姚海坡,董志強(qiáng),呂麗華,姚艷榮,鄭孟靜,金欣欣,賈秀領(lǐng)

(河北省農(nóng)林科學(xué)院 糧油作物研究所,農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測實驗站,河北省作物栽培生理與綠色生產(chǎn)重點(diǎn)實驗室，河北 石家莊 050035)

硒是植物健康生長的有益元素,也是人和動物生命活動中不可或缺的微量元素之一[1]。硒在人體中參與很多重要蛋白質(zhì)的組成,能夠起到預(yù)防并抑制心血管疾病和癌癥等一些特定疾病的作用[2-3]。世界衛(wèi)生組織推薦每人每天硒的攝入量為50～200 μg[4],而中國居民每天人均硒攝入量僅為26～32 μg[5],還未達(dá)到推薦量的下限。

常見的谷類作物如水稻、小麥、玉米、大麥等可滿足部分人體日常硒的需求,谷類作物中小麥?zhǔn)俏舾行椭参?對硒的富集能力最強(qiáng)[6],小麥硒的生物有效性最高,是人食物中最重要的硒來源,有研究稱在澳大利亞小麥占人飲食硒攝入量高達(dá)50%左右[7]。由此可見,小麥籽粒硒含量的高低對人類飲食的營養(yǎng)和身體健康起著重要的作用。作物硒含量的多少主要取決于土壤硒濃度的高低[8]。由于主糧作物利于大面積推廣且易于惠及普通民眾和不同消費(fèi)階層,因此，對主糧作物進(jìn)行硒生物或農(nóng)藝強(qiáng)化是最為安全和經(jīng)濟(jì)的補(bǔ)硒方式[9-10]。

河北省麥田土壤全硒含量為0.061～0.584 mg/kg,平均值為0.341 mg/kg,略高于全國平均值;其中石家莊藁城區(qū)、邢臺寧晉、邯鄲館陶麥田土壤全硒含量分別為0.35～0.50 mg/kg,0.25～0.30 mg/kg,0.12～0.18 mg/kg;麥田土壤全硒含量與土壤全硒、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤pH值等均呈顯著或極顯著正相關(guān),生產(chǎn)中可通過提高土壤有機(jī)質(zhì)來增加土壤硒的含量[11]。前人關(guān)于小麥籽粒硒含量的研究已有了一些報道[12-19],但有關(guān)不同富硒地區(qū)土壤對不同品種小麥籽粒硒含量的影響研究甚少,本試驗在黃淮北部太行山前平原區(qū)選取3個試驗點(diǎn)研究了相同水肥和田間管理條件下不同小麥品種籽粒硒含量和產(chǎn)量的變化,初步篩選出適宜藁城附近土壤富硒帶區(qū)域種植的冬小麥品種,以期為今后的小麥富硒研究工作提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

在河北省石家莊市藁城區(qū)河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所堤上試驗站(37°93′N, 114°72′E)、邢臺市寧晉縣北樓下村示范基地(37°37′N, 114°92′E)、邯鄲市館陶縣康莊村示范基地(36°47′N, 115°40′E)3個地點(diǎn)進(jìn)行。

1.2 供試材料

強(qiáng)筋小麥品種:藁優(yōu)2018(GY2018)、藁優(yōu)5766(GY5766)、冀麥738(JM738)、科農(nóng)2009(KN2009)、師欒02-I1(SL02-I1);中筋小麥品種:衡4444(H4444)、濟(jì)麥22(JM22);高產(chǎn)小麥品種:冀麥325(JM325)、冀麥418(JM418)、石麥22(SM22)、邢麥13(XM13)、嬰泊700(YB700)。

T1代表強(qiáng)筋品種平均值,T2代表中筋品種平均值,T3代表高產(chǎn)品種平均值,T4代表所有品種平均值。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2016-2018年在上述3個試驗點(diǎn)同步進(jìn)行,3個試驗地點(diǎn)的土壤質(zhì)地均為壤土,土壤肥力詳情見表1。各試驗點(diǎn)按照統(tǒng)一試驗方案實施,采用完全隨機(jī)排列設(shè)計,3次重復(fù)。灌水方式采為畦灌,小麥生育期灌溉2次,分別為拔節(jié)水和開花水,次灌水量均為75 mm;施肥情況為:施純氮240 kg/hm2(氮肥為尿素)、純磷135 kg/hm2(P2O5,磷肥為重過磷酸鈣)、純鉀45 kg/hm2(K2O,鉀肥為氯化鉀),其中氮肥40%基施、60%拔節(jié)期追施,磷鉀肥全部一次性基施。試驗田小區(qū)面積1.8 m×6.0 m,15 cm等行距播種,基本苗330萬株/hm2。藁城試驗田播種時間為2016年10月8日和2017年10月10日,收獲時間為2017年6月8日和2018年6月10日;寧晉2016年10月10日和2017年10月10日播種,2017年6月12日和2018年6月11日收獲;館陶2016年10月12日和2017年10月13日播種,2017年6月12日和2018年6月11日收獲。其他病蟲草害防治等同一般大田管理。

表1 不同試驗地點(diǎn)試驗田土壤基本特性(0～20 cm)

1.4 測定指標(biāo)和方法

1.4.1 籽粒產(chǎn)量 小麥孕穗期每個小區(qū)選取長勢一致、均勻的區(qū)域劃定為測產(chǎn)區(qū),面積為1.8 m×3.0 m=5.4 m2,成熟期人工收割,籽粒自然風(fēng)干后分別稱質(zhì)量,用谷物水分測定儀測量籽粒含水量,最終折算為含水量13%的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。

1.4.2 小麥籽粒硒含量每 小區(qū)收獲后的小麥籽粒隨機(jī)取100 g左右,用粉碎機(jī)粉碎。采用原子吸收分光光度計法測定硒含量,即稱取樣品1.00 g,加入混合酸(HNO3∶HClO4=4∶1)13 mL浸泡過夜,然后放置消煮爐至無色(或淺黃色)透明,溶液定容后用AA-I700型原子吸收分光光度計測定吸光值,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算消煮后溶液中硒的含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

兩試驗?zāi)甓鹊脑囼灲Y(jié)果除產(chǎn)量差異較大外,小麥籽粒硒的測定指標(biāo)趨勢基本一致,本研究主要以 2016-2017 年的結(jié)果進(jìn)行分析。采用Microsoft Excel 2007對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,SAS軟件進(jìn)行方差分析,用最小顯著性差異法(LSD)檢驗差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地點(diǎn)不同品種冬小麥籽粒硒含量的變化

以2016-2017年為例,對3個地點(diǎn)冬小麥籽粒硒含量的測定結(jié)果表明(圖1),藁城硒含量的平均值最高,達(dá)到0.177 mg/kg,寧晉小麥籽粒硒含量平均值低于藁城但差異不顯著,為0.084 mg/kg,館陶顯著低于藁城,小麥籽粒硒含量平均值僅為0.04 mg/kg;相同品種不同地點(diǎn)間差異較大,藁城中筋和高產(chǎn)小麥硒含量都顯著高于寧晉和館陶,其中,藁城強(qiáng)筋小麥籽粒硒含量平均值較寧晉、館陶分別增加77.0%,244.7%,藁城中筋小麥較寧晉、館陶分別增加107.9%,366.7%,藁城高產(chǎn)小麥較寧晉、館陶分別增加148.1%和430.6%。藁城、寧晉、館陶2018年小麥籽粒硒含量平均值比2017年分別增加10.7%,15.5%,30.0%,原因可能是年度間氣候條件或產(chǎn)量差異較大。

不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2-3同。

同一地點(diǎn),不同品種間小麥籽粒硒含量存在一定差異,藁城、寧晉小麥籽粒硒含量平均值均表現(xiàn)為中筋品種>高產(chǎn)品種>強(qiáng)筋品種,館陶則為中筋品種>強(qiáng)筋品種>高產(chǎn)品種。其中藁城優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥籽粒硒含量平均值較中筋小麥減少37.6%,寧晉減少26.7%,館陶減少15.6%。以藁城為例(圖2),中筋品種衡4444、濟(jì)麥22籽粒硒含量均達(dá)到0.20 mg/kg以上,平均值為0.21 mg/kg;高產(chǎn)小麥品種石麥22、邢麥13和嬰泊700籽粒硒含量均達(dá)到0.20 mg/kg以上,冀麥325、冀麥418較低分別為0.162,0.145 mg/kg;優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種籽粒硒含量相對于中筋和高產(chǎn)小麥品種均較低,平均值為0.131 mg/kg,小麥籽粒硒含量科農(nóng)2009>藁優(yōu)2018>藁優(yōu)5766>冀麥738>師欒02-I1。試驗結(jié)果表明,優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種籽粒含硒量并不一定比普通品種高。由于土壤中硒資源分布的局限性與不均衡性,高硒區(qū)也存在低硒土壤,同一地區(qū)不同地塊土壤中硒含量的差異性可能會影響小麥籽粒硒含量水平。

圖2 藁城不同小麥品種籽粒硒含量的變化

2.2 不同地點(diǎn)不同品種小麥籽粒產(chǎn)量的比較

從圖3可以看出,2016-2017年不同地點(diǎn)不同品種小麥籽粒產(chǎn)量平均值的變化趨勢和籽粒硒含量平均值的變化趨勢相同:藁城>寧晉>館陶。其中藁城小麥產(chǎn)量平均值較寧晉、館陶分別增加了11.0%和13.7%,寧晉小麥產(chǎn)量平均值較館陶增加2.3%。2017-2018年寧晉小麥產(chǎn)量平均值略高于藁城小麥產(chǎn)量平均值,較藁城增加0.91%,較館陶增加12.6%。2 a結(jié)果顯示,優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種冀麥738在3個地點(diǎn)產(chǎn)量表現(xiàn)均良好,藁城、寧晉科農(nóng)2009的產(chǎn)量表現(xiàn)好于館陶,藁城、館陶藁優(yōu)5766的產(chǎn)量表現(xiàn)好于寧晉,表明不同優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種的適合種植區(qū)域存在一定差異,種植時應(yīng)考慮本地塊適合種植的品種。

圖3 不同地點(diǎn)小麥籽粒產(chǎn)量的變化

同一地點(diǎn)、不同品種產(chǎn)量平均值間相比較2 a間存在一定差異,2016-2017年,藁城高產(chǎn)品種>中筋品種>強(qiáng)筋品種,其中高產(chǎn)品種小麥產(chǎn)量平均值較中筋、強(qiáng)筋品種分別增加5.8%和11.6%;寧晉中筋品種>高產(chǎn)品種>強(qiáng)筋品種,中筋品種小麥產(chǎn)量平均值較高產(chǎn)、強(qiáng)筋品種分別增加5.8%,9.2%;館陶和寧晉相同,中筋品種小麥產(chǎn)量平均值較高產(chǎn)、強(qiáng)筋品種分別增加2.6%和4.9%。2017-2018年,3個地點(diǎn)小麥產(chǎn)量平均值均表現(xiàn)為高產(chǎn)品種高于中筋品種和強(qiáng)筋品種。結(jié)果表明,3個地點(diǎn)小麥產(chǎn)量的共同點(diǎn)是優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種產(chǎn)量平均值最低,總體產(chǎn)量水平低的館陶優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋與中筋、高產(chǎn)品種小麥產(chǎn)量的差值最小。

2 a小麥產(chǎn)量間差異較大,3個試驗地點(diǎn)2017-2018年小麥產(chǎn)量明顯低于2016-2017年度。藁城、寧晉、館陶2017-2018年小麥產(chǎn)量平均值較2016-2017年分別減少28.9%,20.5%,38.4%,可能是年度間氣候條件(降水量、降水時期、干熱風(fēng)等)差異大造成的。

2.3 不同地點(diǎn)土壤硒含量和小麥籽粒硒含量相關(guān)性分析

土壤硒含量與小麥籽粒硒含量之間存在正相關(guān)性(R=0.972),但不顯著(P=0.152>0.05),不同地點(diǎn)間表現(xiàn)出土壤硒含量高的地塊小麥籽粒硒含量也隨之增加,土壤硒含量藁城、寧晉、館陶的比為2.9∶2.0∶1.0,小麥籽粒硒含量藁城、寧晉、館陶的比為4.4∶2.1∶1.0(表2)。河北太行山前平原區(qū)堿性土壤環(huán)境下,硒元素有較強(qiáng)的生物有效性,石家莊市藁城區(qū)南部的丘頭鎮(zhèn)、南營鎮(zhèn)、梅花鎮(zhèn)、賈市莊鎮(zhèn)南部一帶土壤硒含量較高,其中硒含量大于0.4 mg/kg的區(qū)域有171.1 km2,這一地帶小麥籽粒硒含量會明顯高于其他地塊。雖然邢臺寧晉縣與藁城區(qū)距離很近,但由于土壤中硒分布的不均衡性,導(dǎo)致兩地差異較大。

表2 土壤硒含量和小麥籽粒硒含量的相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

硒元素從土壤向作物運(yùn)轉(zhuǎn)不僅受土壤硒本身賦存狀態(tài)、含量多少等因素的影響,還與不同作物本身的同化能力有著密切關(guān)系[20]。本研究對黃淮海北部太行山前平原3個地點(diǎn)不同類型小麥品種收獲后籽粒含硒量測定分析結(jié)果表明,藁城小麥籽粒硒含量平均值最高為0.177 mg/kg,寧晉次之,為0.084 mg/kg,館陶最低,僅為0.04 mg/kg。說明相同小麥品種在不同地點(diǎn)間種植籽粒硒含量存在一定差異,原因是土壤中硒含量多少的差異所導(dǎo)致,這與魯璐等[21]的研究結(jié)論存在一定差異,他認(rèn)為不同地區(qū)種植的小麥品種硒含量沒有顯著差異,這與其研究區(qū)域土壤硒含量太低有關(guān),四川盆地地區(qū)土壤屬缺硒區(qū)。目前,一般將土壤中硒含量大于0.4 mg/kg作為富硒土壤標(biāo)準(zhǔn),本研究中藁城試驗點(diǎn)土壤硒含量在0.5 mg/kg以上,因此,該試驗點(diǎn)小麥?zhǔn)斋@后籽粒硒平均含量也達(dá)到了富硒小麥籽粒標(biāo)準(zhǔn)(0.16 mg/kg),像中筋小麥品種衡4444、濟(jì)麥22及高產(chǎn)小麥品種石麥22、邢麥13和嬰泊700等籽粒硒含量均高于0.2 mg/kg,篩選出硒耐性強(qiáng)的小麥品種有利于實現(xiàn)在富硒土壤地區(qū)更好地推廣應(yīng)用。不同品種類型小麥籽粒硒含量存在一定差異,本試驗3個地點(diǎn)的測定結(jié)果總體表明,優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋品種小麥籽粒硒含量要低于中筋品種和普通高產(chǎn)品種。

劉慧等[22]通過測定中國不同麥區(qū)73份春小麥和582份冬小麥樣品表明,小麥籽粒硒含量不受產(chǎn)量的影響,而受硒肥、土壤有效硒含量以及拔節(jié)前植株硒含量的顯著影響。本研究表明,土壤硒含量與小麥籽粒硒含量之間存在正相關(guān)性,差異不顯著,小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒硒含量無相關(guān)性,這與劉慧等的研究結(jié)論相一致。小麥籽粒微量元素含量變異的因素中生態(tài)環(huán)境的影響要大于遺傳因素,進(jìn)而可以認(rèn)為小麥籽粒微量元素含量的可塑性較強(qiáng)。