基施和追施富硒有机肥对小麦叶绿素荧光、产量和硒富集的影响

2021-12-09尹学红郑国琦梁新华

中国农学通报 2021年32期

马洁，尹学红，李志，杨涓，郑国琦，梁新华

（1宁夏大学生命科学学院，银川 750021；2宁夏农业技术推广总站，银川 750001；3石嘴山市农业技术推广中心，银川 750001)

0 引言

硒是人体健康所需的微量元素之一，具有抗氧化、调节人体血脂代谢和预防心肌病等重要功能[1]。中国是缺硒地区最多的国家，缺硒土壤面积占72%[2]。土壤缺硒会引起植物缺硒，而植物是人类饮食中硒的主要来源。尽管前人未将硒在植物生长中的作用探究清楚，但近来有诸多研究表明硒在植物生长发育和品质中均具有影响。付东东等[3]的研究表明小麦产量随着硒浓度的增加先增加后降低；董卫华等[4]的研究表明低浓度(0.75 μg/L)的Na2SeO3能促进小麦幼苗的生长并增加其抗逆性；玉米[5]、水稻[6]、大豆[7]等农作物中已有很多报道表明硒对作物生理及产量等有重要的影响。外源喷施适宜浓度亚硒酸钠溶液可促进农作物产量的显著增加，同时也促进农作物经济效益的增加，产量增加主要源于外源施硒促进了植物的抗逆性，从而减缓了植株的衰老[8-9]。李佳等[10]研究表明叶面喷施硒肥对水稻有增产作用，且有效的提高了稻米中硒含量；彭涛等[11]的研究表明在孕穗期和灌浆期喷施富硒营养液能够提高小麦籽粒硒含量，且在孕穗期和灌浆期喷施硒50～75 mL可提高小麦产量；唐玉霞等[12]研究表明，不同生育期进行叶面喷施，喷施亚硒酸钠的浓度为40µg/mL时效果最好，且硒浓度较为安全可达到人体膳食补硒的标准。

叶面喷施能够迅速补硒，用量容易把握，有利于提高小麦光合效率，提高籽粒硒含量，增加小麦产量，改善小麦活力、抗氧化能力，影响小麦品质和小麦体内其他矿质元素含量。但该方法的缺点是易在叶表面留下肥料残留物，叶面上的残留物在雨水的作用下，有可能进入其它环境中，造成污染[13-14]。土壤施用硒肥能提高小麦植株硒营养水平，改善麦粒氨基酸结构，提高籽粒硒含量，使用该方法富硒的植物安全性较高。但硒的浓度必须严格控制，避免对周围环境造成污染[15-16]。目前功能性食品是一个研究热点，提高粮食品种功能性元素含量对人体健康有重要意义。小麦是人们主要粮食作物之一，它的营养品质对人民身体健康非常重要，富硒小麦也一直是加工企业重点关注对象，如何提高小麦硒含量也成为一个重要的研究方向。本研究通过改变富硒肥料用量和施肥方式，探讨其对小麦生理、产量、土壤理化性质及硒富量的影响，比较中硒区天然富硒与富硒有机肥不同施用方式对小麦富硒的生理影响，为富硒小麦种植寻找最合适的硒肥施肥方法，从而为宁夏科学合理利用富硒态肥料提供理论支持与科学的生产种植技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于宁夏高硒区平罗县灵沙镇。供试小麦品种是当前宁夏高硒区主栽小麦品种‘宁春55号’，施肥严格按照测土配方施肥目标产量施肥量确定，施用富硒有机肥+商品有机肥10 kg/hm2，其他田间管理同农户生产管理。外源硒采用“苏州硒谷”生产的水溶性富硒有机肥，进行土壤基施和追施，其中基施于2019年2月20日播种前统一基施，追施于2019年5月2日第一次灌水时撒施于地表。

1.2 试验设计

试验设5个处理，重复3次，随机区组排列，每个小区面积为38.2 m2(8 m×4.8 m)，各小区间有宽0.5 m保护行。具体试验设计见表1。

表1 小麦基施富硒有机肥试验设计方案

1.2 材料与方法

1.2.1 土壤取样和测定试验前采取五点取样收集0～20 cm混合基础土样；收获期，每个试验小区按五点取样法取0～20 cm土样并混合作为一个试验处理小区的土样，自然阴干测定土壤硒、全盐、有机质、速效氮、速效钾和速效磷的含量，测定方法参照文献森林土壤分析方法[17]进行测定。

1.2.2 小麦叶片叶绿素含量和叶绿素荧光值的测定于孕穗期(5/19)、灌浆期(6/9)、收获期(7/6)选取5～6株小麦利用SPAD-plus手持叶绿素计测定田间小麦叶片（倒二叶）的叶绿素相对含量。同叶绿素测定一样，选取5～6株小麦叶片（倒二叶）先用夹子夹住叶片暗反应10 min后利用Pocket PEA便携式植物荧光仪测定荧光参数初始荧光(Fo)和PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)。

1.2.3 小麦产量的测定待小麦成熟后，全小区收获测产。

1.2.4 小麦含硒含量测定待小麦成熟后，分别取小麦同一植株茎秆、籽粒阴干，小麦脱壳后，采取双道氢化物发生原子荧光光度计法[18]分别测定茎秆和麸皮中的全硒含量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2003和DPS 18.10软件进行数据处理和统计分析。

2 结果及分析

2.1 土壤理化性质变化

2.1.1 试验前土壤基础理化性质基施验前土壤理化性质为 pH 8.03，全盐 0.44 g/kg，全氮 1.18 g/kg，有机质24.9 g/kg，有效磷27.4 mg/kg，速效钾151 mg/kg，全磷2.54 g/kg，全钾20.3 g/kg，缓效钾123.5 mg/kg，阳离子交换量5.73 cmol/kg，硒0.25 mg/kg。追施试验前土壤理化性质为pH 8.20，全盐0.42 g/kg，全氮1.01 g/kg，有机质24.6 g/kg，有效磷0.5 mg/kg，速效钾127 mg/kg，全磷2.29 g/kg，全钾19.6 g/kg，缓效钾114.0 mg/kg，阳离子交换量9.54 cmol/kg，硒0.21 mg/kg。

2.1.2 收获期土壤理化性质的变化如表2所示，基施富硒有机肥在试验小麦收获期，土壤全硒含量、速效钾、速效磷均高于对照，有机质和速效氮呈现先增后减的趋势，pH对照高于处理。收获期pH、速效钾和速效磷有一定程度的上升，全硒含量、全盐低于实验前的含量。

表2 基施富硒有机肥对土壤理化性质变化

如表3所示，追施富硒有机肥在试验小麦收获期，全盐和速效氮含量均呈现出低于对照的趋势；除T4外，硒含量和pH均呈现出递增趋势，有机质和速效钾含量均呈现处理低于对照的趋势（除T3外），有效磷含量呈现出高于对照的趋势，但差异不显著。收获期不同处理小区有机质、全盐含量与试验前相比均有不同程度的下降，而土壤pH、速效钾、有效磷和全硒含量则有一定程度的升高。

表3 追施富硒有机肥对土壤理化性质变化

2.2 富硒有机肥不同施用方式对小麦叶绿素荧光的影响

2.2.1 对小麦叶片叶绿素的影响如图1所示，在孕穗期(5/19)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，叶绿素含量先上升后下降，其中T1、T2分别比对照增加0.68%、0.45%，T3、T4分别比对照降低0.53%、3.94%，各处理与对照间无显著差异。随着追施富硒有机肥施用量的递增，叶绿素含量逐渐上升，其中T1、T2、T4分别比对照增加2.61%、6.64%、1.91%，T3比对照降低2.48%，对照与T2差异显著，其余各处理与对照间差异均不显著。

图1 不同富硒方式处理对小麦叶片叶绿素的影响

在灌浆期(6/9)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，叶绿素含量基本呈上升的趋势，其中T1、T3、T4分别比对照增加0.82%、0.82%、0.46%，T2比对照降低0.70%，各处理与对照间差异均不显著。随着追施富硒有机肥施用量的递增，叶片叶绿素含量逐渐上升，其中T1、T2、T3分别比对照增加1.83%、2.52%、5.32%，T4比对照降低1.83%，T3与对照间差异显著，T2与T4差异显著，其余各处理与对照间无显著差异。

在收获期(7/6)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，叶绿素含量呈上升的趋势，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加19.70%、16.42%、5.83%、12.34%，各处理与对照间差异显著（除T3外），T1和T2与T3和T4差异显著。随着追施富硒有机肥施用量的递增，叶片叶绿素含量逐渐上升，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加7.44%、18.54%、8.15%、10.03%，T2与对照和T1间差异显著，其余各处理与对照间差异均不显著。

两种施硒方式下的叶片叶绿素进行t检验，孕穗期(5/19)的小麦叶片的叶绿素(t=6.80，P<0.05)、灌浆期(6/9)的小麦叶片的叶绿素(t=5.74，P<0.05)和收获期(7/6)的小麦叶片的叶绿素(t=0.86，P>0.05)，表明两种施硒方式在孕穗期和灌浆期对小麦叶片的叶绿素含量影响有显著差异，在收获期无显著差异，则孕穗期和灌浆期是小麦施用硒肥的关键时期。

2.2.2 对Fo含量的影响如图2所示，在孕穗期(5/19)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，叶片Fo含量逐渐上升，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加2.76%、6.44%、4.09%、8.04%，各处理与对照间差异均显著，T1与T2和T4差异显著，T2与T4差异显著。随着追施富硒有机肥施用量的递增，叶片Fo含量逐渐上升，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加2.82%、4.94%、8.00%、5.64%，各处理与对照间无显著差异。

图2 不同富硒方式处理对小麦叶片Fo值的影响

在灌浆期(6/9)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，叶片Fo含量逐渐下降，其中T1、T2、T3、T4分别比对照降低1.58%、3.70%、2.22%、0.77%，各处理与对照间差异均不显著。随着追施施用量的递增，叶片Fo含量逐渐上升，其中T1、T3、T4分别比对照增加5.98%、5.85%、4.60%，T2比对照降低1.21%，各处理与对照间差异均不显著。

在收获期(7/6)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，叶片Fo含量逐渐上升，其中T1、T3、T4分别比对照增加1.42%、1.94%、11.86%，T2下降0.97%。各处理与对照间差异均不显著。随着追施施用量的递增，叶片Fo含量逐渐上升，其中T2、T4分别比对照增加8.53%、8.60%，T1、T3比对照降低9.65%、2.76%，T1与T2和T4差异显著，其余各处理与对照间无显著差异。

两种施硒方式下的叶片Fo进行t检验，孕穗期(5/19)的小麦叶片的Fo含量(t=3.79，P<0.05)、灌浆期(6/9)的小麦叶片的Fo含量(t=6.42，P<0.05)和收获期(7/6)的小麦叶片的Fo含量(t=0.90，P>0.05)，表明两种施硒方式在孕穗期和灌浆期对小麦叶片的Fo含量的影响有显著差异，收获期无显著差异。3个时期的小麦叶片Fo整体看在孕穗期最高，表明麦苗的光系统(PSⅡ)反应中心在孕穗期有更高的活性和光合能力，同时也表明小麦在孕穗期生理活动更剧烈。

2.2.3 对小麦叶片Fv/Fo的影响如图3所示，在孕穗期(5/19)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，Fv/Fo含量逐渐下降，其中T1、T2、T3分别比对照降低8.19%、7.21%、9.83%，T4比对照增加8.63%，T3与T4差异显著，但其余各处理间差异均不显著。随着追施富硒有机肥施用量的递增，Fv/Fo含量逐渐上升，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加26.45%、43.98%、51.03%、33.21%，对照与T2、T3和T4差异显著，其余各处理间差异不显著。

图3 不同富硒方式处理对小麦叶片Fv/Fo值的影响

在灌浆期(6/9)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，Fv/Fo含量逐渐上升，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加12.87%、0.43%、6.86%、7.07%，T1与对照间差异显著，T1与T2差异显著，其余各处理间差异均不显著。随着追施富硒有机肥施用量的递增，Fv/Fo含量逐渐下降，其中 T1、T2、T3、T4 分别比对照降低13.36%、0.46%、3.28%、4.18%，各处理与对照之间差异均不显著。

在收获期(7/6)，随着基施富硒有机肥施用量的递增，Fv/Fo的值逐渐下降的趋势，其中T1、T2、T3、T4分别比对照降低8.16%、4.44%、20.62%、9.32%，各处理与对照之间差异均不显著。随着追施富硒有机肥施用量的递增，Fv/Fo的值基本呈下降的趋势，其中T1、T2、T4分别比对照降低0.67%、14.61%、18.82%，T3分比对照增加31.37%，各处理与对照之间差异均不显著。外源施硒使小麦叶片Fv/Fo增大在灌浆期效果最为明显，收获期因叶片老化小麦叶片Fv/Fo下降，表明可在灌浆期施用硒肥能够较大程度提高光合作用。

两种施硒方式下叶片Fv/Fo进行t检验，孕穗期(5/19)的Fv/Fo的值(t=0.85，P>0.05)、灌浆期(6/9)的Fv/Fo的值(t=1.59，P>0.05)和收获期(7/6)的Fv/Fo的值(t=1.08，P>0.05)，表明两种施硒方式对小麦叶片Fv/Fo的值的影响无显著差异。

2.3 富硒有机肥不同施用方式对小麦产量的影响

如图4所示，随着基施富硒有机肥施用量的递增，小麦产量逐渐增加，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加2.14%、8.32%、0.96%、8.90%，T1、T3与对照间差异不显著，T2、T4与对照间差异显著。随着追施富硒有机肥施用量的递增，小麦产量先降低后增加，其中T1、T2、T3分别比对照降低1.75%、7.26%、2.43%，T4比对照增加0.02%，各处理与对照间差异均不显著。本实验中适宜浓度的外源施硒肥施用能够提高小麦产量，施硒量为1.33kg/hm2时小麦产量最高。

图4 不同富硒方式处理对小麦产量的影响

两种施硒方式的小麦产量进行检验，小麦产量(t=1.85，P>0.05)，表明两种施硒方式对小麦产量的影响无显著差异。

2.4 对小麦茎秆和麸皮硒含量的影响

2.4.1 基施和追施富硒有机肥对小麦茎秆硒含量的影响如图5所示，随着基施富硒有机肥施用量的增加，茎秆全硒含量逐渐增加，其中T2、T3、T4分别比对照增85.85%、282.44%、348.97%，T1比对照降低52.57%，对照与T3、T4处理间差异显著，T1与T3和T4差异显著，T2与T4差异显著。追施有机肥小麦茎秆中的硒含量逐渐降低，其中T1、T2、T3、T4分别比对照降低63.45%、17.87%、20.37%和25.62%，各处理与对照间差异均不显著。从总体上看，基施富硒有机肥小麦茎秆硒含量高于追施，表明基施更有利于土壤中的硒向小麦茎秆中转运。

图5 不同富硒方式处理对茎秆全硒的影响

两种施硒方式下小麦茎秆硒含量进行t检验，小麦茎秆全硒含量(t=2.11，P>0.05)，表明两种施硒方式对小麦茎秆全硒含量无显著差异。

2.4.2 基施和追施富硒有机肥对小麦麸皮硒含量的影响如图6所示，随着基施富硒有机肥施用量的增加，小麦麸皮硒含量呈现逐渐增加的趋势，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加97.26%、348.98%、782.98%、1108.54%，T4、T3与对照间差异显著，T1与T3和T4差异显著。追施有机肥发现小麦籽粒中的硒含量呈上升趋势，其中T1、T2、T3、T4分别比对照增加184.54%、601.59%、812.51%、1683.61%。对照与T2、T3和T4差异显著，T1与T3和T4差异显著。总体来说，基施和追施均不同程度上提高了小麦麸皮的硒含量，基施富硒有机肥更有利于硒向小麦籽粒中富集，从而小麦麸皮硒含量较高。

图6 不同富硒方式处理对麸皮全硒的影响

两种施硒方式下小麦麸皮硒含量进行t检验，小麦麸皮硒含量(t=2.51，P>0.05)，表明两种施硒方式对小麦麸皮硒含量无显著差异。

3 讨论

3.1 富硒有机肥不同施用方式对收获期土壤理化性质的影响

基施富硒有机肥后土壤pH、速效钾和速效磷有一定程度的上升，全硒含量、全盐低于实验前的含量。追施富硒有机肥在收获期时不同处理对小区土壤有机质、全盐含量与试验前相比均有不同程度的下降，而土壤pH、速效钾、有效磷和全硒含量则有一定程度的升高。植物不断的从土壤中吸收有效硒，打破了原有土壤中存在的硒形态的平衡状态[19]。邵丽伟[20]的试验表明：土壤条件对小麦的品质有着较为显著的影响，其中微量元素对小麦品质也起着至关重要的条件；杨雷[21]的研究表明：施用生物有机肥可有效提高土壤有机质、全氮、速效钾、缓效钾、有效磷的含量。外源施硒对土壤的理化性质的影响比较复杂，土壤pH影响土壤硒的有效性，碱性土壤中硒的主要存在是有效性高的硒酸盐，即土壤pH适当的提高能增加土壤中硒的有效性，为小麦生长提供了良好的土壤硒环境，有利于小麦后续的生长。

3.2 富硒有机肥不同施用方式对小麦叶绿素和叶绿素荧光参数的影响

适宜浓度的硒肥可增强植物的光合作用，提高植物叶片中叶绿素的含量，从而促进了植物的生长[22]。适量硒能提高叶片的叶绿素含量，增强植物的光合作用。本实验中两种施硒方式下，小麦叶片叶绿素都逐渐上升，且两种施硒方式下的小麦叶片叶绿素在孕穗期(5/19)和灌浆期(6/9)有显著差异，在收获期(7/6)无显著差异，施加富硒有机肥均增加了小麦叶片的叶绿素含量。李瑞平等[23]认为加入硒浓度在5～15 mg/L，小麦幼苗的叶绿素含量增加。叶绿素对硒比较敏感，所以施用硒肥可有效提高小麦叶片中的叶绿素含量。

本实验中，两种施硒方式下的Fo和Fv/Fo基本呈现上升的趋势，且两种施硒方式对小麦叶片的Fo在孕穗期和灌浆期的影响有显著差异，对小麦叶片的Fv/Fo的影响并无显著差异，两种施硒方式下，郭美俊等[24]认为叶面喷施7.5 g/667 m2亚硒酸钠，可显著提高谷子叶片中光合性能和光合色素含量；吴永尧等[25]在水稻中的研究表明硒的浓度≤0.1 mg/L，硒可增加线粒体呼吸速率和叶绿体的电子传递速率，若硒浓度≥1.0 mg/L，则导致其速率降低，说明植物体内硒可能参与了能量代谢过程。

3.3 富硒有机肥不同施用方式对小麦产量的影响

适宜浓度的硒均能在不同程度上提高农作物的产量，虽然它不是植物生长的必需元素，但外源施硒能促进植物的生长发育，参与和调控植物的呼吸与光合作用，抵御植物体内自由基的伤害，提高植物的抗逆能力[26]，从而为小麦的良好生长提供保障。本实验表明，施硒对小麦有一定的增产作用，基施处理，小麦产量各处理分别比对照可增产小麦55～509 kg/hm2，增产率0.9%～8.9%；且两种施硒方式对小麦产量影响没有明显差异，总体上基施富硒有机肥能增加产量。曹大领[27]的研究表明，播种前拌种，扬花期喷施腐殖酸有机硒肥，可有效增加小麦产量，增产率达15.2%；张睿等[14]的研究结果表明在开花期喷施2700 g/hm2富硒植物营养素可显著提高小麦籽粒产量。综合考虑基施与追施两种处理下小麦各个生长和产量指标，土壤外源施硒肥最优的配比应为富硒有机肥0.67 kg/hm2+商品有机肥9.33 kg/hm2，增产幅度最大为8.32%，即合适的处理方式可以使小麦的增产效果和籽粒硒含量达到较为显著状态，表现出良好的经济性能。

3.4 富硒有机肥不同施用方式对小麦茎秆、籽粒全硒含量的影响

施硒对水稻中后期生长有较大影响，外源施硒可促进水稻生长发育后期的物质代谢，使其保持旺盛的生长活力。根据GB 13105—1991《食品中硒限量卫生标准》（以Se硒计）粮食≤0.3 mg/kg[28]。秦海波等[29]认为安全且有效的长期食用的硒摄入量应介于0.1～1 mg/kg之间。彭涛等[30]的研究表明喷施硒肥的关键时期是小麦的拔节期、抽穗期和灌浆期，能够显著提高小麦籽粒中的硒含量。本实验中，基施与追施均提高了小麦茎秆和籽粒中的硒含量，且茎秆>籽粒，且含硒量均未超过国家标准。李志强等[31]研究表明：随富硒有机肥的用量增加，籽粒和面粉的硒含量也随之增加；郑甲成等[32]的研究表明适宜浓度外源施硒对水稻生育期无显著影响，但可显著增加水稻植株器官和籽粒硒含量。综合考虑高硒区采用外源硒补给方式进行植物体内硒的富集有一定的效果，但基施效果好于追施效果。