葉面施硒濃度和噴施次數對春玉米產量和硒含量的影響

劉喬斐,謝世學,杜小平,王祖橋,杜妮妮

(1.安康學院 現代農業與生物科技學院,陜西安康 725000;2.安康市農業科學研究院,陜西安康 725021;3.安康市富硒產品研發中心/農業農村部富硒產品開發與質量控制重點實驗室/富硒食品開發國家地方聯合工程實驗室,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]。硒缺乏可能導致大骨節病、克山病、肝硬化等疾病。中國營養學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,合理提高農副產品硒水平是補充人體硒營養需要的重要途徑[3]。

植物是農產品的主要提供者,但自然狀態下植物體內硒含量較低。通過外源施加硒肥,利用植物的生物強化作用提高農產品硒含量,進而提高食物鏈的硒水平,是調控硒營養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構中硒攝入總量的70%～80%。外源施硒能顯著增加作物籽粒硒含量[6]。唐玉霞等[7]研究發現土壤施用亞硒酸鈉225g/hm2和葉面噴施亞硒酸鈉30g/hm2使河北地區小麥籽粒硒含量提高3.5倍和4.2倍。Stroud等[8]研究發現施用硒酸鈉20g/hm2使英國地區小麥籽粒硒含量提高4倍。周建利等[9]研究發現土施和葉面噴施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,提高鮮穗產量。李圣男等[4]綜述前人富硒玉米生產研究發現,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。另有研究發現,相同施硒方式在不同地區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素對三原縣、興平市和武功縣3個地區冬小麥硒含量的影響,結果表明噴施硒肥使小麥籽粒硒含量顯著提高0.15～1.44mg/kg,但不同地區間噴硒后籽粒硒含量差異顯著。劉慧等[13]研究發現對不同麥區小麥葉面噴施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土壤質地和地力水平差異有關。盡管目前有關富硒作物生產研究報道較多,但關于陜南安康地區富硒作物生產的報道較少。

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

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恒口大道安康市農業科學研究院試驗基地(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.)品種為安康市農業科學研究院自研品種‘安科126’,所用硒肥為綠維康氨基酸螯合態富硒葉面肥,有機Se含量為500 mg/L。

1.2 試驗設計

試驗采用兩因素裂區設計,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。以噴施次數為副處理,于抽雄期選擇晴天無風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。每個處理設置3個重復,每個小區面積24 m2,共30個小區,各小區之間設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地常規管理。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 ℃烘至恒質量,粉碎過0.25 mm篩后干燥保存備用。

1.3 測定項目與方法

產量及相關性狀測定:玉米成熟后在每個小區中間取兩行穗,從中隨機選取10個穗進行拷種,統計穗長、禿尖長、穗粗、行數和行粒數;晾干脫粒后稱量百粒質量。

參考鮑士旦[14]的方法:土壤pH的測定采用電位法,有機質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的AFS-6500原子熒光光度計。

1.4 數據處理與分析

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

2 結果與分析

2.1 施硒濃度和噴施次數對玉米產量及產量性狀的影響

由表1可知,施硒濃度對2020年玉米產量和百粒質量的影響顯著,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的產量最大(11 651.91 kg/hm2),Se30-1的產量最小 (9 676.78 kg/hm2),較CK顯著降低16.95%。Se10-1和Se10-2的百粒質量較大,Se30-1的百粒質量最小,但與CK差異不顯著(P>0.05)。

表1 施硒濃度和噴施次數對2020年玉米產量及產量構成因素的影響

由表2可知,2021年,施硒濃度對玉米產量、百粒質量、穗長、禿尖長和穗粗的影響均極顯著(P<0.01);噴施次數對以上指標的影響均不顯著(P>0.05);施硒濃度和噴施次數互作對玉米產量、穗長和禿尖長的影響均顯著,對穗粗和百粒質量的影響不顯著(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的產量與CK差異顯著,其他處理產量均與CK無顯著差異(P>0.05)。其中,Se50-3的產量最大(10 066.76 kg/hm2),較2020年最大產量下降13.60%;Se10-1的產量最小(6 437.10 kg/hm2),較2020年最小產量下降33.48%。在產量構成因素方面,Se50-3的穗長、穗粗和百粒質量與其他處理相比均較大,禿尖長較小;其中,穗長和百粒質量與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對2021年玉米產量及產量構成因素的影響

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

2.2 施硒濃度和噴施次數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下施硒濃度30 mg/L玉米莖硒含量。2021年相同噴施次數下不同處理間玉米莖硒含量均符合Se50>Se30>Se10、CK的規律;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,相同噴施次數下不同處理間玉米葉硒含量均呈現Se50、Se30>Se10>CK,玉米葉硒含量隨著噴施次數的增加而增加,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 討論與結論

外源施硒對作物產量的影響尚無定論。杜小平等[16]、韓丹等[17]研究結果表明,外源施硒可以促進作物生長、提高作物產量;鄒成林等[10]研究結果表明,施硒會抑制作物生長、降低作物產量;蔣曦龍等[18]、蔣方山等[19]研究結果表明,外源硒肥對作物的產量沒有顯著影響。本試驗結果顯示,2020年葉面噴施硒肥使玉米產量下降 1.20%～16.95%;2021年,除Se50-3和Se50-1的產量分別較CK顯著增加以外,兩年試驗中其他施硒處理與CK產量差異都不顯著。薛原等[20]研究發現,施硒對油麥菜產量無明顯促進作用,當硒肥濃度大于0.3 mg/kg時反而會降低油麥菜的產量,這與本試驗2020年玉米產量結果相似。張新軍等[21]研究發現,葉面噴施硒肥對燕麥籽粒產量和生物產量都沒有顯著影響。鄒成林等[10]研究發現,外源硒肥可提高糯玉米產量,但與對照差異不顯著,對產量構成因素的影響也未達到顯著水平,這與本試驗2021年結果相似。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,促進作物對養分的吸收利用,達到增產效果。另一方面,較高濃度的硒會干擾植物體內過氧化物酶的合成,降低植物抵御環境脅迫的能力,使增產效果減弱[6,16]。2021年玉米產量整體低于2020年的原因可能有兩個:一是2021年試驗所在地區在玉米灌漿期間連續一個月未降雨,季節性干旱導致玉米減產;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,第二年重復試驗再次噴施硒肥時,硒有可能超出玉米耐受劑量,導致減產;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]研究發現高濃度硒抑制玉米穗生長發育進而降低籽粒產量,說明硒對植物生長發育存在劑量效應。因此,在富硒玉米生產中,對于硒肥用量的選擇需要兼顧當地土壤情況、玉米生長情況,協調彼此之間的關系,為獲得高產優質的富硒玉米做充分 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]。本研究發現,兩年試驗中不同施硒濃度和噴施次數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在相同噴施次數下玉米各器官硒含量均呈現葉>根>籽粒>莖的特點,而2021年規律不明顯,玉米葉硒含量最大,玉米根、莖和籽粒硒含量較小,這與前人研究結果有所不同。劉慶等[22]研究發現,土壤施硒下玉米各器官硒含量表現為根>葉>籽粒>莖。杜小平等[16]研究發現葉面施硒后黑豆各器官硒含量呈現籽粒>根≈莢>莖的特點。王玉榮等[23]研究發現施硒后油菜各器官硒含量表現為角殼果>籽粒>莖>根的特點。

上述結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。根據富硒農產品硒含量標準[24],糧食作物及其初加工產品硒含量在0.15～1.00 mg/kg為富硒食品。本研究發現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量和產量構成因素有影響,但總體上并不顯著。施硒濃度和噴施次數對玉米根、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。在安康地區采用氨基酸螯合有機富硒肥生產富硒玉米的推薦用量是50 mg/L噴施3次。