微量元素噴施對冬小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

許亞芳，王 云，任帥帥，秦世玉，趙 鵬

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/河南省土壤污染防控與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州450002）

0 引言

農(nóng)作物籽粒作為人類糧食的主要來源，為人類健康提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)。然而農(nóng)田土壤微量元素的缺乏會導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的降低，進(jìn)而導(dǎo)致人體微量營養(yǎng)素缺乏影響人體健康[1]。研究已發(fā)現(xiàn)微量元素的缺乏與7.3%的疾病存在關(guān)系，例如鋅(Zn)的缺乏會導(dǎo)致生長緩慢、精神發(fā)育受損、抵抗力降低易感染疾病等一系列健康問題[2-3]。在植物中，必需的微量元素包括鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、硼(B)、鉬(Mo)、氯(Cl)、鎳(Ni)，這些微量元素在植物體內(nèi)主要以酶和輔酶的成分或活性中心，參與植物體內(nèi)的碳、氮、硫代謝。而礦質(zhì)元素的缺乏不僅影響到植物的生長和器官發(fā)育，嚴(yán)重缺乏會導(dǎo)致減產(chǎn)或作物的死亡。而作物體內(nèi)的礦質(zhì)元素主要來自土壤，土壤中礦質(zhì)元素的豐缺決定了作物體內(nèi)礦質(zhì)元素情況。雖然其中一些元素在地殼中具有豐富的含量，但是在土壤環(huán)境中一些特定條件則會降低其溶解性，進(jìn)而降低其生物有效性[4-5]。例如魯劍巍等[6]對湖北省柑橘主產(chǎn)區(qū)143個柑橘園土壤樣品測試分析發(fā)現(xiàn)，柑橘園土壤中微量元素含量呈現(xiàn)一定的地域性變化，部分地區(qū)Fe、Mn、Zn含量較低，且土壤有效Cu和B受人為活動影響顯著。高雅潔等[7]研究發(fā)現(xiàn)在中國北方石灰性土壤中，微量元素的有效性相對偏低，這也嚴(yán)重制約了冬小麥對土壤中的微量元素吸收。另外在重慶調(diào)查15個柑橘主產(chǎn)縣土壤樣本發(fā)現(xiàn)，土壤中有效Zn、B含量較低，有效Mn含量缺乏[8]；低的生物有效性導(dǎo)致植物對微量元素的吸收減少，進(jìn)而降低植物籽粒對微量元素的積累。陳翠玲等[9]對河南省潮土等6種土類耕層的100個土壤養(yǎng)分進(jìn)行中微量元素全量分析發(fā)現(xiàn)，土壤中Mn和Zn含量低于全國平均水平，存在土壤缺素風(fēng)險；另外張書芬等[10]對油菜產(chǎn)區(qū)土壤中微量元素含量分析發(fā)現(xiàn)，不同地點(diǎn)土壤中的微量元素含量差異較大，部分地區(qū)微量元素含量缺乏嚴(yán)重。

研究表明，在微量元素缺乏土壤上基施微量肥，可以顯著提高耕層土壤微量元素的有效含量，但是其對籽粒微量元素的生物積累影響較小，而葉面噴施則可以顯著提高作物籽粒微量元素的積累[11]。也有研究表明，微量元素肥料葉片噴施效果要優(yōu)于土壤施用。例如在小麥葉面噴施微肥（Zn、Fe、硒(Se)），可以顯著增加冬小麥的產(chǎn)量和籽粒的微量元素含量[12-13]，對籽粒蛋白質(zhì)含量影響均不顯著[14]。王麗等[15]通過田間試驗(yàn)研究了拔節(jié)中期和抽穗前期冬小麥葉面噴施微量元素(Zn、Fe、Se)可以提高冬小麥的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素，同時提高了籽粒的微量元素含量。李孟華等[16]研究表明，與土施鋅相比，葉面噴施是更加經(jīng)濟(jì)有效、環(huán)境友好的Zn肥施用方式，是提高小麥Zn營養(yǎng)品質(zhì)切實(shí)可行的措施。另外從成本角度考慮，葉面噴施微肥對提高小麥籽粒產(chǎn)量和微量元素含量的效果也是最佳，也較經(jīng)濟(jì)。但是，目前對于微量元素營養(yǎng)液噴施的不同濃度和噴施的不同時期對冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究較少。因此，本項(xiàng)目擬以全營養(yǎng)液為基礎(chǔ)營養(yǎng)液，通過分析不同濃度和不同噴施時期噴施微肥對冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，探究最佳噴施濃度和噴施時期，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中微量元素噴施提供依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017—2018年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)（北緯35°5′358″、東經(jīng)113°56′56″）進(jìn)行。試驗(yàn)地屬于溫暖帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤為潮土。耕層(0～20 cm)土壤本底值：pH7.6、有機(jī)質(zhì)13.2g/kg、堿解氮54.4mg/kg、有效磷23.5 mg/kg、速效鉀154.7 mg/kg、土壤有效鈣5579.60 mg/kg、有效鎂217 mg/kg、有效B 0.68 mg/kg、有效Zn 2.29 mg/kg、有效Fe 13.18 mg/kg、有效Mn 24.36 mg/kg、有效Cu 1.25 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)設(shè)計

小麥品種為‘百農(nóng)207’，試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計，主處理為不同生育期噴施微肥，設(shè)置苗期(A1)、苗期+拔節(jié)期(A2)、苗期+拔節(jié)期+揚(yáng)花期(A3)、拔節(jié)期(A4)、拔節(jié)期+揚(yáng)花期(A5)、揚(yáng)花期(A6)3個生長時期6個組合，主區(qū)長18 m，寬3.6 m，面積為64.8 m2，副處理為不同濃度噴施，主處理4次重復(fù)；副區(qū)設(shè)置1倍(B1)、50倍(B2)、100倍(B3)和500倍(B4)微量元素營養(yǎng)液濃度4個處理，副區(qū)長9 m，寬1.9 m，面積為17.1 m2。微量元素噴施濃度分別為：Fe 100μmol/L、Mn 9.1μmol/L、Cu 0.3μmol/L、Zn 0.8μmol/L，噴施量為每平方米0.6 L營養(yǎng)液。另設(shè)不噴施微肥（噴施等量水）為對照。小麥采用常規(guī)播種，種植前施用小麥專用配方肥為底肥，氮(N)：磷(P2O5)：鉀(K2O)為18:16:8，施用量為750 kg/hm2，一次性基施。其他田間管理與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶種植一致。

1.3 樣品采集及元素測定

小麥于2018年6月份收獲，成熟期取樣：（1）不同小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取1 m2小麥籽粒，做好標(biāo)記裝網(wǎng)袋。樣品自然風(fēng)干，脫粒稱重，計算產(chǎn)量。（2）另外在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)抽取10個麥穗，做好標(biāo)記裝小網(wǎng)袋。樣品自然風(fēng)干，去穎殼等，用于計算穗粒數(shù)、每公頃穗數(shù)和千粒重。然后于烘箱中烘干至恒重，磨碎，用于微量元素測定。烘干樣品參照Qin等[17]方法，用HNO3-HClO4法消化，原子吸收分光光度計法測定籽粒Fe、Mn、Cu和Zn元素含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理，SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用最小顯著差數(shù)法(Least significant different,LSD)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 微肥噴施對小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素如表1。產(chǎn)量變化范圍為3741～6204 kg/hm2，變異系數(shù)為10.49%。其中最小產(chǎn)量處理為A1B1，最大產(chǎn)量處理為A4B4，相對于空白處理（噴施清水），最大處理產(chǎn)量增加39.52%。穗數(shù)變化范圍為208.33～384.98萬個/hm2，變異系數(shù)為12.89%。其中最小值為A1B1處理，最大值為A5B1處理。穗粒數(shù)變化范圍為27.28～37.23個/穗，變異系數(shù)為7.67%。其中最小值為A2B2處理，最大值為A3B2處理。千粒重變化范圍為47.31～60.25 g，變異系數(shù)為5.34%。其中最小值為A5B1處理，最大值為A4B2處理。

表1 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

對不同噴施時期和噴施濃度條件下產(chǎn)量數(shù)據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)，主區(qū)處理（噴施時期）和副區(qū)處理（噴施濃度）對產(chǎn)量均達(dá)到顯著水平（p值分別為0.012931和0.020505），其中A3噴施時期處理具有最高的平均產(chǎn)量5876.8 kg/hm2；B4噴施濃度處理下具有最高的平均產(chǎn)量5792.8 kg/hm2。而交互處理未達(dá)到顯著水平（P值為0.330128）（表2）。因此A3B4處理組合條件下具有最優(yōu)產(chǎn)量5717.9 kg/hm2。另一方面，A2、A4、A5和A6處理與A3處理下的平均產(chǎn)量并沒有顯著差異，B3與B4處理下平均產(chǎn)量也沒有顯著差異。

表2 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下產(chǎn)量的方差分析

2.2 微肥噴施對籽粒Zn含量的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同微肥噴施時期和噴施濃度影響了小麥籽粒中Zn的含量（表3）。籽粒中Zn含量的變化范圍為31.07～44.68 mg/kg。其中A3B1具有最大Zn含量，相對于空白處理，Zn含量提高37.86%。對不同噴施時期和噴施濃度條件下Zn含量數(shù)據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)，主區(qū)處理（噴施時期）、副區(qū)處理（噴施濃度）和交互處理均未達(dá)到顯著水平（表4）。因此A3B1處理組合條件下具有最高Zn含量44.68 mg/kg，為最優(yōu)處理。

表3 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下Zn含量

表4 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下Zn含量的方差分析

2.3 微肥噴施對籽粒Cu含量的影響

由表5可知，不同微肥噴施時期和噴施濃度影響了小麥籽粒中Cu含量。其中籽粒Cu變化范圍為1.75～28.67 mg/kg，最小Cu含量處理為A6B4，最大產(chǎn)量處理為A1B1，最大處理下籽粒Cu含量提高了1649.87%。同樣，對Cu含量數(shù)據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)，主區(qū)處理（噴施時期）、副區(qū)處理（噴施濃度）和交互處理（噴施時期×噴施濃度）均達(dá)到顯著水平（P值分別為0.00001、0.001和0.002）（表6）。多重比較發(fā)現(xiàn)，A1噴施時期處理具有最高的平均Cu含量15.77 mg/kg；B1噴施濃度處理下具有最高的平均Cu含量11.47 mg/kg；交互處理A1B1處理下具有最高的Cu含量28.67 mg/kg，A6B4處理下具有最小Cu含量，為1.8 mg/kg。

表5 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下Cu含量

表6 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下Cu含量的方差分析

2.4 微肥噴施對籽粒Fe含量的影響

由表7可知，不同微肥噴施時期和噴施濃度影響了小麥籽粒中Fe含量。其中籽粒Fe變化范圍為73.62～203.99 mg/kg，最小Fe含量處理為A6B2，最大含量處理為A3B1。相對于空白處理，A3B1處理下籽粒Fe含量提高了148%。對Fe含量數(shù)據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)，副區(qū)處理（噴施濃度）對Fe含量沒有顯著影響，主區(qū)處理（噴施時期）和交互處理均達(dá)到顯著水平（P值分別為0.002和0.018）（表8）。對不同微肥噴施時期平均Fe含量進(jìn)行多重比較發(fā)現(xiàn)，A3和A2具有最高的平均Fe含量146.65 mg/kg和145.00 mg/kg，A6處理具有最低Fe含量，且A1、A4、A5和A6；交互處理A3B1處理下具有最高的Fe含量，分別為203.99 mg/kg。

表7 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下Fe含量

表8 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下Fe含量的方差分析

2.5 微肥噴施對籽粒Mn含量的影響

由表9可知，不同微肥噴施時期和噴施濃度影響了小麥籽粒中Mn的含量。其中籽粒Mn變化范圍為36.48～55.56 mg/kg，其中最小Mn含量處理為A1B4，最大產(chǎn)量處理為A6B4。相對于空白處理，最大Mn含量提高了26.82%。對Mn含量數(shù)據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)，主區(qū)處理（噴施時期）和副區(qū)處理（噴施濃度）對籽粒Mn含量均沒有顯著影響，而噴施時期和噴施濃度的交互處理對Mn含量達(dá)到顯著水平(P=0.012)（表10）。因此，對籽粒Mn含量進(jìn)行多重比較發(fā)現(xiàn)，A6B4處理下具有最高的Mn含量，為55.56 mg/kg。

表9 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下Mn含量

續(xù)表9

表10 不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下Mn含量的方差分析

3 討論

3.1 微肥噴施與產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素的關(guān)系

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同微肥噴施時期和噴施濃度條件下的產(chǎn)量變化范圍為3741～6204 kg/hm2，其中最小產(chǎn)量處理為苗期噴施1倍營養(yǎng)液處理(A1B1)，最大產(chǎn)量處理為拔節(jié)期噴施500倍營養(yǎng)液處理(A4B4)。相對于空白處理（噴施清水），A4B4處理產(chǎn)量提高幅度為39.51%，這說明拔節(jié)期噴施高濃度微肥可以顯著提高小麥產(chǎn)量。同時，對最高產(chǎn)量處理(A4B4)和最低產(chǎn)量處理(A1B1)下產(chǎn)量構(gòu)成要素分析發(fā)現(xiàn)，A4B4高產(chǎn)主要是由該處理下小麥具有高的穗數(shù)和千粒重。先前研究表明，葉面噴施Zn、Fe和Mn都被證實(shí)可以提高小麥籽粒產(chǎn)量，但是沒有達(dá)到顯著水平[15,18]。另外不同微量元素對產(chǎn)量提高貢獻(xiàn)值不一樣，例如王麗等[15]發(fā)現(xiàn)在小麥葉面噴施Zn、Fe和Se對增產(chǎn)幅度為0.71%～3.36%，F(xiàn)e肥增產(chǎn)顯著高于對照（噴施清水），且增產(chǎn)效果優(yōu)于Zn肥。興榮榮等[19]發(fā)現(xiàn)施Zn和Fe肥混合施用條件下，小麥具有最高的產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為19.6%。同樣楊靜等[20]研究發(fā)現(xiàn)微量元素配合施用可以顯著提高冬小麥的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量。關(guān)于微肥與小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素關(guān)系的研究結(jié)果不盡一致。有研究發(fā)現(xiàn)，單施Zn、Fe微肥等對穗粒數(shù)、穗數(shù)和千粒重均沒有顯著影響[12,21]。也有研究表面施用Zn、Fe肥可以顯著增加了千粒重、穗數(shù)和穗粒數(shù)[14]。例如，施用微肥可以增加小麥產(chǎn)量的原因在于顯著提高千粒重[22]。另外，不同的噴施時期也影響了礦質(zhì)元素的生物有效。例如小麥拔節(jié)期葉面噴施Fe肥可以增加籽粒產(chǎn)量[20]。拔節(jié)中期和抽穗前期葉面噴施Zn、Fe肥，可以提高小麥的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素[14]。結(jié)合本研究結(jié)果可以得出，拔節(jié)期噴施高濃度微量元素肥料對增產(chǎn)最有利。

3.2 微肥噴施與籽粒微量元素含量的關(guān)系

先前研究表明，葉面噴施Zn和Fe微肥可以顯著提高小麥籽粒的Zn含量，提高幅度為26.4%，而對Fe含量無顯著影響[12]。而喬鮮花等[21]研究結(jié)果表明,葉面噴施Fe肥可以提高小麥籽粒的Fe含量，且在拔節(jié)期噴施效果最好，相對對照處理，提高幅度達(dá)到18.52%。另外有研究表明葉面噴施Fe和Zn分別提高了籽粒中Fe和Zn的含量，但噴Mn并未增加籽粒中Mn的含量[18]。王麗等[15]研究表明葉面噴施Zn、Fe肥顯著增加了籽粒中對應(yīng)元素含量，增加幅度分別為29.55%和2.45%，噴施Zn肥后籽粒中的Fe含量增加了3.64%，噴施Fe肥后籽粒中Zn含量差異不顯著，這說明了籽粒對兩種元素的吸收相互影響。而小麥在不同生育期，例如拔節(jié)期，葉面噴施Fe肥可以增加籽粒Fe含量、籽粒Fe累積量及占植株總Fe積累量的比例[21]。這說明，不同的噴施時期和噴施種類影響了礦質(zhì)元素的生物有效性。相似的結(jié)果也在微肥配施上得到證明。興榮榮等[19]通過Zn和Fe微肥配施發(fā)現(xiàn)，Zn、Fe微肥的配施有利于籽粒對Zn的累積，提高籽粒中Zn含量，在施肥量45.0 kg/hm2、施肥比例1Zn:4Fe下達(dá)到最大含量，較對照提高43.8%，但Fe含量低于對照。獲得最高產(chǎn)量的Zn、Fe微肥施用量低于籽粒最高Zn含量時的Zn、Fe微肥施用量。不同微肥噴施時期和噴施濃度影響了小麥籽粒中Zn、Cu、Fe和Mn含量。本研究表明，不同處理下籽粒中Zn、Cu、Fe、Mn含量的變化范圍 分 別 為 31.07～44.68 mg/kg、1.75～28.67 mg/kg、73.62～203.99 mg/kg和36.48～55.56 mg/kg。通過方差分析和多重比較發(fā)現(xiàn)，籽粒中最高Zn、Cu、Fe、Mn含量處理分別為A3B1、A1B1、A3B1和A6B4。同樣相對于空白處理（噴施清水），Zn、Cu、Fe、Mn含量分別提高了37.86%、1649.87%、148%和26.82%。這說明混合Zn、Cu、Fe和Mn四種微肥葉面噴施均可以提高籽粒中對應(yīng)的微量元素含量，但不同噴施時期和噴施濃度對籽粒微量元素含量的影響不同。

4 結(jié)論

微量元素噴施是提高冬小麥籽粒微量元素含量的有效手段，而不同噴施時期也影響微量元素的利用效率。結(jié)合本研究結(jié)果可以得出，微量元素配合噴施的增產(chǎn)效果要優(yōu)于單施，拔節(jié)期噴施高濃度微量元素肥料對增產(chǎn)最有利。微量元素噴施可以有效提高籽粒微量元素的積累，而籽粒中最高Zn、Cu、Fe和Mn含量處理分別為A3B1、A1B1、A3B1和A6B4，這說明不同微量元素的利用效率受到不同噴施時期和噴施濃度的影響。