富硒营养素对关中灌区小麦籽粒硒含量和产量的影响

高国英,张 睿,汪娟梅,王 雅,黄西社,武 蓉,王云奇,王笑鸽,赵建云

(1.西北农林科技大学农学院,陕西 杨凌 712100;2.陕西省三原县农业科学技术中心,陕西 三原 713800;3.陕西省兴平市农业技术推广站,陕西 兴平 713100;4.陕西省武功县农业技术推广站,陕西 武功 712200;5.陕西省临渭区农业技术推广中心,陕西 渭南 714000)

硒是人体所必需的微量元素之一，在维持人体生理机能运转，促进人体代谢产生的自由基清除方面发挥着重要作用[1]。在我国72%以上的地区为低硒区或缺硒区[2-3]，生产的作物硒含量低，导致我国居民膳食中硒摄入量仅有中国营养学会推荐人体每日硒摄入量最低标准的一半[4]。硒在小麦籽粒中主要以有机态存在，占总硒的83.34%[5]；同时，小麦对硒具有较高生物转化能力，在谷类作物中积累硒能力最强[6]，通过农艺措施就能够显著提高小麦籽粒的硒含量[7-8]。因此，通过富硒小麦补充人体硒元素是一条简便、快捷的途径。目前富硒小麦生产方式主要有土壤施硒、硒肥浸种和叶面喷施硒肥3种，其中叶面喷施硒肥是最环保、高效、低成本的方式[9-10]。研究表明，叶面喷施硒肥能显著提高小麦籽粒[11]和面粉[12]的硒含量，但会因喷施浓度、时期与次数[13-14]，及小麦品种[15]、硒肥种类[16]不同而存在差异。施用硒肥也能普遍提高小麦的产量[17-18]，但浓度过高则有降低产量的趋势[19]。小麦籽粒品质受硒肥的影响也不尽相同[20-22]。前人通过对小麦不同生育期多次施硒或同一生育期设置施硒肥浓度梯度来研究小麦籽粒硒含量、产量及品质的变化，而在最佳吸收时期多次喷施硒肥对小麦籽粒硒含量、产量及品质的影响的问题研究较少。为此，本试验选择关中灌区主推的小麦新品种中麦578，在关中灌区具有代表性的4个地点进行试验，以探讨适宜此地区富硒小麦生产的农艺技术，也为强筋小麦中麦578产业链延伸提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018—2019年在陕西省咸阳市武功县武功镇凉马村、三原县陂西镇安乐社区服务中心西毛村、兴平市汤坊镇上新庄村和渭南市临渭区官道镇满寨村4个点进行，同属关中灌区，各试验点冬小麦播前土壤表层基础地力水平见表1。供试作物为小麦品种中麦578，由中国农业科学院作物科学研究所提供。硒肥采用富硒植物营养素(含有机硒为3.67 g·kg-1)，从长沙福山农业科技有限公司购买。

表1 各试验地冬小麦播前0～20 cm土壤基础地力Table 1 Nutrient status of soil in 0～20 cm before winter wheat seeding in four locations

1.2 试验设计

试验设置5个处理，分别为CK(0 kg·hm-2)、T1(2.7 kg·hm-2)、T2(5.4 kg·hm-2)、T3(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)和T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)。CK、T1、T2处理均在抽穗7 d后兑水450 kg·hm-2，等充分溶解后喷施；T3为在抽穗7 d后先用2.7 kg·hm-2的富硒营养素进行第一次喷施，在抽穗14 d后再用2.7 kg·hm-2的富硒营养素进行第二次喷施，两次兑水均为450 kg·hm-2；T4为在抽穗7 d后先用5.4 kg·hm-2的富硒营养素进行第一次喷施，在抽穗14 d后再用2.7 kg·hm-2的富硒营养素进行第二次喷施，两次兑水均为450 kg·hm-2。选择在无雨且光照不强的时间段用喷雾器叶面喷施。其他栽培措施各试验地保持一致。试验小区面积为20 m2，重复4次，随机排列。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 小麦籽粒硒含量测定 小麦籽粒硒含量测定采用微波消解HG-AFS法[23]。先准确称取0.5000 g(精确到0.1 mg)烘干样品3份，将每个样品放入聚四氟乙烯消化罐中，加3 ml HNO3、1.5 ml H2O2，同时做两份空白对照，摇匀，盖上垫片旋紧帽盖，均匀放入微波炉内的转盘上，中间放一盛水烧杯，于低档消解5 min，中档消解5～10 min，冷却，放入50 ml烧杯中，低温蒸发至1 ml左右溶液时，加入5 ml浓度6 mol·L-1的HCL，加热微沸5～10 min，冷却，洗入10 ml容量瓶中，用6 mol·L-1的HCL定容，然后用原子荧光光度计测定硒含量。

1.3.2 小麦产量和穗部性状测定 在成熟期每小区随机取20穗，逐个调查每穗粒数、小穗数和不孕小穗数，求出均值。每小区收获4 m2，晒干脱粒后测定含水量(使用 PM-8188-A 谷物水分测定仪测定)并称重，按13%含水量计算产量和千粒重。每小区200粒。

1.3.3 小麦籽粒品质测定 每小区取50 g籽粒样品，采用德国赛多利斯集团生产的 Sartorius PMD 511-00U 近红外品质分析仪测定籽粒蛋白质含量(%)、容重(g·L-1)、硬度(%)、沉降值(mL)、湿面筋含量(%)、稳定时间(min)。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel软件进行数据整理，用SPSS 20.0进行方差分析和多重比较，用Origin2017进行作图。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施富硒营养素对小麦籽粒硒含量的影响

2.1.1 单次叶面喷施富硒营养素对小麦籽粒硒含量的影响 如图1所示，T1(2.7 kg·hm-2)和T2(5.4 kg·hm-2)单次喷施富硒营养素处理显著提高籽粒硒含量，提高4.8～7.5倍，同时随着富硒营养素用量的增加，小麦籽粒硒含量显著增加。不同处理小麦籽粒硒含量变化趋势为CK(0.16 mg·kg-1)

注：不同小写字母表示处理间在P<0.05水平下差异显著。Note:Different lower case letters indicate significant difference among the treatments at the 0.05 level.图1 叶面喷施富硒植物营养素对小麦籽粒硒含量的影响Fig.1 Effect of foliar spraying of selenium-rich nutrients on selenium content in wheat grains

2.1.2 分次叶面喷施富硒营养素对小麦籽粒硒含量的影响 如图1所示，T3(2.7 mg· kg-1+2.7 kg·hm-2)分次处理可显著增加籽粒硒含量，但与同等富硒营养素用量下的T2(5.4 kg·hm-2)单次喷施相比，籽粒硒含量变化在地区间有增有减。T3分次喷施后4个试验点籽粒硒含量分别比CK增加了546.43%、992.85%、692.31%和1077.78%。籽粒硒富集效果在地区间存在差异，三原和兴平在T2单次喷施使籽粒硒含量提高660.71%和1171.43%(对应增量为2.13 mg· kg-1和1.78 mg· kg-1)，而T3分次施用籽粒硒含量分别提高了546.43%和992.86%(对应增量为1.81 mg·kg-1和1.53 mg·kg-1)，T3相比T2 2个试验点分别降低15.02%和14.04%(对应减量为0.32 mg·kg-1和0.25 mg·kg-1)，但与T2差异不显著。武功和临渭在T2单次喷施使籽粒硒含量提高了330.77%和255.56%(对应增量为0.56 mg·kg-1和0.32 mg·kg-1)，而T3分次施用籽粒硒含量分别提高了692.31%和1077.78%(对应增量为1.03 mg·kg-1和1.06 mg·kg-1)，T3相比T2 2个试验点分别提高83.93%和231.25%(对应增量为0.47 mg·kg-1和0.74 mg·kg-1)，且与T2差异显著。因此，当施用富硒营养素总量相同时，若单次喷施使籽粒硒的富集效果达到6倍以上，则分次喷施意义不大；若单次喷施使籽粒硒的富集效果提高2～3倍时，要想达到更好的富硒效果可选用分次喷施。

2.1.3 加次叶面喷施富硒营养素对小麦籽粒硒含量的影响 如图1所示，T3、T4分别在T1和T2第一次富硒营养素用量基础上再用2.7 kg·hm-2的富硒营养素增加一次喷施皆可显著增加小麦籽粒硒含量，但籽粒硒富集效果在地区间存在差异。其中，T1(2.7 kg·hm-2)和T3(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)处理组，T3加次喷施后小麦籽粒硒含量比T1增加了193.93%，增量为0.59 mg·kg-1。三原、兴平、武功、临渭增幅分别为64.55%、1.32%、368.18%、341.67%。T2(5.4 kg·hm-2)和T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)处理组，T4加次喷施后小麦籽粒硒含量比T2增加了114.66%，增量为0.56 mg·kg-1。三原、兴平、武功、临渭增幅分别为26.76%、11.80%、48.21%、371.88%。结果表明，增加喷硒次数可进一步提高小麦籽粒硒含量154.30%，但首次喷施富硒营养素用量加倍后进行第二次喷施的效果不及首次富硒营养素用量较低时进行二次喷施的效果。

2.1.4 首次高浓度叶面喷施富硒营养素对小麦籽粒硒含量的影响 如图1所示，T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)是所有处理中两次喷硒且富硒营养素用量最大的处理，相比T3(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)仍可使籽粒硒含量增加，且在3个试验点处理间差异显著。在三原、临渭和兴平T4比T3籽粒硒含量表现为增加，增幅分别为49.17%、42.45%和30.07%，前两地差异显著，而武功籽粒硒含量减少了19.42%，差异不显著。因此，当喷施富硒营养素的总用量接近小麦吸收可接受的阈值时，即使选用相对高效的分次喷施方式，小麦籽粒硒含量的增加程度也会被限制。

2.2 叶面喷施富硒营养素对小麦产量和穗部性状的影响

叶面喷施富硒营养素处理小麦产量和穗部性状的变化见表2。不同处理对小麦产量、千粒重、小穗数、穗粒数和不孕小穗有一定影响，喷硒可增产3.14%～4.60%，其中，T1、T2、T3和T4产量分别较CK增加了3.22%、3.44%、4.60%和3.14%，三原和武功试验点T3与CK差异显著，三原试验点T2与CK间也差异显著。上述结果说明，T3(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)分次喷硒增产效果优于其他处理；对于T1(2.7 kg·hm-2)和T2(5.4 kg·hm-2)单次喷硒处理，随着富硒营养素用量的增加小麦产量也增大，但在T2用量的基础上又增加了一次2.7 kg·hm-2喷施即T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)则导致产量降低，说明富硒营养素用量过大增产幅度也会降低。

表2 叶面喷施富硒营养素小麦产量和穗部性状的变化Table 2 Wheat yield and spike characters with different selenium-rich nutrient treatments

与CK相比，喷施富硒营养素对千粒重和穗粒数没有显著影响，处理间差异不显著。其中，T1、T2、T3和T4千粒重较CK分别增加1.13%、1.26%、1.26%和1.01%，穗粒数较CK分别增加1.82%、1.54%、2.27%和0.69%，其增加趋势与产量一致。因此，叶面喷硒后穗粒数的增加使小麦增产，但其对富硒营养素用量响应程度比千粒重高，富硒营养素用量过大则会导致其增产效果减弱。

与CK相比，喷施富硒营养素处理对小穗数和不孕小穗数影响不显著。其中，T1、T2、T3和T4处理的小穗数分别较CK增加2.61%、0.66%、1.61%和1.76%；不孕小穗数分别增加4.70%、2.00%、4.62%和5.54%；不孕小穗占比分别增大0.44%、0.33%、0.64%和0.86%。叶面喷施富硒营养素后小穗数呈增加趋势，不孕小穗数也相应增多，但不孕小穗占比差异很小，所以不孕小穗数是随小穗基数增加而增多。

2.3 叶面喷施富硒营养素对小麦籽粒加工品质的影响

由表3可以看出，小麦籽粒容重，籽粒硬度、湿面筋、蛋白质含量、沉降值在地点间差异极显著，稳定时间地点间差异显著；叶面喷施富硒营养素后，使籽粒湿面筋含量处理间差异极显著，稳定时间处理间差异达到显著；地点与喷硒处理间交互作用仅湿面筋表现出显著差异。与CK相比，喷硒使籽粒品质得到改善，其中，湿面筋含量在T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)喷施后提高1.73%，且与其他处理差异显著，T2(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)也可提高1.37%；稳定时间在T2、T4分别提高16.50%、17.49%，在兴平与其他处理差异显著；籽粒硬度也在T2、T4有最大增量(0.60%)；容重在不同处理下增量保持在0.31%～0.37%；蛋白质含量和沉降值从T2～T4逐渐增加，最大增量分别为0.32%和1.58%，两者在T1下基本不变。

表3 叶面喷施富硒营养素小麦籽粒品质的变化Table 3 Wheat grain quality with different selenium-rich nutrient treatments

由以上结果可知，叶面喷施富硒营养素对小麦二次加工品质的影响大于一次加工品质；富硒营养素单次用量的高低对品质改善的影响较大；相同用量的富硒营养素进行分次喷施反而会削弱对容重、湿面筋和稳定时间的增加效果。

3 结论与讨论

3.1 叶面喷施富硒营养素对小麦籽粒硒含量的影响

富硒小麦是一种安全可生物利用的有机硒源[24]，在促进人类利用富硒植物补硒方面发挥着很重要的作用。大量研究表明，通过外源硒肥生产富硒小麦主要取决于施硒时间、次数和施硒量。本试验4个喷硒处理均可显著提高小麦籽粒硒含量，与高新楼等[19]、白小军等[28]的研究结果一致。对于施硒时间，本试验将重点集中在小麦硒吸收最高效的抽穗～开花～灌浆期[25]，并设置抽穗一周后喷施富硒营养素和抽穗两周后二次喷施富硒营养素处理，通过对比发现，第二次喷施富硒营养素后小麦籽粒硒含量的增幅要高于第一次喷施后的增幅，可能与小麦抽穗后生长越来越旺盛，对喷施液吸收与转运速度加快，因此小麦通过叶片吸收的硒能更快转移到小麦籽粒中有关[33]。对于施硒量，单次喷施富硒营养素处理结果显示，随着施硒量成倍增加，小麦籽粒硒含量也成倍增加。对于施硒次数，在增加第二次喷施后小麦籽粒硒含量仍显著增加，与彭涛等[27]关于随着硒肥喷施次数增加小麦籽粒的硒含量增加的研究结果一致。

本试验虽在气候条件相似的4个试验地同时进行，但由于各地土壤肥力和硒含量存在差异，因此籽粒硒含量的变化在地区之间的一致性减弱。其中，不同富硒营养素用量下三原和兴平小麦籽粒硒含量的增加速度远高于武功和临渭地区；分次喷施富硒营养素后，三原和兴平小麦籽粒硒含量对喷施次数的响应并不明显，武功和临渭则相反。而根据4个试验地土壤肥力和各对照籽粒硒含量测定结果，三原土壤硒含量为其他地区5～10倍，CK籽粒硒含量高2～3倍，可能在小麦生长前期植株已经通过土壤吸收了一部分硒，从而叶面施硒后在生殖生长阶段能通过硒转运通道来快速提高小麦籽粒硒含量；在4个试验点中，兴平土壤硒含量居中等水平，其CK籽粒硒含量也如此，但其土壤全氮、速效氮和速效钾含量几乎是三原的2倍，可能是高肥在促进小麦生长的同时协同加速了对硒的吸收，致使形成与三原相似的变化趋势；而武功虽土壤肥力和兴平基本一致，但其土壤硒含量相对较低。由于这一部分的相关研究较少，具体机理有待进一步验证。因此，在关中灌区，对于三原、兴平一类的地区单次高用量叶面喷施富硒营养素对提高籽粒硒含量更有效，而武功、临渭一类则更适宜低用量多次喷施来提高小麦籽粒硒含量。

3.2 叶面喷施富硒营养素对小麦产量和穗部性状的影响

前人研究结果表明，小麦加施硒肥在一定程度上可影响小麦产量及产量构成因素[19,26-27]。本试验处理下，小麦产量、千粒重、穗粒数以及小穗数都有增加趋势。这可能与硒处理缓解了小麦膜脂过氧化和活性氧对植株的毒性，从而减少了不利于小麦生长发育的负面影响[25]相关。且有研究表明开花期叶面喷施硒肥可延长旗叶的功能期[9]，最终使小麦产量得到提高。而白小军等[28]在小麦灌浆初期用同种富硒植物营养素对小麦叶面喷施得出施硒可增产但效果不显著，对小麦穗长、小穗数、不孕小穗几乎无影响。在本试验中小麦小穗数、不孕小穗数有增加的趋势，但都不显著，与彭涛等[27]的研究结果一致。根据不孕小穗占比几乎无变化，可得出两者并不能导致穗粒数增加。有研究也得出在小麦返青期到开花期这一阶段施硒能显著提高产量，但在灌浆期施硒对产量影响不显著[25]。而Wang等[29]的研究表明在小麦不同生育时期无论叶面喷施硒酸盐还是亚硒酸盐对小麦籽粒产量无显著影响。本试验中小麦产量T3在两地显著增加，T2处理在一地表现显著增加。且通过比较叶面喷施富硒营养素后籽粒硒含量变化与产量间的关系发现，在三原和兴平小麦产量随籽粒硒含量升高有先增加后降低的趋势，在T4籽粒硒含量增加最大的情况下，产量却低于籽粒硒含量次之的T2、T3处理。有研究证明，低剂量的富硒营养素能够在非生物胁迫下维持小麦的正常生理代谢，提高抗氧化能力，进而稳定或增加小麦产量[30]；高剂量的硒肥则抑制小麦生长或拮抗其他营养元素的吸收[31]。武功和临渭小麦产量在T1、T3单次富硒营养素用量均为2.7 kg·hm-2的处理高于T2、T4首次富硒营养素用量为5.4 kg·hm-2的处理，且增加喷施次数比只进行单次喷施的产量高。4个试验地的共同点在于小麦对富硒营养素转运速度快则产量提高多，但富硒营养素用量对提高产量存在阈值。

3.3 叶面喷施富硒营养素对小麦籽粒品质的影响

生产优质强筋小麦是育种和栽培追求的一个长期目标，而施用硒肥在提高小麦籽粒硒含量的前提下并可改善强筋小麦籽粒品质[32-34]，这对于富硒功能小麦的生产更具优势。籽粒蛋白质含量和容重是衡量小麦一次加工品质的重要指标，刘庆等[35]的研究表明施硒仅能提高小麦籽粒中粗蛋白含量，对容重基本无影响。本试验中小麦一次加工品质和二次加工品质在各喷硒处理后都有所改善，且在富硒营养素用量为5.4 kg·hm-2的处理下改善程度优于2.7 kg·hm-2用量的处理。通过与各喷硒处理下小麦籽粒对硒的富集程度比较，籽粒硒含量越高则小麦品质改善程度也相应增大。由于三原、兴平在T1、T2处理籽粒硒含量达武功、临渭的5倍左右，所以三原、兴平两地品质指标在T1、T2的增加幅度大于武功和临渭。