施用硒、鋅、鐵對玉米和大豆產量與營養品質的影響

昝亞玲,王朝輝*,毛 暉,Graham Lyons

(1西北農林科技大學資源環境學院,陜西楊凌712100;2 Waite Analytical Services School of Agriculture,Food and Wine,University of Adelaide,Adelaide,Australia 5064)

微量元素與人體健康有密切關系,土壤、水和食物中微量元素缺乏或過量會使人和動物患有一些特殊疾病,如硒具有清除人體自由基、延緩衰老[1-2]、增強免疫力、抑制腫瘤和心血管病的發生和發展等作用[3-4],缺硒導致人體及動物免疫功能下降,是造成癌癥、心腦血管疾病、糖尿病、腸胃病、克山病等40多種疾病的原因之一[5]。鋅對人體也有非常重要的生理功能,現已證實,人體有200多種酶活性依賴鋅的存在;膳食中鋅攝入量不足嚴重影響人們的身心健康,造成免疫力降低,生長發育停滯,智力發育障礙等多種病癥。鐵缺乏也是一個全球性問題,據聯合國兒童基金會統計,全球目前大約有37億人缺鐵。發展中國家40%～50%的5歲以下兒童和50%以上孕婦患缺鐵病,嚴重缺鐵可出現心臟擴大、心電圖異常,甚至出現心力衰竭,有的還出現精神失常,嚴重威脅人類健康。

硒、鋅、鐵等微量元素缺乏癥是困擾發展中國家和地區居民的重要營養問題。對人體進行微量元素調節已受到國內外專家的重視,在瑞典已經對多種作物進行了富硒研究。在國內已經對小麥、水稻、蔬菜等多種作物進行了微量元素方面的研究,但人們較多關注硒、鋅等元素對作物產量的影響,至于對作物品質的影響,尤其是施用微量元素對農產品微量元素營養品質的影響研究較少。陜西永壽屬典型的嚴重缺硒地區,缺素引起植物生長障礙及人畜缺素病癥較為嚴重,但國內至今尚沒有關于如何調節該地區農產品的微量組分營養品質的研究報道。基于此,我們采用黃土高原低硒區土壤,研究外源硒、鋅、鐵對玉米、大豆產量和營養品質的影響,以期了解硒、鋅、鐵對玉米、大豆產量和籽粒營養品質的作用效果。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

盆栽試驗于2007年5月1日至2007年9月3日在西北農林科技大學資源環境學院溫室進行。供試土壤采自陜西省永壽縣養馬莊,其基本性狀為:pH 8.4,有機質 16.75 g/kg,全氮 1.13 g/kg,硝態氮0.014 g/kg,銨態氮0.017 g/kg,速效磷 0.030 g/kg,速效鉀0.139g/kg,全鋅0.062 g/kg,全鐵31 g/kg,全硒0.86 mg/kg,有效鋅0.195 mg/kg,有效鐵1.012 mg/kg。

試驗設4個處理:對照(CK);不施硒、鋅、鐵(A1);土施硒、鋅結合葉面噴鐵(A2);土施硒、鋅結合葉面噴施硒、鋅、鐵(A3)。除對照外,其他 3個處理均基施氮、磷、鉀肥,各肥料用量(均按風干土計):玉米施N 0.3 g/kg、大豆施N 0.15 g/kg;玉米和大豆均施 P2O50.2 g/kg和K2O 0.3 g/kg。硒、鋅土施處理的用量為Se 0.86 mg/kg、Zn 35 mg/kg,葉面噴施處理的濃度為Se 12 mg/L、Zn 0.29 g/L。由于石灰性土壤低價鐵會很快氧化失效,在A2和A3處理中鐵均以葉面噴施的形式施用,濃度為Fe 0.13 g/L。

各肥料施用時期:氮肥50%作基肥,于播前施入;50%作追肥,分別于玉米大喇叭期、大豆蕾期隨灌水施入。磷、鉀肥及土施的硒、鋅肥均于播前施入。噴施的鐵肥在玉米抽雄期、大豆花蕾期,每5 d噴1次,連噴3次,每次噴施量為50 mL/盆,不施微量元素的處理同時噴等量清水。

試驗采用36 cm×26 cm白色不透光塑料盆,于2007年5月1日裝盆播種。每盆裝風干土8.0 kg,裝盆前,先取1 kg土分別與硒、鋅微肥混勻(硒以硒酸納溶液的形式加入),再與氮、磷、鉀肥混勻,然后與剩余的土壤混勻。裝土過程中,不斷振動試盆,使土壤松緊合適;裝土 7.0 kg以后,灌水2000 mL,確保出苗前不再灌水;水分完全滲入土壤后,每盆均勻播種玉米6粒、大豆8粒,并將剩余土壤覆蓋于土面,覆土厚度約1.5 cm。每處理重復4盆。玉米長出第3片葉時,每盆定苗1株;大豆長出第4片真葉時,每盆定苗2株。采用容量法,根據作物長勢和土壤干濕情況及時灌水。

1.2 測定項目及方法

大豆于2007年8月31日收獲,玉米9月3日收獲。大豆植株分為莖葉、莢殼、籽粒;玉米分為莖葉(含苞葉)、穗軸、子粒。稱量各器官的鮮重后,根據樣品多少,各稱取部分鮮樣在105℃殺青20 min,50～55℃烘箱中烘干至恒重,稱干重。植物干樣磨細后密封備用。植株樣品中全氮含量采用凱氏定氮儀測定、全磷含量采用紫外分光光度計(鉬銻抗比色法)測定、全鉀含量采用火焰光度計測定。植株中全硒含量采用原子熒光法測定,植株中鋅、鐵含量由澳大利亞阿德萊德大學農業與葡萄酒學院維特分析中心(Waite Analytical Services,School of Agriculture and Wine,University of Adelaide)采用電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-AES法)測定。

2 結果與分析

2.1 硒、鋅、鐵對玉米和大豆生物量與產量的影響

施用適量硒、鋅、鐵能顯著提高玉米、大豆的生物量及產量。與對照(CK)相比,僅施用氮、磷、鉀(A1)時,玉米、大豆的生物量及產量無明顯變化;土施硒鋅結合葉面施鐵(A2)時,玉米生物量及產量分別比對照提高37.8%和73.8%,大豆提高111.9%和58.9%,均達顯著水平;土施硒鋅結合葉噴硒、鋅、鐵(A3)時,玉米、大豆生物量分別增加8.8%和98.5%,產量提高 15.6%和115.1%(表1)。說明僅施氮、磷、鉀未必能提高作物產量,而土施硒鋅結合葉面施鐵可明顯提高作物產量,但再結合葉面噴施硒、鋅、鐵反而會使增產效果下降。

表1 硒、鋅、鐵對玉米和大豆生物量與產量的影響(g/pot)Table 1 Effect of Se,Zn and Fe on biomass and grain yield of maize and soybean

2.2 硒、鋅、鐵對玉米和大豆籽粒大量元素含量的影響

施用氮、磷、鉀肥或硒、鋅、鐵均明顯提高玉米籽粒的含量,磷、鉀含量雖略有增加,但差異不顯著。與CK相比,A1處理,玉米籽粒中氮含量增加23.2%;A2處理,玉米籽粒氮含量比對照增加了25.6%;A3處理,玉米籽粒的氮含量比對照增加了38.7%(表2)。說明土施硒鋅結合葉面噴施鐵可明顯提高玉米對氮素的吸收,土施硒鋅結合葉面噴施硒、鋅、鐵可進一步提高玉米對氮素的吸收能力。

表2 硒、鋅、鐵對玉米和大豆籽粒氮、磷、鉀含量的影響(%)Table 2 Effect of Se,Zn and Fe on the contents of N,P and K in maize and soybean grain

表2還看出,僅施用氮、磷、鉀或施用硒、鋅、鐵,大豆籽粒氮含量無明顯變化。A1處理,大豆籽粒磷、鉀含量略有增加;A2處理,大豆籽粒磷、鉀含量有下降趨勢,但差異不明顯;A3處理大豆籽粒磷、鉀含量分別比對照下降了31.5%、5.7%,達顯著水平。說明施用硒、鋅、鐵對大豆籽粒氮的吸收和累積沒有明顯的促進作用,而且還可能會抑制大豆子粒對磷、鉀元素吸收。

2.3 硒、鋅、鐵對玉米和大豆籽粒硒含量的影響

與對照比較,僅施氮、磷、鉀對玉米、大豆籽粒硒含量無明顯影響(表3)。土施硒或土施結合葉面噴施硒時,玉米、大豆籽粒硒含量顯著提高,其中玉米籽粒硒含量比對照分別提高了385.1%和480.4%;大豆分別提高了469.8%和512.9%。可見,土施硒或土施結合葉面噴施硒可顯著提高玉米、大豆籽粒硒含量,是有效提高低硒地區居民膳食中硒含量的重要方法。

表3 硒、鋅、鐵對玉米和大豆籽粒硒含量的影響Table 3 Effect of Se,Zn and Fe on Se content in grain of maize and soybean

2.4 硒、鋅、鐵對玉米和大豆籽粒鋅含量的影響

施用微量元素鋅亦可明顯提高玉米、大豆籽粒中鋅含量(表 4)。與CK相比,僅施氮、磷、鉀時,玉米籽粒中鋅含量無明顯變化,大豆籽粒中鋅含量卻下降35.4%;土施鋅或土施結合葉面噴施微量元素鋅,玉米籽粒鋅含量分別比對照提高72.1%、106.9%,大豆籽粒鋅分別提高了48%、62.2%,均達顯著水平。說明土施鋅或土施結合葉面噴施鋅是提高玉米、大豆籽粒中鋅含量的有效方法。

2.5 硒、鋅、鐵對玉米和大豆籽粒鐵含量的影響

施用微量元素鐵可顯著提高玉米、大豆籽粒鐵含量(表5)。與對照相比,僅施氮、磷、鉀玉米、大豆籽粒鐵含量無明顯變化;土施硒鋅結合葉面噴施鐵時,玉米籽粒鐵含量較對照提高了28.1%,大豆籽粒鐵含量提高了36.8%;土施硒鋅結合葉面噴施硒、鋅、鐵時,玉米籽粒中鐵含量比對照提高126.7%,大豆提高15.6%。

表4 硒、鋅、鐵對玉米和大豆籽粒鋅含量的影響Table 4 Effect of Se,Zn and Fe on grain Zn content of maize and soybean

表5 硒、鋅、鐵對玉米和大豆子粒鐵含量的影響Table 5 Effect of Se,Zn and Fe on Fe content in grain of maize and soybean

3 討論

陜西永壽屬典型石灰性土壤,碳酸鹽含量和pH都較高,有機質含量低,微量元素生物有效性較低,作物微量元素缺乏現象較為普遍[8],嚴重缺乏硒、鋅等元素。如何提高低硒地區農作物產量與農產品營養品質,已成為國內外研究的重要課題之一。

微量元素對作物的效應受劑量和作物種類影響。周勛波等[9]發現,適量微量元素可以促進植株生長、增加產量,過量則抑制其生長并產生毒害作用;王晉明等[7]在大蒜上的研究也表明,適量的硒能促進大蒜的生長發育,增加大蒜產量,過量則會對大蒜產量形成有抑制作用。章衡[10]發現,施鋅后,在一定濃度范圍內,白菜產量也有一定程度的增加;但是當鋅施量超過一定濃度后,對白菜會產生毒害作用。本試驗表明,僅施用氮、磷、鉀肥料未必能提高玉米和大豆產量,而土施或者土施結合葉面噴施硒、鋅、鐵可顯著提高玉米和大豆產量,說明施用適量硒、鋅、鐵不僅能促進作物的生長,而且還有利于作物產量顯著提高。

一般認為,適宜濃度的微量元素硒可以促進植物對磷、鉀等大量元素的吸收,而硒濃度過高則抑制植物對營養元素的吸收[11]。尚慶茂等[12]報道,增加營養液中的硒水平,促進了生菜對磷的吸收,卻抑制了鉀吸收。李登超等[13]認為,施硒增加了小白菜植株氮含量,降低了磷含量,對鉀含量影響不大。董廣輝等[6]報道,施用外源硒后大豆植株的含氮量在大豆成熟期與對照相比差異不顯著,大豆植株含磷量明顯低于對照。丁建國等[14]指出,在一定濃度范圍內隨著微量元素肥料鐵濃度的升高,菠菜中氮素、磷素的含量相應增加,而鐵元素濃度過高和過低均不利于菠菜對鉀的吸收,只有在適當的濃度下才能促進鉀素的吸收。本試驗亦表明,施用硒、鋅、鐵時,玉米籽粒中氮含量較對照顯著增加,而磷、鉀元素無明顯變化。說明施用硒、鋅、鐵對玉米中氮的吸收累積有促進作用。對大豆而言,施硒、鋅、鐵后大豆籽粒氮含量較對照沒有明顯變化,這可能與大豆特有的自生固氮作用有關,而磷和鉀略有下降。無微量元素肥料情況下,磷、鉀含量較高,而施用微量元素時,磷、鉀含量略有降低,可能與大豆對養分的選擇吸收有關。可見,施用微量元素硒、鋅、鐵能改變植物體內大量營養元素氮、磷、鉀的含量,其影響程度因植物種類而異。目前,鋅、鐵與植物體內大量元素間關系報道較多,而硒元素報道較少,特別是硒、鋅、鐵配施甚少,這一方面的工作需更進一步地深入。

合理施用微量元素可促進作物生長,提高作物對養分的吸收能力,有效改善作物營養品質。如硒、鋅等微量元素可有效改善作物根系的生長環境,而根系又是植物吸收水和養分的重要器官,所以適當補充硒、鋅等元素對改善作物硒、鋅營養有著重要作用。宋家永等[15]研究表明,施用硒肥,糧食作物含硒量可比對照增加3～32倍,水果增加2～4倍,蔬菜增加7～60倍。柳燕蘭等[16]研究看出,小麥施鋅肥后,小麥粒中鋅含量增加48.4%。本試驗表明,土施或結合葉面噴硒、鋅、鐵時,玉米和大豆籽粒硒、鋅、鐵含量可顯著增加。這一結果對黃土高原低微量元素地區通過施用微肥增加食物的微量元素含量有較大的參考價值。綜合考慮玉米、大豆產量和籽粒微量元素含量變化,建議鋅、硒元素土壤施用,或土施結合葉面噴施施用,葉面噴施鐵可有效提高作物籽粒的鐵含量。

[1] Meyskens J E F.Micronutrients[A].De Vita V T,Hellman S,Rosenberg S A.Cancer:principle&practice oncology[C].New York:Lippincott Raven,1997.573-579.

[2] 高新樓,秦中慶,蘇利,等.噴施富硒液對富硒小麥子粒硒含量及產量的影響[J].安徽農業科學,2007,35(18):5498-5499.Gao X L,QinZ Q,Su L et al.Effect of spraying selenium rich liquid on selenium content in grain and yield of wheat[J].J.Anhui Agric.Sci.,2007,35(18):5498-5499.

[3] 孫崇延,李德安,馮杰,等.施加硒化肥對麥粒的化學元素及氨基酸含量的影響[J].微量元素與健康研究,1995,12(3):39-45.Sun C Y,Li D A,Feng J et al.Effect of applying sodium selenite to the chemical fertilizer on the chemical element and amino acid content in wheat grain[J].Stud.Trace Elem.Health,1995,12(3):39-45.

[4] 蔣建平.富硒食物的研究動向與開發前景[J].中國食物與營養,1996,(3):5-9.Jiang J P.The direction of research and the prospect for selenium enriching food[J].Food Nutr.China,1996,(3):5-9

[5] 單金緩,王秀梅,丁良,等.中草藥中硒的生物功能及測定方法研究進展[J].中草藥,2003,34(30):280-282.Shan JH,Wang XM,Ding L.Advances in studies on biological functions of selenium and its determination method in Chinese herbal medicine[J].Chin.Trad.Herb.Drugs,2003,34(30):280-282.

[6] 董廣輝,陳利軍,武志杰,等.外源硒對大豆產量、植株氮磷含量及土壤酶活性的影響[J].應用生態學報,2003,14(5):776-780.Dong G H,Chen L J,Wu Z J et al.Effect of exogenous selenium on soybean yield and its total N and P contents and on soil enzyme activities[J].Chin.J.Appl.Ecol.,2003,14(5):776-780.

[7] 王晉民,趙之重,段冰.葉面施硒對不同蔬菜硒富集和產量的影響[J].西北農林科技大學學報,2007,35(7):103-106.Wang J M,Zhao Z Z,Duan B.Effect of selenium applications on the selenium accumulation and yield on several kinds of vegetables[J].J.Northwest A&F Univ.,2007,35(7):103-106.

[8] 郝明德,魏孝榮,黨廷輝.旱地小麥長期施用鋅肥的增產作用及土壤效應[J].植物營養與肥料學報,2003,9(3):377-380.Hao M D,Wei X R,Dang T H.Effect of long-termapplying zinc fertilizer onwheat yield and content of zinc in dryland[J].Plant Nutr.Fert.Sci.,2003,9(3):377-380.

[9] 周勛波,吳海燕,洪延生,等.作物施硒研究進展[J].中國農業科技導報,2002,4(6):45-48.Zhou X B,Wu H Y,Hong Y S et al.Progress on application of selenium to crop[J].Rev.China Agric.Sci.Tech.,2002,4(6):45-48.

[10] 章衡.噴施鋅、碘對大白菜鋅、碘累積量、產量及品質的影響[J].農業工程學報,1997,13(1):140-143.Zhang H.The effect of spraying znic and iodine on the accumulation of znic and iodine yield and the quality of Chinese cabbage[J].Trans.CSAE,1997,13(1):140-143.

[11] 陳銘,劉更另.高等植物的硒營養及在植物鏈中的作用[J].土壤通報,1996,27(4):185-188.Chen M,Liu G L.The role of selenium in higher plant nutrition and in food cycle[J].Chin.J.Soil Sci.,1996,27(4):185-188.

[12] 尚慶茂,高麗紅,李平蘭.硒素營養對水培生菜品質的影響[J].中國農業大學學報,1998,3(3):67-71.Shang Q M,Gao L H,Li P L.Effect of selenium on quality of hydroponics lettuce[J].J.China Agric.Univ.,1998,3(3):67-71.

[13] 李登超,朱祝軍,徐志豪,錢瓊秋.硒對小白菜生長和養分吸收的影響[J].植物營養與肥料學報,2003,9(3):353-358.Li D C,Zhu Z J,Xu Z H,Qian Q Q.Effect of selenium on the growth and nutrient absorption of pakchoi[J].Plant Nutr.Fert.Sci.,2003,9(3):353-358.

[14] 丁建國,李翠芹,李海波,等.鐵肥對菠菜生長發育的影響[J].安徽農學通報,2008,14(15):148-149.Ding J G,Li C Q,Li H B et al.Effect of iron on the growth of spinach[J].Anhui Agric.Sci.Bull.,2008,14(15):148-149.

[15] 宋家永,李敬光,王永華,等.噴施硒肥對小麥生理特性、子粒硒含量的影響[J].河南農業大學學報,2005,39(2):139-142.Song J Y,Li J G,Wang Y H et al.Effect of applying Selenium fertilizer on wheat physiological characteristics and the grain selenium content[J].J.Henan Agric.Univ.,2005,39(2):139-142.

[16] 柳燕蘭,郝明德,張少民.黃土區旱地長期施用微肥對冬小麥農藝性狀及產量的影響[J].干旱地區農業研究,2008,26(3):37-57.Liu Y L,Hao M D,Zhang S M.Effect of long-term applying micronutrients fertilization on the yield of winter wheat and the structure of wheat in dryland of Loess region[J].Agric.Res.Arid Areas,2008,26(3):37-57.