施氮量和施硒方式对冬小麦产量和籽粒矿质元素积累的影响

马红艳，聂兆君，刘红恩，李 畅，秦世玉，赵 鹏

（1. 河南农业大学 资源与环境学院，河南 郑州 450002；2. 河南省土壤污染防控与修复重点实验室，河南 郑州 450002）

硒（Se）是人体必需的微量元素，在抗氧化、抗癌、抗菌、抗病毒方面起着重要作用[1]。人体缺硒会引发心肌病、免疫功能差、认知能力衰退和心血管疾病等[2-3]。据统计，全球超过15%的人存在缺硒问题[4-5]。人体所需要的硒元素主要来自于食物，从吸收利用率及安全性方面分析，有机硒高于无机硒，而植物性硒源又高于动物性硒源，所以提高作物硒含量对人体补硒具有十分重要的作用[6]。叶面喷硒和土壤施硒是农业上最主要的施硒方式[7]，适量施硒对作物产量和硒含量的增加效果明显[8-10]。

氮（N）是植物生命活动的基础，是合成植物体内氨基酸、酶、叶绿素、核酸的结构成分[11]。氮素通过影响根系生长发育，进而影响植物籽粒营养元素的累积[12]。适当提高植物的施氮量不仅可以提高作物体内含氮物质含量，还可以影响其他矿质元素如硒、铁、锰、铜、锌等的含量[13]。此外，氮素是参与植物蛋白质、核酸及植物激素合成的主要元素，可通过影响蛋白质的合成来改变硒在植物体内的转运[14]。适当增施氮肥（尤其是营养生长阶段）可提高茎叶中蛋白质含量，为硒向籽粒中的转运提供更多载体[15]。

目前，关于营养元素与硒的配施效应研究较多[14，16-24]。其中，关于氮、硒配施的研究主要集中于水稻[20-23]、小麦[14，19，24]。氮、硒配施在水稻上的研究主要集中于氮、硒配施对水稻籽粒氨基酸、蛋白质、碳水化合物、氮、硒含量的影响方面[20-23]。氮、硒配施在小麦上的研究主要集中于氮、硒配施对小麦产量、硒含量及硒吸收、积累、转运、分配的影响方面[14，19，24]，关于施氮量和施硒方式对冬小麦籽粒矿质元素含量的影响研究尚未见报道。为此，研究4个施氮量和2 种施硒方式对冬小麦产量和矿质元素含量的影响，探究合理的施氮量与施硒方式，为合理施肥提高小麦籽粒品质提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2019 年11 月—2020 年6 月在河南农业大学科教园区（113°60′E、34°87′N）进行。供试土壤为北方石灰性壤质潮土，含有机质2.87 g/kg、碱解氮31.5 mg/kg、有效磷6.21 mg/kg、速效钾38.2 mg/kg、全 硒0.214 mg/kg、有 效 硒0.012 mg/kg，pH 值 为7.75。

供试冬小麦品种为百农207，购于河南秋乐种业科技股份有限公司。

1.2 试验设计

试验采用聚乙烯塑料盆进行，每盆装风干、磨碎并过2 mm 筛的土壤7 kg。试验设4 个施氮量：0、100、200、400 mg/kg，分 别 记 作N0、N100、N200、N400；设2 种施硒方式：土施硒1 mg/kg、喷施硒50 mg/L，分别记作S 和P。共8 个处理，每个处理4次重复。氮和硒的供体分别为化学试剂尿素和亚硒酸钠。其中，喷施硒处理在灌浆期分2 次进行叶面喷硒，时间间隔10 d，每次喷施70 mL/盆，2 次施入总量为7 mg/盆；土施硒处理将硒与土壤混匀后装盆。所有处理钾肥和磷肥施用量均为0.2 g/kg，供体分别为化学试剂磷酸二氢钾和氯化钾。所有处理氮、磷、钾肥均基施。所用试剂均为分析纯（AR)。冬小麦于2019 年11 月10 日播种，出苗后每盆定苗8株。在生长过程中平均3 d定量浇一次水，使土壤含水量保持在田间持水量的70%。为防止雨水冲刷，盆栽试验在透明塑料大棚中进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量及其构成要素 在成熟期（2020 年5 月17日），收获冬小麦，计产，并调查穗数、穗粒数和千粒质量。

1.3.2 矿质元素含量 在成熟期（2020 年5 月17日），取冬小麦植株，将籽粒、颖壳、茎叶、根分离，于105 ℃杀青30 min，然后在65 ℃烘箱中烘干至恒质量，测定干质量，之后粉碎、过筛，测定矿质元素含量。其中，氮、磷（P)、钾（K)含量采用鲍士旦[25]的方法测定，硒含量采用原子荧光分光光度法测定，钙（Ca）、镁（Mg）、锌（Zn)、锰（Mn)、铁（Fe)、铜（Cu)、硼（B)、钼（Mo)含量采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定[26-27]。

1.4 数据处理

试验数据用Excel 2010 和DPS 7.5 软件进行处理和统计分析，多重比较采用Tukey法。

2 结果与分析

2.1 施氮量和施硒方式对冬小麦产量及其构成因素的影响

从表1可以看出，施硒方式对冬小麦穗数、穗粒数和产量的影响均达到极显著水平，施氮量对冬小麦穗数的影响达到显著水平，施氮量与施硒方式的交互作用对冬小麦穗粒数、千粒质量的影响分别达到极显著、显著水平。

从表1 可以看出，在2 种施硒方式下，冬小麦产量和穗数均随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，均在N200 处理下最高，仅土施硒方式下产量在N200 处理与N0 处理间差异显著，其他处理间差异均不显著；穗粒数在土施硒条件下表现为N400处理显著高于N100 和N200 处理，在喷施硒条件下表现为N400处理显著低于N0和N200处理；冬小麦千粒质量在土施硒条件下以N200 处理最高，在喷施硒条件下随着施氮量的增加而减少，但差异均不显著。2 种施硒方式进行比较，土施硒处理冬小麦穗数、穗粒数、产量平均值均显著高于喷施硒处理。

表1 施氮量和施硒方式对冬小麦产量及其构成因素的影响Tab.1 Effects of N application rate and Se application method on yield and its components of winter wheat

2.2 施氮量和施硒方式对冬小麦各部位硒含量、累积量及转移系数（TF)的影响

由表2可知，施氮量、施硒方式及施氮量与施硒方式的交互作用对冬小麦籽粒、颖壳、茎叶和根硒含量的影响均达到极显著水平。

表2 施氮量和施硒方式对冬小麦各部位硒含量影响的方差分析（F值）Tab.2 Two-way analysis of variance（ANOVA）for the effects of N application rate and Se application method on Se content in each part of winter wheat（F value）

由图1 可知，在土施硒条件下，籽粒、茎叶和颖壳硒含量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N200 处理最高，显著高于其他处理；在喷施硒条件下，与不施氮处理相比，施氮显著提高冬小麦籽粒、颖壳和茎叶硒含量，总体以N200 处理最高。2种施硒方式进行比较，在相同施氮量下，土施硒处理冬小麦籽粒、颖壳、根硒含量平均值均显著高于喷施硒处理，茎叶硒含量反之。在N0、N100、N200条件下，土施硒处理小麦根硒含量显著高于喷施硒处理，但在N400 条件下喷施硒处理高于土施硒处理。在土施硒条件下，冬小麦根硒含量以N0、N200 处理较高；在喷施硒条件下，冬小麦根硒含量随着施氮量的增加呈逐渐降低的趋势。

图1 施氮量和施硒方式对冬小麦各部位硒含量的影响Fig.1 Effects of N application rate and Se application method on Se content in each part of winter wheat

由表3 可知，施氮量对冬小麦籽粒、颖壳、茎叶硒累积量的影响均达到极显著水平，对根硒累积量的影响达到显著水平。施硒方式对冬小麦籽粒、茎叶硒累积量的影响均达到极显著水平，对颖壳、根硒累积量的影响均达到显著水平。施氮量与施硒方式的交互作用对冬小麦籽粒、根硒累积量的影响均达到显著水平，对颖壳、茎叶硒累积量的影响均达到极显著水平。

表3 施氮量和施硒方式对冬小麦各部位硒累积量的影响 μg/盆Tab.3 Effects of N application rate and Se application method on Se accumulation in each part of winter wheat μg/pot

由表3 可知，2 种施硒方式下，冬小麦籽粒硒累积量随施氮量的增加总体呈先增加后降低的趋势，以N200处理最高，N400处理最低，说明施氮量过高会抑制冬小麦籽粒硒的积累。2 种施硒方式间比较，土施硒处理冬小麦籽粒硒累积量平均值显著高于喷施硒处理，说明土施硒处理较喷施硒处理能促进冬小麦籽粒硒的积累。在土施硒条件下，随施氮量增加，冬小麦颖壳中硒累积量呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高，N400 处理最低，说明适宜的施氮量能促进冬小麦颖壳中硒的积累；在喷施硒条件下，冬小麦颖壳硒累积量总体上随施氮量的增加而增加，说明施氮能够促进喷施硒条件下冬小麦颖壳硒的积累。2 种施硒方式间比较，土施硒处理冬小麦颖壳硒累积量平均值显著高于喷施硒处理，说明土施硒处理较喷施硒处理更能促进冬小麦颖壳硒的积累。在土施硒条件下，施氮能提高冬小麦茎叶硒累积量，但是未达到显著水平；在喷施硒条件下，冬小麦茎叶硒累积量总体上随施氮量的增加而增加，说明施氮能促进喷施硒条件下冬小麦茎叶硒的积累。2 种施硒方式间比较，土施硒处理冬小麦茎叶硒累积量平均值显著低于喷施硒处理，说明喷施硒处理较土施硒处理更能促进冬小麦茎叶硒的积累。在土施硒条件下，冬小麦根硒累积量以N200 处理最高，N400 处理最低；在喷施硒条件下，冬小麦根硒累积量在不同施氮量处理间差异不显著。2 种施硒方式间比较，土施硒处理冬小麦根硒累积量平均值显著高于喷施硒处理，说明土施硒处理较喷施硒处理能促进冬小麦根硒的积累。

由表4 可知，施氮量对硒的TF籽粒/颖壳的影响达到极显著水平；施硒方式对硒的TF籽粒/颖壳、TF颖壳/茎叶和TF茎叶/根的影响均达到极显著水平；施氮量与施硒方式的交互作用对硒的TF茎叶/根的影响达到显著水平。

由表4 可知，2 种施硒方式下，施氮显著抑制了冬小麦硒从颖壳向籽粒的迁移；2 种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦硒的TF籽粒/颖壳平均值显著高于喷施硒处理。2 种施硒方式下，施氮对冬小麦硒从茎叶向颖壳迁移的影响不显著；2 种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦硒的TF颖壳/茎叶平均值显著高于喷施硒处理。2 种施硒方式下，施氮对冬小麦硒从根向茎叶迁移的影响不显著；2 种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦硒的TF茎叶/根平均值显著低于喷施硒处理。

表4 施氮量和施硒方式对冬小麦硒转移系数的影响Tab.4 Effects of N application rate and Se application method on Se transfer coefficient of winter wheat

2.3 施氮量和施硒方式对冬小麦籽粒矿质元素含量、累积量的影响

由表5 可知，施氮对冬小麦籽粒中氮、钾、硼、铜、铁、锌含量的影响均达到极显著或显著水平；施硒方式对冬小麦籽粒中氮、磷、铜、钼含量的影响均达到极显著或显著水平；施氮量与施硒方式的交互作用对冬小麦籽粒中氮、磷、钙、硼含量的影响均达到极显著或显著水平。

由表5可知，在土施硒条件下，冬小麦籽粒氮含量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N200处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒氮含量随施氮量的增加而增加，以N400 处理最高。2 种施硒方式间比较，土施硒处理冬小麦籽粒氮含量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，施氮量对冬小麦籽粒磷含量的影响不显著；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒磷含量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高，显著高于其他处理。2种施硒方式间冬小麦籽粒磷含量平均值差异不显著。在土施硒和喷施硒条件下，冬小麦籽粒钾含量均随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高；2 种施硒方式间比较，土施硒处理冬小麦籽粒钾含量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，冬小麦籽粒钙含量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒钙含量差异不显著。2 种施硒方式间冬小麦钙含量平均值差异不显著。不同施氮量处理、不同施硒方式间冬小麦籽粒镁含量差异均不显著。在土施硒条件下，冬小麦籽粒硼含量随施氮量的增加而增加，以N400 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒硼含量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高。2 种施硒方式间冬小麦籽粒硼含量平均值差异不显著。在土施硒条件下，冬小麦籽粒铜含量总体上随施氮量的增加而增加，以N400 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒铜含量随施氮量的增加先增加后降低，以N200 处理最高。2 种施硒方式间比较，喷施硒处理冬小麦籽粒铜含量平均值显著高于土施硒处理。在土施硒和喷施硒条件下，随着施氮量的增加，冬小麦籽粒铁含量均呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高。2种施硒方式间冬小麦籽粒铁含量平均值差异不显著。不同施氮量处理、不同施硒方式间冬小麦籽粒锰含量差异均不显著。2种施硒方式下，不同施氮量处理间冬小麦籽粒钼含量均无显著差异。2种施硒方式之间比较，喷施硒处理冬小麦籽粒钼含量平均值显著高于土施硒处理。2种施硒方式下，随着施氮量的增加，冬小麦籽粒锌含量均呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高。2 种施硒方式间冬小麦籽粒锌含量平均值差异不显著。

表5 施氮量和施硒方式对冬小麦籽粒矿质元素含量的影响Tab.5 Effects of N application rate and Se application method on mineral element content in grain of winter wheat

由表6 可知，施氮量对冬小麦籽粒氮、磷、钙、硼、铁、锰、钼、锌累积量的影响达到极显著或显著水平；施硒方式对冬小麦籽粒氮、磷、钾、钙、镁、硼、铜、铁、锰、钼累积量的影响均达到极显著水平；施氮量与施硒方式的交互作用对冬小麦籽粒氮、磷、钾、钙、硼、铜、铁、锰、钼、锌累积量的影响达到极显著或显著水平。

由表6可知，在土施硒条件下，冬小麦籽粒氮累积量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒氮累积量随施氮量的增加而增加，以N400 处理最高。2种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒氮累积量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，冬小麦籽粒磷累积量随施氮量增加呈先增加后降低的趋势，以N200 处理最高；在喷施硒条件下，施氮降低了冬小麦籽粒磷累积量。2种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒磷累积量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，冬小麦籽粒钾累积量随施氮量的增加总体上呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒钾累积量随施氮量增加先降低后增加。2种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒钾累积量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，施氮促进了冬小麦籽粒钙的累积，以N400 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦钙累积量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N200 处理最高。2种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒钙累积量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，随着施氮量的增加，冬小麦籽粒镁累积量呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高；在喷施硒条件下，施氮降低了冬小麦籽粒镁累积量。2 种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒镁累积量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，冬小麦籽粒硼累积量随施氮量的增加总体上呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒硼累积量随施氮量增加呈先降低后增加的趋势，以N400 处理最高。2 种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒硼累积量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，冬小麦铜累积量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N100处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒铜累积量以N200 处理最高。2 种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒铜累积量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，随着施氮量的增加，冬小麦籽粒铁累积量呈先增加后降低的趋势，以N100和N200 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒铁累积量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N100 处理最高。2 种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒铁累积量平均值显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，冬小麦籽粒锰、钼的累积量均随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，分别以N200、N100 处理最高；在喷施硒条件下，施氮抑制冬小麦籽粒中锰、钼的累积。2 种施硒方式之间比较，土施硒处理冬小麦籽粒锰、钼累积量平均值均显著高于喷施硒处理。在土施硒条件下，随着施氮量增加，冬小麦籽粒锌累积量呈先增加后降低的趋势，以N200 处理最高；在喷施硒条件下，随着施氮量增加，冬小麦籽粒锌累积量呈先降低后增加的趋势，以N400 处理最高。2 种施硒方式下冬小麦籽粒锌累积量平均值差异不显著。

表6 施氮量和施硒方式对冬小麦籽粒矿质元素累积量的影响Tab.6 Effects of N application rate and Se application method on mineral element accumulation in grain of winter wheat

2.4 冬小麦籽粒矿质元素含量、累积量的相关性分析

由表7 可以看出，冬小麦籽粒中硒含量与氮含量呈显著正相关，与钼含量均呈显著负相关；氮含量与钾、镁、硼、铜、铁含量均呈显著或极显著正相关；磷含量与钾、硼含量均呈显著或极显著正相关；钾含量与铁含量呈显著正相关，与钼含量呈显著负相关；钙含量与铁含量呈显著正相关；镁含量与铜含量呈极显著正相关；硼含量与钼含量呈显著负相关。

表7 冬小麦籽粒矿质元素含量间的相关性分析Tab.7 Correlation analysis among mineral elements contents in grain of winter wheat

由表8可以看出，冬小麦籽粒中硒累积量与氮、磷、钾、钙、镁、铜、铁、锰、钼累积量均呈极显著或显著正相关；氮累积量与磷、钾、钙、镁、硼、铜、铁、锰累积量均呈极显著正相关；磷累积量与钾、钙、镁、铜、铁、锰、钼累积量均呈极显著或显著正相关；钾累积量与钙、镁、铜、铁、锰、钼累积量均呈极显著正相关；钙累积量与镁、硼、铜、铁、锰累积量均呈显著或极显著正相关；镁累积量与硼、铜、铁、锰、钼累积量均呈极显著正相关；硼累积量与铜、铁累积量均呈显著正相关；铁累积量与锰、钼累积量均呈显著或极显著正相关；锰累积量与钼累积量呈极显著正相关。

表8 冬小麦籽粒矿质元素累积量间的相关性分析Tab.8 Correlation analysis among mineral elements accumulation in grain of winter wheat

3 结论与讨论

本研究结果表明，在土施硒条件下，施一定量的氮（200 mg/kg）可提高冬小麦产量，这与前人[28-29]研究结果一致。在相同施氮量条件下，土施硒处理冬小麦的产量、穗数和穗粒数均高于喷施硒处理，这与前人[30]研究结果相似。在土施硒条件下，施氮量为200 mg/kg 时，冬小麦产量最高，当施氮量继续增加时，产量反而降低，这与前人[31]研究结论相似。在喷施硒条件下，不同施氮量处理间冬小麦产量差异不显著，这与杨建军等[32]的研究结果不同，可能是由于研究对象（水稻和小麦）不同造成的。

本研究结果表明，施氮促进冬小麦对硒的吸收，但在不同施氮量条件下效果不同，以N200 处理冬小麦籽粒和颖壳中硒含量最高，N400 处理低于N200 处理，说明高氮反而抑制冬小麦对硒的吸收，这与宋晓珂等[33]的研究结果相似。本研究结果表明，土施硒处理冬小麦籽粒硒含量高于喷施硒处理。张城铭等[34]通过盆栽试验比较2 种施硒方式下水稻对硒的吸收情况，结果显示，土施硒较叶面施硒更能有效提高籽粒硒含量，与本研究结果相似。在土施硒条件下，籽粒硒累积量以N200 处理最高；2 种施硒方式间比较，土施硒处理冬小麦籽粒硒累积量平均值显著高于喷施硒处理，说明土施硒更有利于硒在冬小麦籽粒中的积累，这与BOLDRIN 等[35]的研究结果一致，但与陈雪等[36]的研究结果相反。

在土施硒条件下，冬小麦籽粒中氮、钾、钙、镁、铁、锰、锌含量总体均以N100 处理最高，磷、硼、铜含量均以N400 处理最高；在喷施硒条件下，冬小麦籽粒中铜含量以N200 处理最高，磷、钾、硼、铁、锰、锌含量均以N100 处理最高，氮、钙、镁含量均以N400 处理最高，说明适宜的施氮量（100 mg/kg）更有利于提高冬小麦籽粒矿质元素含量，这与袁继超等[37]的研究结果相似。2 种施硒方式下，N400 处理冬小麦籽粒中钼含量均低于不施氮处理，这是因为钼和硒共用阴离子转运通道，彼此有竞争[38]，所以施硒降低冬小麦籽粒中钼含量。

研究发现，在农作物中氮与多种元素具有相关性[39]，而作为有益元素的硒也与多种元素具有协同和拮抗作用。本研究结果表明，冬小麦籽粒中硒含量与氮含量呈显著正相关，硒累积量与氮累积量呈极显著正相关，且硒、氮累积量与磷、钾、钙、镁、铜、铁、锰累积量均呈极显著或显著正相关，说明氮、硒能够促进冬小麦籽粒对矿质元素的吸收，这与前人[40-42]部分研究结果相同。