劉喬斐,謝世學(xué),杜小平,王祖橋,杜妮妮

(1.安康學(xué)院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物科技學(xué)院,陜西安康 725000;2.安康市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,陜西安康 725021;3.安康市富硒產(chǎn)品研發(fā)中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部富硒產(chǎn)品開發(fā)與質(zhì)量控制重點實驗室/富硒食品開發(fā)國家地方聯(lián)合工程實驗室,陜西安康 725000)

硒是人體必須的微量元素之一,是多種酶的輔基,具有清除自由基、抗膜脂過氧化、防止衰老、抗癌和增強機體免疫等多種功能[1]。硒缺乏可能導(dǎo)致大骨節(jié)病、克山病、肝硬化等疾病。中國營養(yǎng)學(xué)會推薦成年人每日硒攝入量為60μg。中國是世界上硒缺乏程度最嚴重的國家之一,人均硒日攝入量僅為38μg,存在明顯的硒“隱形饑餓”問題[2]。研究表明,合理提高農(nóng)副產(chǎn)品硒水平是補充人體硒營養(yǎng)需要的重要途徑[3]。

植物是農(nóng)產(chǎn)品的主要提供者,但自然狀態(tài)下植物體內(nèi)硒含量較低。通過外源施加硒肥,利用植物的生物強化作用提高農(nóng)產(chǎn)品硒含量,進而提高食物鏈的硒水平,是調(diào)控硒營養(yǎng)與健康的有效措施之一[4]。研究表明,施用硒肥后,糧食作物籽粒硒含量增加3～32倍,蔬菜類作物硒含量增加7～60倍,水果類作物硒含量增加2～4倍[5]。小麥、玉米和水稻是三大糧食作物,人類從其中攝入的硒占到飲食結(jié)構(gòu)中硒攝入總量的70%～80%。外源施硒能顯著增加作物籽粒硒含量[6]。唐玉霞等[7]研究發(fā)現(xiàn)土壤施用亞硒酸鈉225g/hm2和葉面噴施亞硒酸鈉30g/hm2使河北地區(qū)小麥籽粒硒含量提高3.5倍和4.2倍。Stroud等[8]研究發(fā)現(xiàn)施用硒酸鈉20g/hm2使英國地區(qū)小麥籽粒硒含量提高4倍。周建利等[9]研究發(fā)現(xiàn)土施和葉面噴施2種施硒方式可將再生稻兩季水稻精米硒含量分別提高到0.33mg/kg和0.50mg/kg,符合富硒大米標準。鄒成林等[10]和黃愛花等[11]分別研究葉面噴施硒肥對糯玉米、甜玉米籽粒硒含量的影響,結(jié)果表明硒可顯著提高玉米籽粒硒含量,降低糯玉米鎘、砷含量,改善甜玉米口感,提高鮮穗產(chǎn)量。李圣男等[4]綜述前人富硒玉米生產(chǎn)研究發(fā)現(xiàn),玉米外源施硒以抽雄期葉面噴施亞硒酸鈉效果最好,推薦噴施濃度為40～70mg/kg。另有研究發(fā)現(xiàn),相同施硒方式在不同地區(qū)間作物硒含量差異顯著。趙建云等[12]研究噴施富硒植物營養(yǎng)素對三原縣、興平市和武功縣3個地區(qū)冬小麥硒含量的影響,結(jié)果表明噴施硒肥使小麥籽粒硒含量顯著提高0.15～1.44mg/kg,但不同地區(qū)間噴硒后籽粒硒含量差異顯著。劉慧等[13]研究發(fā)現(xiàn)對不同麥區(qū)小麥葉面噴施0.017%亞硒酸鈉后小麥籽粒硒含量差異顯著,原因可能與不同地區(qū)土壤質(zhì)地和地力水平差異有關(guān)。盡管目前有關(guān)富硒作物生產(chǎn)研究報道較多,但關(guān)于陜南安康地區(qū)富硒作物生產(chǎn)的報道較少。

因此,本試驗以春玉米為研究對象,通過兩年連續(xù)田間試驗在玉米抽雄期噴施不同濃度、不同次數(shù)氨基酸螯合有機硒肥溶液,分析不同施硒方式對玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和各器官硒含量的影響,旨在探索適宜于安康地區(qū)的有機硒肥施用方式,為秦巴山區(qū)富硒玉米生產(chǎn)提供更加詳實的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020和2021年的4-9月在陜西省安康市漢濱區(qū)恒口大道安康市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗基地(32°73′N,108°80′E)進行。土壤為黃褐土,pH為6.7,有機質(zhì)12.35 g/kg,堿解氮60.83 mg/kg,速效磷43.57 mg/kg,速效鉀138.02 mg/kg,總硒含量0.20 mg/kg。試驗玉米(ZeamaysL.)品種為安康市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院自研品種‘安科126’,所用硒肥為綠維康氨基酸螯合態(tài)富硒葉面肥,有機Se含量為500 mg/L。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用兩因素裂區(qū)設(shè)計,以0、10、30和50 mg/L(以Se計)4個施硒濃度為主處理,分別記作CK、Se10、Se30、Se50。以噴施次數(shù)為副處理,于抽雄期選擇晴天無風(fēng)下午向玉米葉片均勻噴施稀釋的液體硒肥,同時CK組噴施等量清水作對照。各主處理分3組分別噴施1次、2次和3次,2次噴施時間間隔7～10 d,記作CK、Se10-1、Se10-2、Se10-3;Se30-1、Se30-2、Se30-3;Se50-1、Se50-2和Se50-3。每個處理設(shè)置3個重復(fù),每個小區(qū)面積24 m2,共30個小區(qū),各小區(qū)之間設(shè)置兩行玉米為隔離帶。玉米種植行距為60 cm,株距為33 cm,其余田間管理按照當?shù)爻Ｒ?guī)管理。于每年9月玉米成熟后收獲并采樣。所取植株分根、莖、葉、籽粒四部分,帶回實驗室用清水沖洗3次,蒸餾水沖洗3次后擦干,置于烘箱中95 ℃殺青30 min,75 ℃烘至恒質(zhì)量,粉碎過0.25 mm篩后干燥保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測定項目與方法

產(chǎn)量及相關(guān)性狀測定:玉米成熟后在每個小區(qū)中間取兩行穗,從中隨機選取10個穗進行拷種,統(tǒng)計穗長、禿尖長、穗粗、行數(shù)和行粒數(shù);晾干脫粒后稱量百粒質(zhì)量。

參考鮑士旦[14]的方法:土壤pH的測定采用電位法,有機質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀容量法,堿解氮的測定采用堿解擴散法,速效磷的測定采用 0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法,速效鉀的測定采用1 mol/L醋酸銨浸提-原子吸收分光光度法。植物樣品和土壤中總硒含量的測定參考GB 5009.93-2017國標[15]采用氫化物原子熒光光譜法,所用儀器為北京海光儀器有限公司生產(chǎn)的AFS-6500原子熒光光度計。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用WPS Office 2020軟件整理數(shù)據(jù),SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,運用Duncan法進行多重比較(P<0.05),試驗結(jié)果以“平均值±標準差”(means±SD)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 施硒濃度和噴施次數(shù)對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

由表1可知,施硒濃度對2020年玉米產(chǎn)量和百粒質(zhì)量的影響顯著,但對穗長、禿尖長和穗粗的影響不顯著(P>0.05);噴施次數(shù)及施硒濃度與其互作對以上指標影響均不顯著(P>0.05)。2020年,處理Se50-3、Se30-2、Se10-2、Se10-3、Se30-3、Se10-1、Se50-1和Se50-2的產(chǎn)量分別較CK降低1.20%、4.05%、4.94%、6.57%、 9.36%、10.69%、12.11%和13.59%,但差異均不顯著(P>0.05);所有處理中CK的產(chǎn)量最大(11 651.91 kg/hm2),Se30-1的產(chǎn)量最小 (9 676.78 kg/hm2),較CK顯著降低16.95%。Se10-1和Se10-2的百粒質(zhì)量較大,Se30-1的百粒質(zhì)量最小,但與CK差異不顯著(P>0.05)。

表1 施硒濃度和噴施次數(shù)對2020年玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表2可知,2021年,施硒濃度對玉米產(chǎn)量、百粒質(zhì)量、穗長、禿尖長和穗粗的影響均極顯著(P<0.01);噴施次數(shù)對以上指標的影響均不顯著(P>0.05);施硒濃度和噴施次數(shù)互作對玉米產(chǎn)量、穗長和禿尖長的影響均顯著,對穗粗和百粒質(zhì)量的影響不顯著(P>0.05)。2021年的試驗處理Se50-3、Se50-1、Se10-2、Se30-1、Se50-2、Se10-3和Se30-2的產(chǎn)量分別較CK增加 35.63%、32.54%、17.03%、14.77%、14.68%、 11.22%和 7.28%,處理Se30-3和Se10-1的產(chǎn)量分別較CK降低2.95%和13.28%。所有處理中,僅Se50-3和Se50-1的產(chǎn)量與CK差異顯著,其他處理產(chǎn)量均與CK無顯著差異(P>0.05)。其中,Se50-3的產(chǎn)量最大(10 066.76 kg/hm2),較2020年最大產(chǎn)量下降13.60%;Se10-1的產(chǎn)量最小(6 437.10 kg/hm2),較2020年最小產(chǎn)量下降33.48%。在產(chǎn)量構(gòu)成因素方面,Se50-3的穗長、穗粗和百粒質(zhì)量與其他處理相比均較大,禿尖長較小;其中,穗長和百粒質(zhì)量與CK差異顯著,禿尖長和穗粗與CK差異不顯著(P>0.05)。

表2 施硒濃度和噴施次數(shù)對2021年玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1和表2可以看出,葉面噴施硒肥使2020年玉米產(chǎn)量均降低,而2021年玉米產(chǎn)量總體上有所增加,但整體仍低于2020年產(chǎn)量。產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素在不同施硒濃度和噴施次數(shù)下均未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

2.2 施硒濃度和噴施次數(shù)對玉米各器官硒含量的影響

由表3可知,施硒濃度和噴施次數(shù)對2020年玉米根、葉和籽粒硒含量的影響極顯著(P< 0.01),對莖硒含量的影響不顯著(P>0.05);施硒濃度和噴施次數(shù)互作對根和葉硒含量的影響極顯著(P<0.01),對莖和籽粒硒含量的影響不顯著(P>0.05)。2021年,施硒濃度對玉米各器官硒含量的影響均極顯著(P<0.01);噴施次數(shù)對根和莖硒含量的影響顯著,對葉和籽粒硒含量的影響極顯著(P<0.01);二者互作對葉硒含量的影響極顯著(P<0.01),對根、莖和籽粒硒含量的影響不顯著(P>0.05)。

表3 玉米各器官硒含量方差分析

由圖1可知,玉米根硒含量隨著噴施次數(shù)的增加而增加,施硒濃度50 mg/L噴施3次下玉米根硒含量最高。2020年Se50-3玉米根硒含量(0.65 mg/kg)是CK的3.42倍,2021年(0.86 mg/kg)是CK的2.46倍。2020年,相同噴施次數(shù)下Se50玉米根硒含量顯著大于其他處理;噴施1次下Se30和Se10玉米根硒含量與CK差異均不顯著(P>0.05);噴施2次和3次下,Se30玉米根硒含量顯著大于CK,Se10玉米根硒含量與CK差異不顯著(P>0.05)。2021年,噴施1次和2次下Se50玉米根硒含量顯著大于CK和Se30,但與Se10差異不顯著(P>0.05);噴施3次下Se50玉米根硒含量與其他處理差異均顯著;噴施1次下Se30玉米根硒含量顯著小于CK,Se10玉米根硒含量與CK差異不顯著(P>0.05);噴施2次和3次下Se30玉米根硒含量與CK差異均不顯著(P>0.05);Se10玉米根硒含量在噴施2次下與CK差異不顯著(P>0.05),在噴施3次下顯著大于CK。

圖中誤差棒上方小寫字母表示相同噴施次數(shù)不同處理間差異顯著(P<0.05)。CK、Se10、Se30、Se50分別表示對照、10 mg/L、30 mg/L、50 mg/L 葉面施硒處理。下同

由圖2可知,玉米莖硒含量隨著噴施次數(shù)的增加而增加,2021年施硒濃度50 mg/L噴施3次下玉米莖硒含量最大(1.64 mg/kg),是CK的10.25倍;2020年該處理下玉米莖硒含量小于相同噴施次數(shù)下施硒濃度30 mg/L玉米莖硒含量。2021年相同噴施次數(shù)下不同處理間玉米莖硒含量均符合Se50>Se30>Se10、CK的規(guī)律;2020年,噴施1次和2次下Se50玉米莖硒含量顯著大于Se30、Se10和CK,Se30和Se10玉米莖硒含量與CK差異均不顯著(P>0.05),噴施3次下Se30和Se10玉米莖硒含量顯著大于CK。

圖2 2020年(A)和2021年(B)不同處理下玉米莖硒含量

由圖3可知,2020年,相同噴施次數(shù)下不同處理間玉米葉硒含量均呈現(xiàn)Se50、Se30>Se10>CK,玉米葉硒含量隨著噴施次數(shù)的增加而增加,施硒濃度50 mg/L噴施3次下玉米葉硒含量最大(6.66 mg/kg),是CK的19.59倍。2021年,噴施1次和3次下Se50玉米葉硒含量顯著大于Se30、Se10和CK,噴施2次下Se50玉米葉硒含量顯著大于Se10和CK,但與Se30差異不顯著(P>0.05);施硒濃度50 mg/L噴施3次下玉米葉硒含量最大(27.23 mg/kg),是CK的34.91倍。

圖3 2020年(A)和2021年(B)不同處理下玉米葉硒含量

由圖4可知,兩年結(jié)果均顯示,噴施1次下Se50玉米籽粒硒含量顯著大于Se30、Se10和CK,其中Se10和CK差異不顯著(P>0.05);噴施2次和3次下Se50玉米籽粒硒含量顯著大于CK,但與Se30差異不顯著(P>0.05)。玉米籽粒硒含量隨著噴施次數(shù)的增加而增加,施硒濃度50 mg/L噴施3次下玉米籽粒硒含量最大,2020年含量為0.56 mg/kg,是CK的3.50倍,2021年含量為0.83 mg/kg,是CK的3.61倍。

圖4 2020年(A)和2021年(B)不同處理下玉米籽粒硒含量

3 討論與結(jié)論

外源施硒對作物產(chǎn)量的影響尚無定論。杜小平等[16]、韓丹等[17]研究結(jié)果表明,外源施硒可以促進作物生長、提高作物產(chǎn)量;鄒成林等[10]研究結(jié)果表明,施硒會抑制作物生長、降低作物產(chǎn)量;蔣曦龍等[18]、蔣方山等[19]研究結(jié)果表明,外源硒肥對作物的產(chǎn)量沒有顯著影響。本試驗結(jié)果顯示,2020年葉面噴施硒肥使玉米產(chǎn)量下降 1.20%～16.95%;2021年,除Se50-3和Se50-1的產(chǎn)量分別較CK顯著增加以外,兩年試驗中其他施硒處理與CK產(chǎn)量差異都不顯著。薛原等[20]研究發(fā)現(xiàn),施硒對油麥菜產(chǎn)量無明顯促進作用,當硒肥濃度大于0.3 mg/kg時反而會降低油麥菜的產(chǎn)量,這與本試驗2020年玉米產(chǎn)量結(jié)果相似。張新軍等[21]研究發(fā)現(xiàn),葉面噴施硒肥對燕麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量都沒有顯著影響。鄒成林等[10]研究發(fā)現(xiàn),外源硒肥可提高糯玉米產(chǎn)量,但與對照差異不顯著,對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響也未達到顯著水平,這與本試驗2021年結(jié)果相似。硒是有益的微量元素。一方面,低濃度的硒能夠增強植物體內(nèi)抗氧化性,減緩生育后期葉片衰老速度,維持根系生理活性,促進作物對養(yǎng)分的吸收利用,達到增產(chǎn)效果。另一方面,較高濃度的硒會干擾植物體內(nèi)過氧化物酶的合成,降低植物抵御環(huán)境脅迫的能力,使增產(chǎn)效果減弱[6,16]。2021年玉米產(chǎn)量整體低于2020年的原因可能有兩個:一是2021年試驗所在地區(qū)在玉米灌漿期間連續(xù)一個月未降雨,季節(jié)性干旱導(dǎo)致玉米減產(chǎn);二是2020年對玉米葉面噴施硒肥時,部分硒肥溶液滴落到地面引起土壤硒的積累,第二年重復(fù)試驗再次噴施硒肥時,硒有可能超出玉米耐受劑量,導(dǎo)致減產(chǎn);葉面噴施硒肥對其深層次影響有待進一步研究。蔣曦龍等[18]研究發(fā)現(xiàn)高濃度硒抑制玉米穗生長發(fā)育進而降低籽粒產(chǎn)量,說明硒對植物生長發(fā)育存在劑量效應(yīng)。因此,在富硒玉米生產(chǎn)中,對于硒肥用量的選擇需要兼顧當?shù)赝寥狼闆r、玉米生長情況,協(xié)調(diào)彼此之間的關(guān)系,為獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的富硒玉米做充分 準備。

諸多研究表明,外源施硒可以提高作物籽粒等可食用部位的硒含量[16,19]。本研究發(fā)現(xiàn),兩年試驗中不同施硒濃度和噴施次數(shù)均能有效提高玉米根、莖、葉和籽粒硒含量;玉米各部位硒含量總體上隨著施硒濃度和噴施次數(shù)的增加而不斷增加。2020和2021年在施硒濃度50 mg/L噴施3次下玉米根、莖、葉和籽粒硒含量均高于其他處理;2020年施硒濃度50 mg/L在相同噴施次數(shù)下玉米各器官硒含量均呈現(xiàn)葉>根>籽粒>莖的特點,而2021年規(guī)律不明顯,玉米葉硒含量最大,玉米根、莖和籽粒硒含量較小,這與前人研究結(jié)果有所不同。劉慶等[22]研究發(fā)現(xiàn),土壤施硒下玉米各器官硒含量表現(xiàn)為根>葉>籽粒>莖。杜小平等[16]研究發(fā)現(xiàn)葉面施硒后黑豆各器官硒含量呈現(xiàn)籽粒>根≈莢>莖的特點。王玉榮等[23]研究發(fā)現(xiàn)施硒后油菜各器官硒含量表現(xiàn)為角殼果>籽粒>莖>根的特點。

上述結(jié)果進一步說明了植物對硒的吸收受土壤類型、硒肥種類、施硒部位、時間、濃度和施硒量等多種因素的影響,也說明了不同作物對硒的吸收轉(zhuǎn)運特征不同。玉米是非富硒作物[18],在本研究中其籽粒硒含量低于根和葉。大豆則屬于富硒作物,在杜小平等[16]研究中黑豆籽粒硒含量高于其他部位。根據(jù)富硒農(nóng)產(chǎn)品硒含量標準[24],糧食作物及其初加工產(chǎn)品硒含量在0.15～1.00 mg/kg為富硒食品。本研究發(fā)現(xiàn)兩年試驗中硒肥濃度為50 mg/L噴施3次下玉米籽粒的硒含量均超過其他處理,且符合富硒食品標準范圍。

綜上所述,葉面噴施硒肥對春玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素有影響,但總體上并不顯著。施硒濃度和噴施次數(shù)對玉米根、葉和籽粒硒含量的影響顯著,各部位硒含量隨著噴施次數(shù)的增加而增加。除2020年玉米莖以外,其他根、莖、葉和籽粒部位的硒含量在施硒濃度50 mg/L噴施3次下均達到最大值,且籽粒硒含量符合富硒食品標準范圍。因此,合理施硒可以提高春玉米籽粒硒含量。在安康地區(qū)采用氨基酸螯合有機富硒肥生產(chǎn)富硒玉米的推薦用量是50 mg/L噴施3次。