侯非凡， 張笑文， 王嘉琦， 張建珍， 李凱泉， 尹雪斌，3*

（1.山西農(nóng)業(yè)大學，山西功能農(nóng)業(yè)研究院，山西 太谷 030801； 2.山西農(nóng)業(yè)大學園藝學院，山西 太谷 030801；3.中國科學技術(shù)大學，蘇州高等研究院功能農(nóng)業(yè)重點實驗室，江蘇 蘇州 215123）

硒是人體生命活動所必需的微量元素，可參與形成多種酶類，發(fā)揮抗氧化功效，使人體細胞免受氧化損傷，維持細胞的正常生理功能[1?2]，因此硒在預防心血管疾病、抗氧化、抗衰老、防癌、提高免疫力等方面發(fā)揮著重要作用[3?4]。2017 年，原國家衛(wèi)生和計劃生育委員會（現(xiàn)國家衛(wèi)生健康委員會）發(fā)布了衛(wèi)生行業(yè)標準WS/T 578.3—2017《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量 第3 部分：微量元素》，規(guī)定成人硒的參考攝入量為60 μg·d-1[5]。而中國疾病預防控制中心營養(yǎng)與健康所經(jīng)過廣泛調(diào)研后形成的《中國居民營養(yǎng)與健康狀況監(jiān)測2010—2013年綜合報告》顯示，我國不同地區(qū)居民硒平均攝入量為44.4 μg·d-1，普遍低于推薦攝入量[6]，這與我國土壤中硒元素分布不平衡及72%地區(qū)屬于缺硒地帶有直接關(guān)系[7]。

膳食是人體硒元素的主要來源，通過膳食補充硒元素也是最安全、經(jīng)濟、有效的途徑[8]。根據(jù)我國居民的飲食習慣，身體所需的硒元素主要從谷物、蔬菜等植物性食品中補充，其中尤以糧食作物為主。小麥是我國主要的糧食作物之一，屬于硒敏感性植物，相較于水稻、玉米有更強的硒富集能力[9]。由于小麥中的有機態(tài)硒安全有效，通過施用外源硒獲得富硒小麥，進而利用富硒小麥補充膳食中的硒元素是滿足缺硒地區(qū)人群補硒需求的有效途徑[10?11]。

目前小麥人工富硒的方式包括土壤施硒、葉面噴硒、硒液浸種或拌種等[12]。其中，葉面噴硒的突出特點是針對性強、養(yǎng)分吸收運轉(zhuǎn)快、施肥量少、節(jié)約成本，應用更為廣泛[13]。但葉面噴硒易造成莖稈、籽粒上的硒肥殘留，存在一定的安全隱患。土壤施用富硒肥多采用基施的方式，可隨播種環(huán)節(jié)由機械將肥料一同施入，田間勞動強度較低，具備較好的推廣潛力。但目前關(guān)于土壤施硒的研究多集中于施用硒溶液、富硒礦粉后對小麥富硒效果的影響[14]，而關(guān)于土施富硒肥的方式和具體施用位置的研究較為缺乏。本研究采用土施硒肥的方式，通過改變硒肥施用位置，研究其對小麥成熟期生理特性、產(chǎn)量要素和硒元素積累的影響，旨在明確小麥土施硒肥的較優(yōu)位置，為小麥富硒肥精準施用技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2019年9月至2020年6月在山西省晉中市太谷區(qū)桃園堡村試驗基地（37°25′ N，112°34′ E）進行田間試驗。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性氣候，年均降水量460 mm，年均溫9.5 ℃，無霜期180 d左右。試驗基地前茬作物為玉米，土壤類型為灰褐土。在試驗田隨機選取3 個取樣點，分別測定0—10、10—20 cm 土層化學性質(zhì)，結(jié)果顯示該試驗田土壤不同土層內(nèi)硒含量差異較小，土壤均一度較高，可滿足試驗所需（表1）。

表1 供試土壤基本化學性質(zhì)Table 1 The basic chemical properties of the tested soil

1.2 試驗材料

供試小麥品種為‘鑫麥296’（國審編號：國審麥2014011），由山西普盛種業(yè)有限公司提供。該品種為半冬性矮稈小麥品種，抗寒性和抗倒伏性較好，在山西、山東、河南等地推廣面積較大。前期試驗表明，該品種根系平均深度為97.23 cm，為根系較為發(fā)達的品種，適合作為代表性品種進行本研究。基施型粉末狀富硒有機肥由蘇州硒谷科技有限公司提供，產(chǎn)品代碼SETEK-BF-002。該肥料中總硒含量為1 000 mg·kg-1，總養(yǎng)分≥5%，有機質(zhì)含量≥45%，推薦施硒量為150 g·hm-2。

1.3 試驗設計

田間試驗所采用的小區(qū)面積為4.0 m×1.5 m，采用隨機區(qū)組進行排列。針對硒肥土施位置與植株根際的水平距離設置5、10 cm 共2個水平，針對硒肥土施位置與土表的垂直深度設置5、10、15 cm共3個水平，共計6個處理（表2），每個處理重復3次，共18個小區(qū)。于2019年9月30日人工開溝，硒肥在植株根際單側(cè)施用。先按不同處理所要求的水平距離、垂直深度將肥料均勻施入開好的溝內(nèi)，埋土墊平后再播種，播種行距30 cm，播種量為150 kg·hm-2，之后于2020年6月22日收獲。其他田間管理措施，包括灌溉、除草等按常規(guī)進行。

表2 不同處理設置Table 2 Design of different treatments

1.4 測定項目和方法

1.4.1成熟期小麥生理特性及產(chǎn)量的測定 于小麥成熟期在每個小區(qū)隨機選擇1 m2進行人工收獲，統(tǒng)計該范圍內(nèi)的小麥總穗數(shù)。在每個小區(qū)隨機選取10 株小麥測定植株生理指標，包括株高、分蘗數(shù)、穗長、植株整體干物質(zhì)量和籽粒干物質(zhì)量。小麥株高、分蘗數(shù)、穗長在取回樣品后直接測定，之后用自來水洗凈根部泥土，再用蒸餾水沖洗根部3 次，用濾紙吸干水分，置入烘箱，105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干至恒重，冷卻后測量植株干物質(zhì)量，手工脫粒后測量籽粒干物質(zhì)量。同時統(tǒng)計所取樣品的穗粒數(shù)和千粒重，用于計算產(chǎn)量。

1.4.2硒含量及籽粒硒形態(tài)的測定 于小麥成熟期在每個小區(qū)隨機選取5 株小麥，殺青烘干后將植株整體打磨成粉，粉末混合后取3 個重復測定植株整體硒含量。同樣隨機選取5 株小麥，殺青烘干后人工脫粒，將籽?；旌虾蟠蚰コ煞郏勰┗旌虾笕? 個重復測定籽粒硒含量和硒形態(tài)，硒形態(tài)測定指標包括有機態(tài)硒的硒代蛋氨酸（SeMet）、硒代胱氨酸（SeCys2）以及無機態(tài)硒。硒含量使用AFS（海光AFS-9780）測定，硒形態(tài)采用高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（HPLC-ICP-MS，NexION300X，美國）測定。

1.5 計算方法及數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2016 進行數(shù)據(jù)整理，使用DPS 軟件的ANOVA 過程對不同處理平均數(shù)間的差異進行單因素方差分析，顯著性水平為0.05。采用Duncan 新復極差法進行顯著性檢驗（P<0.05）。結(jié)果用平均值表示。采用以下公式進行計算。

植株硒積累量=植株硒含量×植株干物質(zhì)量 （1）籽粒硒積累量=籽粒硒含量×籽粒干物質(zhì)量 （2）

應用模糊數(shù)學中的隸屬函數(shù)法綜合評價小麥在不同位置土施硒肥后的肥效[15?16]，評價指標包括小麥成熟期干物質(zhì)量、產(chǎn)量、硒含量及硒積累量。隸屬函數(shù)公式如下。

式中，U(Xi)為隸屬函數(shù)值，Xi為不同處理條件下i指標測定值，Xmin和Xmax為所有處理條件中某一指標內(nèi)的最小值和最大值。

最后將各處理各指標的具體隸屬函數(shù)值進行累加，并求取平均值，平均值越大，則該土施位置下施用硒肥后的綜合肥效越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 硒肥土施位置對小麥成熟期形態(tài)及干物質(zhì)量的影響

如表3 所示，硒肥土施位置的不同對小麥穗長的影響不顯著，而對株高、每株分蘗數(shù)、植株干物質(zhì)量、籽粒干物質(zhì)量的影響顯著（P<0.05）。當硒肥土施位置位于T1處理條件下時，小麥的株高、每株分蘗數(shù)和植株干物質(zhì)量均最大；隨著硒肥距離植株及土表的距離增加，以上3 個指標均有不同程度的降低；當硒肥土施位置位于T6 處理時，小麥的株高、每株分蘗數(shù)和植株干物質(zhì)量最小。籽粒干物質(zhì)量的最大值出現(xiàn)在T2 處理，為1.90 g·株-1，僅顯著高于T5處理（P<0.05）。

表3 不同硒肥土施位置下小麥成熟期形態(tài)及干物質(zhì)量Table 3 Morphology and dry matter quality of wheat at maturity under different Se-fertilizer application positions

2.2 硒肥土施位置對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

在不同位置土施硒肥后，小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素受到了不同程度的影響（表4）。其中以穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量所受影響較大，而不同處理間的千粒重差異不顯著。當硒肥土施位置位于T1 條件時，小麥的穗數(shù)和產(chǎn)量均最高，分別達到538.22 穗·m-2和820.17 g·m-2，且顯著高于其他處理（P<0.05）；隨著硒肥土施位置與植株和土表間距離的加大，穗數(shù)和產(chǎn)量逐漸降低；當硒肥土施位置位于T5 處理時，小麥的穗數(shù)和產(chǎn)量最低，分別為356.67 穗·m-2和489.72 g·m-2。當硒肥土施位置為T2 處理時，小麥穗粒數(shù)最大，為36.20 粒，但僅顯著高于T4 處理（P<0.05）?？梢?，硒肥土施位置的變化主要通過影響小麥穗數(shù)進而影響其產(chǎn)量。

表4 不同硒肥土施位置下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 4 Yield and its components of wheat under different Se-fertilizer application positions

2.3 硒肥土施位置對小麥成熟期植株和籽粒硒含量及硒積累量的影響

如表5 所示，通過測定植株和籽粒硒含量可知，不同硒肥土施位置條件下，小麥植株硒含量存在差異但不顯著，植株硒含量以T1 處理最高，為0.53 mg·kg-1。由于植株干物質(zhì)量的差異導致植株硒積累量在不同處理間存在顯著差異，以T1 處理條件下的植株硒積累量最高，每株為10.85 μg，顯著高于其他處理（P<0.05）。硒肥土施位置的變化主要對小麥籽粒硒含量產(chǎn)生了影響，其中以T6 處理下的籽粒硒含量最高，為0.73 mg·kg-1，顯著高于除T4 以外的其他處理（P<0.05）；同時該處理條件下，較高的籽粒硒含量也導致其籽粒硒積累量在植株整體硒積累量中占比最高，為31.97%。

表5 不同硒肥土施位置下小麥成熟期植株和籽粒硒含量及硒積累量Table 5 Selenium content and accumulation of whole plant and grain in wheat under different Se-fertilizer application positions

2.4 硒肥土施位置對小麥籽粒中不同形態(tài)硒含量的影響

通過測定小麥成熟期籽粒中硒形態(tài)及其含量可知，不同硒肥土施位置處理條件下，小麥籽粒中均以有機態(tài)硒為主，而無機態(tài)硒未檢出（表6）。有機態(tài)硒中以硒代蛋氨酸（SeMet）為主，占籽粒硒積累量的91.02%~94.72%；而硒代胱氨酸（SeCys2）占比較低，占籽粒硒積累量的5.28%~8.98%。與籽粒硒含量變化情況類似，籽粒中硒代蛋氨酸含量以T6 處理條件下最高，為0.68 mg·kg-1，且顯著高于除T4 以外的其他處理（P<0.05）。T2 處理條件下的硒代蛋氨酸積累量、硒代胱氨酸含量及積累量最高，且顯著高于其他處理（P<0.05）?？梢?，以土施富硒有機肥的方式可獲得更為安全的富硒農(nóng)產(chǎn)品，籽粒中無機硒含量低于檢測限而無法測出，且不同土施位置條件下籽粒中硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸含量存在差異。

表6 不同硒肥土施位置下小麥籽粒中不同硒形態(tài)含量及其占比Table 6 Contents and proportions of different forms selenium in wheat grain under different Se-fertilizer application positions

2.5 不同土施位置處理條件下硒肥肥效的綜合評價

本研究表明，小麥在土施富硒有機肥時，施用位置的變化會對小麥生理特性、產(chǎn)量、硒含量等產(chǎn)生不同程度的影響，其肥效無法由某個單一指標來反映，而需對多個指標進行綜合評價后方可確定硒肥土施位置的較優(yōu)選擇。隸屬函數(shù)法是利用模糊理論的原理，對試驗所得的多項指標進行綜合評價。首先通過計算獲得不同處理條件下每項指標的隸屬函數(shù)值，累加不同指標的隸屬函數(shù)值后計算其平均數(shù)，以平均隸屬函數(shù)值的大小確定小麥土施硒肥的較優(yōu)位置。

綜合分析結(jié)果表明（表7），將硒肥施于小麥根際水平距離5 cm、土表垂直深度5 cm 位置時（T1處理），對于鑫麥296這一小麥品種而言，與其他土施位置相比可獲得較優(yōu)的肥效。其中植株干物質(zhì)量、穗數(shù)、產(chǎn)量、植株硒含量、植株硒積累量在T1 處理條件下可獲得最大值。建議在進行小麥硒肥精準施用時，可選擇與小麥根際水平距離5 cm、與土表垂直深度5 cm 位置作為硒肥的土施位置。

表7 硒肥土施位置對小麥成熟期各項指標的隸屬函數(shù)值的影響Table 7 Effects of Se-fertilizer application positions on the membership function values for indexes of wheat at maturity

3 討論

3.1 小麥不同富硒方式的比較

對于小麥進行人工富硒的方式種類較多，其中以土壤施硒和葉面噴硒為主。近年來，隨著無人機、自走式施肥機等施肥機械的推廣，越來越多的人選擇在小麥適宜生育期通過葉片噴施硒肥進而獲得富硒小麥。稅楊等[17]研究表明，隨著土施富硒有機肥用量的增加，強筋小麥籽粒產(chǎn)量和總生物量呈現(xiàn)低用量促進、高用量抑制的現(xiàn)象，但在施硒量一定的條件下，與土施硒肥相比，葉面噴硒處理對其生物量和產(chǎn)量無顯著影響，這可能與土施的硒肥在小麥生長發(fā)育過程中能夠更長時間地發(fā)揮作用有關(guān)。陳雪等[18]發(fā)現(xiàn)，水稻土施硒肥時硒元素滯留在根部中的比例明顯增加，而莖、葉和籽粒中硒元素所占比例降低；葉面噴硒時硒元素滯留在葉部的比例顯著增加，而根、莖、籽粒中硒所占比例有所降低?？梢?，多數(shù)作物對硒的轉(zhuǎn)運吸收遵循“就近原則”，與硒元素通過根系吸收轉(zhuǎn)運至籽粒相比，小麥硒從葉面直接通過韌皮部轉(zhuǎn)運至籽粒中的過程可能更加高效，硒可以更多地分配于籽粒中。但葉面噴硒多在小麥揚花期進行，硒元素與植株接觸時間較短，部分硒溶液會發(fā)生蒸騰損失或在葉面中同化為有機硒揮發(fā)，導致葉面噴硒條件下籽粒對硒元素的利用率不高[19]。同時，土施硒肥多采用隨播種基施的方式，操作簡便省工；硒肥與植株根系接觸時間長，吸收更加充分，轉(zhuǎn)化進入籽粒中的周期更長；且土施硒肥多為緩釋肥，常存在施硒后效應，在施用后的小麥第2 個生長季仍可有效提高籽粒中的硒含量[20]。因此，土施硒肥是葉面噴硒的有效補充，值得推廣利用。土壤施硒可采用施入硒酸鈉（Na2SeO4）溶液、亞硒酸鈉（Na?SeO3）溶液、硒礦粉、富硒有機肥等方式。植物對硒酸鈉的敏感性高于亞硒酸鈉，且2 種含硒化合物對小麥生長發(fā)育的影響均表現(xiàn)出低用量促進、高用量抑制的現(xiàn)象[21]。付小麗[22]研究了硒礦、硒粉、亞硒酸鈉和硒酸鈉4 種不同硒源對小麥和油菜生長的影響發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鈉和硒酸鈉更有利于小麥對硒的吸收，但不同用量硒酸鈉處理下小麥成熟期地上部硒積累量為25.94~2 540.19 μg，為同用量亞硒酸鈉處理下硒積累量的28~38 倍。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上多以亞硒酸鈉對作物進行富硒處理，可避免產(chǎn)生含硒量過高的植物產(chǎn)品[23]。硒酸鈉和亞硒酸鈉等無機型富硒肥的施用量較難精準把握，作物對此類肥料的反應較為敏感，過量的無機硒會導致作物生長受到抑制，從而出現(xiàn)減產(chǎn)和品質(zhì)下降等現(xiàn)象，而富硒有機肥多以發(fā)酵腐熟的有機肥為底料，再添加適量的亞硒酸鈉，其效果更為溫和，且具有改良土壤、調(diào)節(jié)土壤酸堿度的作用，近年來應用更為廣泛[24]。

3.2 肥料土施位置對小麥的影響

小麥是我國主要糧食作物，其種植方式已基本進入機械化的種肥同播時代，為精準施肥提供了基礎。精準施肥可有效調(diào)控根層養(yǎng)分，而適宜的根層養(yǎng)分是實現(xiàn)作物高產(chǎn)的關(guān)鍵[25]。肥料施用的位置會對土壤有效養(yǎng)分遷移轉(zhuǎn)化、作物根系生長、養(yǎng)分吸收利用產(chǎn)生不同的影響，合理的施肥位置可協(xié)調(diào)作物對養(yǎng)分的需求[26]，可見施肥位置是影響作物精準施肥的重要因素。目前關(guān)于硒肥不同土施位置對小麥生理特性及產(chǎn)量的影響鮮有報道，而其他探討肥料土施位置對小麥影響的研究中所涉及的肥料多為大量元素的控釋肥或復合肥，這些研究結(jié)果對于本試驗具有一定的參考意義。郭寧等[27]研究表明，在干旱脅迫條件下，上層施肥處理的冬小麥株高顯著高于下層施肥處理，但生物量和產(chǎn)量差異不明顯。本試驗中距離土表垂直深度5 cm 的2 個處理T1 和T4 條件下，株高平均值為66.69 cm，顯著高于其他2 個施肥深度的處理結(jié)果，株高的變化趨勢與郭寧等[27]的研究結(jié)果相似。張務帥[28]發(fā)現(xiàn)，控釋氮肥施用深度為15 cm 時可顯著提高0—20 cm 土層氮、磷、鉀含量，比普通撒施增產(chǎn)15%左右。段文學等[29]研究顯示，黃淮冬麥區(qū)旱地小麥施氮深度為20 cm 時，較10 cm 施氮深度可顯著提高產(chǎn)量及成熟期小麥干物質(zhì)量。石巖等[30]結(jié)果顯示，氮肥在20—40 cm的較深層土壤中施用時，與0—20和60—80 cm的施肥深度相比，氮肥利用率和產(chǎn)量明顯更高。但在本試驗中，以施肥深度較淺的T1處理小麥產(chǎn)量較高，與段文學等[29]和石巖等[30]的研究結(jié)果有差異，可能與試驗中所采用的肥料種類及其相應特性存在差異有關(guān)。劉永哲等[31]的研究則認為，在播種行側(cè)方3 cm、深5 cm 處基施包膜尿素肥，與播種行下方12 cm 處施用、播種行側(cè)方10 cm 深5 cm 處施用相比，可顯著提高小麥產(chǎn)量，此最佳施用位置與本試驗所確定的硒肥較優(yōu)施用位置接近。郭新送等[32]研究表明，控釋肥在種兩側(cè)5 cm和種側(cè)5 cm+種下5 cm 方式下施用的小麥產(chǎn)量較高，較其他處理小麥產(chǎn)量提高7.16%~38.52%，且施肥位置與深度主要影響了穗數(shù)和穗粒數(shù)，進而導致不同處理間的產(chǎn)量存在顯著差異，與本研究結(jié)果相似。袁文勝等[33]比較了小麥種下和種側(cè)施肥，發(fā)現(xiàn)最佳的施肥方式為種下正位施肥，肥料與種子間距為5 cm 左右，小麥產(chǎn)量可達5 544 kg·hm-2。本試驗中硒肥土施的最佳施用位置為距離植株根際水平距離5 cm、距離土表垂直深度5 cm，此時可獲得最大的植株干物質(zhì)量、穗數(shù)、產(chǎn)量、植株硒含量及植株硒積累量。由于目前市面上的種肥同播機多為種行肥行錯位施入，種行和肥行間存在5~10 cm的水平間距，故在設計本試驗時并未設計種子正下方施用硒肥的處理。根據(jù)其他肥料在小麥種子正下方施用的研究結(jié)果，未來將增加小麥種子正下方施用硒肥的研究，從而為種肥同播機精準施用硒肥提供更為全面的數(shù)據(jù)。