磷硒配施對(duì)鄭麥9023硒吸收及土壤硒形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響

祝姣姣，聶兆君，趙 鵬，李金峰，秦世玉，李 暢，劉紅恩，李永革

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,河南鄭州 450002; 2.安陽市農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測站，河南安陽 455000)

硒(Se)是天然存在的非金屬元素，是人類、動(dòng)物以及微生物必需的微量元素，它參與人體中的抗氧化防御系統(tǒng)和調(diào)節(jié)激素平衡等過程[1]。此外，硒也是一些植物的有益元素，適量的硒不僅能夠促進(jìn)植物的生長發(fā)育、提高產(chǎn)量品質(zhì)，而且也在提高環(huán)境脅迫抗性、拮抗重金屬、調(diào)節(jié)光合作用等方面發(fā)揮著重要的作用[2]。資料顯示，全球估計(jì)多達(dá)10億人的日常飲食可能缺乏足夠的硒來維持他們的健康。在一些國家，如中國、埃及和泰國，土壤中固有的硒濃度很低，導(dǎo)致人類飲食中缺硒[3-4]。硒缺乏會(huì)造成人體甲狀腺機(jī)能減退、免疫系統(tǒng)減弱、認(rèn)知能力下降、心血管疾病和各種癌癥發(fā)病率增加[5]。FAO、WHO、IAEA三個(gè)國際組織認(rèn)可并采用的人體硒含量標(biāo)準(zhǔn)最低需要量為17 μg·d-1，生理需要量為40 μg·d-1，而我國成人硒攝入量不足26.63 μg·d-1，因此人體缺硒現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重[6]。以含硒化學(xué)物質(zhì)作為人類和動(dòng)物的直接硒源，其風(fēng)險(xiǎn)較大，通過食物鏈的轉(zhuǎn)化獲得適量的硒營養(yǎng)，是一種安全、可行的辦法[7]。小麥作為我國北方主要糧食作物，提高其籽粒硒含量對(duì)于該地區(qū)人體合理補(bǔ)充硒營養(yǎng)尤為重要。硒對(duì)植物的生物有效性及植物對(duì)硒的吸收累積量不僅取決于土壤中硒的總量，與硒的賦存形態(tài)也密切相關(guān)[8]。根據(jù)硒與土壤結(jié)合的成分不同，一般將土壤中硒的賦存形態(tài)劃分為5種，即水溶態(tài)、可交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。水溶態(tài)和可交換態(tài)硒易被植物吸收利用被稱為有效態(tài)硒。磷是作物生長必需的大量元素之一，與硒雖為不同族元素，但他們在土壤中均以陰離子形態(tài)被作物吸收，兩者的離子半徑和化學(xué)形態(tài)相似。Cater等[9]在美國發(fā)現(xiàn)，在14種土壤中添加磷，增加了硒在紫花苜蓿中的吸收和積累。然而，也有報(bào)道施磷能顯著降低植物對(duì)硒的吸收[10]。研究表明，磷與硒在植物吸收方面既存在拮抗作用，也存在協(xié)同作用。當(dāng)土壤中磷酸根含量較少時(shí)，磷與硒之間主要表現(xiàn)為拮抗作用，反之則表現(xiàn)為協(xié)同作用[11]。本研究通過盆栽試驗(yàn)，分析了磷硒配施對(duì)冬小麥硒吸收累積和土壤硒形態(tài)的影響，以期為深入了解磷硒互作規(guī)律以及提高土壤硒的有效性提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為壤質(zhì)潮土，取自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)試驗(yàn)場，其基本理化性質(zhì)見表1。供試小麥品種為鄭麥9023。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將過20目篩的風(fēng)干土8.5 kg裝入直徑 310 mm、深度 200 mm 的聚乙烯塑料盆中。設(shè)3個(gè)磷水平(0、80、160 mg·kg-1)和 2個(gè)硒水平(0、1 mg·kg-1)，共6個(gè)處理(Se0P0、Se0P80、Se0P160、Se1P0、Se1P80、Se1P160)，每個(gè)處理重復(fù)4次。分別以 KH2PO4·2H2O 和 Na2SeO3·5H2O 作為肥源，均為分析純級(jí)別。底肥按照每公斤土壤施入0.2 g N和 0.2 g K2O，分別以尿素、氯化鉀(分析純)作為肥源，并于拔節(jié)期每盆追施尿素 1.0 g。每盆播種12粒種子，定株8棵。成熟期進(jìn)行取樣，將小麥植株樣品分為籽粒、穎殼、莖葉和根部，分別于105 ℃下殺青30 min,60 ℃恒溫烘干、稱重、粉碎，過20目篩，以備分析使用。土壤樣品采集后于室內(nèi)陰涼處自然風(fēng)干，除去植物殘?bào)w后磨碎過100目篩，待測。

1.3 測定指標(biāo)和方法

1.3.1 小麥各部位硒含量測定

參照國家標(biāo)準(zhǔn)方法[12]采用原子熒光分光光度法測定：稱取待測樣品 0.500 0 g(精確到 0.000 1 g)于三角瓶中，加 10 mL混合酸 HNO3-HClO4(4∶1)放置過夜，于電熱板上180 ℃消解至試樣澄清，冷卻后加入10 mL HCl(1∶1)進(jìn)行還原，繼續(xù)加熱至溶液剩余3 mL左右，用去離子水定容至 25 mL容量瓶中，過濾后利用原子熒光光度計(jì)(AFS-8220，中國)測定硒含量。

1.3.2 土壤總硒含量測定

參照劉新偉等[13]的方法采用(HNO3-HClO4(3∶2)) 消解，后續(xù)步驟同植物樣硒含量的測定方法。

1.3.3 土壤硒形態(tài)含量測定

參照吳少尉等[14]的方法采用連續(xù)浸提法進(jìn)行測定，具體步驟如下：

(1)水溶態(tài)(Ws):稱取 2.000 0 g 土壤樣品，放入干凈的聚乙烯離心管中，加入10 mL 0.25 mol·L-1HCl，25 ℃ 200 r·min-1恒溫震蕩 1 h，然后4 000 r·min-1離心 10 min，上清液消煮后待測；

(2)交換態(tài)(Ex/Cb)：在(1)含有沉淀的離心管中，加入 10 mL 0.7 mol·L-1KH2PO4(pH 5.0)，25 ℃ 200 r·min-1恒溫震蕩 4 h，然后 4 000 r·min-1離心10 min，上清液消煮后待測；

(3)鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)(Fe/Mn)：在(2)含有沉淀的離心管中，加入 10 mL 2.5 mol·L-1HCl，置于 90 ℃的恒溫水浴中加熱 50 min，間歇振蕩，然后4 000 r·min-1離心 10 min，上清液消煮后待測；

(4)有機(jī)物硫化物結(jié)合態(tài)及元素態(tài)(Om-Su/El):在(3)含有沉淀的離心管中，加入 8 mL 5% K2S2O8和 2 mL HNO3(1∶1)，置于 95 ℃恒溫水浴中加熱3 h，并間歇振蕩，然后4 000 r·min-1離心 10 min，上清液消煮后待測；

(5)殘?jiān)鼞B(tài)(Res)：將(4)殘?jiān)蒙倭咳ルx子水多次全部轉(zhuǎn)移到150 mL 三角瓶中。

不同提取態(tài)硒含量的后續(xù)步驟參照土壤硒含量的測定方法。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)與分析方法

植株養(yǎng)分累積量 = 植株養(yǎng)分含量 × 干物質(zhì)重

Se遷移系數(shù)(根系-莖葉)= 莖葉Se含量/根Se含量

Se遷移系數(shù)(莖葉-穎殼)= 穎殼Se含量/莖葉Se含量

Se遷移系數(shù)(穎殼-籽粒)= 籽粒Se含量/穎殼Se含量

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 DPS 7.05 版進(jìn)行雙因素方差分析和F值檢驗(yàn)，采用Duncan法(P<0.05)進(jìn)行多重比較，采用Sigmaplot 10.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷硒配施對(duì)鄭麥9023植株籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

如表2可知，施磷、施硒及磷硒交互對(duì)鄭麥9023的穗數(shù)、穗粒數(shù)及籽粒產(chǎn)量的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平(P<0.05或P<0.01)；磷硒交互對(duì)其千粒重存在顯著效應(yīng)(P<0.05)。

與Se0處理相比，Se1處理可顯著降低P0水平下鄭麥9023的穗數(shù)、千粒重及P160水平下的籽粒產(chǎn)量，其降幅分別為24.0%、15.2%和30.8%，但顯著提高了P80和P160水平下的穗粒數(shù)及P80水平下的籽粒產(chǎn)量，其增幅分別為 20.1%、 16.6%和16.6%(表2)。無論施硒與否，與P0處理相比,P80和P160處理均顯著提高了鄭麥9023穗數(shù)、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量，且P160顯著提高了Se1水平下的千粒重，其增幅為15.5%。穗數(shù)和千粒重分別在Se1P160和Se0P0處理達(dá)到最大值，而籽粒產(chǎn)量和穗粒數(shù)均在Se1P80處理下達(dá)到最大值。

表2 磷硒配施對(duì)鄭麥9023籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 2 Effect of P and Se application on grain yield its components of Zhengmai 9023

2.2 磷硒配施對(duì)鄭麥9023植株各部位硒含量及硒遷移系數(shù)的影響

如表3可知，施磷、施硒及磷硒交互對(duì)鄭麥9023各部位硒含量的影響均達(dá)到極顯著水平 (P<0.01)。施磷、施硒及磷硒交互對(duì)硒從莖葉到穎殼、穎殼到籽粒遷移系數(shù)的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平(P<0.05或P<0.01)，而只有施硒處理對(duì)硒從根系到莖葉遷移系數(shù)的影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

鄭麥9023成熟期各部位硒含量順序?yàn)楦?籽粒>莖葉>穎殼(表3)。無論施磷與否，Se1處理較Se0處理均顯著提高了小麥各部位的硒含量，其增幅范圍為240.0%～1 516.5%。在Se0水平下，施磷對(duì)小麥各部位的硒含量無顯著影響。在Se1水平下，施磷則顯著降低了各部位的硒含量，其降幅范圍為36.3%～72.7%。各部位硒含量均在Se1P0處理下達(dá)到最大值。

表3 磷硒配施對(duì)鄭麥9023各部位硒含量和硒遷移系數(shù)的影響Table 3 Effect of P and Se application on the Se concentration and migration coefficient in different parts of Zhengmai 9023

與Se0處理相比，Se1處理顯著降低了P0和P80水平下硒從根系向莖葉的遷移系數(shù)，其降幅分別為51.9%和35.7%，但顯著增加了P160水平下硒從莖葉向穎殼的遷移系數(shù)以及三個(gè)施磷水平下硒從穎殼向籽粒的遷移系數(shù)，其增幅范圍為18.2%～55.7%。在Se0水平下，P80較P0處理顯著增加了硒從莖葉向穎殼的遷移系數(shù)，其增幅為34.3% ，但顯著降低了硒從穎殼向籽粒的遷移系數(shù)，其降幅為21.2%；在Se1水平下，P160較P0處理顯著增加硒從莖葉向穎殼的遷移系數(shù)，其增幅為51.4%，P80和P160顯著降低硒從穎殼向籽粒的遷移系數(shù)，其降幅分別為21.3%和29.0%。

2.3 磷硒配施對(duì)鄭麥9023植株各部位硒累積量的影響

如表4可知，施磷、施硒及磷硒交互對(duì)鄭麥9023籽粒、穎殼、莖葉和根系以及整株硒累積量的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平(P<0.05或P<0.01)。

在Se0水平下，Se在鄭麥9023成熟期各部位的累積量為莖葉>籽粒>根>穎殼；在Se1水平下，Se在鄭麥9023成熟期各部位的累積量為籽粒>莖葉>根>穎殼(表4)。Se1較Se0處理均顯著提高三個(gè)施磷水平下鄭麥9023各部位以及整株硒累積量，其增幅范圍為224.5%～ 1 125.2%，且提高了籽粒和根中硒累積量的比例，但降低莖葉中硒累積量的比例。在Se0水平下，施磷對(duì)籽粒、穎殼和根系的硒累積量無顯著影響，但P80和P160處理顯著提高莖葉和整株硒累積量，其增幅范圍為167.5%～215.6%，且提高了穎殼和根中硒累積量的比例，但降低莖葉中硒累積量的比例。在Se1水平下，與P0處理相比，P80和P160處理顯著提高小麥各部位以及整株硒累積量，其增幅范圍為27.0%～114.0%，且提高了莖葉和根中硒累積量的比例，但降低籽粒中硒累積量的比例。穎殼、莖葉和根系硒累積量最大值均在Se1P160處理，籽粒和整株硒累積量的最大值出現(xiàn)在Se1P80處理。籽粒硒累積量分配比例的最大值出現(xiàn)在Se1P0處理；穎殼和根中硒累積量分配比例的最大值均出現(xiàn)在Se1P160處理；莖葉硒累積量分配比例的最大值出現(xiàn)在Se0P0處理。

表4 磷硒配施對(duì)鄭麥9023植株各部位硒累積量和分配比例的影響Table 4 Effect of P and Se application on the accumulation and distributed proportion of Se in each tissue of Zhengmai 9023

2.4 磷硒配施對(duì)土壤不同形態(tài)硒含量及比例的影響

施磷、施硒及磷硒交互對(duì)土壤中不同形態(tài)硒含量的影響均極顯著(表5)。施硒可顯著提高三個(gè)施磷水平下土壤中各種形態(tài)硒含量，且提高水溶態(tài)(Ws)、可交換態(tài)(Ex/Cb)硒含量所占的比例，但降低了鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)(Fe/Mn)、有機(jī)硫化物結(jié)合態(tài)及元素態(tài)硒(Om-Su/EI)含量所占的比例。在Se0水平下，施磷對(duì)土壤水溶態(tài)硒(Ws)、可交換態(tài)硒(Ex/Cb)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒(Fe/Mn)、有機(jī)物硫化物結(jié)合態(tài)及元態(tài)硒(Om-Su/El)含量無顯著影響，但施磷增加了水溶態(tài)(Ws)、可交換態(tài)(Ex/Cb)及鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒(Fe/Mn)含量所占的比例，降低了有機(jī)物硫化物結(jié)合態(tài)及元素態(tài)硒(Om-Su/El)所占的比例。在Se1水平下，P80和P160處理較P0處理顯著增加了水溶態(tài)硒(Ws)、有機(jī)物硫化物結(jié)合態(tài)及元素態(tài)硒(Om-Su/El)及殘?jiān)鼞B(tài)硒(Res)含量和所占的比例，其含量增幅分別為56.9%和78.4%、 10.9%和28.7%、 19.0%和23.8%；但顯著降低了可交換態(tài)(Ex/Cb)及鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒 (Fe/Mn)含量和所占的比例，其含量降幅分別為8.8%～21.9%、 8.3%～13.2%。

表5 磷硒配施對(duì)土壤不同形態(tài)硒含量和比例的影響Table 5 Interactive effect of P and Se application on the concentration and proportion of Se in different chemical forms in soil

2.5 籽粒硒含量、籽粒硒累積量以及整株硒累積量與土壤不同形態(tài)硒含量的相關(guān)性分析

如表6所示，籽粒以及整株硒累積量與不同形態(tài)硒含量均存在極顯著的正相關(guān)。籽粒硒含量與土壤可交換態(tài)硒(Ex/Cb)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒(Fe/Mn)之間存在極顯著或顯著的正相關(guān) 關(guān)系。

表6 籽粒硒含量、籽粒硒累積量和整株硒累積量與土壤不同形態(tài)硒含量相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis between grain Se concentration,grain Se accumulation,whole plant Se accumulation and Se concentrations in different chemical forms in soil

3 討 論

3.1 磷硒配施可促進(jìn)鄭麥9023吸收土壤硒，但抑制硒向地上部的分配以及向籽粒的遷移和分配

本試驗(yàn)中，在Se1水平下，與不施磷相比，施磷顯著增加了各器官和整株硒累積量，且最大值出現(xiàn)在P80處理。說明磷硒配施可促進(jìn)鄭麥9023吸收土壤硒，這與趙文龍[15]發(fā)現(xiàn)施磷能促進(jìn)小白菜吸收硒的結(jié)果相一致。Liu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，適量施磷能促進(jìn)水稻地上部對(duì)四價(jià)硒的累積，但過量施磷卻抑制了地上部對(duì)四價(jià)硒的累積，且磷不同施用量均抑制了水稻地下部硒的吸收。而Hopper等[17]在水培條件下的試驗(yàn)表明，施磷能顯著降低黑麥草對(duì)硒的吸收。Mora等[18]研究也表明，磷可以減少植物對(duì)硒的吸收，進(jìn)而緩解硒對(duì)植物的抑制作用。其他研究表明，施磷可促進(jìn)植物吸收硒，一方面可能是由于磷酸根和亞硒酸根在土壤膠體上存在競爭吸附作用，促使土壤溶液解析出更多的硒供植物吸收，另一方面可能是施磷促進(jìn)植物蒸騰作用以及根系的生長，進(jìn)而促進(jìn)植物對(duì)硒的吸收[19-20]。本試驗(yàn)在Se1水平下，施磷顯著降低了鄭麥9023各部位硒含量。趙文龍[21]等認(rèn)為，施磷會(huì)導(dǎo)致小白菜地上及地下部硒含量下降，是由于磷的施入顯著增加了小白菜生物量，進(jìn)而引起的生物稀釋效應(yīng)所致。陳思楊等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在極低硒含量條件下，施磷可顯著增加水稻幼苗硒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。本試驗(yàn)中，硒含量的降低一方面可能由于施磷可促進(jìn)小麥生長以及籽粒產(chǎn)量的顯著增加，進(jìn)而導(dǎo)致的稀釋效應(yīng)，另一方面可能由于施磷抑制了硒向地上部的分配以及向籽粒的遷移和分配。

3.2 磷硒配施可影響土壤不同硒形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化進(jìn)而影響硒的有效性