硒肥濃度、施用時期和施肥方式對不同谷子品種產量和籽粒硒含量的影響

劉攀鋒 秦 杰 郝爽楠 王丹立 楊武德 馮美臣 宋曉彥

（山西農業大學農學院/省部共建有機旱作農業國家重點實驗室（籌），030031，山西太原）

硒是人類必需的微量元素，對細菌、古菌和動物也至關重要[1]。硒與人類克山病、大骨節病、心血管疾病等及增強人體免疫力、預防癌癥有關[2]，然而硒缺乏是人類面臨的一個重大問題。目前中國有2/3的耕作土壤缺硒，此外我國居民日常硒攝入量低于國家營養學會推薦標準的要求[3]。硒在人體內無法通過自身合成，植物可以通過生物轉化形成對人體安全形態的硒，因此可以通過施用外源硒來提高糧食作物的硒含量，進而實現人體補硒[4]。谷子是中國北方主要的糧食作物之一，具有抗旱、耐儲存和營養價值豐富等特點，長期以來被人們作為滋補強身的食物[5]。由于小米的廣泛消費，生產硒營養強化小米可作為補充硒的一種途徑。盡管硒不是植物生長必需的元素，但是大量研究[6-10]表明，施硒可以促進植物生長。梁晶[11]對谷子葉面噴施4種不同硒肥，發現均可以提高谷子產量和籽粒硒含量。蘭敏等[12]在谷子孕穗期和灌漿期葉面噴施納米硒肥，發現生物量和籽粒硒含量均表現為灌漿期優于孕穗期。穆婷婷等[13]在谷子不同生育時期葉面噴硒，發現籽粒硒富集效果表現為灌漿期＞抽穗期＞苗期。吳季蓉等[14]在拔節期、抽穗期和灌漿期對不同品種谷子噴施硒，發現在抽穗期噴硒對谷子產量提高效果最好。郭美俊等[15]對晉谷21號和張雜谷10號葉面噴施不同濃度的亞硒酸鈉（Na2SeO3），發現隨施硒量的增加產量呈先升高后降低的趨勢。目前關于谷子硒營養強化的研究主要集中在不同施硒劑量、時期和谷子品種的研究上，關于施硒方式的報道較少，且綜合考慮各施硒因素對不同谷子品種產量和籽粒硒含量的影響尚不明確。本研究以施硒濃度、時期、方式和谷子品種4個因素，采用正交試驗設計，通過研究各因素對谷子產量和籽粒硒含量的影響，選出最佳施硒方案，為生產安全的硒營養強化谷子提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于山西省晉中市太谷縣申奉村試驗地（112°35′57″ E，37°25′39″ N）進行，年均氣溫11.5℃，無霜期176d，年降水量432.4mm。前茬作物為玉米，土壤為灰褐土，pH 7.72，有機質20.35g/kg、速效氮 53.75mg/kg、有效磷 15.26mg/kg、速效鉀147.64mg/kg、全硒0.053mg/kg。

1.2 試驗設計

供試谷子品種為晉谷28號和晉谷21號，由山西省農業科學院作物科學研究所提供。外源硒為Na2SeO3。

采用正交試驗設計，4個因素分別為施硒濃度（A）、谷子品種（B）、施硒時期（C）和施硒方式（D），其中施硒濃度為8個水平（0.00、5.48、10.96、21.92、43.84、65.76、98.64、147.96g/hm2），選用的2個谷子品種為晉谷28號和晉谷21號，在拔節期和抽穗期采取土壤施硒和葉面噴施 2種施硒方式，共16個處理（表1），重復3次，共48個小區，小區面積為12m2。2018年5月12日播種，同年10月10日收獲。行距40cm，株距20cm，播前翻耕施底肥 300kg/hm2（復合肥，氮:磷:鉀=18:18:18），其他管理措施同常規大田。

表1 L16(8×23)正交試驗方案Table 1 L16 (8×23) Orthogonal test scheme

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量 谷子成熟后，在小區內選擇1m2長勢均勻的谷子測產。

1.3.2 硒含量 采用氫化物原子熒光法測定籽粒硒含量[16]。

1.4 數據處理

采用 Excel 2010對數據進行整理分析，采用SPSS 22進行方差分析及回歸建模。

2 結果與分析

2.1 各因素對谷子產量的影響

如表2所示，谷子產量隨施硒濃度增加呈先升高后降低的趨勢，當濃度為65.76g/hm2（T12處理）時，產量達到最高。通過極差分析結果（表3）可以看出，各因素對谷子產量影響程度大小依次為A＞B＞C＞D，最優組合為A6B2C2D2，即在抽穗期對晉谷21號葉面噴施65.76g/hm2的Na2SeO3可使谷子達到最高產量。

表2 各因素對谷子產量的影響Table 2 Effects of each factor on millet yield kg/hm2

表3 各因素對谷子產量影響的直觀分析Table 3 Visual analysis of the effects of each factor on millet yield

方差分析結果（表4）表明，施硒濃度和不同谷子品種對谷子產量的影響均達到極顯著水平，施硒時期和方式均不顯著，且各因素對谷子產量影響的程度與直觀分析結果一致。谷子產量主要受Na2SeO3濃度和谷子品種影響，施硒時期和方式的影響不顯著。

表4 各因素對谷子產量影響的方差分析Table 4 Variance analysis of the effects of each factor on millet yield

通過回歸分析，利用施硒濃度和品種2個因素構建谷子產量預測模型Y=-0.093A2+13.260A+166.298B+5575.658。式中A為Na2SeO3濃度，B為谷子品種。模型R2=0.624，F=10.805，大于F0.01(2，13)=6.701，P值為0.002＜0.010（表5），說明回歸模型有效，可以用來預測谷子產量。對回歸方程求極值，得到當A=71.36g/hm2，B為晉谷21號時，谷子產量達到最高，即對晉谷21號噴施濃度為71.36g/hm2的Na2SeO3可獲得最高產量。

表5 谷子產量回歸模型顯著性檢驗Table 5 Significance test of millet yield regression model

2.2 各因素對谷子籽粒硒含量的影響

由表6可知，谷子籽粒硒含量與施硒濃度呈正相關，即籽粒硒含量隨施硒濃度的增加整體呈增加趨勢。從極差分析結果（表7）可以看出，各因素對谷子籽粒硒含量的影響程度為A＞D＞C＞B，最優組合為A8B2C2D2，表明晉谷21號在抽穗期葉面噴施147.96g/hm2的Na2SeO3谷子籽粒硒含量最高。由于Na2SeO3濃度為147.96g/hm2時，籽粒硒含量高于國家糧食安全富硒標準（0.1～0.3mg/kg），而當濃度為21.92g/hm2時，籽粒硒含量最高且符合國家規定的安全標準，所以對晉谷21號在抽穗期葉面噴施濃度為21.92g/hm2的Na2SeO3為最佳選擇。

表6 各因素對谷子籽粒硒含量的影響Table 6 Effects of each factor on grain selenium content of millet mg/kg

表7 各因素對谷子籽粒硒含量影響的直觀分析Table 7 Intuitive analysis of the effects of each factor on grain selenium content of millet

方差分析結果（表8）表明，施硒濃度和方式對谷子籽粒硒含量的影響均達到顯著水平，其中施硒濃度達到極顯著水平。施硒時期和品種對谷子籽粒硒含量的影響均不顯著，各因素對谷子籽粒硒含量影響程度與直觀分析結果一致。

表8 各因素對谷子籽粒硒含量影響的方差分析Table 8 Variance analysis of the effects of each factor on grain selenium content of millet

通過回歸分析，利用施硒濃度和施硒方式2個因素構建谷子籽粒硒含量預測模型Y=0.0017A+0.0601D+0.1366。式中A為Na2SeO3濃度，D為施硒方式。模型R2=0.805，F=26.882，大于F0.01(2，13)=6.701，P值為0.000＜0.01（表9），說明回歸模型有效，可以用來預測谷子籽粒硒含量。根據國家糧食安全富硒標準，籽粒硒含量Y可取最大值0.300，當采用土壤施硒（D=1）時，A=60.76；當采用葉面噴施（D=2）時，A=25.41，說明在安全富硒標準范圍內，土壤施濃度為60.76g/hm2的Na2SeO3或葉面噴施濃度為25.41g/hm2的Na2SeO3最為合適。

表9 谷子籽粒硒含量回歸模型顯著性檢驗Table 9 Significance test of grain selenium content regression model of millet

3 討論

3.1 不同施硒濃度對谷子產量和籽粒硒含量的影響

硒對植物生長發育的影響呈現Bertrand生物劑量規律。本研究中，低濃度的硒對谷子產量具有促進效應，高濃度則會對谷子產生毒害作用，造成減產，這與已有研究[14,17]關于硒對谷子產量影響以及硒對蕎麥[18]和高粱[7]產量影響的結果一致。

施硒可以有效提高農作物籽粒硒含量。Ning等[19]對谷子葉面噴施0～210g/hm2Na2SeO3，發現可以使籽粒硒含量提高64倍。高貞攀等[20]研究表明，葉面噴施 Na2SeO3可以使晉谷 21號的籽粒硒含量提高2.1～7.2倍，且硒含量隨著施硒濃度的增加而增加。劉慶等[21]研究表明，對小麥葉面噴施Na2SeO3，籽粒總硒含量隨施硒量的增加而增加，籽粒有機硒含量可以提高27.5～69.1倍。本試驗結果與上述報道結果一致，說明施硒可以提高籽粒硒含量。雖然施硒的目的是為了提高籽粒中的硒含量，但是施用過量會導致作物籽粒硒含量過高，對人體造成危害。在本試驗中，谷子籽粒硒含量最高且符合國家安全標準的施硒方案，直觀分析結果為晉谷21號抽穗期葉面噴施21.92g/hm2Na2SeO3；回歸模型結果顯示，葉面噴施濃度為 25.41g/hm2或土壤施用濃度為60.76g/hm2的Na2SeO3為最佳選擇。因此，可以選擇此方式在生產中應用。

3.2 不同施硒時期對谷子產量和籽粒硒含量的影響

作物產量和籽粒硒含量除了受外源硒的施用量影響外，也受施用時期的影響。張巽等[22]對谷子噴施液體富硒肥，發現籽粒硒含量表現為灌漿期＞拔節期。劉秀桃等[23]研究發現，在谷子灌漿期施硒對籽粒硒含量的提高優于拔節期。穆婷婷等[13]在谷子拔節期、抽穗期和灌漿期葉面噴硒，發現抽穗期產量提高最明顯，籽粒硒含量表現為灌漿期＞抽穗期＞拔節期。本研究直觀分析結果顯示，在噴施Na2SeO3后，無論是谷子產量還是籽粒硒含量，都表現為抽穗期優于拔節期，說明抽穗期施硒更有利于谷子生長和籽粒硒積累。這可能是由于谷子在不同生育時期生理特性不同，導致其對硒的吸收和利用效率不同。拔節期屬于營養生長階段，該時期吸收的硒主要用于谷子植株的生理代謝，有利于谷子生長。進入抽穗期后，谷子進入生殖生長階段，這個時期是谷子籽粒形成的關鍵時期，噴施的硒可以更好地轉移到籽粒中[24]。同時，抽穗期施硒可以更好地提高谷子葉片中抗氧化酶的活性[25-26]，延長營養物質向籽粒轉移的時間，從而獲得更高的產量。但方差分析結果顯示，施硒時期對谷子產量和籽粒硒含量的影響未達到顯著水平，產量和籽粒硒含量主要受其他因素的影響，具體原因有待進一步研究。

3.3 不同施硒方式對谷子產量和籽粒硒含量的影響

目前硒肥在谷子上的施用方式主要有拌種、浸種、包衣、水培、葉噴和土施6種[27]。拌種和浸種所需的硒肥量較多，成本較高[28]；而包衣過程中，由于谷子種子小，包衣少則達不到硒強化目的，包衣多則影響出苗，用量難以控制[29]；水培法不適合旱地作物的種植或大面積生產。相比而言，土施和葉噴具有快速、高效和成本低等優點，是目前使用較多的施肥方式[30]。在本研究中，無論是谷子產量還是籽粒硒含量都表現為葉噴優于土施，這與劉婷等[31]對碎米薺和陳火云等[32]對油菜的研究結果一致。葉面噴硒較好的原因，一方面是土施的硒一般先由植物根系吸收，然后轉運到莖和葉，再由葉片分配到籽粒中；而葉噴的硒可以由葉片吸收直接轉運到籽粒中，減少硒的損耗，利于籽粒硒的富集[33]。另一方面是由于Na2SeO3生物有效性低，土施容易被土壤中的鐵錳氧化物吸附，由植物根系吸收后大部分集中在根部，因此葉噴效果更好。但是張城銘等[34]對水稻噴施硒酸鈉，發現土施效果要比葉噴好，可能是使用的硒肥不同，硒酸鹽生物有效性高，不容易被土壤固定，能夠被根有效吸收[35]；也可能葉面噴施部分硒在葉片中同化為有機硒揮發，利用率較低所致。不同硒肥以不同方式噴施對作物生長的影響效果還需要進一步研究。在本試驗中由籽粒硒含量回歸模型預測土壤施濃度為60.76g/hm2或葉面噴施濃度為25.41g/hm2的Na2SeO3都是比較合適的施硒方案，但是考慮到土施對環境污染以及Na2SeO3成本等因素，采用葉面噴施更為合適。

3.4 不同品種對谷子產量和籽粒硒含量的影響

不同作物或同一作物不同品種對硒的耐受性不同，導致其吸收能力不同，造成自身硒含量的差異。正是這種差異，導致相同施硒情況下，硒對作物生理代謝產生的影響不同，進而造成其在產量和籽粒硒含量上的差異。蔣光月[36]對15個紫云英品種施硒，發現不同品種對硒的耐受性不同，地上部生物量及硒含量差異顯著。馬鳳霞等[37]對130份小麥品種葉面施硒，發現產量和籽粒硒含量存在顯著的品種間差異。趙宇等[38]研究表明，谷子籽粒硒含量受品種遺傳因素的作用，不同品種之間硒含量差異顯著。此外，作物籽粒硒含量還受生態環境的影響[39-40]，同一品種在不同生態區籽粒硒含量也有差異。在本研究中，晉谷28號和晉谷21號種植在同一環境而籽粒硒含量不同，說明籽粒硒含量也受遺傳因素影響，但試驗結果顯示，品種因素的影響未達到顯著水平，說明籽粒硒含量受遺傳因素的影響不大。本試驗結果顯示，品種因素對谷子產量的影響達到極顯著水平，說明產量受遺傳因素的影響較大，但也有研究[41-42]表明，生態環境對谷子產量影響也很大，所以生產高產富硒谷子除了考慮品種因素外，還要考慮生態環境因素。

4 結論

對于谷子產量和籽粒硒含量的影響，從施硒時期看，抽穗期優于拔節期；從施硒方式看，葉面噴施優于土壤施硒；從品種選擇看，晉谷21號優于晉谷28號；從施硒濃度看，不同劑量的Na2SeO3對產量和籽粒硒含量的影響各不相同。在確保達到國家安全富硒標準的前提下，在抽穗期對晉谷 21號葉面噴施濃度為25.41g/hm2的Na2SeO3是最安全有效的硒元素強化方案。