不同磷源對土壤硒形態(tài)及小麥硒吸收轉(zhuǎn)運的影響

安軍妹 張棟 冶軍 羅定祥 王鵬

摘要：通過盆栽試驗，研究施用磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸脲和聚磷酸銨對土壤硒形態(tài)及小麥不同器官硒含量的影響。結(jié)果表明，施用磷酸二氫銨與磷酸氫二銨可明顯降低土壤中可交換態(tài)硒、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒、有機態(tài)硒含量，從而提高小麥各器官硒含量及小麥硒利用率。施用磷酸氫二銨的小麥硒利用率最高。土壤硒含量為1.153 mg/kg時，施用磷酸氫二銨的小麥硒利用率較磷酸脲、聚磷酸銨處理分別高55%、89%。土壤硒含量為0.308 mg/kg時，施用磷酸氫二銨的小麥硒利用率較磷酸脲、聚磷酸銨處理分別提高78%、95%。施用磷酸二氫銨與磷酸氫二銨能提高小麥各器官硒含量和小麥硒利用率，而施用磷酸脲與聚磷酸銨對土壤不同形態(tài)硒含量及小麥各器官硒含量總體無顯著影響。

關(guān)鍵詞：磷源;土壤硒;形態(tài);小麥;吸收轉(zhuǎn)運

中圖分類號： S512.106 ?文獻標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）16-0119-04

收稿日期：2018-04-26

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2012BAD42B02）。

作者簡介：安軍妹（1995—），女，新疆伊犁人，碩士研究生，主要從事新型肥料研制與現(xiàn)代施肥技術(shù)研究。

通信作者：冶 軍，碩士，副教授，主要從事新型肥料研制與現(xiàn)代施肥技術(shù)研究。

硒是人體必需的微量元素之一[1]，能夠增強動物機體的免疫功能，有防病和抗癌的作用[2]。有研究表明，硒具有抗氧化、延緩衰老和抗腫瘤的功效[3]，被稱為生命的奇效元素[4]。從世界范圍來看，土壤缺硒現(xiàn)象非常普遍[5]。在我國，有72%的地區(qū)存在缺硒和低硒狀況[6]。人體攝取硒的主要來源是食物，大多數(shù)作物從土壤中吸收的硒在其可食用部位富集[7-8]。土壤是作物吸收硒的主要來源，土壤硒的有效性在很大程度上決定了土壤的供硒能力，提高土壤中硒的有效性對人體健康具有十分重要的意義。向土壤中施硒可提高作物的硒含量，滿足人和動物對硒的需求[9]。然而，施入土壤中的硒肥能夠被作物吸收利用的僅有5%～30%，剩余70%～90%的硒肥會殘留在土壤中。殘留在土壤中的硒會隨水遷移，污染地下水，從而對人體健康造成威脅[10]。因此，通過添加外源物提高土壤有效硒的含量則顯得尤為重要。

磷是作物生長必需的大量元素，被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中來提高作物產(chǎn)量[11]。磷與硒之間的相互作用會直接影響硒在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化、吸收累積及生物有效性[12]。土壤硒的形態(tài)及其化學(xué)行為與磷有一定的相似性，這在許多關(guān)于土壤對磷和硒吸附行為的研究中得到了驗證[13]。土壤中磷與硒存在競爭吸附，且土壤對磷的吸附能力大于硒，因此施用磷肥可以降低土壤對硒的吸附，從而提高作物中硒的含量[14]。目前的研究多集中在土壤硒有效性的影響因素和提高酸性土壤硒的有效性上。在土壤環(huán)境中，磷與硒均以陰離子形式存在，2種陰離子對于作物的吸附位點可能存在拮抗作用。當(dāng)土壤中磷含量増多時，硒可能會被釋放為游離態(tài)，易被作物吸收，土壤有效磷含量對土壤中硒的有效性具有調(diào)控作用，因此本研究將利用作物生長必須施用的磷肥來提高土壤中硒的有效性[15]。在谷類作物中，小麥對硒有較好的富集能力，且小麥?zhǔn)侨藗冊谌粘ｏ嬍持兴x擇的主要糧食作物之一。因此，本試驗在2種硒含量不同的天然富硒土壤中增施4種不同磷源，旨在研究4種不同磷源對土壤中不同形態(tài)硒變化和對小麥吸收硒的影響，以期為提高土壤中硒的利用率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗站網(wǎng)室進行。試驗材料為小麥品種新春35號，磷源選用4種，即磷酸二氫銨（NH4H2PO4），其中有效磷（P2O5）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51%，用MAP表示;磷酸氫二銨[（NH4）2HPO4]，其中有效磷（P2O5）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%，用DAP表示;磷酸脲[CO（NH2）2·H3PO4]，其中有效磷（P2O5）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44%，用UP表示;聚磷酸銨[（NH4PO3）n]，其中有效磷（P2O5）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，用APP表示。所用試劑均為分析純，供試土壤分別采自新疆石河子市148團1連（用SE1表示，全硒含量為1.153 mg/kg）與148團17連（用SE2表示，全硒含量為0.308 mg/kg），土壤類型為灌耕灰漠土。

1.2 試驗方法

將采集來的土壤風(fēng)干后過2 mm篩，選擇直徑為25 cm，高30 cm的塑料盆，每盆裝土4 kg。按照施磷量（P2O5）為 1 g/kg 分別施入磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸脲和聚磷酸銨，以不施磷作為對照（CK）處理，每個處理6次重復(fù)，共30個處理。按施氮量為2 g/kg調(diào)節(jié)，使所有處理含氮量相同，施用1 g/kg氧化鉀（K2O）。氮肥選用尿素，鉀肥選用硫酸鉀。氮肥、鉀肥在裝土?xí)r與土充分混勻一次施入，磷肥用小型噴霧器均勻噴入土壤，平衡15 d后播種。每盆播種50粒種子，待小麥長到3葉期時，定苗至30株/盆，出苗后90 d收獲小麥。

1.3 測量指標(biāo)

測量指標(biāo)包括土壤全硒、土壤有效硒、土壤不同形態(tài)硒、植株全硒含量等。

轉(zhuǎn)運系數(shù)=小麥地上部硒含量/小麥根部硒含量;

小麥硒利用率=小麥硒含量×小麥生物量/（土壤硒含量×土壤質(zhì)量）。

1.4 測定項目和方法

小麥在蠟熟期收獲后，測定土壤全硒、土壤有效硒、土壤不同形態(tài)硒、植株全硒含量。

在小麥蠟熟期進行取樣，整株取出后按根、莖、葉、穗分開，用去離子水洗凈，并用吸水紙擦干。105 ℃殺青 0.5 h，60 ℃ 烘至恒重，磨細(xì)后裝入自封袋備用。同時，將土樣自然風(fēng)干并去除根系等雜質(zhì)后過0.154 mm篩，裝入自封袋備用。

土壤全硒含量按照NY/T 1104—2006《土壤中全硒的測定》測定。

土壤有效硒含量采用0.5 mol/L的NaH2PO4作為浸提劑[16]測定。

土壤不同形態(tài)硒含量采用五種結(jié)合形態(tài)的連續(xù)浸提方法[17]測定。

植株全硒含量參照GB 5009.93—2017《食品中硒的測定》測定。

土壤全硒、土壤有效硒、土壤不同形態(tài)硒、植株全硒含量測定所用儀器為海光LC-AFS 9700 原子熒光光譜儀。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)處理與圖表制作，通過SPSS 19.0軟件進行2因素方差分析和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤硒形態(tài)及含量變化

由表1可知，與CK相比，施用DAP的土壤中可交換態(tài)硒、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒、有機態(tài)硒含量均顯著降低。供試土壤為SE1時，MAP和DAP處理的土壤可交換態(tài)硒含量、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒含量、有機態(tài)硒含量高于供試土壤SE2。

2.2 小麥各器官硒含量

由表2可知，與CK相比，施用MAP和DAP均可明顯提高小麥根、莖、葉及穗部的硒含量，且當(dāng)磷源選用DAP時，小麥根、莖、葉及穗部的硒含量提高量最大。與CK相比，施用APP對小麥根、莖、葉及穗部硒含量無顯著影響。

供試土壤為SE1時，小麥根、莖、葉、穗中的硒含量均高于SE2，說明可能在硒含量高的土壤中小麥吸收硒的能力更強。不同磷源處理對小麥根、莖、葉、穗中硒含量的影響由大到小依次為DAP>MAP>UP>APP。

2.3 硒轉(zhuǎn)運系數(shù)

由表3可知，供試土壤為SE1時，MAP、DAP處理莖的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)較CK處理分別提高了3.4%、6.3%，但與CK差異不顯著;4種磷源均對小麥葉部的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)沒有顯著影響;MAP、DAP處理小麥穗部的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)較CK處理分別提高了23.6%、53.9%，顯著提高了小麥穗部的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)。

供試土壤為SE2時，與CK相比，施用MAP后小麥莖部、穗部的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)分別提高了24.2%、58.2%，施用DAP后小麥莖部、穗部的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)分別提高了60.4%、97.7%;施用MAP和DAP均顯著提高小麥莖部和穗部的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)。施用APP對小麥莖、葉和穗部的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)均無顯著影響。

2.4 硒利用率

由圖1可知，在2種不同硒含量土壤中施用MAP、DAP時，小麥硒的利用率均顯著高于施用UP與APP的處理，其中DAP處理的小麥硒利用率最高。供試土壤為SE1時，DAP處理的小麥硒利用率較UP、APP處理分別高55%、89%。供試土壤為SE2時，DAP處理的小麥硒利用率較UP、APP處理分別提高78%、95%。

3 討論與結(jié)論

由于土壤中有效硒含量較低，其中可被作物直接吸收利用的有效硒含量更低。土壤中有效硒含量是直接影響小麥中硒含量的重要因素。目前，施用磷對作物硒吸收影響的研究結(jié)果差別較大。黃敏等認(rèn)為，長期施磷或施用有機肥可以顯著擴大土壤中的有效磷庫[18-19]。?通過增施磷源對土壤硒的有效性進行內(nèi)源調(diào)控基于的是陰離子交換作用，H2PO4-可將被吸附在土壤固相表面的硒酸根取代出來[20]，即施入的磷源能夠取代被固定的硒酸根。趙文龍等的研究結(jié)果顯示，小白菜地上部、地下部硒含量均隨施入磷濃度的增加而下降，但施磷卻顯著增加了小白菜硒的吸收量和硒利用率，且同等硒濃度下低磷處理小白菜的硒利用率高于高磷處理，表明適量施磷能提高硒的利用率[21]。王偉妮等的研究結(jié)果表明，施用氮、磷、鉀肥均能顯著提高水稻的生物量[22]。周建利等的研究顯示，氮、磷、鉀肥和硒肥的配施能促進營養(yǎng)生長期水稻的生長及其對硒的吸收，增施硒肥能提高營養(yǎng)生長期水稻硒含量[23]。也有人認(rèn)為施磷可通過增強植物的蒸騰作用和對根生長的促進間接地增加硒的被動吸收[24]。陳思楊等研究發(fā)現(xiàn)，在極低的硒含量條件下，與缺磷處理相比，施磷處理水稻幼苗硒的轉(zhuǎn)運系數(shù)增加[25]。因此，低硒條件下，適量的磷能夠促進植物的生長和蒸騰作用，使得更多的硒轉(zhuǎn)運到地上部。

這與本研究結(jié)果一致。

目前有關(guān)作物吸收硒的機制研究大部分集中在與磷的交互作用，研究發(fā)現(xiàn)，由于磷酸根在土壤膠體上的吸附位點與Se4+相似，當(dāng)土壤中磷酸根含量多于Se4+時，在競爭吸附作用下，土壤溶液解析出較多的硒供作物吸收[26]。然而，我國學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，磷與硒間既有協(xié)同作用又有拮抗作用，當(dāng)土壤中磷酸根含量較少時，由于二者間化學(xué)性質(zhì)相似，兩者間的作用表現(xiàn)為拮抗作用;當(dāng)土壤中磷酸根含量較多時，則主要表現(xiàn)為協(xié)同作用;一方面，磷酸根與亞硒酸根在土壤膠體上競爭吸附，促使土壤溶液解析出較多的硒供植物吸收;另一方面，磷能夠促進植物根系生長發(fā)育，從而增加植物對硒的吸收能力[27]。劉勤等的研究顯示，稻田施磷量較少（0.08 mg/kg）時，在植株根際，由于磷、硒的化學(xué)相似性，在水稻吸收硒時，磷對硒可能產(chǎn)生拮抗作用，抑制硒在稻株體內(nèi)的累積，此時拮抗作用占主導(dǎo)地位;當(dāng)供磷量增加（0.4 mg/kg）時，由于磷酸根與亞硒酸根在土壤顆粒表面具有相似的吸附位點，相互競爭吸附，磷能使土壤溶液解析出較多的硒供水稻植株吸收，從而促使稻株硒吸收量增加[6]。目前的研究沒有很清楚地闡明磷對土壤中不同形態(tài)硒轉(zhuǎn)化以及對小麥吸收轉(zhuǎn)運硒的影響，本研究通過用4種不同磷源處理試驗，力圖闡明上述問題，得到以下結(jié)論：（1）施用磷酸二氫銨和磷酸氫二銨可以明顯提高小麥根、莖、葉和穗部的硒含量，其中施用磷酸氫二銨的小麥各器官的硒含量較CK的提高量最大。主要是由于施用磷酸二氫銨與磷酸氫二銨可以活化土壤中可交換態(tài)硒、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒和有機態(tài)硒供小麥吸收利用。轉(zhuǎn)運系數(shù)表示植株從地下部向地上部轉(zhuǎn)運營養(yǎng)元素的能力[28]，施用磷酸二氫銨和磷酸氫二銨可以顯著提高小麥的硒轉(zhuǎn)運系數(shù)。施用聚磷酸銨對小麥根、莖、葉及穗部硒含量無顯著影響。

（2）施用磷酸二氫銨和磷酸氫二銨可以明顯降低土壤中可交換態(tài)硒、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硒、有機態(tài)硒含量占土壤全硒含量的百分比，但對可溶態(tài)硒含量占土壤全硒含量的百分比無明顯影響。磷酸脲處理明顯降低土壤中有機態(tài)硒含量。聚磷酸銨處理對土壤中不同形態(tài)硒含量占土壤全硒含量的百分比無明顯影響。由此可知，磷酸二氫銨和磷酸氫二銨可促使土壤中穩(wěn)定態(tài)硒轉(zhuǎn)化成有效態(tài)硒供植物吸收利用，造成這一現(xiàn)象的原因是土壤中磷酸鹽與硒存在競爭吸附的關(guān)系，而土壤對磷的吸附能力大于對硒的吸附能力[29]。

綜上所述，施用磷酸二氫銨和磷酸氫二銨可將被土壤吸附的硒以及穩(wěn)定態(tài)硒轉(zhuǎn)化成有效態(tài)硒供植物吸收利用，選用磷酸二氫銨與磷酸氫二銨作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的磷肥可能是提高土壤硒有效性的一種可行途徑。

參考文獻：

[1]張均華，朱練峰，禹盛苗，等. 稻田硒循環(huán)轉(zhuǎn)化與水稻硒營養(yǎng)研究進展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2012，23（10）：2900-2906.

[2]姚 歡，宗良綱，孟 蝶，等. 增施磷肥對提高強酸性高硒茶園土壤硒有效性的效果[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報，2015，15（4）：288-293.

[3]于淑慧. 磷對水稻吸收硒的影響研究[D]. 重慶：西南大學(xué)，2015.

[4]張現(xiàn)偉，鄭家奎，張 濤，等. 富硒水稻的研究意義與進展[J]. 雜交水稻，2009，24（2）：5-9.

[5]Cao Z H，Wang X C，Yao D H，et al. Selenium geochemistry of paddy soils in Yangtze River Delta[J]. Environment International，2001，26（5）：335-339.

[6]劉 勤，曹志洪. 磷硒交互作用對水稻硒吸收累積的影響[J]. 揚州大學(xué)學(xué)報，2003（4）：67-70.

[7]黃春雷，魏迎春，簡中華，等. 浙中典型富硒區(qū)土壤硒含量及形態(tài)特征[J]. 地球與環(huán)境，2013，41（2）：155-159.

[8]劉 義，邵樹勛. 鳳岡富硒富鋅茶園土壤中的鋅及其形態(tài)分析[J]. 地球與環(huán)境，2010，38（3）：328-332.

[9]Keskinen R，Turakainen M，Hartikainen H. Plant availability of soil selenate additions and selenium distribution within wheat and ryegrass[J]. Plant and Soil，2010，333（1/2）：301-313.

[10]Eich-Greatorex S，Sogn T A，gaard A F，et al. Plant availability of inorganic and organic selenium fertiliser as influenced by soil organic matter content and pH[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems，2007，79（3）：221-231.

[11]廖曉勇，陳同斌，閻秀蘭，等. 提高植物修復(fù)效率的技術(shù)途徑與強化措施[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007，27（6）：881-893.

[12]趙文龍，胡 斌，王嘉薇，等. 磷與四價硒的共存對小白菜磷、硒吸收及轉(zhuǎn)運的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，33（7）：2020-2026.

[13]侯軍寧，李繼云. 土壤硒的形態(tài)及有效硒的提取[J]. 土壤學(xué)報，1990（4）：405-410.

[14]Lee S，Doolittle J J，Woodard H J，et al. Selenite adsorption and desorption in selected South Dakota soils as a function of pH and other oxyanions[J]. Soil Science，2011，176（2）：73-79.

[15]姚 歡. 不同磷肥對強酸性高硒茶園土壤中硒有效性的影響[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[16]溫國燦，黃 艷，郭永玲，等. 酸性土壤有效硒提取條件優(yōu)化的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報， 2007，26（5）：1996-2000.

[17]吳少尉，池 泉，陳文武，等. 土壤中硒的形態(tài)連續(xù)浸提方法的研究[J]. 土壤，2004，36（1）：92-95.

[18]黃 敏，吳金水，黃巧云，等. 土壤磷素微生物作用的研究進展[J]. 生態(tài)環(huán)境，2003（3）：366-370.

[19]劉杏蘭，高 宗，劉存壽，等. 有機-無機肥配施的增產(chǎn)效應(yīng)及對土壤肥力影響的定位研究[J]. 土壤學(xué)報，1996（2）：138-147.

[20]馬立鋒，石元值，阮建云. 蘇、浙、皖茶區(qū)茶園土壤pH狀況及近十年來的變化[J]. 土壤通報，2000，31（5）：205-207.

[21]趙文龍，梁東麗，石 美，等. 磷酸鹽與硒酸鹽相互作用對小白菜磷和硒吸收的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，32（12）：2331-2338.

[22]王偉妮，魯劍巍，何予卿，等. 氮、磷、鉀肥對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分吸收利用的影響[J]. 中國水稻科學(xué)，2011，25（6）：645-653.

[23]周建利，王 孟，吳東梅，等. 硒肥與氮磷鉀肥配施對營養(yǎng)生長期水稻生長及硒吸收的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016，47（12）：2041-2046.

[24]Xu G，Levkovitch I，Soriano S，et al. Integrated effect of irrigation frequency and phosphorus level on lettuce：P uptake，root growth and yield[J]. Plant and Soil，2004，263（1）：297-309.

[25]陳思楊，江榮風(fēng)，李花粉. 苗期小麥和水稻對硒酸鹽/亞硒酸鹽的吸收及轉(zhuǎn)運機制[J]. 環(huán)境科學(xué)，2011，32（1）：284-289.

[26]Barrow N J，Cartes P，Mora M L. Modifications to the Freundlich equation to describe anion sorption over a large range and to describe competition between pairs of ions[J]. European Journal of Soil Science，2005，56（5）：601-606.

[27]李金峰，聶兆君，趙 鵬，等. 土壤-植物系統(tǒng)中硒營養(yǎng)的研究進展[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016，47（5）：649-656.

[28]Renkema H，Kikkert J，Hale B，et al. The effect of transpiration on thallium uptake and mobility in durum wheat and spring canola[J]. Plant and Soil，2012，354（1/2）：229-238.

[29]Nakamaru Y，Sekine K. Sorption behavior of selenium and antimony in soils as a function of phosphate ion concentration[J]. Soil Science and Plant Nutrition，2008，54（3）：332-341.