劉攀鋒 秦 杰 郝爽楠 王丹立 楊武德 馮美臣 宋曉彥

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（籌），030031，山西太原）

硒是人類必需的微量元素，對細(xì)菌、古菌和動物也至關(guān)重要[1]。硒與人類克山病、大骨節(jié)病、心血管疾病等及增強(qiáng)人體免疫力、預(yù)防癌癥有關(guān)[2]，然而硒缺乏是人類面臨的一個(gè)重大問題。目前中國有2/3的耕作土壤缺硒，此外我國居民日常硒攝入量低于國家營養(yǎng)學(xué)會推薦標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]。硒在人體內(nèi)無法通過自身合成，植物可以通過生物轉(zhuǎn)化形成對人體安全形態(tài)的硒，因此可以通過施用外源硒來提高糧食作物的硒含量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人體補(bǔ)硒[4]。谷子是中國北方主要的糧食作物之一，具有抗旱、耐儲存和營養(yǎng)價(jià)值豐富等特點(diǎn)，長期以來被人們作為滋補(bǔ)強(qiáng)身的食物[5]。由于小米的廣泛消費(fèi)，生產(chǎn)硒營養(yǎng)強(qiáng)化小米可作為補(bǔ)充硒的一種途徑。盡管硒不是植物生長必需的元素，但是大量研究[6-10]表明，施硒可以促進(jìn)植物生長。梁晶[11]對谷子葉面噴施4種不同硒肥，發(fā)現(xiàn)均可以提高谷子產(chǎn)量和籽粒硒含量。蘭敏等[12]在谷子孕穗期和灌漿期葉面噴施納米硒肥，發(fā)現(xiàn)生物量和籽粒硒含量均表現(xiàn)為灌漿期優(yōu)于孕穗期。穆婷婷等[13]在谷子不同生育時(shí)期葉面噴硒，發(fā)現(xiàn)籽粒硒富集效果表現(xiàn)為灌漿期＞抽穗期＞苗期。吳季蓉等[14]在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期對不同品種谷子噴施硒，發(fā)現(xiàn)在抽穗期噴硒對谷子產(chǎn)量提高效果最好。郭美俊等[15]對晉谷21號和張雜谷10號葉面噴施不同濃度的亞硒酸鈉（Na2SeO3），發(fā)現(xiàn)隨施硒量的增加產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢。目前關(guān)于谷子硒營養(yǎng)強(qiáng)化的研究主要集中在不同施硒劑量、時(shí)期和谷子品種的研究上，關(guān)于施硒方式的報(bào)道較少，且綜合考慮各施硒因素對不同谷子品種產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響尚不明確。本研究以施硒濃度、時(shí)期、方式和谷子品種4個(gè)因素，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過研究各因素對谷子產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響，選出最佳施硒方案，為生產(chǎn)安全的硒營養(yǎng)強(qiáng)化谷子提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于山西省晉中市太谷縣申奉村試驗(yàn)地（112°35′57″ E，37°25′39″ N）進(jìn)行，年均氣溫11.5℃，無霜期176d，年降水量432.4mm。前茬作物為玉米，土壤為灰褐土，pH 7.72，有機(jī)質(zhì)20.35g/kg、速效氮 53.75mg/kg、有效磷 15.26mg/kg、速效鉀147.64mg/kg、全硒0.053mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試谷子品種為晉谷28號和晉谷21號，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。外源硒為Na2SeO3。

采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，4個(gè)因素分別為施硒濃度（A）、谷子品種（B）、施硒時(shí)期（C）和施硒方式（D），其中施硒濃度為8個(gè)水平（0.00、5.48、10.96、21.92、43.84、65.76、98.64、147.96g/hm2），選用的2個(gè)谷子品種為晉谷28號和晉谷21號，在拔節(jié)期和抽穗期采取土壤施硒和葉面噴施 2種施硒方式，共16個(gè)處理（表1），重復(fù)3次，共48個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為12m2。2018年5月12日播種，同年10月10日收獲。行距40cm，株距20cm，播前翻耕施底肥 300kg/hm2（復(fù)合肥，氮:磷:鉀=18:18:18），其他管理措施同常規(guī)大田。

表1 L16(8×23)正交試驗(yàn)方案Table 1 L16 (8×23) Orthogonal test scheme

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量 谷子成熟后，在小區(qū)內(nèi)選擇1m2長勢均勻的谷子測產(chǎn)。

1.3.2 硒含量 采用氫化物原子熒光法測定籽粒硒含量[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，采用SPSS 22進(jìn)行方差分析及回歸建模。

2 結(jié)果與分析

2.1 各因素對谷子產(chǎn)量的影響

如表2所示，谷子產(chǎn)量隨施硒濃度增加呈先升高后降低的趨勢，當(dāng)濃度為65.76g/hm2（T12處理）時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最高。通過極差分析結(jié)果（表3）可以看出，各因素對谷子產(chǎn)量影響程度大小依次為A＞B＞C＞D，最優(yōu)組合為A6B2C2D2，即在抽穗期對晉谷21號葉面噴施65.76g/hm2的Na2SeO3可使谷子達(dá)到最高產(chǎn)量。

表2 各因素對谷子產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of each factor on millet yield kg/hm2

表3 各因素對谷子產(chǎn)量影響的直觀分析Table 3 Visual analysis of the effects of each factor on millet yield

方差分析結(jié)果（表4）表明，施硒濃度和不同谷子品種對谷子產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平，施硒時(shí)期和方式均不顯著，且各因素對谷子產(chǎn)量影響的程度與直觀分析結(jié)果一致。谷子產(chǎn)量主要受Na2SeO3濃度和谷子品種影響，施硒時(shí)期和方式的影響不顯著。

表4 各因素對谷子產(chǎn)量影響的方差分析Table 4 Variance analysis of the effects of each factor on millet yield

通過回歸分析，利用施硒濃度和品種2個(gè)因素構(gòu)建谷子產(chǎn)量預(yù)測模型Y=-0.093A2+13.260A+166.298B+5575.658。式中A為Na2SeO3濃度，B為谷子品種。模型R2=0.624，F(xiàn)=10.805，大于F0.01(2，13)=6.701，P值為0.002＜0.010（表5），說明回歸模型有效，可以用來預(yù)測谷子產(chǎn)量。對回歸方程求極值，得到當(dāng)A=71.36g/hm2，B為晉谷21號時(shí)，谷子產(chǎn)量達(dá)到最高，即對晉谷21號噴施濃度為71.36g/hm2的Na2SeO3可獲得最高產(chǎn)量。

表5 谷子產(chǎn)量回歸模型顯著性檢驗(yàn)Table 5 Significance test of millet yield regression model

2.2 各因素對谷子籽粒硒含量的影響

由表6可知，谷子籽粒硒含量與施硒濃度呈正相關(guān)，即籽粒硒含量隨施硒濃度的增加整體呈增加趨勢。從極差分析結(jié)果（表7）可以看出，各因素對谷子籽粒硒含量的影響程度為A＞D＞C＞B，最優(yōu)組合為A8B2C2D2，表明晉谷21號在抽穗期葉面噴施147.96g/hm2的Na2SeO3谷子籽粒硒含量最高。由于Na2SeO3濃度為147.96g/hm2時(shí)，籽粒硒含量高于國家糧食安全富硒標(biāo)準(zhǔn)（0.1～0.3mg/kg），而當(dāng)濃度為21.92g/hm2時(shí)，籽粒硒含量最高且符合國家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)，所以對晉谷21號在抽穗期葉面噴施濃度為21.92g/hm2的Na2SeO3為最佳選擇。

表6 各因素對谷子籽粒硒含量的影響Table 6 Effects of each factor on grain selenium content of millet mg/kg

表7 各因素對谷子籽粒硒含量影響的直觀分析Table 7 Intuitive analysis of the effects of each factor on grain selenium content of millet

方差分析結(jié)果（表8）表明，施硒濃度和方式對谷子籽粒硒含量的影響均達(dá)到顯著水平，其中施硒濃度達(dá)到極顯著水平。施硒時(shí)期和品種對谷子籽粒硒含量的影響均不顯著，各因素對谷子籽粒硒含量影響程度與直觀分析結(jié)果一致。

表8 各因素對谷子籽粒硒含量影響的方差分析Table 8 Variance analysis of the effects of each factor on grain selenium content of millet

通過回歸分析，利用施硒濃度和施硒方式2個(gè)因素構(gòu)建谷子籽粒硒含量預(yù)測模型Y=0.0017A+0.0601D+0.1366。式中A為Na2SeO3濃度，D為施硒方式。模型R2=0.805，F(xiàn)=26.882，大于F0.01(2，13)=6.701，P值為0.000＜0.01（表9），說明回歸模型有效，可以用來預(yù)測谷子籽粒硒含量。根據(jù)國家糧食安全富硒標(biāo)準(zhǔn)，籽粒硒含量Y可取最大值0.300，當(dāng)采用土壤施硒（D=1）時(shí)，A=60.76；當(dāng)采用葉面噴施（D=2）時(shí)，A=25.41，說明在安全富硒標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，土壤施濃度為60.76g/hm2的Na2SeO3或葉面噴施濃度為25.41g/hm2的Na2SeO3最為合適。

表9 谷子籽粒硒含量回歸模型顯著性檢驗(yàn)Table 9 Significance test of grain selenium content regression model of millet

3 討論

3.1 不同施硒濃度對谷子產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響

硒對植物生長發(fā)育的影響呈現(xiàn)Bertrand生物劑量規(guī)律。本研究中，低濃度的硒對谷子產(chǎn)量具有促進(jìn)效應(yīng)，高濃度則會對谷子產(chǎn)生毒害作用，造成減產(chǎn)，這與已有研究[14,17]關(guān)于硒對谷子產(chǎn)量影響以及硒對蕎麥[18]和高粱[7]產(chǎn)量影響的結(jié)果一致。

施硒可以有效提高農(nóng)作物籽粒硒含量。Ning等[19]對谷子葉面噴施0～210g/hm2Na2SeO3，發(fā)現(xiàn)可以使籽粒硒含量提高64倍。高貞攀等[20]研究表明，葉面噴施 Na2SeO3可以使晉谷 21號的籽粒硒含量提高2.1～7.2倍，且硒含量隨著施硒濃度的增加而增加。劉慶等[21]研究表明，對小麥葉面噴施Na2SeO3，籽粒總硒含量隨施硒量的增加而增加，籽粒有機(jī)硒含量可以提高27.5～69.1倍。本試驗(yàn)結(jié)果與上述報(bào)道結(jié)果一致，說明施硒可以提高籽粒硒含量。雖然施硒的目的是為了提高籽粒中的硒含量，但是施用過量會導(dǎo)致作物籽粒硒含量過高，對人體造成危害。在本試驗(yàn)中，谷子籽粒硒含量最高且符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)的施硒方案，直觀分析結(jié)果為晉谷21號抽穗期葉面噴施21.92g/hm2Na2SeO3；回歸模型結(jié)果顯示，葉面噴施濃度為 25.41g/hm2或土壤施用濃度為60.76g/hm2的Na2SeO3為最佳選擇。因此，可以選擇此方式在生產(chǎn)中應(yīng)用。

3.2 不同施硒時(shí)期對谷子產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響

作物產(chǎn)量和籽粒硒含量除了受外源硒的施用量影響外，也受施用時(shí)期的影響。張巽等[22]對谷子噴施液體富硒肥，發(fā)現(xiàn)籽粒硒含量表現(xiàn)為灌漿期＞拔節(jié)期。劉秀桃等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在谷子灌漿期施硒對籽粒硒含量的提高優(yōu)于拔節(jié)期。穆婷婷等[13]在谷子拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期葉面噴硒，發(fā)現(xiàn)抽穗期產(chǎn)量提高最明顯，籽粒硒含量表現(xiàn)為灌漿期＞抽穗期＞拔節(jié)期。本研究直觀分析結(jié)果顯示，在噴施Na2SeO3后，無論是谷子產(chǎn)量還是籽粒硒含量，都表現(xiàn)為抽穗期優(yōu)于拔節(jié)期，說明抽穗期施硒更有利于谷子生長和籽粒硒積累。這可能是由于谷子在不同生育時(shí)期生理特性不同，導(dǎo)致其對硒的吸收和利用效率不同。拔節(jié)期屬于營養(yǎng)生長階段，該時(shí)期吸收的硒主要用于谷子植株的生理代謝，有利于谷子生長。進(jìn)入抽穗期后，谷子進(jìn)入生殖生長階段，這個(gè)時(shí)期是谷子籽粒形成的關(guān)鍵時(shí)期，噴施的硒可以更好地轉(zhuǎn)移到籽粒中[24]。同時(shí)，抽穗期施硒可以更好地提高谷子葉片中抗氧化酶的活性[25-26]，延長營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的時(shí)間，從而獲得更高的產(chǎn)量。但方差分析結(jié)果顯示，施硒時(shí)期對谷子產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響未達(dá)到顯著水平，產(chǎn)量和籽粒硒含量主要受其他因素的影響，具體原因有待進(jìn)一步研究。

3.3 不同施硒方式對谷子產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響

目前硒肥在谷子上的施用方式主要有拌種、浸種、包衣、水培、葉噴和土施6種[27]。拌種和浸種所需的硒肥量較多，成本較高[28]；而包衣過程中，由于谷子種子小，包衣少則達(dá)不到硒強(qiáng)化目的，包衣多則影響出苗，用量難以控制[29]；水培法不適合旱地作物的種植或大面積生產(chǎn)。相比而言，土施和葉噴具有快速、高效和成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前使用較多的施肥方式[30]。在本研究中，無論是谷子產(chǎn)量還是籽粒硒含量都表現(xiàn)為葉噴優(yōu)于土施，這與劉婷等[31]對碎米薺和陳火云等[32]對油菜的研究結(jié)果一致。葉面噴硒較好的原因，一方面是土施的硒一般先由植物根系吸收，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到莖和葉，再由葉片分配到籽粒中；而葉噴的硒可以由葉片吸收直接轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒中，減少硒的損耗，利于籽粒硒的富集[33]。另一方面是由于Na2SeO3生物有效性低，土施容易被土壤中的鐵錳氧化物吸附，由植物根系吸收后大部分集中在根部，因此葉噴效果更好。但是張城銘等[34]對水稻噴施硒酸鈉，發(fā)現(xiàn)土施效果要比葉噴好，可能是使用的硒肥不同，硒酸鹽生物有效性高，不容易被土壤固定，能夠被根有效吸收[35]；也可能葉面噴施部分硒在葉片中同化為有機(jī)硒揮發(fā)，利用率較低所致。不同硒肥以不同方式噴施對作物生長的影響效果還需要進(jìn)一步研究。在本試驗(yàn)中由籽粒硒含量回歸模型預(yù)測土壤施濃度為60.76g/hm2或葉面噴施濃度為25.41g/hm2的Na2SeO3都是比較合適的施硒方案，但是考慮到土施對環(huán)境污染以及Na2SeO3成本等因素，采用葉面噴施更為合適。

3.4 不同品種對谷子產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響

不同作物或同一作物不同品種對硒的耐受性不同，導(dǎo)致其吸收能力不同，造成自身硒含量的差異。正是這種差異，導(dǎo)致相同施硒情況下，硒對作物生理代謝產(chǎn)生的影響不同，進(jìn)而造成其在產(chǎn)量和籽粒硒含量上的差異。蔣光月[36]對15個(gè)紫云英品種施硒，發(fā)現(xiàn)不同品種對硒的耐受性不同，地上部生物量及硒含量差異顯著。馬鳳霞等[37]對130份小麥品種葉面施硒，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量和籽粒硒含量存在顯著的品種間差異。趙宇等[38]研究表明，谷子籽粒硒含量受品種遺傳因素的作用，不同品種之間硒含量差異顯著。此外，作物籽粒硒含量還受生態(tài)環(huán)境的影響[39-40]，同一品種在不同生態(tài)區(qū)籽粒硒含量也有差異。在本研究中，晉谷28號和晉谷21號種植在同一環(huán)境而籽粒硒含量不同，說明籽粒硒含量也受遺傳因素影響，但試驗(yàn)結(jié)果顯示，品種因素的影響未達(dá)到顯著水平，說明籽粒硒含量受遺傳因素的影響不大。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，品種因素對谷子產(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著水平，說明產(chǎn)量受遺傳因素的影響較大，但也有研究[41-42]表明，生態(tài)環(huán)境對谷子產(chǎn)量影響也很大，所以生產(chǎn)高產(chǎn)富硒谷子除了考慮品種因素外，還要考慮生態(tài)環(huán)境因素。

4 結(jié)論

對于谷子產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響，從施硒時(shí)期看，抽穗期優(yōu)于拔節(jié)期；從施硒方式看，葉面噴施優(yōu)于土壤施硒；從品種選擇看，晉谷21號優(yōu)于晉谷28號；從施硒濃度看，不同劑量的Na2SeO3對產(chǎn)量和籽粒硒含量的影響各不相同。在確保達(dá)到國家安全富硒標(biāo)準(zhǔn)的前提下，在抽穗期對晉谷 21號葉面噴施濃度為25.41g/hm2的Na2SeO3是最安全有效的硒元素強(qiáng)化方案。