硒酸钠施用对小麦的富硒效应及其残效

马小艳，尹 丹，周 沫，晏小川，郭 成，黄冬琳，王朝辉,2

(1.西北农林科技大学资源环境学院/农业部西北植物营养与农业环境重点实验室,陕西杨凌 712100; 2.西北农林科技大学/旱区作物逆境生物学国家重点实验室,陕西杨凌 712100)

硒是人和动物体内必需的微量元素之一，参与人体重要的生理机能过程，如大骨节病的发生发展跟生态环境低硒有着密不可分的关系。植物硒是人和动物摄入硒的重要来源，其含量高低主要取决于土壤的硒含量，但硒在地壳中丰度较低。据估计，全球5亿至10亿人摄入硒不足。我国硒分布极其不均匀，缺硒地区高达15个省份，约1亿人口膳食中硒含量不足。黄土高原地区是我国典型的缺硒区，其土壤全硒含量平均仅0.095 mg·kg，农作物中硒含量较低。小麦是该地区的主要粮食作物，在饮食结构中占有重要地位，其硒含量的多少直接影响该地区居民的硒营养状况。小麦是谷类中对硒积聚能力最强的作物，籽粒中有83.34%的硒可被人体吸收转化，因此提高小麦籽粒硒含量对确保当地居民健康有重大意义。

外源施硒能显著增加作物的硒含量，施用硒肥是一种提高缺硒地区作物的硒营养状况的有效途径，也被作为作物硒生物强化的重要措施。硒酸钠和亚硒酸钠是常用的硒肥品种。国际上施用的硒肥主要以硒酸盐为主。芬兰从1984年开始全国性施用无机硒肥，面粉中硒含量显著提高。在英国田间试验中，施硒酸钠20 g·hm后使小麦籽粒硒含量提高到374 μg·kg，是对照的四倍。在非洲马拉维的试验证明，可以通过施硒这种农艺生物强化手段来提高玉米中的硒含量，且用硒酸钠为硒源时，每施1 g硒平均增加玉米硒含量20.21 μg·kg。在我国，农作物硒肥的使用多以亚硒酸钠为主。河北的田间试验结果显示，土壤施用亚硒酸钠225 g·hm时，小麦籽粒硒含量可达128 μg·kg；叶面喷施亚硒酸钠30 g·hm时，籽粒硒含量提高3.5～4.2倍。在我国多点田间试验发现，叶面喷施亚硒酸钠使小麦籽粒硒含量显著提高，籽粒硒含量在不喷硒时平均为31.0 μg·kg，喷硒116 g·hm后平均增加到 647.8 μg·kg，达到了富硒水平。与亚硒酸盐硒肥相比，植物对硒酸盐的吸收与转化效率更高。尽管喷施硒肥能够有效提高作物硒含量，但由于喷施需要额外的人工投入，芬兰、挪威以及英国多采用硒酸钠以基肥形式与氮肥同时施用，降低施硒的成本。研究表明，小白菜对硒酸盐肥的吸收，地上部高于根部；马铃薯对硒的吸收和富集能力表现为茎>叶>根>块茎；水稻对硒的分配表现为叶>茎>籽粒；无论外源施用硒肥还是在富硒土壤中种植，水稻叶片和茎对硒的吸收都是高于其他地上部器官。小麦各器官对硒的吸收也存在差异。陈玉鹏等利用盆栽试验分析认为，外源亚硒酸钠与氮肥配施对小麦不同器官硒的分配不同于水稻，相比于茎叶，籽粒更易于累积硒。那么小麦对外源硒酸钠的吸收与分配规律是否与亚硒酸钠硒肥一致呢?

土壤施硒肥利用率约为1%～18.5%，硒酸钠肥利用率高于亚硒酸钠肥，但均有超过60%的硒残留于土壤中。人体硒摄入量的适宜范围很窄，日硒摄入量低于50 μg时就会缺硒；摄入量高于800 μg时会产生毒害作用。施硒后硒是否残留在土壤中，并随土壤环境的变化而发生迁移、转化，从而对水体及人类健康造成潜在危害?大田和盆栽试验发现，亚硒酸钠对植物硒含量有后效，在茶树上施用Se 3.33 μg·kg，5～6年茶叶硒含量达到富硒水平。施用硒酸盐肥是否存在残效？施硒量是否会影响硒肥残效？这些问题值得探讨。本研究通过连续两年的盆栽试验，探讨了小麦器官对外源硒酸盐肥吸收富集规律，分析外源硒酸钠的残效及其与施硒量的关系，以期为小麦富硒栽培中合理施用硒肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点和方法

试验采用内径17.5 cm、高 14 cm的塑料花盆,每盆装土8 kg。土壤采用多点取样法采自西北农林科技大学农作一站试验田保护行表层(0～20 cm)，风干研碎后过2 mm筛备用。土壤pH 8.15，碳酸钙含量65.7 g·kg，有机质含量 13.70 mg·kg，全硒含量0.12 mg·kg，有效硒含量0.03 mg·kg。供试硒酸钠试剂为天津化学试剂厂生产的分析纯，试验设置0、0.02、0.04、0.08和0.16 mg·kg5个Se水平(分别用Se0、Se 0.02、Se0.04、Se0.08和Se0.16代表),每个处理重复 4 次。仅第一年播前施硒，氮磷钾肥施用量两年相同。氮肥(0.4 g·kg)用尿素，一半基施，一半返青追施；磷肥(PO0.2 g·kg)用磷酸二氢钾，钾肥(KO 0.3 g·kg)用氯化钾，均在播前一次施入。供试小麦品种为小偃 22，播种时间分别为2016、2017年10月17日，每盆均匀播种30粒种子。小麦长出第4片叶时，每盆定苗至12株。生长期间采用重量法灌水，依土壤水分变化，每2～7 d灌水1次，每次灌水后使土壤水分达到田间持水量的60%。

1.2 样品采集

在收获期(2017、2018年 5 月 30 日)采集小麦植株样品。采用不锈钢剪刀剪下穗子，再将植株从根茎连接处剪下，分开茎、叶。植物样采集完毕后，将全盆土壤倒于干净的塑料布上，取出全部根系后，将剩余土壤混合均匀，随机采集200 g 左右土壤样品，剩下的土重新装盆待第二年使用。将采集的土样捏碎、混匀，避光自然风干。

1.3 测定指标与方法

将小麦植株样品分为茎、叶、颖壳、籽粒，称鲜重后用去离子水清洗，置于烘箱内105 ℃下杀青 30 min，然后 65 ℃烘至恒重，用于计算小麦地上部生物量。烘干后的样品分别粉碎，待化学分析使用。

植物样品用HNO-HO微波消解仪(屹尧WX-8000，中国)消解，消解温度始终控制在170 ℃左右，消解液在 6 mol·LHCl中还原，冷却后，用氢化物发生-原子荧光光谱仪(吉天AFS-930，北京)测定植物中的硒含量，以烘干重表示。测定过程中采用圆白菜(GBW10014)和空白样品加标回收进行分析质量控制。风干土壤过2 mm 尼龙网筛，用于测定土壤有效硒含量。土壤中的总硒含量用HNO+HClO(3∶2)混酸在170 ℃消解，在6 mol·LHCl还原条件下还原，采用氢化物发生-原子荧光光谱法(吉天 AFS-930，北京)测定。土壤有效硒含量采用0.5 mol·L的KHPO溶液(土液比1∶15)浸提，在6 mol·LHCl还原条件下还原，测定方法同总硒。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2007进行整理，采用 SPSS 20.0(Statistical Product and Service Solutions)软件进行统计分析，用LSD法进行多重比较，用Origin 2018C作图。并计算硒营养相关 参数。

器官硒积累量=器官硒含量×器官生物量/1 000

器官硒强化指数=(施硒处理的器官硒含量-不施硒处理器官硒含量)/施硒量

器官硒富集系数=器官硒含量/小麦播前土壤硒含量

硒肥利用率=(施硒处理地上部硒积累量-不施硒处理地上部硒积累量)/施硒量×100%

硒肥累计利用率 =(各年施硒处理地上部硒总积累量-各年不施硒处理地上部硒总积累 量)/施硒量×100%

2 结果与分析

2.1 施硒对小麦产量与地上部生物量的影响及其残效

施硒当季(2016-2017年)，小麦地上部生物量随硒肥施用量的增加呈增加趋势，在硒用量为 0.08、0.16 mg·kg时小麦地上部生物量较不施硒处理(CK)分别提高15.7%和20.0%。随施硒量增加，小麦籽粒产量呈先增后降，在施硒量为0.08 mg·kg时最高，较CK提高了 22.9%；而施硒0.16 mg·kg时小麦籽粒产量与CK无显著差异。施硒后第二年(2017-2018年)，不同处理间小麦地上部生物量和籽粒产量均无显著差异。

图柱上不同小写字母代表同一年份不同施硒处理间差异显著(P<0.05)。

2.2 施硒及硒的残效对小麦各器官硒含量及硒累积量的影响

小麦各器官硒含量均对硒肥响应灵敏。在施硒当季(2016-2017年)，叶片、籽粒、茎和颖壳硒含量与施硒量均呈显著线性正相关(图2、图3)，在施硒量为0.16 mg·kg时各器官硒含量均最高。相比其他器官，叶片硒含量的线性拟合斜率最大，在相同施硒量下其硒的吸收量增加幅度最高，其次为籽粒、茎，颖壳硒含量对施硒的敏感度最低。在施硒后第二年(2017-2018年)，各器官硒含量与施硒量仍然呈显著正相关，且叶片的线性拟合斜率仍高于籽粒、茎和颖壳，但各器官的线性拟合斜率均低于上一季，表明硒肥对小麦硒含量存在后效，但小于施硒当季效应。相比不施硒处理(CK)相比，籽粒硒含量在施硒量为 0.08和0.16 mg·kg时均显著增加，施硒量最高时籽粒硒含量为0.41 mg·kg，超过了小麦富硒标准 0.3 mg·kg；在施硒量为0.02和 0.04 mg·kg时籽粒硒含量与CK差异不显著。

图柱上不同小写字母表示同一年份不同处理间差异显著(P<0.05)。

图3 小麦器官硒含量对施硒量的响应

在施硒当季(2016-2017年)，小麦叶片硒吸收总量高于其他器官，尽管叶片质量与茎质量相当，但其硒携出量远高于茎、颖壳和籽粒，其硒携出占地上部总硒携出的比值也最高(图4)，且随施硒量的增加而增加，在施硒量0.16 mg·kg时其占比约为54%。籽粒、茎叶和颖壳硒携出量占比随施硒量的增加均呈先增后减趋势。

图4 2016-2018 年小麦不同器官硒携出量占比

2.3 小麦各器官硒富集系数与硒强化指数

在施硒当季，小麦叶片、籽粒、茎和颖壳硒的富集系数均随土壤施硒量的增加而增加(表1)。其中，叶片的硒富集系数在相同施硒水平下均高于其他器官，而且随施硒含量的增加，其硒富集系数的增幅最高，在施硒量为0.16 mg·kg时叶片的硒富集系数比不施硒处理(CK)增大了72.8倍，而茎、籽粒、颖壳的硒富集数分别增大47.2、43.9和28.9倍。施硒后第二年，各器官硒富集系数仍然均随土壤施硒量增加而增加，但籽粒的硒富集系数仅在施硒量高于0.04 mg·kg时与CK差异显著，而茎、叶、颖壳的硒富集系数在施硒量高于0.02 mg·kg时与CK差异显著；不同器官相比，茎、叶、颖壳的硒富集系数相近，均高于籽粒的硒富集系数。

硒强化指数为每增加1 mg施硒量，器官硒含量的平均增加值，可以表征器官硒含量对施硒量的响应程度。从表1数据看，在施硒当年，小麦叶片硒强化指数最高，分别是籽粒、茎和颖壳硒强化指数的1.45、1.93和2.44倍，表明其硒含量对施硒的响应最灵敏。施硒第二年，外源硒酸盐仍有残效，能够增加小麦各器官硒含量，但相比施硒当季，硒强化指数降低了很多，茎、叶与颖壳的硒强化指数间差异不大，籽粒的硒强化指数最低。

表1 2016-2018年小麦各器官硒富集系数及硒强化指数

2.4 土壤硒含量与硒肥的利用率

无论施硒当季还是施硒后第二年，小麦收获后土壤有效硒含量、总硒含量都随施硒量的增加而增加，但其增加幅度均低于小麦各器官硒含量增加幅度。无论第一年的硒肥利用率还是两年的累积利用率均随施硒量的增加而提高，施硒量为 0.16 mg·kg时，硒肥当季利用率和两年累积利用率分别达到33.7%和为34.7%。

表2 小麦收获后土壤有效硒、总硒含量及硒肥利用率

3 讨 论

3.1 外源硒酸盐对小麦产量及生物量的影响

外源添加硒肥可以显著增加小麦籽粒硒含量，但是施硒肥对小麦产量和生物量的影响，研究结论不一。本研究的连续两年盆栽试验结果表明，施硒当季随着硒用量的增加，小麦产量和生物量均增加，施硒后第二年小麦产量与生物量无显著变化。宋家永的大田试验结果显示，孕穗期喷施一次亚硒酸钠7.5 g·hm和15 g·hm后，小麦产量增产0.33%～2.14 %。Deng在分蘖晚期和齐穗期任一时期叶片喷施亚硒酸盐和硒酸盐75 g·hm后，小麦产量和生物量分别增加5.1%和4.4%。施硒的增产作用可能与硒对植物的抗氧化作用有关。适量硒能够清除植物体内过量自由基，增强抗氧化性能，有效减缓植物生育后期的快速衰老，维持了根系在后期的生理活力，使植株积累更多的光合产物，最终产生增产作用。田秀英等研究认为，施硒能增加土壤有效硒含量，有利于土壤有效磷、钾含量的提高，改善土壤肥力，影响作物对养分的吸收利用，进而影响产量和品质。但也有大田试验和盆栽试验结果显示，施硒对作物产量和生物量均无显著影响。有学者认为，硒肥对作物具有双重作用，低浓度硒对植物生长有促进作用，而高浓度则会抑制其生长。亚硒酸盐在施用量高于 10.0 mg·kg时对小白菜生长无显著影响，而施用量不高于1.0 mg·kg时，其可显著促进小白菜生长；小白菜各生长指标均随着硒浓度的增大而急速下降。低量硒(≤10 mg·kg)会促进玉米生长，显著增加植株生物量和籽粒产量；高量硒(≥25 mg·kg)抑制玉米生长，降低植株干物质积累量、籽粒产量和品质。这可能是因为低浓度硒会促进与叶绿素合成有关的矿质元素的吸收，进而提高了植株叶绿素含量，促进植物光合作用；而高浓度的硒会使叶片叶绿体被膜受损，导致基粒结构解体，使其从原来致密、有序排列的状态变成松散的匀质状态，进而抑制叶绿素的合成。

3.2 外源硒酸盐对小麦各器官硒含量、硒累积量、硒富集系数及硒强化指数的影响

国内很多研究认为，适量施用硒肥能显著增加植物的硒含量。相比亚硒酸盐，作物对硒酸盐的响应更加灵敏，这也是国外的硒肥多采用硒酸盐的原因。本研究表明，无论施硒当季还是第二年，小麦各器官硒含量均随施硒量的增加而增加，尤其施硒当季。植物对土壤中某种元素的吸收取决于土壤中该元素的浓度及植物本身的特性。在本研究中，小麦叶片硒含量对施硒的响应较籽粒、茎和颖壳灵敏，其硒富集系数也最高。前人的部分试验结果也显示作物叶片对硒富集能力高于其他器官，而李凤鸣等研究结果发现，施用硒酸盐后，小麦各部位硒含量表现为籽粒>茎叶>颖壳>根，这可能由于该研究把茎叶混合进行分析测定有关。

籽粒硒强化指数是反映单位施硒量所能增加小麦籽粒硒含量的能力。大田试验结果显示，土施亚硒酸盐态硒1 g·hm时玉米、小麦籽粒硒含量分别提高0.1～0.3和 0.5 μg·kg。许春霞等分析认为，茶叶含硒量与喷硒量呈线性关系=9 397.2+119.38，由此求出叶喷亚硒酸钠1 g·hm后茶叶硒含量增加9.4 μg·kg，而其同一年的土施试验测定的硒含量增加值则明显低于该值。付冬冬等通过盆栽试验发现，亚硒酸盐对小白菜地上部硒强化指数低于硒酸盐。本试验中，施用硒酸钠在当季每增加 1 mg·pot，小麦叶片、籽粒、茎、颖壳硒含量分别增加8.9、6.2、4.6和3.6 mg·kg，与富集系数表现一致，表明小麦器官对硒的吸收、富集能力与其对硒肥的响应程度成正比，富集能力越强，其硒含量随施硒量增加的提高幅度越高。

3.3 外源硒酸盐残效及硒肥利用率的影响

适量施硒能促进生物体正常生长发育，但环境中过量硒会对动植物产生毒害作用，会引起农产品污染、土壤重金属超标等一系列环境问题。研究表明，硒肥的利用率为11.7%，66.7%的硒残留于土壤中。本试验的硒肥当季利用率随施硒量的增加而增加，当施硒量为 0.16 mg·kg时，达到33.7%。而硒的残效也同样，硒肥对小麦硒含量的残效在施硒浓度较低时较小，在施硒量增大时较为显著。而施硒对小麦硒含量的残效高于对土壤硒含量的影响。两年的累积利用率最高值为34.7%，说明施硒后只有少部分的硒被植物吸收利用，相当一部分硒会残留在土壤中。通过盆栽试验发现，施硒可极显著提高土壤各形态硒含量和全硒含量，只有17%～23%硒对烤烟是有效的，土壤固定态硒均在50%以上。其他的盆栽施硒试验也表明，硒酸盐对第二季作物存在一定的后效。

4 结 论

外源硒酸盐肥当季能够有效增加小麦产量及生物量，对各器官硒含量提高作用显著，各器官硒含量与施硒量均呈显著线性正相关。各器官中叶片的硒富集能力最强，其次为籽粒、茎和颖壳。各器官硒强化指数规律与富集系数一致。

连续两年小麦对外源硒酸盐的利用率随施硒量的增加而增加，当季硒的利用率最高值为 33.7%，两年累积利用率最高值为34.7%。外源硒酸盐具有残效，施硒第二年对小麦各器官硒的含量、土壤硒含量仍有显著的增加效应，尤其在施硒量较高时，但其对小麦硒含量的影响大于对土壤有效硒、总硒含量的影响。