磷硫配施對冬小麥硒吸收及轉(zhuǎn)運的影響

張勝男, 聶兆君*, 趙鵬, 李金峰, 李永革,劉紅恩*, 秦曉明, 秦世玉

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 土壤污染防控與修復(fù)重點實驗室, 鄭州 450002;2.河南省安陽市農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測站, 河南 安陽 455000)

硒是人體必需的微量元素[1]。研究表明，硒具有抗氧化、抗衰老和抗腫瘤的作用[2]。硒缺乏容易導(dǎo)致人體免疫能力下降，適量補硒可以提高人體對某些疾病的抵抗能力，并可防止糖尿病、心腦血管疾病、克山病及大骨節(jié)病等[3]。中國72%的土壤硒含量小于國際公認(rèn)的正常臨界值0.1 mg·kg-1，導(dǎo)致成人每天的硒攝入平均值僅為26～32 μg[4]。人類硒攝入的主要來源是日常飲食，小麥作為我國北方地區(qū)主要的糧食作物，提高小麥籽粒硒含量對于人體合理補充硒營養(yǎng)具有重要意義。然而，過量攝入硒元素也會引起人體和動物患病。人體缺硒和硒中毒范圍相對較窄，研究表明，人體硒攝入量大于400 μg·d-1即會產(chǎn)生硒中毒風(fēng)險[5]。因此，合理調(diào)控小麥籽粒硒含量，保證人體合理攝入硒營養(yǎng)就顯得尤為重要。

磷作為植物生長必需的營養(yǎng)元素之一，對植物體內(nèi)硒的吸收和轉(zhuǎn)運產(chǎn)生重要的影響，但相關(guān)研究結(jié)論并不一致。Li等[6]研究發(fā)現(xiàn)，由于磷酸鹽和亞硒酸鹽之間的化學(xué)相似性，植物對磷酸鹽和亞硒酸鹽的吸收可能共用磷酸鹽轉(zhuǎn)運通道，兩者存在競爭吸收作用。與不施磷處理相比，施磷導(dǎo)致小麥地上部及地下部硒含量和累積量降低[7]。Liu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，高磷處理下，水稻莖、葉、穗部及根部的硒含量均小于不施磷處理。然而，也有施磷促進(jìn)植株硒吸收的報道。施磷處理下，小白菜硒的吸收量和硒利用率均高于不施磷處理，并在等施硒量條件下，隨著施磷量的增加小白菜硒利用率顯著降低,由此可知，適宜的施磷量可以提高植株硒的利用率,施入磷酸鹽降低土壤對硒酸鹽的吸附作用，提高了硒酸鹽的生物有效性[9]。還有學(xué)者認(rèn)為，施磷會增加植物對硒的吸收，而施硒也提高植株體內(nèi)磷的濃度，即磷和硒互為協(xié)同作用[10]。硫也是植物必需的營養(yǎng)元素之一，同樣影響植物對硒酸鹽的吸收、遷移和分配，但研究結(jié)果也并不一致。Li等[6]通過水培試驗研究施硫?qū)π←溛瘴挠绊懀Y(jié)果表明，相比不施硫處理，施硫?qū)π←溛猁}的吸收降低了90.5%。不論土壤中自然存在的硫，還是外源施用硫肥，都會顯著影響植物組織中硒的累積與分配[11]。土壤中硒的有效性較低，被認(rèn)為主要是由于硫肥施用所引起的[12]。但也有研究認(rèn)為，作物對四價硒的吸收幾乎不受硫酸鹽的影響[6,13]。田間試驗表明，硫酸鹽促進(jìn)了小麥和蕎麥對硒酸鹽的攝取[14-15]。此外，還有報道指出，高水平的硫通過上調(diào)硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白促成了芥菜中硒的攝取[16]。因此，在生產(chǎn)實踐中，有必要進(jìn)一步明確硫肥的施用對作物中硒吸收和攝入的調(diào)節(jié)效應(yīng)。

目前，關(guān)于磷硫配施對植物硒吸收影響的研究相對較少。本研究通過盆栽試驗，探討了磷硫配施對冬小麥產(chǎn)量、硒含量、硒遷移系數(shù)、硒累積量及分配比例的影響，以揭示磷、硫?qū)Χ←溛张c轉(zhuǎn)運的影響，闡明磷、硫、硒三者互作的生物效應(yīng)，為推動小麥生產(chǎn)中合理施用磷、硫、硒肥，合理調(diào)控籽粒硒含量提供一定的理論與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試小麥品種為鄭麥9023，購自河南秋樂種業(yè)科技股份有限公司。試驗于2014年10月—2015年6月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)農(nóng)場進(jìn)行。供試土壤為壤質(zhì)潮土，基本理化性狀如下：堿解氮23.7 mg·kg-1，速效磷5.19 mg·kg-1，速效鉀39.0 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)6.18 g·kg-1，pH 7.92，有效硒0.005 mg·kg-1，全硒0.178 mg·kg-1。

1.2 試驗處理

試驗分別設(shè)置3個磷水平(P2O5為0、0.2、0.4 g·kg-1)和3個硫水平(S為0、0.1、0.2 mg·kg-1)，采用3×3交互設(shè)計，共9個處理，每個處理重復(fù)3次。土壤加硒處理(Se 1 mg·kg-1)，磷肥、硫肥和硒肥分別以磷酸二氫鉀(KH2PO4·2H2O)、單質(zhì)硫(S)和亞硒酸鈉(Na2SeO3·5H2O)作為肥源。底肥用量為N 0.2 g·kg-1和 K2O 0.2 g·kg-1，分別以尿素和氯化鉀(KCl)作為肥源。所有肥料配成溶液于播種前一次性施入土壤。另外，于拔節(jié)期每盆追施尿素1 g。試驗所用試劑均采用分析純級別。試驗場設(shè)有塑料膜防雨棚以防止雨水淋洗。

試驗采用聚乙烯塑料盆，直徑310 mm，深度200 mm，每盆裝土8.5 kg。冬小麥于2014年10月12日播種，出苗后每盆定株8棵。于2015年5月27日收獲，采集籽粒、穎殼、莖葉和根4個部位于105 ℃殺青 30 min，然后60 ℃烘干至恒重，稱重、粉碎，備用。

1.3 測定項目和方法

植株硒含量的測定方法，采用HNO3-HClO4(體積比為4∶1)消解，消解過程溫度始終控制在180 ℃左右，消解液在6 mol·L-1HCl介質(zhì)中進(jìn)行還原，冷卻后，定容過濾，采用原子熒光分光光度法測定[17]。

植株各部位硒累積量=各部位硒含量×各部位干物質(zhì)重

植株穎殼-籽粒硒遷移系數(shù)=籽粒硒含量/穎殼硒含量

植株莖葉-穎殼硒遷移系數(shù)=穎殼硒含量/莖葉硒含量

植株根-莖葉硒遷移系數(shù)=莖葉硒含量/根硒含量

植株總硒累積量=籽粒硒含量×籽粒產(chǎn)量+穎殼硒含量×穎殼干物質(zhì)重+莖葉硒含量×莖葉干物質(zhì)重+根硒含量×根干物質(zhì)重

植株硒分配比例=各部位硒累積量/植株總硒累積量×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SAS 8.1進(jìn)行方差分析和F值檢驗，采用Duncan法(P<0.05)進(jìn)行多重比較。數(shù)據(jù)表格中F(S)表示方差分析中施硫的主效應(yīng)、F(P)表示施磷的主效應(yīng)、F(S×P)表示硫磷的交互效應(yīng)。采用Sigmaplot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷硫配施對冬小麥產(chǎn)量的影響

由表1可知，在P0水平下施硫，會導(dǎo)致冬小麥產(chǎn)量下降，但差異并未達(dá)到顯著水平；在P0.2和P0.4水平下施硫，冬小麥產(chǎn)量增加。與對照(S0P0)相比，增加幅度分別為1.6%～7.1%和24.0%～29.0%，施硫顯著提高了磷肥的增產(chǎn)作用。各施硫水平下施磷，冬小麥產(chǎn)量均顯著增加，增加幅度達(dá)到245.0%～290.0%。硫磷配施處理下，在S0.1P0.4處理,冬小麥產(chǎn)量達(dá)到最高60.3 g·盆-1。

表1 硫磷配施對冬小麥產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of sulfur and phosphorus combined application on winter wheat yield

2.2 磷硫配施對冬小麥各器官硒含量的影響

由圖1可知，不論施硫與否，施磷均能顯著降低籽粒硒含量。與S0P0相比，S0.1P0和S0.2P0籽粒硒含量分別降低了0.8%和10.6%。在施硫處理下施磷時，與對照(S0P0)相比，其降低幅度為48.0%～60.7%。同樣，在相同施磷水平下施硫，籽粒硒含量略有下降，降低幅度不顯著；籽粒硒含量的最大值和最小值分別出現(xiàn)在S0P0和S0.1P0.4處理。與S0處理相比，S0.2處理顯著增加了P0水平下穎殼的硒含量，增幅為29.2%；不論施硫與否，與P0處理相比，P0.2和P0.4處理均能顯著降低小麥穎殼硒含量，降幅達(dá)29.0%～68.0%。穎殼硒含量的最大值和最小值則分別出現(xiàn)在S0.2P0和S0.2P0.2處理。與S0處理相比，S0.1處理顯著降低了P0水平下莖葉的硒含量，降幅為22%。不論施硫與否，與P0處理相比，兩個施磷(P0.2和P0.4)處理均能顯著降低莖葉硒含量，且莖葉硒含量的最大值和最小值分別出現(xiàn)在S0P0和S0.2P0.4處理下。不論施硫與否，與P0處理相比，P0.2和P0.4處理均能顯著降低根系硒含量，降低幅度為64.9%～72.4%；在P0水平下，與S0相比，S0.1處理顯著降低根系硒含量，降低了38.9%。根系硒含量的最大值和最小值分別出現(xiàn)在S0P0和S0P0.4處理下。

2.3 磷硫配施對冬小麥植株及籽粒硒累積量的影響

由圖2可知，單獨施硫會導(dǎo)致小麥植株硒累積量降低，與對照(S0P0)處理相比，其降低幅度達(dá)7.1%～14.9%。在S0水平下施磷時，隨施磷量升高植株中硒累積量先升高后降低，硒累積量在P0.2水平下達(dá)到最大值為478.48 μg，比對照處理增加了104.0%。不論施硫與否，施磷均能顯著提高小麥植株硒累積量，與S0、S0.1相比，S0.2處理下施磷時，植株硒累積量的增幅較低。在P0和P0.4水平下，施硫小麥籽粒硒累積量沒有顯著差異。在P0.2水平下施硫小麥籽粒硒累積量逐漸降低，降低幅度為6.4%～25.8%。不論是否施硫，小麥籽粒硒累積量總在P0.2處達(dá)到最大。籽粒硒累積量的最大值和最小值分別出現(xiàn)在S0P0.2和S0.2P0處理下。

2.4 磷硫配施對冬小麥各器官間硒遷移系數(shù)的影響

由圖3可知，小麥各器官間硒遷移系數(shù)大小為：穎殼-籽粒>莖葉-穎殼>根-莖葉。與P0相比，施磷顯著降低了S0、S0.1水平下穎殼到籽粒的硒遷移系數(shù)，降低幅度為21.2%～55.3%；與S0P0處理相比，S0.1P0處理下，穎殼到籽粒的硒遷移系數(shù)顯著升高，上升了19.4%；而在S0.2處理下，施磷對小麥穎殼到籽粒的硒遷移系數(shù)沒有顯著影響。當(dāng)不施磷時，在高硫(S0.2)水平下，莖葉到穎殼的硒遷移系數(shù)最高，達(dá)到1.03，與對照相比升高幅度達(dá)42.9%。在S0、S0.1水平下，隨施磷量增加，莖葉到穎殼的硒遷移系數(shù)顯著升高；而在S0.2水平下，施磷對小麥莖葉到穎殼的硒遷移系數(shù)影響較小。單獨施硫，小麥根到莖葉的硒遷移系數(shù)隨施硫量增加而升高，且變化幅度較大，S0.2P0處理的硒遷移系數(shù)與S0P0處理相比提高了237.8%。單獨施磷時，隨施磷量增加，根到莖葉的硒遷移系數(shù)降低，與對照處理相比分別降低了44.8%和47.4%。在施硫水平下，施磷較不施磷處理根到莖葉的硒遷移系數(shù)下降，且在S0.2水平下降幅度最大，為65.1%～65.3%。根到莖葉的硒遷移系數(shù)在S0.2P0處理下達(dá)到最大。

2.5 磷硫配施對冬小麥各器官硒分配比例的影響

圖4顯示，在小麥各器官中，籽粒硒累積量占植株總硒累積量的百分比(分配比)最大，平均分配比為39.49%。單獨施硫時，與S0P0處理相比，S0.1P0處理的植株地上部硒分配比均增加，而根中硒分配比顯著降低；S0.2P0處理的籽粒分配比降低，其他部位的分配比均增加。在S0和S0.1處理下施磷時，籽粒和莖葉硒分配比降低，且籽粒硒分配比降低幅度大于莖稈；在S0.2處理下施磷時，籽粒和根硒分配比增加，且根中硒分配比增加幅度大于籽粒。 S0.1P0和S0.1P0.2處理下籽粒硒分配比較大，分別為45.3%和44.8%。P0.2和P0.4處理在各個硫水平下均擴(kuò)大了根中硒分配比，根中硒累積量占比最大的是S0.1P0.4處理的28.4%。

3 討論

3.1 磷硫配施可顯著提高冬小麥產(chǎn)量

本研究中，單獨施用磷肥能提高冬小麥產(chǎn)量，單獨施用硫肥則會致使冬小麥減產(chǎn)，但硫磷的配合施用則能顯著提高冬小麥產(chǎn)量，S0.1P0.4處理下冬小麥增產(chǎn)效果最佳。Ullah等[18]研究發(fā)現(xiàn)，小麥最大籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量出現(xiàn)在P 90 kg·hm-2+S 75 kg·hm-2處理中，最小產(chǎn)量出現(xiàn)在對照組，這與本研究結(jié)論相似。岳壽松等[19]研究認(rèn)為，施磷可提高開花和灌漿期的群體光合作用，降低群體暗呼吸作用和促進(jìn)早期及中期的籽粒灌漿速率，從而提高籽粒產(chǎn)量。孟賜福等[20]研究表明，硫磺與磷礦粉混施增加了植株對磷的吸收，從而增加了油菜產(chǎn)量。

3.2 磷硫配施降低冬小麥各器官硒含量，增加硒累積量

硫磷配施下冬小麥各部位硒含量和累積量變化各異。除穎殼外，冬小麥各部位硒含量最高值都出現(xiàn)在P0S0處理，不論施硫與否，施磷均能顯著降低冬小麥各部位硒含量，提高小麥植株硒累積量。有研究表明，缺磷處理可提高小麥幼苗對硒吸收量的60%[6]，而磷的添加顯著降低黑麥草Se濃度[21]。Lee等[22]研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH在5～9時，土壤對亞硒酸鹽的吸附能力會隨著土壤pH的降低而顯著增高，隨著施磷量的增加，土壤中鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒與有機(jī)態(tài)硒累積量增加，而可溶態(tài)硒與可交換態(tài)硒累積量顯著降低，由此可知，施磷促進(jìn)外源亞硒酸鹽轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定態(tài)硒，降低了亞硒酸鹽的生物有效性。在本研究中，施磷雖能顯著降低施硒條件下冬小麥植株各部位硒含量，但各部位硒累積量卻顯著增加。Mora等[23]也得出了相似結(jié)論，磷酸鹽通過作物生長所產(chǎn)生的稀釋作用降低作物中的硒含量似乎并沒有減少硒的積累。施磷促進(jìn)硒累積的原因，可能是磷酸根離子和亞硒酸根離子競爭土壤膠體表面的陰離子吸附位，使得 Se4+容易為植物吸收利用。另外，磷能促使植物根系生長而增加了土壤中硒的吸收[24]。

施硒條件下施硫會降低冬小麥籽粒、莖葉和根的硒含量，增加穎殼的硒含量。同樣，施硫量增加會降低植株的硒累積量。溫室條件下，苜蓿中硒與硫的拮抗干擾作用比較明顯，但在田間條件下卻沒有得到同樣的結(jié)果[25]。Parker等[26]研究也表明，在大田試驗中施用硫不影響植物組織中硒含量。但在本次盆栽試驗中，單獨施硫降低了植株硒吸收及硒的累積。其原因可能是硒酸鹽在植物根系中通過高親和性硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白吸收[27-28]。硫酸鹽可以競爭性抑制小麥對硒酸鹽的攝取。硫在土壤中的變化過程相對復(fù)雜，它能降低土壤pH和促進(jìn)鐵的活化，而且亞硒酸鹽解吸速率和土壤pH之間存在正相關(guān)[29]。也有研究表明，小麥籽粒硒濃度和硒攝取量的減少，可能是由于土壤硫和土壤硒組分之間競爭性相互作用造成的[11]。因此，在我國北方硫含量高的大田中，通過土施硒肥提高糧食硒含量可能達(dá)不到預(yù)期效果。

磷、硫配合施用能顯著降低小麥各部位硒含量，增加各部位硒累積量。與對照相比，磷硫配施能增加小麥植株硒累積量，但與低濃度的磷、硫處理相比，高濃度的磷、硫配施會降低植株的硒累積量。已知施硫會降低小麥對硒的攝取，而施磷會增加植株對硒的吸收。因此，在北方高硫地區(qū)，可以通過施用適量磷肥來調(diào)節(jié)小麥的硒吸收；在低硒地區(qū)，可以通過施磷來提高小麥硒累積量；在高硒地區(qū)，可以采用磷硫配施，在保證產(chǎn)量前提下，降低小麥植株中的硒累積。

3.3 磷硫配施影響硒在冬小麥各器官間的遷移、分配

施硫能促進(jìn)冬小麥根向莖葉、莖葉向穎殼的硒遷移，降低穎殼向籽粒的硒遷移系數(shù)。施磷能促進(jìn)冬小麥莖葉向穎殼的硒遷移，降低根向莖葉、穎殼向籽粒的硒遷移系數(shù)。磷硫配施同樣會降低小麥根向莖葉、穎殼向籽粒的硒遷移系數(shù)，提高冬小麥莖葉向穎殼的硒遷移系數(shù)。

與對照相比，S0.1P0處理能增加小麥籽粒的硒分配，高硫處理則降低了籽粒的硒分配，單獨施磷會減小籽粒的硒分配。磷、硫配施會減小S0.1處理下的籽粒硒分配，會增大S0.2處理下的籽粒硒分配。這說明，適量的磷硫配施能提高籽粒的硒攝取。

籽粒硒累積量高低是衡量其是否屬于富硒小麥的重要依據(jù)。在生產(chǎn)實踐中，缺硒地區(qū)可以通過施用適量的硒肥來快速提高作物硒累積量；富硒區(qū)域可以通過較高的磷硫配施來降低當(dāng)季作物對硒的過度吸收，降低硒向籽粒中的轉(zhuǎn)移，合理調(diào)控籽粒硒含量，從而保證富硒小麥的安全生產(chǎn)和土壤硒資源的長效利用。缺硒地區(qū)，在補充硒源基礎(chǔ)上，配施適量磷、硫，有助于增加小麥籽粒中的硒累積量。