施用硒、锌、铁对玉米和大豆产量与营养品质的影响

昝亚玲,王朝辉*,毛 晖,Graham Lyons

(1西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌712100;2 Waite Analytical Services School of Agriculture,Food and Wine,University of Adelaide,Adelaide,Australia 5064)

微量元素与人体健康有密切关系,土壤、水和食物中微量元素缺乏或过量会使人和动物患有一些特殊疾病,如硒具有清除人体自由基、延缓衰老[1-2]、增强免疫力、抑制肿瘤和心血管病的发生和发展等作用[3-4],缺硒导致人体及动物免疫功能下降,是造成癌症、心脑血管疾病、糖尿病、肠胃病、克山病等40多种疾病的原因之一[5]。锌对人体也有非常重要的生理功能,现已证实,人体有200多种酶活性依赖锌的存在;膳食中锌摄入量不足严重影响人们的身心健康,造成免疫力降低,生长发育停滞,智力发育障碍等多种病症。铁缺乏也是一个全球性问题,据联合国儿童基金会统计,全球目前大约有37亿人缺铁。发展中国家40%～50%的5岁以下儿童和50%以上孕妇患缺铁病,严重缺铁可出现心脏扩大、心电图异常,甚至出现心力衰竭,有的还出现精神失常,严重威胁人类健康。

硒、锌、铁等微量元素缺乏症是困扰发展中国家和地区居民的重要营养问题。对人体进行微量元素调节已受到国内外专家的重视,在瑞典已经对多种作物进行了富硒研究。在国内已经对小麦、水稻、蔬菜等多种作物进行了微量元素方面的研究,但人们较多关注硒、锌等元素对作物产量的影响,至于对作物品质的影响,尤其是施用微量元素对农产品微量元素营养品质的影响研究较少。陕西永寿属典型的严重缺硒地区,缺素引起植物生长障碍及人畜缺素病症较为严重,但国内至今尚没有关于如何调节该地区农产品的微量组分营养品质的研究报道。基于此,我们采用黄土高原低硒区土壤,研究外源硒、锌、铁对玉米、大豆产量和营养品质的影响,以期了解硒、锌、铁对玉米、大豆产量和籽粒营养品质的作用效果。

1 材料与方法

1.1 试验设计

盆栽试验于2007年5月1日至2007年9月3日在西北农林科技大学资源环境学院温室进行。供试土壤采自陕西省永寿县养马庄,其基本性状为:pH 8.4,有机质 16.75 g/kg,全氮 1.13 g/kg,硝态氮0.014 g/kg,铵态氮0.017 g/kg,速效磷 0.030 g/kg,速效钾0.139g/kg,全锌0.062 g/kg,全铁31 g/kg,全硒0.86 mg/kg,有效锌0.195 mg/kg,有效铁1.012 mg/kg。

试验设4个处理:对照(CK);不施硒、锌、铁(A1);土施硒、锌结合叶面喷铁(A2);土施硒、锌结合叶面喷施硒、锌、铁(A3)。除对照外,其他 3个处理均基施氮、磷、钾肥,各肥料用量(均按风干土计):玉米施N 0.3 g/kg、大豆施N 0.15 g/kg;玉米和大豆均施 P2O50.2 g/kg和K2O 0.3 g/kg。硒、锌土施处理的用量为Se 0.86 mg/kg、Zn 35 mg/kg,叶面喷施处理的浓度为Se 12 mg/L、Zn 0.29 g/L。由于石灰性土壤低价铁会很快氧化失效,在A2和A3处理中铁均以叶面喷施的形式施用,浓度为Fe 0.13 g/L。

各肥料施用时期:氮肥50%作基肥,于播前施入;50%作追肥,分别于玉米大喇叭期、大豆蕾期随灌水施入。磷、钾肥及土施的硒、锌肥均于播前施入。喷施的铁肥在玉米抽雄期、大豆花蕾期,每5 d喷1次,连喷3次,每次喷施量为50 mL/盆,不施微量元素的处理同时喷等量清水。

试验采用36 cm×26 cm白色不透光塑料盆,于2007年5月1日装盆播种。每盆装风干土8.0 kg,装盆前,先取1 kg土分别与硒、锌微肥混匀(硒以硒酸纳溶液的形式加入),再与氮、磷、钾肥混匀,然后与剩余的土壤混匀。装土过程中,不断振动试盆,使土壤松紧合适;装土 7.0 kg以后,灌水2000 mL,确保出苗前不再灌水;水分完全渗入土壤后,每盆均匀播种玉米6粒、大豆8粒,并将剩余土壤覆盖于土面,覆土厚度约1.5 cm。每处理重复4盆。玉米长出第3片叶时,每盆定苗1株;大豆长出第4片真叶时,每盆定苗2株。采用容量法,根据作物长势和土壤干湿情况及时灌水。

1.2 测定项目及方法

大豆于2007年8月31日收获,玉米9月3日收获。大豆植株分为茎叶、荚壳、籽粒;玉米分为茎叶(含苞叶)、穗轴、子粒。称量各器官的鲜重后,根据样品多少,各称取部分鲜样在105℃杀青20 min,50～55℃烘箱中烘干至恒重,称干重。植物干样磨细后密封备用。植株样品中全氮含量采用凯氏定氮仪测定、全磷含量采用紫外分光光度计(钼锑抗比色法)测定、全钾含量采用火焰光度计测定。植株中全硒含量采用原子荧光法测定,植株中锌、铁含量由澳大利亚阿德莱德大学农业与葡萄酒学院维特分析中心(Waite Analytical Services,School of Agriculture and Wine,University of Adelaide)采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES法)测定。

2 结果与分析

2.1 硒、锌、铁对玉米和大豆生物量与产量的影响

施用适量硒、锌、铁能显著提高玉米、大豆的生物量及产量。与对照(CK)相比,仅施用氮、磷、钾(A1)时,玉米、大豆的生物量及产量无明显变化;土施硒锌结合叶面施铁(A2)时,玉米生物量及产量分别比对照提高37.8%和73.8%,大豆提高111.9%和58.9%,均达显著水平;土施硒锌结合叶喷硒、锌、铁(A3)时,玉米、大豆生物量分别增加8.8%和98.5%,产量提高 15.6%和115.1%(表1)。说明仅施氮、磷、钾未必能提高作物产量,而土施硒锌结合叶面施铁可明显提高作物产量,但再结合叶面喷施硒、锌、铁反而会使增产效果下降。

表1 硒、锌、铁对玉米和大豆生物量与产量的影响(g/pot)Table 1 Effect of Se,Zn and Fe on biomass and grain yield of maize and soybean

2.2 硒、锌、铁对玉米和大豆籽粒大量元素含量的影响

施用氮、磷、钾肥或硒、锌、铁均明显提高玉米籽粒的含量,磷、钾含量虽略有增加,但差异不显著。与CK相比,A1处理,玉米籽粒中氮含量增加23.2%;A2处理,玉米籽粒氮含量比对照增加了25.6%;A3处理,玉米籽粒的氮含量比对照增加了38.7%(表2)。说明土施硒锌结合叶面喷施铁可明显提高玉米对氮素的吸收,土施硒锌结合叶面喷施硒、锌、铁可进一步提高玉米对氮素的吸收能力。

表2 硒、锌、铁对玉米和大豆籽粒氮、磷、钾含量的影响(%)Table 2 Effect of Se,Zn and Fe on the contents of N,P and K in maize and soybean grain

表2还看出,仅施用氮、磷、钾或施用硒、锌、铁,大豆籽粒氮含量无明显变化。A1处理,大豆籽粒磷、钾含量略有增加;A2处理,大豆籽粒磷、钾含量有下降趋势,但差异不明显;A3处理大豆籽粒磷、钾含量分别比对照下降了31.5%、5.7%,达显著水平。说明施用硒、锌、铁对大豆籽粒氮的吸收和累积没有明显的促进作用,而且还可能会抑制大豆子粒对磷、钾元素吸收。

2.3 硒、锌、铁对玉米和大豆籽粒硒含量的影响

与对照比较,仅施氮、磷、钾对玉米、大豆籽粒硒含量无明显影响(表3)。土施硒或土施结合叶面喷施硒时,玉米、大豆籽粒硒含量显著提高,其中玉米籽粒硒含量比对照分别提高了385.1%和480.4%;大豆分别提高了469.8%和512.9%。可见,土施硒或土施结合叶面喷施硒可显著提高玉米、大豆籽粒硒含量,是有效提高低硒地区居民膳食中硒含量的重要方法。

表3 硒、锌、铁对玉米和大豆籽粒硒含量的影响Table 3 Effect of Se,Zn and Fe on Se content in grain of maize and soybean

2.4 硒、锌、铁对玉米和大豆籽粒锌含量的影响

施用微量元素锌亦可明显提高玉米、大豆籽粒中锌含量(表 4)。与CK相比,仅施氮、磷、钾时,玉米籽粒中锌含量无明显变化,大豆籽粒中锌含量却下降35.4%;土施锌或土施结合叶面喷施微量元素锌,玉米籽粒锌含量分别比对照提高72.1%、106.9%,大豆籽粒锌分别提高了48%、62.2%,均达显著水平。说明土施锌或土施结合叶面喷施锌是提高玉米、大豆籽粒中锌含量的有效方法。

2.5 硒、锌、铁对玉米和大豆籽粒铁含量的影响

施用微量元素铁可显著提高玉米、大豆籽粒铁含量(表5)。与对照相比,仅施氮、磷、钾玉米、大豆籽粒铁含量无明显变化;土施硒锌结合叶面喷施铁时,玉米籽粒铁含量较对照提高了28.1%,大豆籽粒铁含量提高了36.8%;土施硒锌结合叶面喷施硒、锌、铁时,玉米籽粒中铁含量比对照提高126.7%,大豆提高15.6%。

表4 硒、锌、铁对玉米和大豆籽粒锌含量的影响Table 4 Effect of Se,Zn and Fe on grain Zn content of maize and soybean

表5 硒、锌、铁对玉米和大豆子粒铁含量的影响Table 5 Effect of Se,Zn and Fe on Fe content in grain of maize and soybean

3 讨论

陕西永寿属典型石灰性土壤,碳酸盐含量和pH都较高,有机质含量低,微量元素生物有效性较低,作物微量元素缺乏现象较为普遍[8],严重缺乏硒、锌等元素。如何提高低硒地区农作物产量与农产品营养品质,已成为国内外研究的重要课题之一。

微量元素对作物的效应受剂量和作物种类影响。周勋波等[9]发现,适量微量元素可以促进植株生长、增加产量,过量则抑制其生长并产生毒害作用;王晋明等[7]在大蒜上的研究也表明,适量的硒能促进大蒜的生长发育,增加大蒜产量,过量则会对大蒜产量形成有抑制作用。章衡[10]发现,施锌后,在一定浓度范围内,白菜产量也有一定程度的增加;但是当锌施量超过一定浓度后,对白菜会产生毒害作用。本试验表明,仅施用氮、磷、钾肥料未必能提高玉米和大豆产量,而土施或者土施结合叶面喷施硒、锌、铁可显著提高玉米和大豆产量,说明施用适量硒、锌、铁不仅能促进作物的生长,而且还有利于作物产量显著提高。

一般认为,适宜浓度的微量元素硒可以促进植物对磷、钾等大量元素的吸收,而硒浓度过高则抑制植物对营养元素的吸收[11]。尚庆茂等[12]报道,增加营养液中的硒水平,促进了生菜对磷的吸收,却抑制了钾吸收。李登超等[13]认为,施硒增加了小白菜植株氮含量,降低了磷含量,对钾含量影响不大。董广辉等[6]报道,施用外源硒后大豆植株的含氮量在大豆成熟期与对照相比差异不显著,大豆植株含磷量明显低于对照。丁建国等[14]指出,在一定浓度范围内随着微量元素肥料铁浓度的升高,菠菜中氮素、磷素的含量相应增加,而铁元素浓度过高和过低均不利于菠菜对钾的吸收,只有在适当的浓度下才能促进钾素的吸收。本试验亦表明,施用硒、锌、铁时,玉米籽粒中氮含量较对照显著增加,而磷、钾元素无明显变化。说明施用硒、锌、铁对玉米中氮的吸收累积有促进作用。对大豆而言,施硒、锌、铁后大豆籽粒氮含量较对照没有明显变化,这可能与大豆特有的自生固氮作用有关,而磷和钾略有下降。无微量元素肥料情况下,磷、钾含量较高,而施用微量元素时,磷、钾含量略有降低,可能与大豆对养分的选择吸收有关。可见,施用微量元素硒、锌、铁能改变植物体内大量营养元素氮、磷、钾的含量,其影响程度因植物种类而异。目前,锌、铁与植物体内大量元素间关系报道较多,而硒元素报道较少,特别是硒、锌、铁配施甚少,这一方面的工作需更进一步地深入。

合理施用微量元素可促进作物生长,提高作物对养分的吸收能力,有效改善作物营养品质。如硒、锌等微量元素可有效改善作物根系的生长环境,而根系又是植物吸收水和养分的重要器官,所以适当补充硒、锌等元素对改善作物硒、锌营养有着重要作用。宋家永等[15]研究表明,施用硒肥,粮食作物含硒量可比对照增加3～32倍,水果增加2～4倍,蔬菜增加7～60倍。柳燕兰等[16]研究看出,小麦施锌肥后,小麦粒中锌含量增加48.4%。本试验表明,土施或结合叶面喷硒、锌、铁时,玉米和大豆籽粒硒、锌、铁含量可显著增加。这一结果对黄土高原低微量元素地区通过施用微肥增加食物的微量元素含量有较大的参考价值。综合考虑玉米、大豆产量和籽粒微量元素含量变化,建议锌、硒元素土壤施用,或土施结合叶面喷施施用,叶面喷施铁可有效提高作物籽粒的铁含量。

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