磷、硒配施对冬小麦硒吸收及土壤硒形态转化的影响

胡彩霞 刘红恩 聂兆君 李 畅 秦世玉 刘亥扬 许嘉阳 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，河南郑州 450002）

硒（Se）是人类和动物必需的微量元素，具有抗氧化、增强机体免疫力等重要功能［1-2］。缺硒会加速身体衰老，并可能导致癌症、心血管等疾病［3-4］。适当补充硒可以提高人体抵抗某些疾病的能力［5-7］。研究表明，我国72%的土壤处于缺硒状态［8］，大约7亿人口硒摄入不足［9］。在多种补硒方式中，通过饮食补充硒是一种安全、可行的方法［10］。硒虽然不是植物必需的微量元素，但对植物光合作用、抗氧化水平及产量等均有重要的调节作用［11-12］。小麦作为我国北方重要的粮食作物，通过施用硒肥来提高小麦籽粒硒含量受到广泛关注。硒在土壤中以多种形态存在［13］，硒在植物中的累积量不仅与土壤全硒含量有关，也与土壤中硒的赋存形态密切相关［14］。瞿建国等［15］利用不同浸提剂分步骤连续浸提的方法将土壤中的硒划分为5种形态，分别为水溶态硒、可交换态硒、铁锰氧化物结合态硒、有机物-硫化物结合态及元素态硒和残渣态硒。其中，植物易吸收利用水溶态硒以及可交换态硒，而有机物-硫化物结合态及元素态硒和残渣态硒不易被植物根系吸收利用。

磷是植物生长必需的第二大营养元素，在植物生长、代谢、产量和品质形成中发挥着不可替代的作用［16］。磷与硒虽为不同族元素，但都以阴离子形态被土壤胶体吸附，两者之间的化学行为具有一定的相似性，存在竞争吸附［8］。由于磷酸盐与亚硒酸盐的竞争吸附作用，土施磷酸盐可促进土壤解析出更多的硒供植物吸收利用［17］。如高桐梅等［18］研究发现，硒肥配施磷酸二氢钾可提高芝麻籽粒硒含量；安军妹等［19］指出，施磷会促使土壤中稳定态硒向有效态硒转化，有利于提高植物对硒的吸收利用；邢颖等［20］研究发现适量施磷可增加土壤可溶性硒的含量。然而，也有研究表明，施磷会降低小麦籽粒硒含量［8］。

研究表明，植物根系活动可显著影响土壤中的养分含量［21-23］，并影响土壤中硒和磷的有效性［24-26］。然而，磷、硒互作与根系共同作用对冬小麦体内硒含量的影响研究却鲜见报道。本试验通过根箱试验研究拔节期冬小麦干物质重、地上部和根系磷硒含量、磷硒累积量、磷硒迁移系数以及根际与非根际土壤中各形态硒的含量和比例，以期为揭示磷硒互作效应机制，有效提高小麦籽粒硒含量，促进人体安全补硒提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验于2019年10月30日至2020年3月20日在河南省郑州市河南农业大学毛庄科教园区进行，供试土壤为壤质潮土，土壤养分为：pH值7.30，有机质含量11.04 g·kg-1，碱解氮含量70.40 mg·kg-1，速效磷含量10.31 mg·kg-1，速效钾含量140.60 mg·kg-1，全硒含量0.127 mg·kg-1，有效硒含量0.009 mg·kg-1。

供试小麦品种为郑麦379，购于河南秋乐种业科技股份有限公司。供试硒试剂为亚硒酸钠（Na2SeO3·5H2O）；供试磷试剂为磷酸二氢钠（NaH2PO4·2H2O）；供试底肥分别为尿素（CH4N2O）、氯化钾（KCl），购自国药集团化学试剂（上海）有限公司，所有供试试剂均为分析纯。

1.2 试验设计

试验分别设置3个磷水平（0、80、160 mg·kg-1）和2个硒水平（0、1 mg·kg-1），完全交互设计，共6个处理：P0Se0、P80Se0、P160Se0、P0Se1、P80Se1、P160Se1，每个处理3次重复，随机排列。磷肥和硒肥分别以磷酸二氢钠（NaH2PO4·2H2O）和亚硒酸钠（Na2SeO3·5H2O）为肥源。底肥用量为N 0.15 g·kg-1、K2O 0.15 g·kg-1，分别以尿素和氯化钾作为肥源施入土壤。所有肥料配成溶液于播种前一次性施入土壤。试验场设有塑料膜防雨棚以防止雨水淋洗。根箱设计在He等［27］的方法基础上进行改进，根箱长、宽、高分别为15、10、16 cm，其中内室宽2 cm，两个外室宽均为4 cm，内室与外室用孔径30µm的尼龙网隔开。将过10目筛的风干土2.5 kg装入根箱。于2019年10月30日在根箱内室播种小麦，出苗后每个根箱定苗3株。于拔节期（2020年3月20日，173 d）收获。试验期间每2～3 d浇一次水，保持土壤含水量为田间持水量的70%。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤基本理化性质的测定参照常规分析方法［28］：有机质采用重铬酸钾容量-外加热法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用钼蓝比色法测定；速效钾采用火焰光度法测定。有效硒参照陈娥等［29］的方法，土壤总硒参照高雯雯等［30］的方法，消解后采用AFS-8220原子荧光光度计（北京吉天仪器有限公司）测定。

1.3.2 小麦各器官磷、硒含量的测定在小麦拔节期取样，分为地上部和根系两部分，用去离子水冲洗后105℃杀青30 min，随后65℃恒温烘干至恒重，称重后粉碎备用。参照鲍士旦［28］的方法，采用钼锑抗比色法测定磷含量。参照《GB 5009.93-2017食品安全国家标准食品中硒的测定》［31］，采用原子荧光光度计测定硒含量。并按以下公式计算植株养分累积量和植株养分迁移系数：

植株养分累积量=植株养分含量×干物质重；植株养分迁移系数=地上部养分含量/根系养分含量。

1.3.3 土壤硒形态的测定在小麦收获后，取根箱内、外室土壤样品。由于3株小麦根系已充满整个内根室，因此将内室土壤定义为根际土，外室土壤定义为非根际土。将土壤样品充分混匀，于室内阴凉处自然风干，除去植物残体后磨碎过100目筛，待用。参照瞿建国等［15］的方法测定以下指标：

可溶态（水溶态）硒。称取1 g土壤样品，放入干净的聚乙烯离心管中，加入10 mL 0.25 mol·L-1HCl，在室温（25℃）条件下以200 r·min-1的转速恒温振荡1 h，然后以4 000 r·min-1的转速离心10 min，上清液消化后测定可溶态（水溶态）硒含量。

可交换态及碳酸盐结合态硒。在上述含有残渣的离心管中加入10 mL 0.7 mol·L-1KH2PO4（pH值5.0），在室温（25℃）条件下以200 r·min-1的转速恒温振荡4 h，然后以4 000 r·min-1的转速离心10 min，上清液消化后测定可交换态及碳酸盐结合态硒含量。

铁-锰氧化物结合态硒。在上述含有残渣的离心管中加入10 mL 2.5 mol·L-1HCl，置于90℃的恒温水浴中加热50 min，并间歇振荡，然后以4 000 r·min-1的转速离心10 min，上清液消化后测定铁-锰氧化物结合态硒含量。

有机物-硫化物结合态及元素态硒。在上述含有残渣的离心管中加入8 mL 5%K2S2O8和2 mL HNO3∶H2O（V∶V=1∶1），置于95℃的恒温水浴中加热3 h，并间歇振荡，然后以4 000 r·min-1的转速离心10 min，上清液消化后测定有机物-硫化物结合态及元素态硒含量。

残渣态硒。用少量去离子水将上述离心管中的残渣转移至150 mL三角瓶中。

不同提取态硒含量的后续步骤参照土壤总硒含量的测定方法［30］。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2021处理试验数据，采用DPS 7.05软件进行方差分析，各个处理之间的多重比较采用最小显著性差异（least significance difference，LSD）法，使用SigmaPlot 14.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 磷硒配施对冬小麦干物质累积及根冠比的影响

由表1可知，无论施硒与否，冬小麦地上部和根系干物质重均随施磷量的增加而增加。在P0水平下，施硒提高了地上部干物质重，增幅为12.24%，但未达到显著水平。在P80和P160水平下，Se1处理较Se0处理降低了地上部干物质重，降幅分别为14.58%和37.17%。地上部干物质重最高值出现在P160Se0处理，而最小值出现在P0Se0处理，前者为后者的9.39倍。在P80和P160水平下，施硒显著降低了植株根系干物质重，降幅分别为30.49%和32.74%。施硒对冬小麦根冠比无显著影响。无论施硒与否，冬小麦根冠比随着施磷量的增加逐渐降低。

表1 磷硒配施对冬小麦干物质重及根冠比的影响Table 1 Effect of phosphorus combined selenium application on dry matter weight and root/shoot ratio of winter wheat

2.2 磷硒配施对冬小麦磷吸收的影响

由图1可知，在Se0水平下，施磷显著提高了地上部和根系磷含量，其增幅范围分别为0.08～0.16和0.17～0.33个百分点；在Se1水平下，施磷显著提高了地上部和根系磷含量，其增幅范围分别为0.15～0.25和0.13～0.17个百分点。在P160水平下，施硒显著提高了地上部磷含量，其增幅为0.06个百分点。地上部磷含量最高值出现在P160Se1处理，而最小值出现在P0Se1处理，前者为后者的4.58倍。在P80水平下，施硒提高了根系磷含量，其增幅为0.07个百分点，但未达到显著水平；在P160水平下，施硒显著降低了根系磷含量，其降幅为0.13个百分点。

图1 磷硒配施对冬小麦磷吸收的影响Fig.1 Effect of phosphorus combined selenium application on phosphorus absorption in winter wheat

在Se0水平下，P80和P160处理显著提高了地上部磷累积量，其增幅分别为679.41%和1 936.12%；在Se1水平下，P80和P160处理同样显著提高了地上部磷累积量，其增幅分别为1 207.04%和2 645.27%。无论施硒与否，施磷均显著提高了地上部磷累积量。在P0和P80水平下，施硒对地上部磷累积量的影响不显著；但在P160水平下，施硒可显著降低地上部磷累积量，降幅为23.77%。在P80和P160水平下，施硒降低了根系磷累积量，降幅分别为24.84%和43.82%。

2.3 磷硒配施对冬小麦硒吸收的影响

由图2可知，在Se0水平下，未检测到地上部和根系硒含量。在Se1水平下，P80与P160处理显著降低了地上部硒含量，其降幅分别为58.02%和55.71%；地上部硒含量在P0Se1处理下达到最大值，而最小值出现在P80Se1处理，前者为后者的2.38倍。在Se1水平下，冬小麦根系硒含量随着施磷量的增加而逐渐增加，P160处理较P0处理显著增加了根系硒含量，其增幅为31.87%。根系硒含量在P160Se1处理下达到最大值，而最小值出现在P0Se1处理，前者为后者的1.31倍。

图2 磷硒配施对冬小麦硒吸收的影响Fig.2 Effect of phosphorus combined selenium application on selenium absorption in winter wheat

在Se1水平下，P80和P160处理较P0处理地上部硒累积量增加，增幅分别为32.22%和102.64%。地上部硒累积量在P160Se1处理下达到最大值。在Se1水平下，根系硒累积量随着施磷量的增加而逐渐增加，P80和P160处理较P0处理根系硒累积量增幅分别为189.97%和389.22%，根系硒累积量在P160Se1处理达到最大值。

2.4 磷硒配施对冬小麦磷硒迁移系数的影响

由图3可知，在Se0水平下，施磷对磷迁移系数无显著影响。在Se1水平下，P80和P160处理显著提高了磷迁移系数，其增幅分别为86.51%和197.61%。在P0水平下，施硒显著降低了磷迁移系数，其降幅为37.03%，但在P160水平下，施硒显著提高了磷迁移系数，其增幅为65.14%。磷迁移系数在P160Se1处理下达到最大值，而最小值出现在P160Se1处理，前者为后者的2.98倍。

图3 磷硒配施对冬小麦磷、硒迁移系数的影响Fig.3 Effect of phosphorus combined selenium application on transport coefficient of phosphorus and selenium in winter wheat

在Se1水平下，P80和P160处理显著降低了硒迁移系数，其降幅分别为59.92%和66.27%；P80处理和P160处理下的硒迁移系数无显著差异。硒迁移系数在P0Se1处理下达到最大值，而最小值出现在P160Se1处理，前者为后者的2.96倍。

2.5 磷硒配施对冬小麦收获后根际和非根际土壤不同硒形态的影响

由表2可知，在Se0水平下，施磷对根际土壤中可交换态硒（exchangeable and carbonate-bound Se，Ex/Cb-Se）和残渣态硒（residual Se，Res-Se）含量无显著影响；但P160处理提高了根际土壤水溶态硒（water soluble Se，Ws-Se）含量及所占比例。在Se1水平下，P80处理显著提高了根际土壤中Ws-Se含量和所占比例。根际土壤中Ws-Se含量最大值出现在P160Se0处理。在Se0水平下，P80处理较P0处理显著增加了非根际土壤中Ws-Se的含量及所占比例，其增幅分别为192.73%和4.51个百分点；P160处理较P0处理的增加了非根际土壤中可交换态硒（Ex/Cb-Se）和铁锰氧化物结合态硒（Fe/Mn oxide-bound Se，Fe/Mn-Se）的含量及所占比例；且施磷显著降低了非根际土壤中有机硫化物结合态及元素态硒（organic matter-bound Se，Om-Su/EI-Se）的含量及所占比例。在Se1水平下，P160处理较P0处理显著增加了非根际土壤中Ws-Se、Ex/Cb-Se和Fe/Mn-Se的含量。

表2 磷硒配施对冬小麦根土界面不同形态硒含量和比例的影响Table 2 Effect of phosphorus combined selenium application on contents and proportions of different Se forms in root-soil interface of winter wheat

各处理非根际土壤中Fe/Mn-Se含量显著高于根际土壤。在Se0水平下，P80处理根际土壤中Ws-Se含量显著低于非根际土壤，其降幅为45.96%；高磷（P160）处理时根际土壤中Ws-Se含量及所占比例显著高于非根际土壤，但Ex/Cb-Se和Fe/Mn-Se含量及所占比例显著低于非根际土壤。在Se1水平下，P80处理根际土壤中Ws-Se含量及所占比例显著高于非根际土壤，但Fe/Mn-Se和Om-Su/EI-Se含量及所占比例显著低于非根际土壤；P160处理根际土壤中Ws-Se、Ex/Cb-Se和Fe/Mn-Se含量显著低于非根际土壤。

2.6 地上部硒含量和根系硒含量与根际和非根际土壤中不同形态硒含量相关性分析

由表3可知，地上部硒含量与根际土壤中可交换态硒（Ex/Cb-Se）、铁锰氧化物结合态硒（Fe/Mn-Se）和残渣态硒（Res-Se）含量存在显著或极显著正相关关系，与非根际土壤Fe/Mn-Se含量存在显著负相关关系。根系硒含量与根际土壤中Ex/Cb-Se、有机硫化物结合态及元素态硒（Om-Su/EI-Se）和Res-Se含量均存在极显著正相关关系，与非根际土壤水溶态硒（Ws-Se）、Ex/Cb-Se和Res-Se含量均存在显著正相关关系。

表3 地上部硒含量和根系硒含量与根际和非根际土壤中不同形态硒含量相关性分析Table 3 Correlation analysis between Se concentration in shoot，Se concentration in root and Se concentrations in different chemical forms in soil

3 讨论

本试验结果表明，无论施硒与否，施磷可显著促进冬小麦生长，表现为地上部和根系干物质重的增加，这与前人研究结果相似［32-33］。适宜的磷硒配施可促进水稻生长，但当施硒量过多时，无论供磷量多少，水稻植株均会受到伤害，生物量降低［8］。本研究结果表明，施硒（1 mg·kg-1）提高了P0水平下冬小麦干物质重，但未达到显著水平，这可能是由于冬小麦在硒胁迫条件下通过调节自身生长发育来适应外界环境变化；Se1处理显著降低了P80和P160水平下冬小麦地上部和根系干物质重，其降幅为14.58%～37.17%，进而抑制了冬小麦生长，一方面可能是因为单施磷与磷硒配施相比，磷对冬小麦生长的促进作用减弱，另一方面可能是因为过量施用亚硒酸盐抑制了冬小麦生长。前人研究表明，不同作物对硒的响应效果不尽相同。如聂兆君等［5］和Nie等［34］研究表明，施用亚硒酸盐会降低冬小麦地上部生物量，抑制冬小麦生长；闫颖等［35］研究表明，在同一磷水平下，施用亚硒酸盐会增强磷对小白菜生长的促进作用，提高小白菜的株高和生物量，与本研究结果不一致，这可能与作物种类密切相关。本试验发现，P80Se1较P80Se0处理降低了冬小麦根冠比，但在高磷（P160）处理下，施硒对冬小麦根冠比无显著影响，这可能是由施硒导致冬小麦地上部和根系干物质重均下降所造成的。

研究表明，磷酸盐与亚硒酸盐之间存在既相互促进又相互拮抗的作用，这与磷、硒施用水平有关［5］。本试验中，在P80水平下，施硒提高了冬小麦各部位磷含量，但未达到显著水平。在P160（高磷）水平下，施硒显著提高了冬小麦地上部磷含量和磷迁移系数，但显著降低了根系磷含量和各部位磷累积量，这是因为在低磷条件下，施用亚硒酸盐时，亚硒酸盐更易与土壤位点结合，释放出更多的磷酸根供植物吸收利用［35-36］；而高磷处理时，由于磷酸盐与亚硒酸盐化学形态的相似性，植物吸收磷酸盐与亚硒酸盐共用一个磷转运蛋白通道，因此施硒抑制了冬小麦对磷的吸收［5，19］。

本研究中，在不施硒处理时，未检测到冬小麦地上部和根系硒含量，这可能是因为供试土壤硒含量和硒的有效性比较低；而在Se1水平下，冬小麦地上部和根系硒含量显著增加［37］。Li等［38］发现，冬小麦根系吸收亚硒酸盐是由磷酸盐载体运输的，土壤中磷的缺乏使冬小麦硒的吸收增加了60%。本研究结果表明，在Se1水平下，施磷对冬小麦地上部硒含量有显著降低的效果，原因有两个：一方面可能是由于施磷增加了冬小麦干物质重，由此导致的生物稀释效应降低了地上部硒含量；另一方面可能是由于磷酸盐转运蛋白参与植物对亚硒酸盐的吸收，导致冬小麦对硒的吸收降低［39-41］。在Se1条件下，高磷（P160）处理显著提高了根系硒含量，这是因为在高磷处理时，由于磷酸根与亚硒酸根的竞争吸附作用，致使土壤溶液解析出更多的硒供植物吸收［8，17］。Liu等［42］发现增加磷的供应水平显著增加了冬小麦根系中硒在细胞可溶性部分的分布，显著降低了硒从根系向地上部的转运。本研究同样发现，施磷显著降低了硒从根系向地上部的迁移。由此推断，磷酸盐的施用可抑制硒进入木质部和向地上部的转移，促进亚硒酸盐在根部的累积。与P0Se1处理相比，P80Se1和P160Se1处理下冬小麦根系硒累积量分别增加了189.97%和389.22%，一方面可能是土壤中亚硒酸盐与磷酸根存在竞争吸附作用，施磷促使硒的解析并提高土壤中有效硒含量［38］，另一方面可能是施磷增强了冬小麦的蒸腾作用，进而增加了冬小麦根系对硒的被动吸收［43］。

本研究发现，在Se0水平下，根际土壤中有机硫化物结合态及元素态和残渣态硒含量及所占比例较高，这与朱磊等［44］的研究结果一致。本试验中，在无外加硒源时，高磷处理提高了根际土壤水溶态硒及可交换态硒含量；在Se1水平下，与P0处理相比，P80处理提高了根际土壤水溶态硒所占比例，且高磷（P160）处理显著降低了非根际土壤有机物硫化物结合态及元素态硒和残渣态硒所占的比例，提高了非根际土壤水溶态硒、可交换态硒及铁锰氧化物结合态硒的含量及所占比例，这可能是因为磷酸盐和亚硒酸盐在土壤中相互竞争吸附位点，H2PO4¯促使土壤溶液中解析出更多的硒，从而提高了土壤硒的有效性，进而促进土壤硒在冬小麦各部位的累积［17，34］。植物根系活动会导致根际和非根际土壤理化性质和元素分布存在差异性，进而影响养分的有效性和迁移性［45-46］。本研究发现，在P160Se1处理下，根际土壤中水溶态硒含量显著低于根际土壤P160Se0处理和非根际土壤P160Se1处理，一方面可能是因为土壤中水溶态硒被植物吸收利用，另一方面可能是非根际土壤有机质通过吸附和络合作用表现出对硒的固定［47］。研究表明，铁锰氧化物结合态硒在土壤中溶解度低，不易被植物吸收［48］。本试验中，在Se0条件下，根际土壤中铁锰氧化物结合态硒所占比例显著低于非根际土壤；在Se1条件下，P80处理根际土壤水溶态硒含量及所占比例和可交换态硒所占比例显著高于非根际土壤，但铁锰氧化物结合态硒和有机硫化物及元素态硒含量及所占比例显著低于非根际土壤，说明植物根系活动会对土壤硒形态的赋存状态产生影响［22］。李永华等［49］研究表明，水溶态硒由于浸出量低、分析测定困难、易受环境干扰和与植物相关性差等原因不宜作为土壤有效硒的评价指标。而交换态硒可作为土壤有效硒的评价指标，且烤烟硒含量与土壤交换态硒含量呈显著正相关［50］。综上所述，磷硒配施和根系活动的共同作用可提高交换态硒含量及所占比例，并使土壤中硒的有效性提高，促进冬小麦根系对硒的吸收，进而提高冬小麦根系硒含量及各部位硒累积量。

4 结论

本研究结果表明，施磷可促进冬小麦对磷的吸收并提高冬小麦干物质重。当亚硒酸盐与磷酸盐共存时，施硒则降低冬小麦干物质重。硒对冬小麦磷吸收的影响与磷水平有关，施硒可促进正常磷（80 mg·kg-1）条件下冬小麦对磷的吸收，而抑制高磷（160 mg·kg-1）条件下冬小麦对磷的吸收。施磷可显著抑制硒向地上部的转运并降低地上部硒含量。磷硒配施与冬小麦根系共同作用可提高土壤中可交换态硒含量及所占比例，同时提高土壤中硒的有效性，进而提高冬小麦吸收土壤硒的能力。