微量元素喷施对冬小麦籽粒产量和品质的影响

许亚芳，王 云，任帅帅，秦世玉，赵 鹏

（河南农业大学资源与环境学院/河南省土壤污染防控与修复重点实验室，郑州450002）

0 引言

农作物籽粒作为人类粮食的主要来源，为人类健康提供能量和营养物质。然而农田土壤微量元素的缺乏会导致农作物产量和品质的降低，进而导致人体微量营养素缺乏影响人体健康[1]。研究已发现微量元素的缺乏与7.3%的疾病存在关系，例如锌(Zn)的缺乏会导致生长缓慢、精神发育受损、抵抗力降低易感染疾病等一系列健康问题[2-3]。在植物中，必需的微量元素包括铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、硼(B)、钼(Mo)、氯(Cl)、镍(Ni)，这些微量元素在植物体内主要以酶和辅酶的成分或活性中心，参与植物体内的碳、氮、硫代谢。而矿质元素的缺乏不仅影响到植物的生长和器官发育，严重缺乏会导致减产或作物的死亡。而作物体内的矿质元素主要来自土壤，土壤中矿质元素的丰缺决定了作物体内矿质元素情况。虽然其中一些元素在地壳中具有丰富的含量，但是在土壤环境中一些特定条件则会降低其溶解性，进而降低其生物有效性[4-5]。例如鲁剑巍等[6]对湖北省柑橘主产区143个柑橘园土壤样品测试分析发现，柑橘园土壤中微量元素含量呈现一定的地域性变化，部分地区Fe、Mn、Zn含量较低，且土壤有效Cu和B受人为活动影响显著。高雅洁等[7]研究发现在中国北方石灰性土壤中，微量元素的有效性相对偏低，这也严重制约了冬小麦对土壤中的微量元素吸收。另外在重庆调查15个柑橘主产县土壤样本发现，土壤中有效Zn、B含量较低，有效Mn含量缺乏[8]；低的生物有效性导致植物对微量元素的吸收减少，进而降低植物籽粒对微量元素的积累。陈翠玲等[9]对河南省潮土等6种土类耕层的100个土壤养分进行中微量元素全量分析发现，土壤中Mn和Zn含量低于全国平均水平，存在土壤缺素风险；另外张书芬等[10]对油菜产区土壤中微量元素含量分析发现，不同地点土壤中的微量元素含量差异较大，部分地区微量元素含量缺乏严重。

研究表明，在微量元素缺乏土壤上基施微量肥，可以显著提高耕层土壤微量元素的有效含量，但是其对籽粒微量元素的生物积累影响较小，而叶面喷施则可以显著提高作物籽粒微量元素的积累[11]。也有研究表明，微量元素肥料叶片喷施效果要优于土壤施用。例如在小麦叶面喷施微肥（Zn、Fe、硒(Se)），可以显著增加冬小麦的产量和籽粒的微量元素含量[12-13]，对籽粒蛋白质含量影响均不显著[14]。王丽等[15]通过田间试验研究了拔节中期和抽穗前期冬小麦叶面喷施微量元素(Zn、Fe、Se)可以提高冬小麦的产量及产量构成要素，同时提高了籽粒的微量元素含量。李孟华等[16]研究表明，与土施锌相比，叶面喷施是更加经济有效、环境友好的Zn肥施用方式，是提高小麦Zn营养品质切实可行的措施。另外从成本角度考虑，叶面喷施微肥对提高小麦籽粒产量和微量元素含量的效果也是最佳，也较经济。但是，目前对于微量元素营养液喷施的不同浓度和喷施的不同时期对冬小麦产量和品质的影响研究较少。因此，本项目拟以全营养液为基础营养液，通过分析不同浓度和不同喷施时期喷施微肥对冬小麦产量和品质的影响，探究最佳喷施浓度和喷施时期，以期为农业生产中微量元素喷施提供依据和指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017—2018年在河南农业大学科教园区（北纬35°5′358″、东经113°56′56″）进行。试验地属于温暖带大陆性季风气候，土壤为潮土。耕层(0～20 cm)土壤本底值：pH7.6、有机质13.2g/kg、碱解氮54.4mg/kg、有效磷23.5 mg/kg、速效钾154.7 mg/kg、土壤有效钙5579.60 mg/kg、有效镁217 mg/kg、有效B 0.68 mg/kg、有效Zn 2.29 mg/kg、有效Fe 13.18 mg/kg、有效Mn 24.36 mg/kg、有效Cu 1.25 mg/kg。

1.2 试验材料和试验设计

小麦品种为‘百农207’，试验采用裂区设计，主处理为不同生育期喷施微肥，设置苗期(A1)、苗期+拔节期(A2)、苗期+拔节期+扬花期(A3)、拔节期(A4)、拔节期+扬花期(A5)、扬花期(A6)3个生长时期6个组合，主区长18 m，宽3.6 m，面积为64.8 m2，副处理为不同浓度喷施，主处理4次重复；副区设置1倍(B1)、50倍(B2)、100倍(B3)和500倍(B4)微量元素营养液浓度4个处理，副区长9 m，宽1.9 m，面积为17.1 m2。微量元素喷施浓度分别为：Fe 100µmol/L、Mn 9.1µmol/L、Cu 0.3µmol/L、Zn 0.8µmol/L，喷施量为每平方米0.6 L营养液。另设不喷施微肥（喷施等量水）为对照。小麦采用常规播种，种植前施用小麦专用配方肥为底肥，氮(N)：磷(P2O5)：钾(K2O)为18:16:8，施用量为750 kg/hm2，一次性基施。其他田间管理与当地农户种植一致。

1.3 样品采集及元素测定

小麦于2018年6月份收获，成熟期取样：（1）不同小区内随机取1 m2小麦籽粒，做好标记装网袋。样品自然风干，脱粒称重，计算产量。（2）另外在小区内随机抽取10个麦穗，做好标记装小网袋。样品自然风干，去颖壳等，用于计算穗粒数、每公顷穗数和千粒重。然后于烘箱中烘干至恒重，磨碎，用于微量元素测定。烘干样品参照Qin等[17]方法，用HNO3-HClO4法消化，原子吸收分光光度计法测定籽粒Fe、Mn、Cu和Zn元素含量。

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2016进行数据初步处理，SPSS 20.0进行统计分析，采用最小显著差数法(Least significant different,LSD)进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 微肥喷施对小麦产量和产量构成因素的影响

不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下的产量和产量构成因素如表1。产量变化范围为3741～6204 kg/hm2，变异系数为10.49%。其中最小产量处理为A1B1，最大产量处理为A4B4，相对于空白处理（喷施清水），最大处理产量增加39.52%。穗数变化范围为208.33～384.98万个/hm2，变异系数为12.89%。其中最小值为A1B1处理，最大值为A5B1处理。穗粒数变化范围为27.28～37.23个/穗，变异系数为7.67%。其中最小值为A2B2处理，最大值为A3B2处理。千粒重变化范围为47.31～60.25 g，变异系数为5.34%。其中最小值为A5B1处理，最大值为A4B2处理。

表1 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下产量及产量构成因子

对不同喷施时期和喷施浓度条件下产量数据方差分析发现，主区处理（喷施时期）和副区处理（喷施浓度）对产量均达到显著水平（p值分别为0.012931和0.020505），其中A3喷施时期处理具有最高的平均产量5876.8 kg/hm2；B4喷施浓度处理下具有最高的平均产量5792.8 kg/hm2。而交互处理未达到显著水平（P值为0.330128）（表2）。因此A3B4处理组合条件下具有最优产量5717.9 kg/hm2。另一方面，A2、A4、A5和A6处理与A3处理下的平均产量并没有显著差异，B3与B4处理下平均产量也没有显著差异。

表2 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下产量的方差分析

2.2 微肥喷施对籽粒Zn含量的影响

试验结果表明，不同微肥喷施时期和喷施浓度影响了小麦籽粒中Zn的含量（表3）。籽粒中Zn含量的变化范围为31.07～44.68 mg/kg。其中A3B1具有最大Zn含量，相对于空白处理，Zn含量提高37.86%。对不同喷施时期和喷施浓度条件下Zn含量数据方差分析发现，主区处理（喷施时期）、副区处理（喷施浓度）和交互处理均未达到显著水平（表4）。因此A3B1处理组合条件下具有最高Zn含量44.68 mg/kg，为最优处理。

表3 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下Zn含量

表4 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下Zn含量的方差分析

2.3 微肥喷施对籽粒Cu含量的影响

由表5可知，不同微肥喷施时期和喷施浓度影响了小麦籽粒中Cu含量。其中籽粒Cu变化范围为1.75～28.67 mg/kg，最小Cu含量处理为A6B4，最大产量处理为A1B1，最大处理下籽粒Cu含量提高了1649.87%。同样，对Cu含量数据方差分析发现，主区处理（喷施时期）、副区处理（喷施浓度）和交互处理（喷施时期×喷施浓度）均达到显著水平（P值分别为0.00001、0.001和0.002）（表6）。多重比较发现，A1喷施时期处理具有最高的平均Cu含量15.77 mg/kg；B1喷施浓度处理下具有最高的平均Cu含量11.47 mg/kg；交互处理A1B1处理下具有最高的Cu含量28.67 mg/kg，A6B4处理下具有最小Cu含量，为1.8 mg/kg。

表5 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下Cu含量

表6 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下Cu含量的方差分析

2.4 微肥喷施对籽粒Fe含量的影响

由表7可知，不同微肥喷施时期和喷施浓度影响了小麦籽粒中Fe含量。其中籽粒Fe变化范围为73.62～203.99 mg/kg，最小Fe含量处理为A6B2，最大含量处理为A3B1。相对于空白处理，A3B1处理下籽粒Fe含量提高了148%。对Fe含量数据方差分析发现，副区处理（喷施浓度）对Fe含量没有显著影响，主区处理（喷施时期）和交互处理均达到显著水平（P值分别为0.002和0.018）（表8）。对不同微肥喷施时期平均Fe含量进行多重比较发现，A3和A2具有最高的平均Fe含量146.65 mg/kg和145.00 mg/kg，A6处理具有最低Fe含量，且A1、A4、A5和A6；交互处理A3B1处理下具有最高的Fe含量，分别为203.99 mg/kg。

表7 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下Fe含量

表8 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下Fe含量的方差分析

2.5 微肥喷施对籽粒Mn含量的影响

由表9可知，不同微肥喷施时期和喷施浓度影响了小麦籽粒中Mn的含量。其中籽粒Mn变化范围为36.48～55.56 mg/kg，其中最小Mn含量处理为A1B4，最大产量处理为A6B4。相对于空白处理，最大Mn含量提高了26.82%。对Mn含量数据方差分析发现，主区处理（喷施时期）和副区处理（喷施浓度）对籽粒Mn含量均没有显著影响，而喷施时期和喷施浓度的交互处理对Mn含量达到显著水平(P=0.012)（表10）。因此，对籽粒Mn含量进行多重比较发现，A6B4处理下具有最高的Mn含量，为55.56 mg/kg。

表9 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下Mn含量

续表9

表10 不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下Mn含量的方差分析

3 讨论

3.1 微肥喷施与产量、产量构成要素的关系

本试验结果表明，不同微肥喷施时期和喷施浓度条件下的产量变化范围为3741～6204 kg/hm2，其中最小产量处理为苗期喷施1倍营养液处理(A1B1)，最大产量处理为拔节期喷施500倍营养液处理(A4B4)。相对于空白处理（喷施清水），A4B4处理产量提高幅度为39.51%，这说明拔节期喷施高浓度微肥可以显著提高小麦产量。同时，对最高产量处理(A4B4)和最低产量处理(A1B1)下产量构成要素分析发现，A4B4高产主要是由该处理下小麦具有高的穗数和千粒重。先前研究表明，叶面喷施Zn、Fe和Mn都被证实可以提高小麦籽粒产量，但是没有达到显著水平[15,18]。另外不同微量元素对产量提高贡献值不一样，例如王丽等[15]发现在小麦叶面喷施Zn、Fe和Se对增产幅度为0.71%～3.36%，Fe肥增产显著高于对照（喷施清水），且增产效果优于Zn肥。兴荣荣等[19]发现施Zn和Fe肥混合施用条件下，小麦具有最高的产量，增产幅度为19.6%。同样杨静等[20]研究发现微量元素配合施用可以显著提高冬小麦的干物质积累和产量。关于微肥与小麦籽粒产量及其构成因素关系的研究结果不尽一致。有研究发现，单施Zn、Fe微肥等对穗粒数、穗数和千粒重均没有显著影响[12,21]。也有研究表面施用Zn、Fe肥可以显著增加了千粒重、穗数和穗粒数[14]。例如，施用微肥可以增加小麦产量的原因在于显著提高千粒重[22]。另外，不同的喷施时期也影响了矿质元素的生物有效。例如小麦拔节期叶面喷施Fe肥可以增加籽粒产量[20]。拔节中期和抽穗前期叶面喷施Zn、Fe肥，可以提高小麦的产量和产量构成因素[14]。结合本研究结果可以得出，拔节期喷施高浓度微量元素肥料对增产最有利。

3.2 微肥喷施与籽粒微量元素含量的关系

先前研究表明，叶面喷施Zn和Fe微肥可以显著提高小麦籽粒的Zn含量，提高幅度为26.4%，而对Fe含量无显著影响[12]。而乔鲜花等[21]研究结果表明,叶面喷施Fe肥可以提高小麦籽粒的Fe含量，且在拔节期喷施效果最好，相对对照处理，提高幅度达到18.52%。另外有研究表明叶面喷施Fe和Zn分别提高了籽粒中Fe和Zn的含量，但喷Mn并未增加籽粒中Mn的含量[18]。王丽等[15]研究表明叶面喷施Zn、Fe肥显著增加了籽粒中对应元素含量，增加幅度分别为29.55%和2.45%，喷施Zn肥后籽粒中的Fe含量增加了3.64%，喷施Fe肥后籽粒中Zn含量差异不显著，这说明了籽粒对两种元素的吸收相互影响。而小麦在不同生育期，例如拔节期，叶面喷施Fe肥可以增加籽粒Fe含量、籽粒Fe累积量及占植株总Fe积累量的比例[21]。这说明，不同的喷施时期和喷施种类影响了矿质元素的生物有效性。相似的结果也在微肥配施上得到证明。兴荣荣等[19]通过Zn和Fe微肥配施发现，Zn、Fe微肥的配施有利于籽粒对Zn的累积，提高籽粒中Zn含量，在施肥量45.0 kg/hm2、施肥比例1Zn:4Fe下达到最大含量，较对照提高43.8%，但Fe含量低于对照。获得最高产量的Zn、Fe微肥施用量低于籽粒最高Zn含量时的Zn、Fe微肥施用量。不同微肥喷施时期和喷施浓度影响了小麦籽粒中Zn、Cu、Fe和Mn含量。本研究表明，不同处理下籽粒中Zn、Cu、Fe、Mn含量的变化范围 分 别 为 31.07～44.68 mg/kg、1.75～28.67 mg/kg、73.62～203.99 mg/kg和36.48～55.56 mg/kg。通过方差分析和多重比较发现，籽粒中最高Zn、Cu、Fe、Mn含量处理分别为A3B1、A1B1、A3B1和A6B4。同样相对于空白处理（喷施清水），Zn、Cu、Fe、Mn含量分别提高了37.86%、1649.87%、148%和26.82%。这说明混合Zn、Cu、Fe和Mn四种微肥叶面喷施均可以提高籽粒中对应的微量元素含量，但不同喷施时期和喷施浓度对籽粒微量元素含量的影响不同。

4 结论

微量元素喷施是提高冬小麦籽粒微量元素含量的有效手段，而不同喷施时期也影响微量元素的利用效率。结合本研究结果可以得出，微量元素配合喷施的增产效果要优于单施，拔节期喷施高浓度微量元素肥料对增产最有利。微量元素喷施可以有效提高籽粒微量元素的积累，而籽粒中最高Zn、Cu、Fe和Mn含量处理分别为A3B1、A1B1、A3B1和A6B4，这说明不同微量元素的利用效率受到不同喷施时期和喷施浓度的影响。