:同列數(shù)據(jù)不同小寫字母者表示處理間差異在<0.05 水平顯著,下同。
本研究發(fā)現(xiàn),相同的磷施入不同類型的富硒土壤后小白菜對硒的吸收效果不同。在富硒赤紅壤上,小白菜對硒的吸收地上部顯著高于地下部,但當施入的磷量增加時,地上部和地下部硒含量有不同程度的下降。低磷處理(P50,50 mg/kg)有利于小白菜地上部和地下部對硒的吸收。在富硒紅壤上,小白菜地下部硒含量高于地上部,不同磷處理降低了地下部硒的含量,但地上部在中磷處理(P110,110 mg/kg)時硒含量最高。周駿等[27]對土壤-水稻系統(tǒng)中硒的遷移研究發(fā)現(xiàn),土壤性質(zhì)不同水稻對硒的吸收也不同。這與土壤類型、土壤有機質(zhì)、pH等因素有關(guān)。本研究中的兩種土壤其類型不同,因此在施入磷后表現(xiàn)出不同的硒吸收結(jié)果,也印證了這一結(jié)論。趙文龍等[28]研究發(fā)現(xiàn),當土壤中有硒存在的同時磷的施入會增加小白菜中硒的含量,低磷處理的影響顯著高于高磷處理,這與本研究中富硒赤紅壤上的結(jié)果一致。磷和硒的相互作用受到硒含量的影響,在土壤硒含量≤1.0 mg/kg范圍內(nèi)施用高含量的磷能促進小白菜體內(nèi)硒從地下到地上的轉(zhuǎn)運[13],這與本研究結(jié)果一致。兩種富硒土壤在本研究中均為施入中高含量的磷促進了小白菜地下部硒向地上部的轉(zhuǎn)運。
在土壤-植物系統(tǒng)中,磷與硒的相互作用十分復雜,有研究認為土壤中的磷酸鹽和亞硒酸鹽競爭吸附位點,且磷酸鹽的吸附性較強,因此磷的施入能夠降低土壤對硒酸鹽的吸附,提高土壤硒的有效性[29-30]。這與本研究中磷的施入提高了兩種類型土壤中水溶態(tài)和交換態(tài)硒含量結(jié)論一致。由此可見,有關(guān)磷酸鹽與亞硒酸鹽的相互作用對植物硒吸收、轉(zhuǎn)運的影響的研究結(jié)果不盡一致。同時在富硒赤紅壤和富硒紅壤上不同水平磷的施入土壤硒形態(tài)變化規(guī)律不同。一方面可能是因為磷的施入改變了土壤中磷酸鹽和硒酸鹽的比例,從而打破了原來的硒形態(tài)平衡,使硒形態(tài)產(chǎn)生了變化。趙文龍等[13]研究認為磷硒的相互作用受磷施入量的影響,也從側(cè)面印證了這一猜想。另一方面可能是磷的施入對土壤理化性質(zhì)、微生物和酶等產(chǎn)生了影響,從而使存在于其中的硒形態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)化。在這一方面相關(guān)研究鮮有報道,需進一步研究。
大量研究表明,磷肥的施入會增加植物對硒的吸收,兩者間存在協(xié)同作用。也有研究認為兩者在吸收時競爭同一轉(zhuǎn)運通道,因此存在拮抗作用[13]。但在實際情況中卻十分復雜,根據(jù)土壤本身硒含量、不同形態(tài)硒含量及理化性質(zhì)等不同結(jié)果也會存在差異。本研究中兩種土壤類型上小白菜體內(nèi)硒含量均與土壤中有效態(tài)硒含量規(guī)律一致,且與水溶態(tài)硒含量關(guān)系最為密切。侯軍寧和李繼云[31]研究發(fā)現(xiàn)水溶態(tài)硒與作物吸收性之間有良好的相關(guān)性,這與本研究結(jié)果一致。但同時也指出這種規(guī)律常出現(xiàn)在盆栽試驗中,大田試驗則常有異常。因此,針對大田土壤磷-硒間的互作關(guān)系仍需進一步研究。
在富硒赤紅壤和富硒紅壤上施入不同用量的磷均有利于小白菜對硒的吸收。其中,在富硒赤紅壤上磷用量50 mg/kg時小白菜對硒的吸收效果最佳,在富硒紅壤上磷用量在110 mg/kg時小白菜地上部硒吸收效果最佳,且地下部施入磷后硒含量均顯著低于對照。小白菜體內(nèi)硒的轉(zhuǎn)運在兩種土壤上也存在差異,在富硒赤紅壤上當磷施入量為80 mg/kg以下時,磷的施入會抑制硒從地下部向地上部的轉(zhuǎn)運,在富硒紅壤上則均能促進硒的轉(zhuǎn)運,但均在110 mg/kg時達到峰值。說明不同土壤類型對土壤-植物系統(tǒng)中硒的吸收轉(zhuǎn)化結(jié)果不同。通過測定土壤中不同形態(tài)硒含量,發(fā)現(xiàn)磷的施入顯著增加了土壤中水溶態(tài)與交換態(tài)硒的含量,且土壤中水溶態(tài)硒含量與植株中硒含量規(guī)律一致。但磷施入后在兩種土壤上對硒形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律不同,產(chǎn)生這樣差異的原因及機制有待進一步研究。
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Effects of Phosphorus on Selenium Uptake of Pakchoi and Soil Selenium Morphology in Se-rich Latosolic Red Soil and Red Soil
XING Ying, LIU Yongxian , LIANG Panxia, LIAO Qing, PAN Liping, CHEN Jinping, HUANG Taiqing, JIANG Zepu*
(Agricultural Resources and Environment Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China)
In orderto provide theoretical basis for improving selenium content in soil and plant, the effects of different concentrations of phosphorus on selenium uptake and accumulation of pakchoi in two main selenium-rich soils of Guangxi and the morphological transformation of soil selenium were studied by soil culture pot experiment in which four phosphorus concentration gradients were designed for Se-rich latosolic red soils (Guiping City, Guigang City) and red soils (Yongfu County, Guilin City) in Guangxi. The results showed that the same phosphorus treatment had different effects on selenium uptake of pakchoi in different soils. Low phosphorus treatment (P50, 50 mg/kg) was beneficial to selenium uptake of pakchoi in Se-rich latosolic red soils. Selenium content in the aboveground part of pakchoi was the highest in P110 treatment (110 mg/kg), while that in the underground part was significantly lower than the control group in Se-rich red soils. At the same time, selenium transport by applying phosphorus to pakchoi was also different in the two soils. In Se-rich latosolic red soils, when the amount of phosphorus was less than 80 mg/kg, the application of phosphorus inhibited selenium transport from underground to aboveground, but selenium transport was promoted in Se-rich red soils, and both peaked at P110. The difference of selenium content in plants depends on the effective form of selenium content in soil. The results showed that the application of phosphorus significantly increased the contents of water soluble and exchangeable selenium in soil, and selenium content in pakchoi was consistent with the water-soluble selenium in the soil, different phosphorus treatments had different rules in selenium morphological transformation in the two soils, which provides a reference for further study on the interaction between phosphorus and selenium.
Phosphorus; Se-rich latosolic red soils; Se-rich red soils; Selenium morphology
國家自然科學基金項目(41761052)、廣西創(chuàng)新驅(qū)動重大專項項目(桂科AA17202026)、廣西青年基金項目(2016GXNSFBA380131)、廣西農(nóng)業(yè)科學院科技發(fā)展基金項目(桂農(nóng)科2017JM01;桂農(nóng)科2017JM03)、廣西農(nóng)業(yè)科學院基本科研業(yè)務(wù)專項項目(桂農(nóng)科2017YZ03;2015YT33)和廣西富硒特色作物試驗站項目(桂TS2016011)資助。
(lzjeep@163.com)
邢穎(1986—),女,青海西寧人,碩士,助理研究員,主要從事土壤生態(tài)與高值農(nóng)業(yè)研究。E-mail: xingying-126@163.com
10.13758/j.cnki.tr.2018.06.018
S151.9
A