叶面喷施硒肥对谷子农艺性状及品质的影响

彭晓伟，蒋沛含，张爱军，2*，杨晓楠，赵丽

（1.河北农业大学 资源与环境科学学院，河北保定 071000；2.河北省山区农业技术创新中心，河北 保定 071000；3.河北省山区研究所，河北 保定 071000；4.河北农业大学 农学院，河北 保定 071000）

硒（Se）是瑞典化学家Berzdiu 在1817 年发现的一种新元素，缺硒会严重影响人体健康，导致诸如克山病、大骨节病及呆小病等一系列疾病，缺硒还与一些病毒感染或疾病恶化有关［1-3］，是人类和动物的必需微量元素。谷子具有抗旱、耐贫瘠、水分利用率高、适用性广、营养丰富、各种成分均衡等突出特点，是我国重要的特色粮食作物，种植面积占世界种植面积的88%左右［4-5］。由于人类可采取提高食品中的硒含量来满足对硒的需求［6］，因此通过叶面喷施外源硒探讨谷子对硒的吸收利用规律，研究硒对谷子生理生化作用、产量和品质的影响，可为调控谷子籽粒硒含量、开发富硒谷子以及改善人类硒营养状况提供理论依据。

近年来，关于施硒对作物的品质与产量的研究越来越多。卢鹏飞等［7］研究了无机硒肥、有机硒肥、纳米硒肥3 种硒肥对小麦产量的影响，表明小麦开花期喷施有机硒肥有利于提高小麦产量及籽粒硒吸收；而匡恩俊等［8］分析了施硒对不同作物的影响，得出水稻最佳施硒时期是扬花后期，玉米的最佳施硒时期是抽穗期，大豆是初花期，小麦是孕穗期。曹升等［9］发现适量施用外源硒可促进淀粉、蛋白质、总糖、黄酮积累，提高酶的活性。李文栓等［10］研究认为，喷施不同浓度的硒营养液可显著提高作物的产量及面粉中的硒含量及蛋白质；秦焕荣等［11］与李文栓的研究结论一致，但处理间的差异不显著。秦玉燕等［12］研究发现，叶面喷硒可显著提高茶树叶片的硒含量。高慧雅等［13］发现叶片喷施锌硒肥可以显著提升叶片抗氧化酶活性以及籽粒锌硒含量。穆婷婷［14］等研究表明适量的外源硒对谷子生理特征的提升、营养品质改善和产量提高都具有促进作用。李冉等［15］分析不同硒肥对谷子穗部农艺性状、籽粒硒含量、硒的存在形态的影响，表明叶片喷施2 种硒肥均可增加谷子的出谷率和籽粒硒含量，无机硒肥效果优于有机硒肥。

本研究设置3 个硒浓度，对本地谷、冀谷19号、晋谷29 号及张杂谷8 号4 个谷子品种进行研究，采用方差分析、主成分分析及构建结构方程分析不同硒浓度下成熟期的株高、茎粗、穗长、穗重以及籽粒硒含量、粗蛋白、可溶性蛋白和可溶性糖等品质之间的关系，旨在探明提高谷子品质及产量最佳施硒浓度，为提高谷子品质提供理论。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2017-2018 年在保定顺平县东下叔村进行，采用双因素列区设计。主区为谷子品种：本地谷、冀谷19 谷、晋谷29 谷及张杂谷4 个品种；副区 为 施 硒 量，设3 施 硒 水 平：Se0（0 g·hm-2）、Se1（30 g·hm-2）、Se2（60 g·hm-2）。设3 次重复，每个小区面积4 m×5 m，行距0.35 m，柱距0.04 m，共设36 个小区；2 小区之间设0.5 m 保护行，防止交叉污染。6 月15 日播种，7 月1 日间苗，按各品种说明密度留苗，27 日收获。在谷子孕穗期选择晴朗无风的天气下午16：30 后叶面喷施硒肥，连续喷施3 d。硒肥以亚硒酸钠（Na2SeO3）为肥源，以清水作为对照，将每个小区对应用量（亚硒酸钠0.131 g和0.262 g）的肥料溶于500 mL 清水，对照与所有配制溶液均加入2 滴吐温-80 为表面活性剂，选用小型电动喷雾器，固定喷壶流量，每个小区均匀喷施，其它按常规管理。试验大田土壤基本理化性质为有机质18.5 g·kg-1、全氮1.89 g·kg-1、有效磷54.2 mg·kg-1、速 效 钾258.24 mg·kg-1、硒0.22 mg·kg-1，pH 值为7.24。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 农艺性状调查与小区测产

谷子成熟期取样，每个小区选取3 个1 m2进行取样测量产量，结果取其平均值。每个处理小区中取10 株，测量株高、茎粗、穗长、千粒重，结果取其平均值（表1）。

1.2.2 谷物品质测定方法

籽粒硒含量使用微波消解-氢化物-原子荧光光谱法［16］测定，可溶性糖使用乙醇水溶液浸提-蒽酮比色法［17-18］测定，粗蛋白使用硫酸-双氧水消煮法、半微量开氏定氮法［17］测定，可溶性蛋白使用考马斯亮蓝G-250 染色法［19］测定。

1.3 数据处理及统计分析

采用Excel 2019 进行数据整理，利用SPSS 26.0 进行方差分析、双因素分析及主成分分析，采用AMOS 22.0 建立结构方程，采用Origin 2020b进行图表的绘制。

2 结果与分析

2.1 不同施硒水平对谷子农艺性状的影响

由表1 可见，在株高方面，施用不同浓度硒肥，本地谷株高都呈现显著增加趋势（P<0.05），冀谷19 和张杂谷8 株高只在施用Se2 浓度下才极显著增加（P<0.001），而晋谷19 施用Se0 与Se2 浓度株高都显著提高（P<0.05）。在茎粗方面，随着硒浓度的增加，本地谷和张杂谷8 增加不显著，冀谷19 与晋谷29 号在Se0 与Se1 和Se2 三个浓度都呈现显著增加的趋势。在穗长方面，随着施硒浓度的增加，4 个品种的穗长差距较大，本地谷增加不显著，冀谷19 施用Se2 浓度与Se0 相比极显著增加（P<0.001），张杂谷8 出现极显著降低又增高的趋势（P<0.001），晋谷29 呈现显著降低的趋势（P<0.05）。在穗重方面，与Se0 浓度相比，本地谷和冀谷19 均呈现显著增加的趋势（P<0.05），而张杂谷8 和晋谷29 的增加不显著。从谷子整体性状来看，施用硒浓度对不同品种谷子的影响有所不同，本地谷、张杂谷8 号与晋谷29 差异不大，反映在株高上；冀谷19 整体差异最为显著，随施肥浓度增加，株高、茎粗和穗长都显著增加，穗重有增加趋势。

由表2 双因素方差分析可知，选用不同品种对株高、穗长、穗重和产量具有极显著性影响（P<0.001），对茎粗具有显著影响（P<0.05），施用不同浓度对谷子农艺性状有一定的影响，其中对茎粗呈现极显著影响（P<0.001），对株高、穗长都呈现显著影响（P<0.05），对穗重于产量影响不显著。品种与施肥水平交互作用对植株性状影响较大，其中对株高、穗长均达到极显著影响（P<0.001），对茎粗、穗重的影响显著（P<0.05），但对产量影响并不显著。

表2 不同施硒处理下不同品种谷子农艺性状及产量方差分析Table 2 Analysis of variance of growth indexes and yield of foxtail millet under different varieties and selenium treatments

2.2 不同施硒水平对谷子品质的影响

由图1 可见，在4 个谷子品种的籽粒硒含量均随施硒量的增加呈现出显著增加的趋势（P<0.05）。在可溶性糖方面，随着施硒量的增加，本地谷在Se2 浓度下有显著下降趋势（P<0.05），冀谷19 的变化并不显著，张杂谷5 和晋谷29 均呈现出显著的先增加后下降的趋势（P<0.05）。在粗蛋白方面，本地谷与冀谷19 随着施硒量的增加，Se2 浓度对比Se0 呈现显著增加趋势，张杂谷施用Se2 浓度对比Se0 呈下降趋势，但不显著，晋谷29呈现显著下降的趋势（P<0.05），但Se1 和Se2 的浓度对比Se0 均不显著。在可溶性蛋白当面，随着施硒量的增加，本地谷和冀谷19 差异不显著，而张杂谷8 号Se3 浓度对应的可溶性蛋白相对于Se0 和Se1 浓度具有显著增加的趋势（P<0.05），晋谷29具有显著增加的趋势（P<0.05），但Se1 对比Se0和Se2 的差异均不显著。

图1 不同硒肥施用量处理下谷子的品质Fig.1 Nutrition index of millet under different selenium fertilizer application

由表3 可见，选用不同品种对谷子籽粒中的硒含量、可溶性糖、可溶性蛋白及粗蛋白的影响极显著（P<0.001），施用不同浓度的硒肥对籽粒硒含量及可溶性糖的影响极显著，对可溶性蛋白的影响显著，但对于粗蛋白的影响不显著。

表3 不同品种和施硒处理下谷子品质及产量方差分析表Table3 Analysis of variance of nutrition index and yield of foxtail millet under different varieties and selenium treatments

浓度与品种的交互作用也会对作物品质产生影响，其中对籽粒硒含量的影响极显著（P<0.001），对粗蛋白的影响显著（P<0.05），但对可溶性糖和可溶性蛋白的影响并不显著。

2.3 基于结构方程的品质相关性分析

在AMOS24.0 软件中，结构方程模型初始运行结果显示卡方值为15.845，未达到0.05 显著水平，接受虚无假设，表明样本数据与模型可以很好的适配；模型运行的RMSEA<0.05，GFI>0.90，AGFI>0.89，也表明模型具有良好适配。从表4和图2 可以看出，粗蛋白可以解释20%的穗重变异，其标准化路径系数为0.448；穗重可解释82%的产量变异，其标准化路径系数为0.903；粗蛋白及施硒浓度可共同解释21%茎粗的变异，标准化路径系数分别为0.269 和0.377；浓度可解释15%籽粒硒含量的变异以及8%可溶性蛋白的变异。其中浓度对可溶性蛋白和粗蛋白对穗重的影响的显著，而其他的影响均为极显著。

表4 结构方程模型回归权重Table4 Regression weight of structural equation model

图2 结构方程中不同品种及施硒浓度与作物产量及其品质指标的关系Fig.2 Relationship between different varieties and selenium concentration in structural equation and crop yield and quality index

2.4 谷子品质指标对谷子品质的相对贡献率

将4 个品种的株高、茎粗、穗长、穗重、可溶性蛋白、粗蛋白、可溶性糖及籽粒硒含量等8 个指标进行KMO 和巴特利特检验，分析结果显示，模型的KMO 值大于0.5，而巴特利特检验的显著性小于0.001，根据Kaiser 给出的KMO 度量标准［20］可知原有变量适合作因子分析。为充分反映各因素中起主导作用的综合指标，计算8 个指标的累计贡献率，根据特征值大于1 的标准，提取前3 个主成分，其累积贡献率为64.95%，可概括4 个品种8 个品质指标的大部分信息。

从表5 可以看出，主成分1 的特征值为2.318，贡献率为22.37%，主成分1 的特征向量中以可溶性糖、籽粒硒含量及可溶性蛋白的贡献值较大，说明谷子中可溶性糖含量、籽粒硒含量及可溶性蛋白含量是影响谷子品质的最重要指标。主成分2的特征值为1.642，贡献率为20.519%，而主成分2的主成分以株高、穗长的贡献值较大，说明谷子长势对谷子品质有一定影响。主成分3 的特征值为1.237，贡献率为15.46%，而主成分3 以粗蛋白和穗重的贡献为主。说明谷子中粗蛋白含量及穗重对谷子品质影响作用不是很大。

表5 前3 个主成分特征向量、主成分特征值、贡献率及累积贡献率Table5 The first three principal component eigenvectors，principal component eigenvalues，contribution rate and cumulative contribution rate

3 讨论

硒作为植物的有益元素，前人的大量研究证明施用适量的外源硒可提高作物的品质和产量［21-24］。本研究发现，不同硒处理水平下，谷子农艺性状及品质存在着较大差异。

3.1 不同施硒处理对谷子农艺性状的影响

随着施硒量的增加，本地谷、张杂谷8 级晋谷29 的株高、茎粗、穗长及穗重均呈现增加的趋势，部分指标具有显著性。通过本研究可知，施用适量的硒可显著提高谷子的产量，但高浓度的硒对作物产量具有一定的抑制作用。施和平等［25］通过研究发现，施用适量水平的硒（<0.1 mg·L-1）可促进番茄幼苗的增长，但硒浓度高于5 mg·L-1时，对番茄幼苗的生长表现为抑制作用。杨文秀等［26］通过研究发现施用适量水平的硒（<90 g·hm-2）可对小油菜有一定的增产作用，当浓度超过此界限时，对小白菜的产量有一定抑制作用。伊虎英等［27］研究得出，施硒肥在5~20 g·hm-2范围内，增产趋势显著，当施用量超过20 g·hm-2，会导致谷子的减产。这与本研究本地谷和晋谷29 号的研究一致。郭美俊等［28］研究得出，施用不同硒含量对谷子的产量具有明显的增产作用，这与本研究冀谷19 的研究一致。说明不同的施硒量与作物品种决定了外源硒的施用效果［29］。本研究的穗重与产量具有正相关的关系，且路径系数为0.903，与郑立飞等［30］的结果相似，其研究的千粒重对产量的最终效应系数是0.44。通过主成分分析可知，谷子的内在因素及外在因素对谷子产量均有一定的贡献率，贡献程度均在20%左右。而高海娟等［30］同样利用主成分分析研究了穗长、穗重、株高、茎粗等农艺参数对冰草产量的影响，结果表明各农艺性状均对产量有一定的影响作用。

3.2 不同施硒处理对谷子品质的影响

本研究中本地谷、张杂谷8 号、晋谷29 号和冀谷19 的籽粒含硒量随着施硒量的增加而显著增加，这与穆婷婷［31］、高贞攀［32］、张鹏飞等［33］的研究一致。施用硒肥可极显著提高4 个品种谷子籽粒中的硒含量，具有显著正相关关系。施用不同浓度硒肥对可溶性蛋白均有一定影响，而粗蛋白对茎粗和穗重同样有一定影响。本研究叶面喷施外源硒对谷子籽粒中的硒含量、可溶性糖、可溶性蛋白及粗蛋白有正效应，表明喷施适量硒可以提高谷子品质，但是高浓度下会出现作物硒中毒，从而导致作物品质下降。但是不同品种的不同品质指标对硒的反映表现不同，施用硒肥能否提高作物全部的品质指标，需要进一步研究。

4 结论

（1）不同品种对谷子株高、穗长、穗重和产量呈现显著性差异；不同施硒浓度对茎粗差异显著；品种与硒浓度的交互作用对株高、穗长的差异显著。

（2）随着施硒量的增加，谷子籽粒硒含量增加显著，而不同谷子品种对籽粒硒含量、可溶性糖、粗蛋白、可溶性蛋白的影响显著；不同施硒浓度对籽粒硒含量、可溶性糖的影响显著；而品种与浓度的交互作用对籽粒硒含量的影响显著。

（3）对谷子各项指标及硒肥施用浓度建立结构方程分析可知，可以看出粗蛋白可以解释20%的穗重变异，穗重可解释82%的产量变异，粗蛋白及施硒浓度可共同解释21%茎粗的变异。

（4）对谷子各项指标进行主成分分析可知，前三个主成分的累积贡献率达到了64.95%。其中可溶性糖、籽粒硒含量及可溶性糖对谷子品种的影响较大。