磷硫配施对冬小麦硒吸收及转运的影响

张胜男, 聂兆君*, 赵鹏, 李金峰, 李永革,刘红恩*, 秦晓明, 秦世玉

(1.河南农业大学资源与环境学院, 土壤污染防控与修复重点实验室, 郑州 450002;2.河南省安阳市农业环境监测站, 河南 安阳 455000)

硒是人体必需的微量元素[1]。研究表明，硒具有抗氧化、抗衰老和抗肿瘤的作用[2]。硒缺乏容易导致人体免疫能力下降，适量补硒可以提高人体对某些疾病的抵抗能力，并可防止糖尿病、心脑血管疾病、克山病及大骨节病等[3]。中国72%的土壤硒含量小于国际公认的正常临界值0.1 mg·kg-1，导致成人每天的硒摄入平均值仅为26～32 μg[4]。人类硒摄入的主要来源是日常饮食，小麦作为我国北方地区主要的粮食作物，提高小麦籽粒硒含量对于人体合理补充硒营养具有重要意义。然而，过量摄入硒元素也会引起人体和动物患病。人体缺硒和硒中毒范围相对较窄，研究表明，人体硒摄入量大于400 μg·d-1即会产生硒中毒风险[5]。因此，合理调控小麦籽粒硒含量，保证人体合理摄入硒营养就显得尤为重要。

磷作为植物生长必需的营养元素之一，对植物体内硒的吸收和转运产生重要的影响，但相关研究结论并不一致。Li等[6]研究发现，由于磷酸盐和亚硒酸盐之间的化学相似性，植物对磷酸盐和亚硒酸盐的吸收可能共用磷酸盐转运通道，两者存在竞争吸收作用。与不施磷处理相比，施磷导致小麦地上部及地下部硒含量和累积量降低[7]。Liu等[8]研究发现，高磷处理下，水稻茎、叶、穗部及根部的硒含量均小于不施磷处理。然而，也有施磷促进植株硒吸收的报道。施磷处理下，小白菜硒的吸收量和硒利用率均高于不施磷处理，并在等施硒量条件下，随着施磷量的增加小白菜硒利用率显著降低,由此可知，适宜的施磷量可以提高植株硒的利用率,施入磷酸盐降低土壤对硒酸盐的吸附作用，提高了硒酸盐的生物有效性[9]。还有学者认为，施磷会增加植物对硒的吸收，而施硒也提高植株体内磷的浓度，即磷和硒互为协同作用[10]。硫也是植物必需的营养元素之一，同样影响植物对硒酸盐的吸收、迁移和分配，但研究结果也并不一致。Li等[6]通过水培试验研究施硫对小麦吸收硒的影响，结果表明，相比不施硫处理，施硫对小麦硒酸盐的吸收降低了90.5%。不论土壤中自然存在的硫，还是外源施用硫肥，都会显著影响植物组织中硒的累积与分配[11]。土壤中硒的有效性较低，被认为主要是由于硫肥施用所引起的[12]。但也有研究认为，作物对四价硒的吸收几乎不受硫酸盐的影响[6,13]。田间试验表明，硫酸盐促进了小麦和荞麦对硒酸盐的摄取[14-15]。此外，还有报道指出，高水平的硫通过上调硫酸盐转运蛋白促成了芥菜中硒的摄取[16]。因此，在生产实践中，有必要进一步明确硫肥的施用对作物中硒吸收和摄入的调节效应。

目前，关于磷硫配施对植物硒吸收影响的研究相对较少。本研究通过盆栽试验，探讨了磷硫配施对冬小麦产量、硒含量、硒迁移系数、硒累积量及分配比例的影响，以揭示磷、硫对冬小麦硒吸收与转运的影响，阐明磷、硫、硒三者互作的生物效应，为推动小麦生产中合理施用磷、硫、硒肥，合理调控籽粒硒含量提供一定的理论与技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试小麦品种为郑麦9023，购自河南秋乐种业科技股份有限公司。试验于2014年10月—2015年6月在河南农业大学许昌校区农场进行。供试土壤为壤质潮土，基本理化性状如下：碱解氮23.7 mg·kg-1，速效磷5.19 mg·kg-1，速效钾39.0 mg·kg-1，有机质6.18 g·kg-1，pH 7.92，有效硒0.005 mg·kg-1，全硒0.178 mg·kg-1。

1.2 试验处理

试验分别设置3个磷水平(P2O5为0、0.2、0.4 g·kg-1)和3个硫水平(S为0、0.1、0.2 mg·kg-1)，采用3×3交互设计，共9个处理，每个处理重复3次。土壤加硒处理(Se 1 mg·kg-1)，磷肥、硫肥和硒肥分别以磷酸二氢钾(KH2PO4·2H2O)、单质硫(S)和亚硒酸钠(Na2SeO3·5H2O)作为肥源。底肥用量为N 0.2 g·kg-1和 K2O 0.2 g·kg-1，分别以尿素和氯化钾(KCl)作为肥源。所有肥料配成溶液于播种前一次性施入土壤。另外，于拔节期每盆追施尿素1 g。试验所用试剂均采用分析纯级别。试验场设有塑料膜防雨棚以防止雨水淋洗。

试验采用聚乙烯塑料盆，直径310 mm，深度200 mm，每盆装土8.5 kg。冬小麦于2014年10月12日播种，出苗后每盆定株8棵。于2015年5月27日收获，采集籽粒、颖壳、茎叶和根4个部位于105 ℃杀青 30 min，然后60 ℃烘干至恒重，称重、粉碎，备用。

1.3 测定项目和方法

植株硒含量的测定方法，采用HNO3-HClO4(体积比为4∶1)消解，消解过程温度始终控制在180 ℃左右，消解液在6 mol·L-1HCl介质中进行还原，冷却后，定容过滤，采用原子荧光分光光度法测定[17]。

植株各部位硒累积量=各部位硒含量×各部位干物质重

植株颖壳-籽粒硒迁移系数=籽粒硒含量/颖壳硒含量

植株茎叶-颖壳硒迁移系数=颖壳硒含量/茎叶硒含量

植株根-茎叶硒迁移系数=茎叶硒含量/根硒含量

植株总硒累积量=籽粒硒含量×籽粒产量+颖壳硒含量×颖壳干物质重+茎叶硒含量×茎叶干物质重+根硒含量×根干物质重

植株硒分配比例=各部位硒累积量/植株总硒累积量×100%

1.4 数据分析

试验数据采用SAS 8.1进行方差分析和F值检验，采用Duncan法(P<0.05)进行多重比较。数据表格中F(S)表示方差分析中施硫的主效应、F(P)表示施磷的主效应、F(S×P)表示硫磷的交互效应。采用Sigmaplot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 磷硫配施对冬小麦产量的影响

由表1可知，在P0水平下施硫，会导致冬小麦产量下降，但差异并未达到显著水平；在P0.2和P0.4水平下施硫，冬小麦产量增加。与对照(S0P0)相比，增加幅度分别为1.6%～7.1%和24.0%～29.0%，施硫显著提高了磷肥的增产作用。各施硫水平下施磷，冬小麦产量均显著增加，增加幅度达到245.0%～290.0%。硫磷配施处理下，在S0.1P0.4处理,冬小麦产量达到最高60.3 g·盆-1。

表1 硫磷配施对冬小麦产量的影响Table 1 Effects of sulfur and phosphorus combined application on winter wheat yield

2.2 磷硫配施对冬小麦各器官硒含量的影响

由图1可知，不论施硫与否，施磷均能显著降低籽粒硒含量。与S0P0相比，S0.1P0和S0.2P0籽粒硒含量分别降低了0.8%和10.6%。在施硫处理下施磷时，与对照(S0P0)相比，其降低幅度为48.0%～60.7%。同样，在相同施磷水平下施硫，籽粒硒含量略有下降，降低幅度不显著；籽粒硒含量的最大值和最小值分别出现在S0P0和S0.1P0.4处理。与S0处理相比，S0.2处理显著增加了P0水平下颖壳的硒含量，增幅为29.2%；不论施硫与否，与P0处理相比，P0.2和P0.4处理均能显著降低小麦颖壳硒含量，降幅达29.0%～68.0%。颖壳硒含量的最大值和最小值则分别出现在S0.2P0和S0.2P0.2处理。与S0处理相比，S0.1处理显著降低了P0水平下茎叶的硒含量，降幅为22%。不论施硫与否，与P0处理相比，两个施磷(P0.2和P0.4)处理均能显著降低茎叶硒含量，且茎叶硒含量的最大值和最小值分别出现在S0P0和S0.2P0.4处理下。不论施硫与否，与P0处理相比，P0.2和P0.4处理均能显著降低根系硒含量，降低幅度为64.9%～72.4%；在P0水平下，与S0相比，S0.1处理显著降低根系硒含量，降低了38.9%。根系硒含量的最大值和最小值分别出现在S0P0和S0P0.4处理下。

2.3 磷硫配施对冬小麦植株及籽粒硒累积量的影响

由图2可知，单独施硫会导致小麦植株硒累积量降低，与对照(S0P0)处理相比，其降低幅度达7.1%～14.9%。在S0水平下施磷时，随施磷量升高植株中硒累积量先升高后降低，硒累积量在P0.2水平下达到最大值为478.48 μg，比对照处理增加了104.0%。不论施硫与否，施磷均能显著提高小麦植株硒累积量，与S0、S0.1相比，S0.2处理下施磷时，植株硒累积量的增幅较低。在P0和P0.4水平下，施硫小麦籽粒硒累积量没有显著差异。在P0.2水平下施硫小麦籽粒硒累积量逐渐降低，降低幅度为6.4%～25.8%。不论是否施硫，小麦籽粒硒累积量总在P0.2处达到最大。籽粒硒累积量的最大值和最小值分别出现在S0P0.2和S0.2P0处理下。

2.4 磷硫配施对冬小麦各器官间硒迁移系数的影响

由图3可知，小麦各器官间硒迁移系数大小为：颖壳-籽粒>茎叶-颖壳>根-茎叶。与P0相比，施磷显著降低了S0、S0.1水平下颖壳到籽粒的硒迁移系数，降低幅度为21.2%～55.3%；与S0P0处理相比，S0.1P0处理下，颖壳到籽粒的硒迁移系数显著升高，上升了19.4%；而在S0.2处理下，施磷对小麦颖壳到籽粒的硒迁移系数没有显著影响。当不施磷时，在高硫(S0.2)水平下，茎叶到颖壳的硒迁移系数最高，达到1.03，与对照相比升高幅度达42.9%。在S0、S0.1水平下，随施磷量增加，茎叶到颖壳的硒迁移系数显著升高；而在S0.2水平下，施磷对小麦茎叶到颖壳的硒迁移系数影响较小。单独施硫，小麦根到茎叶的硒迁移系数随施硫量增加而升高，且变化幅度较大，S0.2P0处理的硒迁移系数与S0P0处理相比提高了237.8%。单独施磷时，随施磷量增加，根到茎叶的硒迁移系数降低，与对照处理相比分别降低了44.8%和47.4%。在施硫水平下，施磷较不施磷处理根到茎叶的硒迁移系数下降，且在S0.2水平下降幅度最大，为65.1%～65.3%。根到茎叶的硒迁移系数在S0.2P0处理下达到最大。

2.5 磷硫配施对冬小麦各器官硒分配比例的影响

图4显示，在小麦各器官中，籽粒硒累积量占植株总硒累积量的百分比(分配比)最大，平均分配比为39.49%。单独施硫时，与S0P0处理相比，S0.1P0处理的植株地上部硒分配比均增加，而根中硒分配比显著降低；S0.2P0处理的籽粒分配比降低，其他部位的分配比均增加。在S0和S0.1处理下施磷时，籽粒和茎叶硒分配比降低，且籽粒硒分配比降低幅度大于茎秆；在S0.2处理下施磷时，籽粒和根硒分配比增加，且根中硒分配比增加幅度大于籽粒。 S0.1P0和S0.1P0.2处理下籽粒硒分配比较大，分别为45.3%和44.8%。P0.2和P0.4处理在各个硫水平下均扩大了根中硒分配比，根中硒累积量占比最大的是S0.1P0.4处理的28.4%。

3 讨论

3.1 磷硫配施可显著提高冬小麦产量

本研究中，单独施用磷肥能提高冬小麦产量，单独施用硫肥则会致使冬小麦减产，但硫磷的配合施用则能显著提高冬小麦产量，S0.1P0.4处理下冬小麦增产效果最佳。Ullah等[18]研究发现，小麦最大籽粒产量和秸秆产量出现在P 90 kg·hm-2+S 75 kg·hm-2处理中，最小产量出现在对照组，这与本研究结论相似。岳寿松等[19]研究认为，施磷可提高开花和灌浆期的群体光合作用，降低群体暗呼吸作用和促进早期及中期的籽粒灌浆速率，从而提高籽粒产量。孟赐福等[20]研究表明，硫磺与磷矿粉混施增加了植株对磷的吸收，从而增加了油菜产量。

3.2 磷硫配施降低冬小麦各器官硒含量，增加硒累积量

硫磷配施下冬小麦各部位硒含量和累积量变化各异。除颖壳外，冬小麦各部位硒含量最高值都出现在P0S0处理，不论施硫与否，施磷均能显著降低冬小麦各部位硒含量，提高小麦植株硒累积量。有研究表明，缺磷处理可提高小麦幼苗对硒吸收量的60%[6]，而磷的添加显著降低黑麦草Se浓度[21]。Lee等[22]研究发现，土壤pH在5～9时，土壤对亚硒酸盐的吸附能力会随着土壤pH的降低而显著增高，随着施磷量的增加，土壤中铁锰氧化物结合态硒与有机态硒累积量增加，而可溶态硒与可交换态硒累积量显著降低，由此可知，施磷促进外源亚硒酸盐转化成稳定态硒，降低了亚硒酸盐的生物有效性。在本研究中，施磷虽能显著降低施硒条件下冬小麦植株各部位硒含量，但各部位硒累积量却显著增加。Mora等[23]也得出了相似结论，磷酸盐通过作物生长所产生的稀释作用降低作物中的硒含量似乎并没有减少硒的积累。施磷促进硒累积的原因，可能是磷酸根离子和亚硒酸根离子竞争土壤胶体表面的阴离子吸附位，使得 Se4+容易为植物吸收利用。另外，磷能促使植物根系生长而增加了土壤中硒的吸收[24]。

施硒条件下施硫会降低冬小麦籽粒、茎叶和根的硒含量，增加颖壳的硒含量。同样，施硫量增加会降低植株的硒累积量。温室条件下，苜蓿中硒与硫的拮抗干扰作用比较明显，但在田间条件下却没有得到同样的结果[25]。Parker等[26]研究也表明，在大田试验中施用硫不影响植物组织中硒含量。但在本次盆栽试验中，单独施硫降低了植株硒吸收及硒的累积。其原因可能是硒酸盐在植物根系中通过高亲和性硫酸盐转运蛋白吸收[27-28]。硫酸盐可以竞争性抑制小麦对硒酸盐的摄取。硫在土壤中的变化过程相对复杂，它能降低土壤pH和促进铁的活化，而且亚硒酸盐解吸速率和土壤pH之间存在正相关[29]。也有研究表明，小麦籽粒硒浓度和硒摄取量的减少，可能是由于土壤硫和土壤硒组分之间竞争性相互作用造成的[11]。因此，在我国北方硫含量高的大田中，通过土施硒肥提高粮食硒含量可能达不到预期效果。

磷、硫配合施用能显著降低小麦各部位硒含量，增加各部位硒累积量。与对照相比，磷硫配施能增加小麦植株硒累积量，但与低浓度的磷、硫处理相比，高浓度的磷、硫配施会降低植株的硒累积量。已知施硫会降低小麦对硒的摄取，而施磷会增加植株对硒的吸收。因此，在北方高硫地区，可以通过施用适量磷肥来调节小麦的硒吸收；在低硒地区，可以通过施磷来提高小麦硒累积量；在高硒地区，可以采用磷硫配施，在保证产量前提下，降低小麦植株中的硒累积。

3.3 磷硫配施影响硒在冬小麦各器官间的迁移、分配

施硫能促进冬小麦根向茎叶、茎叶向颖壳的硒迁移，降低颖壳向籽粒的硒迁移系数。施磷能促进冬小麦茎叶向颖壳的硒迁移，降低根向茎叶、颖壳向籽粒的硒迁移系数。磷硫配施同样会降低小麦根向茎叶、颖壳向籽粒的硒迁移系数，提高冬小麦茎叶向颖壳的硒迁移系数。

与对照相比，S0.1P0处理能增加小麦籽粒的硒分配，高硫处理则降低了籽粒的硒分配，单独施磷会减小籽粒的硒分配。磷、硫配施会减小S0.1处理下的籽粒硒分配，会增大S0.2处理下的籽粒硒分配。这说明，适量的磷硫配施能提高籽粒的硒摄取。

籽粒硒累积量高低是衡量其是否属于富硒小麦的重要依据。在生产实践中，缺硒地区可以通过施用适量的硒肥来快速提高作物硒累积量；富硒区域可以通过较高的磷硫配施来降低当季作物对硒的过度吸收，降低硒向籽粒中的转移，合理调控籽粒硒含量，从而保证富硒小麦的安全生产和土壤硒资源的长效利用。缺硒地区，在补充硒源基础上，配施适量磷、硫，有助于增加小麦籽粒中的硒累积量。