施用硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆產(chǎn)量與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

昝亞玲,王朝輝*,毛 暉,Graham Lyons

(1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,陜西楊凌712100;2 Waite Analytical Services School of Agriculture,Food and Wine,University of Adelaide,Adelaide,Australia 5064)

微量元素與人體健康有密切關(guān)系,土壤、水和食物中微量元素缺乏或過(guò)量會(huì)使人和動(dòng)物患有一些特殊疾病,如硒具有清除人體自由基、延緩衰老[1-2]、增強(qiáng)免疫力、抑制腫瘤和心血管病的發(fā)生和發(fā)展等作用[3-4],缺硒導(dǎo)致人體及動(dòng)物免疫功能下降,是造成癌癥、心腦血管疾病、糖尿病、腸胃病、克山病等40多種疾病的原因之一[5]。鋅對(duì)人體也有非常重要的生理功能,現(xiàn)已證實(shí),人體有200多種酶活性依賴鋅的存在;膳食中鋅攝入量不足嚴(yán)重影響人們的身心健康,造成免疫力降低,生長(zhǎng)發(fā)育停滯,智力發(fā)育障礙等多種病癥。鐵缺乏也是一個(gè)全球性問(wèn)題,據(jù)聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)統(tǒng)計(jì),全球目前大約有37億人缺鐵。發(fā)展中國(guó)家40%～50%的5歲以下兒童和50%以上孕婦患缺鐵病,嚴(yán)重缺鐵可出現(xiàn)心臟擴(kuò)大、心電圖異常,甚至出現(xiàn)心力衰竭,有的還出現(xiàn)精神失常,嚴(yán)重威脅人類健康。

硒、鋅、鐵等微量元素缺乏癥是困擾發(fā)展中國(guó)家和地區(qū)居民的重要營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題。對(duì)人體進(jìn)行微量元素調(diào)節(jié)已受到國(guó)內(nèi)外專家的重視,在瑞典已經(jīng)對(duì)多種作物進(jìn)行了富硒研究。在國(guó)內(nèi)已經(jīng)對(duì)小麥、水稻、蔬菜等多種作物進(jìn)行了微量元素方面的研究,但人們較多關(guān)注硒、鋅等元素對(duì)作物產(chǎn)量的影響,至于對(duì)作物品質(zhì)的影響,尤其是施用微量元素對(duì)農(nóng)產(chǎn)品微量元素營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響研究較少。陜西永壽屬典型的嚴(yán)重缺硒地區(qū),缺素引起植物生長(zhǎng)障礙及人畜缺素病癥較為嚴(yán)重,但國(guó)內(nèi)至今尚沒(méi)有關(guān)于如何調(diào)節(jié)該地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品的微量組分營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的研究報(bào)道?；诖?我們采用黃土高原低硒區(qū)土壤,研究外源硒、鋅、鐵對(duì)玉米、大豆產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響,以期了解硒、鋅、鐵對(duì)玉米、大豆產(chǎn)量和籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的作用效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2007年5月1日至2007年9月3日在西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院溫室進(jìn)行。供試土壤采自陜西省永壽縣養(yǎng)馬莊,其基本性狀為:pH 8.4,有機(jī)質(zhì) 16.75 g/kg,全氮 1.13 g/kg,硝態(tài)氮0.014 g/kg,銨態(tài)氮0.017 g/kg,速效磷 0.030 g/kg,速效鉀0.139g/kg,全鋅0.062 g/kg,全鐵31 g/kg,全硒0.86 mg/kg,有效鋅0.195 mg/kg,有效鐵1.012 mg/kg。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理:對(duì)照(CK);不施硒、鋅、鐵(A1);土施硒、鋅結(jié)合葉面噴鐵(A2);土施硒、鋅結(jié)合葉面噴施硒、鋅、鐵(A3)。除對(duì)照外,其他 3個(gè)處理均基施氮、磷、鉀肥,各肥料用量(均按風(fēng)干土計(jì)):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、鋅土施處理的用量為Se 0.86 mg/kg、Zn 35 mg/kg,葉面噴施處理的濃度為Se 12 mg/L、Zn 0.29 g/L。由于石灰性土壤低價(jià)鐵會(huì)很快氧化失效,在A2和A3處理中鐵均以葉面噴施的形式施用,濃度為Fe 0.13 g/L。

各肥料施用時(shí)期:氮肥50%作基肥,于播前施入;50%作追肥,分別于玉米大喇叭期、大豆蕾期隨灌水施入。磷、鉀肥及土施的硒、鋅肥均于播前施入。噴施的鐵肥在玉米抽雄期、大豆花蕾期,每5 d噴1次,連噴3次,每次噴施量為50 mL/盆,不施微量元素的處理同時(shí)噴等量清水。

試驗(yàn)采用36 cm×26 cm白色不透光塑料盆,于2007年5月1日裝盆播種。每盆裝風(fēng)干土8.0 kg,裝盆前,先取1 kg土分別與硒、鋅微肥混勻(硒以硒酸納溶液的形式加入),再與氮、磷、鉀肥混勻,然后與剩余的土壤混勻。裝土過(guò)程中,不斷振動(dòng)試盆,使土壤松緊合適;裝土 7.0 kg以后,灌水2000 mL,確保出苗前不再灌水;水分完全滲入土壤后,每盆均勻播種玉米6粒、大豆8粒,并將剩余土壤覆蓋于土面,覆土厚度約1.5 cm。每處理重復(fù)4盆。玉米長(zhǎng)出第3片葉時(shí),每盆定苗1株;大豆長(zhǎng)出第4片真葉時(shí),每盆定苗2株。采用容量法,根據(jù)作物長(zhǎng)勢(shì)和土壤干濕情況及時(shí)灌水。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

大豆于2007年8月31日收獲,玉米9月3日收獲。大豆植株分為莖葉、莢殼、籽粒;玉米分為莖葉(含苞葉)、穗軸、子粒。稱量各器官的鮮重后,根據(jù)樣品多少,各稱取部分鮮樣在105℃殺青20 min,50～55℃烘箱中烘干至恒重,稱干重。植物干樣磨細(xì)后密封備用。植株樣品中全氮含量采用凱氏定氮儀測(cè)定、全磷含量采用紫外分光光度計(jì)(鉬銻抗比色法)測(cè)定、全鉀含量采用火焰光度計(jì)測(cè)定。植株中全硒含量采用原子熒光法測(cè)定,植株中鋅、鐵含量由澳大利亞阿德萊德大學(xué)農(nóng)業(yè)與葡萄酒學(xué)院維特分析中心(Waite Analytical Services,School of Agriculture and Wine,University of Adelaide)采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES法)測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆生物量與產(chǎn)量的影響

施用適量硒、鋅、鐵能顯著提高玉米、大豆的生物量及產(chǎn)量。與對(duì)照(CK)相比,僅施用氮、磷、鉀(A1)時(shí),玉米、大豆的生物量及產(chǎn)量無(wú)明顯變化;土施硒鋅結(jié)合葉面施鐵(A2)時(shí),玉米生物量及產(chǎn)量分別比對(duì)照提高37.8%和73.8%,大豆提高111.9%和58.9%,均達(dá)顯著水平;土施硒鋅結(jié)合葉噴硒、鋅、鐵(A3)時(shí),玉米、大豆生物量分別增加8.8%和98.5%,產(chǎn)量提高 15.6%和115.1%(表1)。說(shuō)明僅施氮、磷、鉀未必能提高作物產(chǎn)量,而土施硒鋅結(jié)合葉面施鐵可明顯提高作物產(chǎn)量,但再結(jié)合葉面噴施硒、鋅、鐵反而會(huì)使增產(chǎn)效果下降。

表1 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆生物量與產(chǎn)量的影響(g/pot)Table 1 Effect of Se,Zn and Fe on biomass and grain yield of maize and soybean

2.2 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆籽粒大量元素含量的影響

施用氮、磷、鉀肥或硒、鋅、鐵均明顯提高玉米籽粒的含量,磷、鉀含量雖略有增加,但差異不顯著。與CK相比,A1處理,玉米籽粒中氮含量增加23.2%;A2處理,玉米籽粒氮含量比對(duì)照增加了25.6%;A3處理,玉米籽粒的氮含量比對(duì)照增加了38.7%(表2)。說(shuō)明土施硒鋅結(jié)合葉面噴施鐵可明顯提高玉米對(duì)氮素的吸收,土施硒鋅結(jié)合葉面噴施硒、鋅、鐵可進(jìn)一步提高玉米對(duì)氮素的吸收能力。

表2 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆籽粒氮、磷、鉀含量的影響(%)Table 2 Effect of Se,Zn and Fe on the contents of N,P and K in maize and soybean grain

表2還看出,僅施用氮、磷、鉀或施用硒、鋅、鐵,大豆籽粒氮含量無(wú)明顯變化。A1處理,大豆籽粒磷、鉀含量略有增加;A2處理,大豆籽粒磷、鉀含量有下降趨勢(shì),但差異不明顯;A3處理大豆籽粒磷、鉀含量分別比對(duì)照下降了31.5%、5.7%,達(dá)顯著水平。說(shuō)明施用硒、鋅、鐵對(duì)大豆籽粒氮的吸收和累積沒(méi)有明顯的促進(jìn)作用,而且還可能會(huì)抑制大豆子粒對(duì)磷、鉀元素吸收。

2.3 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆籽粒硒含量的影響

與對(duì)照比較,僅施氮、磷、鉀對(duì)玉米、大豆籽粒硒含量無(wú)明顯影響(表3)。土施硒或土施結(jié)合葉面噴施硒時(shí),玉米、大豆籽粒硒含量顯著提高,其中玉米籽粒硒含量比對(duì)照分別提高了385.1%和480.4%;大豆分別提高了469.8%和512.9%?？梢?jiàn),土施硒或土施結(jié)合葉面噴施硒可顯著提高玉米、大豆籽粒硒含量,是有效提高低硒地區(qū)居民膳食中硒含量的重要方法。

表3 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆籽粒硒含量的影響Table 3 Effect of Se,Zn and Fe on Se content in grain of maize and soybean

2.4 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆籽粒鋅含量的影響

施用微量元素鋅亦可明顯提高玉米、大豆籽粒中鋅含量(表 4)。與CK相比,僅施氮、磷、鉀時(shí),玉米籽粒中鋅含量無(wú)明顯變化,大豆籽粒中鋅含量卻下降35.4%;土施鋅或土施結(jié)合葉面噴施微量元素鋅,玉米籽粒鋅含量分別比對(duì)照提高72.1%、106.9%,大豆籽粒鋅分別提高了48%、62.2%,均達(dá)顯著水平。說(shuō)明土施鋅或土施結(jié)合葉面噴施鋅是提高玉米、大豆籽粒中鋅含量的有效方法。

2.5 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆籽粒鐵含量的影響

施用微量元素鐵可顯著提高玉米、大豆籽粒鐵含量(表5)。與對(duì)照相比,僅施氮、磷、鉀玉米、大豆籽粒鐵含量無(wú)明顯變化;土施硒鋅結(jié)合葉面噴施鐵時(shí),玉米籽粒鐵含量較對(duì)照提高了28.1%,大豆籽粒鐵含量提高了36.8%;土施硒鋅結(jié)合葉面噴施硒、鋅、鐵時(shí),玉米籽粒中鐵含量比對(duì)照提高126.7%,大豆提高15.6%。

表4 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆籽粒鋅含量的影響Table 4 Effect of Se,Zn and Fe on grain Zn content of maize and soybean

表5 硒、鋅、鐵對(duì)玉米和大豆子粒鐵含量的影響Table 5 Effect of Se,Zn and Fe on Fe content in grain of maize and soybean

3 討論

陜西永壽屬典型石灰性土壤,碳酸鹽含量和pH都較高,有機(jī)質(zhì)含量低,微量元素生物有效性較低,作物微量元素缺乏現(xiàn)象較為普遍[8],嚴(yán)重缺乏硒、鋅等元素。如何提高低硒地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量與農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),已成為國(guó)內(nèi)外研究的重要課題之一。

微量元素對(duì)作物的效應(yīng)受劑量和作物種類影響。周勛波等[9]發(fā)現(xiàn),適量微量元素可以促進(jìn)植株生長(zhǎng)、增加產(chǎn)量,過(guò)量則抑制其生長(zhǎng)并產(chǎn)生毒害作用;王晉明等[7]在大蒜上的研究也表明,適量的硒能促進(jìn)大蒜的生長(zhǎng)發(fā)育,增加大蒜產(chǎn)量,過(guò)量則會(huì)對(duì)大蒜產(chǎn)量形成有抑制作用。章衡[10]發(fā)現(xiàn),施鋅后,在一定濃度范圍內(nèi),白菜產(chǎn)量也有一定程度的增加;但是當(dāng)鋅施量超過(guò)一定濃度后,對(duì)白菜會(huì)產(chǎn)生毒害作用。本試驗(yàn)表明,僅施用氮、磷、鉀肥料未必能提高玉米和大豆產(chǎn)量,而土施或者土施結(jié)合葉面噴施硒、鋅、鐵可顯著提高玉米和大豆產(chǎn)量,說(shuō)明施用適量硒、鋅、鐵不僅能促進(jìn)作物的生長(zhǎng),而且還有利于作物產(chǎn)量顯著提高。

一般認(rèn)為,適宜濃度的微量元素硒可以促進(jìn)植物對(duì)磷、鉀等大量元素的吸收,而硒濃度過(guò)高則抑制植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[11]。尚慶茂等[12]報(bào)道,增加營(yíng)養(yǎng)液中的硒水平,促進(jìn)了生菜對(duì)磷的吸收,卻抑制了鉀吸收。李登超等[13]認(rèn)為,施硒增加了小白菜植株氮含量,降低了磷含量,對(duì)鉀含量影響不大。董廣輝等[6]報(bào)道,施用外源硒后大豆植株的含氮量在大豆成熟期與對(duì)照相比差異不顯著,大豆植株含磷量明顯低于對(duì)照。丁建國(guó)等[14]指出,在一定濃度范圍內(nèi)隨著微量元素肥料鐵濃度的升高,菠菜中氮素、磷素的含量相應(yīng)增加,而鐵元素濃度過(guò)高和過(guò)低均不利于菠菜對(duì)鉀的吸收,只有在適當(dāng)?shù)臐舛认虏拍艽龠M(jìn)鉀素的吸收。本試驗(yàn)亦表明,施用硒、鋅、鐵時(shí),玉米籽粒中氮含量較對(duì)照顯著增加,而磷、鉀元素?zé)o明顯變化。說(shuō)明施用硒、鋅、鐵對(duì)玉米中氮的吸收累積有促進(jìn)作用。對(duì)大豆而言,施硒、鋅、鐵后大豆籽粒氮含量較對(duì)照沒(méi)有明顯變化,這可能與大豆特有的自生固氮作用有關(guān),而磷和鉀略有下降。無(wú)微量元素肥料情況下,磷、鉀含量較高,而施用微量元素時(shí),磷、鉀含量略有降低,可能與大豆對(duì)養(yǎng)分的選擇吸收有關(guān)?？梢?jiàn),施用微量元素硒、鋅、鐵能改變植物體內(nèi)大量營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀的含量,其影響程度因植物種類而異。目前,鋅、鐵與植物體內(nèi)大量元素間關(guān)系報(bào)道較多,而硒元素報(bào)道較少,特別是硒、鋅、鐵配施甚少,這一方面的工作需更進(jìn)一步地深入。

合理施用微量元素可促進(jìn)作物生長(zhǎng),提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收能力,有效改善作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。如硒、鋅等微量元素可有效改善作物根系的生長(zhǎng)環(huán)境,而根系又是植物吸收水和養(yǎng)分的重要器官,所以適當(dāng)補(bǔ)充硒、鋅等元素對(duì)改善作物硒、鋅營(yíng)養(yǎng)有著重要作用。宋家永等[15]研究表明,施用硒肥,糧食作物含硒量可比對(duì)照增加3～32倍,水果增加2～4倍,蔬菜增加7～60倍。柳燕蘭等[16]研究看出,小麥?zhǔn)╀\肥后,小麥粒中鋅含量增加48.4%。本試驗(yàn)表明,土施或結(jié)合葉面噴硒、鋅、鐵時(shí),玉米和大豆籽粒硒、鋅、鐵含量可顯著增加。這一結(jié)果對(duì)黃土高原低微量元素地區(qū)通過(guò)施用微肥增加食物的微量元素含量有較大的參考價(jià)值。綜合考慮玉米、大豆產(chǎn)量和籽粒微量元素含量變化,建議鋅、硒元素土壤施用,或土施結(jié)合葉面噴施施用,葉面噴施鐵可有效提高作物籽粒的鐵含量。

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