叶面施硒浓度和喷施次数对春玉米产量和硒含量的影响

刘乔斐,谢世学,杜小平,王祖桥,杜妮妮

(1.安康学院 现代农业与生物科技学院,陕西安康 725000;2.安康市农业科学研究院,陕西安康 725021;3.安康市富硒产品研发中心/农业农村部富硒产品开发与质量控制重点实验室/富硒食品开发国家地方联合工程实验室,陕西安康 725000)

硒是人体必须的微量元素之一,是多种酶的辅基,具有清除自由基、抗膜脂过氧化、防止衰老、抗癌和增强机体免疫等多种功能[1]。硒缺乏可能导致大骨节病、克山病、肝硬化等疾病。中国营养学会推荐成年人每日硒摄入量为60μg。中国是世界上硒缺乏程度最严重的国家之一,人均硒日摄入量仅为38μg,存在明显的硒“隐形饥饿”问题[2]。研究表明,合理提高农副产品硒水平是补充人体硒营养需要的重要途径[3]。

植物是农产品的主要提供者,但自然状态下植物体内硒含量较低。通过外源施加硒肥,利用植物的生物强化作用提高农产品硒含量,进而提高食物链的硒水平,是调控硒营养与健康的有效措施之一[4]。研究表明,施用硒肥后,粮食作物籽粒硒含量增加3～32倍,蔬菜类作物硒含量增加7～60倍,水果类作物硒含量增加2～4倍[5]。小麦、玉米和水稻是三大粮食作物,人类从其中摄入的硒占到饮食结构中硒摄入总量的70%～80%。外源施硒能显著增加作物籽粒硒含量[6]。唐玉霞等[7]研究发现土壤施用亚硒酸钠225g/hm2和叶面喷施亚硒酸钠30g/hm2使河北地区小麦籽粒硒含量提高3.5倍和4.2倍。Stroud等[8]研究发现施用硒酸钠20g/hm2使英国地区小麦籽粒硒含量提高4倍。周建利等[9]研究发现土施和叶面喷施2种施硒方式可将再生稻两季水稻精米硒含量分别提高到0.33mg/kg和0.50mg/kg,符合富硒大米标准。邹成林等[10]和黄爱花等[11]分别研究叶面喷施硒肥对糯玉米、甜玉米籽粒硒含量的影响,结果表明硒可显著提高玉米籽粒硒含量,降低糯玉米镉、砷含量,改善甜玉米口感,提高鲜穗产量。李圣男等[4]综述前人富硒玉米生产研究发现,玉米外源施硒以抽雄期叶面喷施亚硒酸钠效果最好,推荐喷施浓度为40～70mg/kg。另有研究发现,相同施硒方式在不同地区间作物硒含量差异显著。赵建云等[12]研究喷施富硒植物营养素对三原县、兴平市和武功县3个地区冬小麦硒含量的影响,结果表明喷施硒肥使小麦籽粒硒含量显著提高0.15～1.44mg/kg,但不同地区间喷硒后籽粒硒含量差异显著。刘慧等[13]研究发现对不同麦区小麦叶面喷施0.017%亚硒酸钠后小麦籽粒硒含量差异显著,原因可能与不同地区土壤质地和地力水平差异有关。尽管目前有关富硒作物生产研究报道较多,但关于陕南安康地区富硒作物生产的报道较少。

因此,本试验以春玉米为研究对象,通过两年连续田间试验在玉米抽雄期喷施不同浓度、不同次数氨基酸螯合有机硒肥溶液,分析不同施硒方式对玉米产量、产量构成因素和各器官硒含量的影响,旨在探索适宜于安康地区的有机硒肥施用方式,为秦巴山区富硒玉米生产提供更加详实的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020和2021年的4-9月在陕西省安康市汉滨区恒口大道安康市农业科学研究院试验基地(32°73′N,108°80′E)进行。土壤为黄褐土,pH为6.7,有机质12.35 g/kg,碱解氮60.83 mg/kg,速效磷43.57 mg/kg,速效钾138.02 mg/kg,总硒含量0.20 mg/kg。试验玉米(ZeamaysL.)品种为安康市农业科学研究院自研品种‘安科126’,所用硒肥为绿维康氨基酸螯合态富硒叶面肥,有机Se含量为500 mg/L。

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区设计,以0、10、30和50 mg/L(以Se计)4个施硒浓度为主处理,分别记作CK、Se10、Se30、Se50。以喷施次数为副处理,于抽雄期选择晴天无风下午向玉米叶片均匀喷施稀释的液体硒肥,同时CK组喷施等量清水作对照。各主处理分3组分别喷施1次、2次和3次,2次喷施时间间隔7～10 d,记作CK、Se10-1、Se10-2、Se10-3;Se30-1、Se30-2、Se30-3;Se50-1、Se50-2和Se50-3。每个处理设置3个重复,每个小区面积24 m2,共30个小区,各小区之间设置两行玉米为隔离带。玉米种植行距为60 cm,株距为33 cm,其余田间管理按照当地常规管理。于每年9月玉米成熟后收获并采样。所取植株分根、茎、叶、籽粒四部分,带回实验室用清水冲洗3次,蒸馏水冲洗3次后擦干,置于烘箱中95 ℃杀青30 min,75 ℃烘至恒质量,粉碎过0.25 mm筛后干燥保存备用。

1.3 测定项目与方法

产量及相关性状测定:玉米成熟后在每个小区中间取两行穗,从中随机选取10个穗进行拷种,统计穗长、秃尖长、穗粗、行数和行粒数;晾干脱粒后称量百粒质量。

参考鲍士旦[14]的方法:土壤pH的测定采用电位法,有机质的测定采用重铬酸钾容量法,碱解氮的测定采用碱解扩散法,速效磷的测定采用 0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法,速效钾的测定采用1 mol/L醋酸铵浸提-原子吸收分光光度法。植物样品和土壤中总硒含量的测定参考GB 5009.93-2017国标[15]采用氢化物原子荧光光谱法,所用仪器为北京海光仪器有限公司生产的AFS-6500原子荧光光度计。

1.4 数据处理与分析

采用WPS Office 2020软件整理数据,SPSS 22.0软件对数据进行统计分析,运用Duncan法进行多重比较(P<0.05),试验结果以“平均值±标准差”(means±SD)表示。

2 结果与分析

2.1 施硒浓度和喷施次数对玉米产量及产量性状的影响

由表1可知,施硒浓度对2020年玉米产量和百粒质量的影响显著,但对穗长、秃尖长和穗粗的影响不显著(P>0.05);喷施次数及施硒浓度与其互作对以上指标影响均不显著(P>0.05)。2020年,处理Se50-3、Se30-2、Se10-2、Se10-3、Se30-3、Se10-1、Se50-1和Se50-2的产量分别较CK降低1.20%、4.05%、4.94%、6.57%、 9.36%、10.69%、12.11%和13.59%,但差异均不显著(P>0.05);所有处理中CK的产量最大(11 651.91 kg/hm2),Se30-1的产量最小 (9 676.78 kg/hm2),较CK显著降低16.95%。Se10-1和Se10-2的百粒质量较大,Se30-1的百粒质量最小,但与CK差异不显著(P>0.05)。

表1 施硒浓度和喷施次数对2020年玉米产量及产量构成因素的影响

由表2可知,2021年,施硒浓度对玉米产量、百粒质量、穗长、秃尖长和穗粗的影响均极显著(P<0.01);喷施次数对以上指标的影响均不显著(P>0.05);施硒浓度和喷施次数互作对玉米产量、穗长和秃尖长的影响均显著,对穗粗和百粒质量的影响不显著(P>0.05)。2021年的试验处理Se50-3、Se50-1、Se10-2、Se30-1、Se50-2、Se10-3和Se30-2的产量分别较CK增加 35.63%、32.54%、17.03%、14.77%、14.68%、 11.22%和 7.28%,处理Se30-3和Se10-1的产量分别较CK降低2.95%和13.28%。所有处理中,仅Se50-3和Se50-1的产量与CK差异显著,其他处理产量均与CK无显著差异(P>0.05)。其中,Se50-3的产量最大(10 066.76 kg/hm2),较2020年最大产量下降13.60%;Se10-1的产量最小(6 437.10 kg/hm2),较2020年最小产量下降33.48%。在产量构成因素方面,Se50-3的穗长、穗粗和百粒质量与其他处理相比均较大,秃尖长较小;其中,穗长和百粒质量与CK差异显著,秃尖长和穗粗与CK差异不显著(P>0.05)。

表2 施硒浓度和喷施次数对2021年玉米产量及产量构成因素的影响

由表1和表2可以看出,叶面喷施硒肥使2020年玉米产量均降低,而2021年玉米产量总体上有所增加,但整体仍低于2020年产量。产量和产量构成因素在不同施硒浓度和喷施次数下均未表现出明显的规律性。

2.2 施硒浓度和喷施次数对玉米各器官硒含量的影响

由表3可知,施硒浓度和喷施次数对2020年玉米根、叶和籽粒硒含量的影响极显著(P< 0.01),对茎硒含量的影响不显著(P>0.05);施硒浓度和喷施次数互作对根和叶硒含量的影响极显著(P<0.01),对茎和籽粒硒含量的影响不显著(P>0.05)。2021年,施硒浓度对玉米各器官硒含量的影响均极显著(P<0.01);喷施次数对根和茎硒含量的影响显著,对叶和籽粒硒含量的影响极显著(P<0.01);二者互作对叶硒含量的影响极显著(P<0.01),对根、茎和籽粒硒含量的影响不显著(P>0.05)。

表3 玉米各器官硒含量方差分析

由图1可知,玉米根硒含量随着喷施次数的增加而增加,施硒浓度50 mg/L喷施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,相同喷施次数下Se50玉米根硒含量显著大于其他处理;喷施1次下Se30和Se10玉米根硒含量与CK差异均不显著(P>0.05);喷施2次和3次下,Se30玉米根硒含量显著大于CK,Se10玉米根硒含量与CK差异不显著(P>0.05)。2021年,喷施1次和2次下Se50玉米根硒含量显著大于CK和Se30,但与Se10差异不显著(P>0.05);喷施3次下Se50玉米根硒含量与其他处理差异均显著;喷施1次下Se30玉米根硒含量显著小于CK,Se10玉米根硒含量与CK差异不显著(P>0.05);喷施2次和3次下Se30玉米根硒含量与CK差异均不显著(P>0.05);Se10玉米根硒含量在喷施2次下与CK差异不显著(P>0.05),在喷施3次下显著大于CK。

图中误差棒上方小写字母表示相同喷施次数不同处理间差异显著(P<0.05)。CK、Se10、Se30、Se50分别表示对照、10 mg/L、30 mg/L、50 mg/L 叶面施硒处理。下同

由图2可知,玉米茎硒含量随着喷施次数的增加而增加,2021年施硒浓度50 mg/L喷施3次下玉米茎硒含量最大(1.64 mg/kg),是CK的10.25倍;2020年该处理下玉米茎硒含量小于相同喷施次数下施硒浓度30 mg/L玉米茎硒含量。2021年相同喷施次数下不同处理间玉米茎硒含量均符合Se50>Se30>Se10、CK的规律;2020年,喷施1次和2次下Se50玉米茎硒含量显著大于Se30、Se10和CK,Se30和Se10玉米茎硒含量与CK差异均不显著(P>0.05),喷施3次下Se30和Se10玉米茎硒含量显著大于CK。

图2 2020年(A)和2021年(B)不同处理下玉米茎硒含量

由图3可知,2020年,相同喷施次数下不同处理间玉米叶硒含量均呈现Se50、Se30>Se10>CK,玉米叶硒含量随着喷施次数的增加而增加,施硒浓度50 mg/L喷施3次下玉米叶硒含量最大(6.66 mg/kg),是CK的19.59倍。2021年,喷施1次和3次下Se50玉米叶硒含量显著大于Se30、Se10和CK,喷施2次下Se50玉米叶硒含量显著大于Se10和CK,但与Se30差异不显著(P>0.05);施硒浓度50 mg/L喷施3次下玉米叶硒含量最大(27.23 mg/kg),是CK的34.91倍。

图3 2020年(A)和2021年(B)不同处理下玉米叶硒含量

由图4可知,两年结果均显示,喷施1次下Se50玉米籽粒硒含量显著大于Se30、Se10和CK,其中Se10和CK差异不显著(P>0.05);喷施2次和3次下Se50玉米籽粒硒含量显著大于CK,但与Se30差异不显著(P>0.05)。玉米籽粒硒含量随着喷施次数的增加而增加,施硒浓度50 mg/L喷施3次下玉米籽粒硒含量最大,2020年含量为0.56 mg/kg,是CK的3.50倍,2021年含量为0.83 mg/kg,是CK的3.61倍。

图4 2020年(A)和2021年(B)不同处理下玉米籽粒硒含量

3 讨论与结论

外源施硒对作物产量的影响尚无定论。杜小平等[16]、韩丹等[17]研究结果表明,外源施硒可以促进作物生长、提高作物产量;邹成林等[10]研究结果表明,施硒会抑制作物生长、降低作物产量;蒋曦龙等[18]、蒋方山等[19]研究结果表明,外源硒肥对作物的产量没有显著影响。本试验结果显示,2020年叶面喷施硒肥使玉米产量下降 1.20%～16.95%;2021年,除Se50-3和Se50-1的产量分别较CK显著增加以外,两年试验中其他施硒处理与CK产量差异都不显著。薛原等[20]研究发现,施硒对油麦菜产量无明显促进作用,当硒肥浓度大于0.3 mg/kg时反而会降低油麦菜的产量,这与本试验2020年玉米产量结果相似。张新军等[21]研究发现,叶面喷施硒肥对燕麦籽粒产量和生物产量都没有显著影响。邹成林等[10]研究发现,外源硒肥可提高糯玉米产量,但与对照差异不显著,对产量构成因素的影响也未达到显著水平,这与本试验2021年结果相似。硒是有益的微量元素。一方面,低浓度的硒能够增强植物体内抗氧化性,减缓生育后期叶片衰老速度,维持根系生理活性,促进作物对养分的吸收利用,达到增产效果。另一方面,较高浓度的硒会干扰植物体内过氧化物酶的合成,降低植物抵御环境胁迫的能力,使增产效果减弱[6,16]。2021年玉米产量整体低于2020年的原因可能有两个:一是2021年试验所在地区在玉米灌浆期间连续一个月未降雨,季节性干旱导致玉米减产;二是2020年对玉米叶面喷施硒肥时,部分硒肥溶液滴落到地面引起土壤硒的积累,第二年重复试验再次喷施硒肥时,硒有可能超出玉米耐受剂量,导致减产;叶面喷施硒肥对其深层次影响有待进一步研究。蒋曦龙等[18]研究发现高浓度硒抑制玉米穗生长发育进而降低籽粒产量,说明硒对植物生长发育存在剂量效应。因此,在富硒玉米生产中,对于硒肥用量的选择需要兼顾当地土壤情况、玉米生长情况,协调彼此之间的关系,为获得高产优质的富硒玉米做充分 准备。

诸多研究表明,外源施硒可以提高作物籽粒等可食用部位的硒含量[16,19]。本研究发现,两年试验中不同施硒浓度和喷施次数均能有效提高玉米根、茎、叶和籽粒硒含量;玉米各部位硒含量总体上随着施硒浓度和喷施次数的增加而不断增加。2020和2021年在施硒浓度50 mg/L喷施3次下玉米根、茎、叶和籽粒硒含量均高于其他处理;2020年施硒浓度50 mg/L在相同喷施次数下玉米各器官硒含量均呈现叶>根>籽粒>茎的特点,而2021年规律不明显,玉米叶硒含量最大,玉米根、茎和籽粒硒含量较小,这与前人研究结果有所不同。刘庆等[22]研究发现,土壤施硒下玉米各器官硒含量表现为根>叶>籽粒>茎。杜小平等[16]研究发现叶面施硒后黑豆各器官硒含量呈现籽粒>根≈荚>茎的特点。王玉荣等[23]研究发现施硒后油菜各器官硒含量表现为角壳果>籽粒>茎>根的特点。

上述结果进一步说明了植物对硒的吸收受土壤类型、硒肥种类、施硒部位、时间、浓度和施硒量等多种因素的影响,也说明了不同作物对硒的吸收转运特征不同。玉米是非富硒作物[18],在本研究中其籽粒硒含量低于根和叶。大豆则属于富硒作物,在杜小平等[16]研究中黑豆籽粒硒含量高于其他部位。根据富硒农产品硒含量标准[24],粮食作物及其初加工产品硒含量在0.15～1.00 mg/kg为富硒食品。本研究发现两年试验中硒肥浓度为50 mg/L喷施3次下玉米籽粒的硒含量均超过其他处理,且符合富硒食品标准范围。

综上所述,叶面喷施硒肥对春玉米产量和产量构成因素有影响,但总体上并不显著。施硒浓度和喷施次数对玉米根、叶和籽粒硒含量的影响显著,各部位硒含量随着喷施次数的增加而增加。除2020年玉米茎以外,其他根、茎、叶和籽粒部位的硒含量在施硒浓度50 mg/L喷施3次下均达到最大值,且籽粒硒含量符合富硒食品标准范围。因此,合理施硒可以提高春玉米籽粒硒含量。在安康地区采用氨基酸螯合有机富硒肥生产富硒玉米的推荐用量是50 mg/L喷施3次。