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(lái)源，為人類健康提供能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。然而農(nóng)田土壤微量元素的缺乏會(huì)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(yíng)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(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)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(wèn)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(zhǎng)和器官發(fā)育，嚴(yán)重缺乏會(huì)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(lái)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(huì)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(duì)湖北省柑橘主產(chǎn)區(qū)143個(gè)柑橘園土壤樣品測(cè)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(dòng)影響顯著。高雅潔等[7]研究發(fā)現(xiàn)在中國(guó)北方石灰性土壤中，微量元素的有效性相對(duì)偏低，這也嚴(yán)重制約了冬小麥對(duì)土壤中的微量元素吸收。另外在重慶調(diào)查15個(gè)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(duì)微量元素的吸收減少，進(jìn)而降低植物籽粒對(duì)微量元素的積累。陳翠玲等[9]對(duì)河南省潮土等6種土類耕層的100個(gè)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(guó)平均水平，存在土壤缺素風(fēng)險(xiǎn)；另外張書芬等[10]對(duì)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(duì)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(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量影響均不顯著[14]。王麗等[15]通過(guò)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(shí)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(yíng)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(duì)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(duì)于微量元素營(yíng)養(yǎng)液噴施的不同濃度和噴施的不同時(shí)期對(duì)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(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)液，通過(guò)分析不同濃度和不同噴施時(shí)期噴施微肥對(duì)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(shí)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(jì)

小麥品種為‘百農(nóng)207’，試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，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(gè)生長(zhǎng)時(shí)期6個(gè)組合，主區(qū)長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)液濃度4個(gè)處理，副區(qū)長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)液。另設(shè)不噴施微肥（噴施等量水）為對(duì)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(cè)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(jì)算產(chǎn)量。（2）另外在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)抽取10個(gè)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(jì)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(cè)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(jì)法測(cè)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(jì)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(duì)小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同微肥噴施時(shí)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(duì)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(wàn)個(gè)/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(gè)/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(shí)期和噴施濃度條件下產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

對(duì)不同噴施時(shí)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(shí)期）和副區(qū)處理（噴施濃度）對(duì)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(shí)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(méi)有顯著差異，B3與B4處理下平均產(chǎn)量也沒(méi)有顯著差異。

表2 不同微肥噴施時(shí)期和噴施濃度條件下產(chǎn)量的方差分析

2.2 微肥噴施對(duì)籽粒Zn含量的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同微肥噴施時(shí)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(duì)于空白處理，Zn含量提高37.86%。對(duì)不同噴施時(shí)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(shí)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(shí)期和噴施濃度條件下Zn含量

表4 不同微肥噴施時(shí)期和噴施濃度條件下Zn含量的方差分析

2.3 微肥噴施對(duì)籽粒Cu含量的影響

由表5可知，不同微肥噴施時(shí)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(duì)Cu含量數(shù)據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)，主區(qū)處理（噴施時(shí)期）、副區(qū)處理（噴施濃度）和交互處理（噴施時(shí)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(shí)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(shí)期和噴施濃度條件下Cu含量

表6 不同微肥噴施時(shí)期和噴施濃度條件下Cu含量的方差分析

2.4 微肥噴施對(duì)籽粒Fe含量的影響

由表7可知，不同微肥噴施時(shí)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(duì)于空白處理，A3B1處理下籽粒Fe含量提高了148%。對(duì)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(duì)Fe含量沒(méi)有顯著影響，主區(qū)處理（噴施時(shí)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(duì)不同微肥噴施時(shí)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(shí)期和噴施濃度條件下Fe含量

表8 不同微肥噴施時(shí)期和噴施濃度條件下Fe含量的方差分析

2.5 微肥噴施對(duì)籽粒Mn含量的影響

由表9可知，不同微肥噴施時(shí)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(duì)于空白處理，最大Mn含量提高了26.82%。對(duì)Mn含量數(shù)據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)，主區(qū)處理（噴施時(shí)期）和副區(qū)處理（噴施濃度）對(duì)籽粒Mn含量均沒(méi)有顯著影響，而噴施時(shí)期和噴施濃度的交互處理對(duì)Mn含量達(dá)到顯著水平(P=0.012)（表10）。因此，對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(yíng)養(yǎng)液處理(A1B1)，最大產(chǎn)量處理為拔節(jié)期噴施500倍營(yíng)養(yǎng)液處理(A4B4)。相對(duì)于空白處理（噴施清水），A4B4處理產(chǎn)量提高幅度為39.51%，這說(shuō)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(shí)，對(duì)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(méi)有達(dá)到顯著水平[15,18]。另外不同微量元素對(duì)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(duì)增產(chǎn)幅度為0.71%～3.36%，F(xiàn)e肥增產(chǎn)顯著高于對(duì)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(duì)穗粒數(shù)、穗數(shù)和千粒重均沒(méi)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(shí)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(duì)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(duì)Fe含量無(wú)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(duì)對(duì)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(duì)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(shuō)明了籽粒對(duì)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(shuō)明，不同的噴施時(shí)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(guò)Zn和Fe微肥配施發(fā)現(xiàn)，Zn、Fe微肥的配施有利于籽粒對(duì)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(duì)照提高43.8%，但Fe含量低于對(duì)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(shí)的Zn、Fe微肥施用量。不同微肥噴施時(shí)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(guò)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(duì)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(shuō)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(duì)應(yīng)的微量元素含量，但不同噴施時(shí)期和噴施濃度對(duì)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(shí)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(duì)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(shuō)明不同微量元素的利用效率受到不同噴施時(shí)期和噴施濃度的影響。