郝松瀾，劉培杰，譚啟玲，胡承孝，孫學(xué)成

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/微量元素研究中心 湖北武漢 430070)

我國耕地土壤中微量元素缺乏嚴(yán)重[1]，其中缺少鋅、鉬、硒元素的面積分別占耕地總面積的51.2%、46.8%、72.0%。鋅、鉬、硒元素是植物體內(nèi)多種酶的重要組成部分[2]，影響著植物體內(nèi)物質(zhì)循環(huán)與能量代謝，土壤中缺乏鋅、鉬、硒元素，不僅會阻礙植物的生長發(fā)育，影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì)[3]，而且還會通過食物鏈的傳遞造成人體食欲不振、生長發(fā)育遲緩及免疫力低下等，影響健康[4-5]。通過生物強(qiáng)化的方式，在蔬菜種植時(shí)配施微量元素是解決當(dāng)前問題的有效途徑之一。有研究表明：小白菜在水培、盆栽等試驗(yàn)條件下，施用鋅肥可以提高鋅、維生素C含量和干物質(zhì)量[6]；施用鉬肥，可溶性糖及維生素C含量顯著提高，硝酸鹽含量顯著降低[7]；施用硒肥，可以提高產(chǎn)量，且硒含量與累積量顯著增加[8]。已有的文獻(xiàn)報(bào)道多采用盆栽試驗(yàn)，施肥作用效果的評價(jià)方法比較單一。本文通過田間試驗(yàn)并應(yīng)用基于主成分分析的綜合評價(jià)方法，研究施用鋅鉬硒肥對小白菜的作用效果，并從食物鏈的角度分析小白菜中鋅、鉬、硒含量的食品安全性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)在湖北省武漢市洪山區(qū)大港村城郊蔬菜基地進(jìn)行，供試小白菜品種為市場上常見的新綠秀青梗白菜。試驗(yàn)設(shè)置CK(對照)、TSe(硒肥)、TMo(鉬肥)、TZn(鋅肥)4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)6次，共24個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為12 m2。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，所有處理底肥均施用湖北庫神化工有限公司生產(chǎn)的蔬菜專用肥(17-7-17)，用量為1 500 kg/hm2；硒肥以亞硒酸鈉為肥源，用量為0.375 kg/hm2；鉬肥以鉬酸銨為肥源，用量為0.75 kg/hm2；鋅肥以七水硫酸鋅為肥源，用量為15.0 kg/hm2；所有肥料均一次性以底肥施入。供試試驗(yàn)田土壤為黃棕壤，其土壤基本理化性質(zhì)：pH為7.02，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷、有效鉬、有效鋅、有效硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為17 980、71.49、208.15、139.18、0.12、1.21、0.072 mg/kg，參照土壤元素含量分級標(biāo)準(zhǔn)[9-11]，該供試土壤屬于缺鉬、低硒土壤。2015年9月10日播種小白菜，在其發(fā)芽后7 d內(nèi)進(jìn)行2次定苗，生長35 d后統(tǒng)一收獲取樣，種植期間4個(gè)處理除施用肥料不同外，其他田間管理措施均一致。

1.2 樣品的收集與測定

收獲時(shí)在每個(gè)小區(qū)內(nèi)選取長勢一致的3個(gè)樣方測產(chǎn)，每個(gè)樣方1 m2；同時(shí)在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取長勢一致的小白菜25株帶回實(shí)驗(yàn)室，用去離子水清洗干凈并擦干，對其中一部分小白菜進(jìn)行相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)測定，另一部分按地上部、地下部分開測定鮮質(zhì)量，在105 ℃下殺青30 min，55 ℃烘干至恒重，測其干質(zhì)量，然后用不銹鋼植物磨樣機(jī)磨碎過孔徑0.149 mm篩保存，用于植物中鋅、硒、鉬含量的測定。

小白菜樣品中硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定[12]，維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定[12]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[13]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定[14]。

小白菜經(jīng)HNO3-HClO4(4+1)混合酸消煮后，采用原子吸收光譜法測定鋅含量，示波極譜法測定鉬含量，原子熒光光譜法測定硒含量。

土壤樣品基本理化性質(zhì)的分析參考文獻(xiàn)[15]進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)分析及計(jì)算

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，以SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，顯著性差異分析通過Duncan-test(p<0.05)法進(jìn)行，主成分分析運(yùn)用累計(jì)方差貢獻(xiàn)率在80%以上的前k個(gè)主成分取代原有指標(biāo)，用Origin 2017進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用鋅鉬硒肥對小白菜產(chǎn)量的影響

施用鋅鉬硒肥對小白菜產(chǎn)量的影響見表1。

表1 施用鋅鉬硒肥對小白菜產(chǎn)量的影響

由表1可知：與CK相比，TZn、TMo、TSe處理的小白菜產(chǎn)量分別增加了13.5%、12.1%、10.9%，但未達(dá)到顯著水平；從單株干質(zhì)量來看，施用硒肥可顯著提高小白菜地上部干質(zhì)量，而TZn、TMo處理的水白菜地下部干質(zhì)量則有所下降；以地上部作為食用部位計(jì)算得到的可食率來看，TZn、TMo、TSe處理均提高了小白菜地上部莖葉占整株的比例。

2.2 施用鋅鉬硒肥對小白菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響

施用鋅鉬硒肥對小白菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 施用鋅鉬硒肥對小白菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖1可知，各施肥處理對小白菜品質(zhì)都有一定的提升。與CK相比，TZn、TMo處理的維生素C含量顯著增加，各處理的含量表現(xiàn)為TMo>TZn>TSe；TMo處理顯著提高了可溶性糖的含量，TZn、TSe處理的雖有提高但未達(dá)顯著水平；TZn、TMo、TSe處理的硝酸鹽含量分別下降了8%、10%、12%，但未達(dá)到顯著水平；另外，TMo處理提高了小白菜葉片中可溶性蛋白的含量，上升幅度達(dá)17%。

2.3 施用鋅鉬硒肥對小白菜中鋅、鉬、硒元素吸收與累積的影響

施用鋅鉬硒肥對小白菜中鋅、鉬、硒含量的影響見圖2，對小白菜中鋅、鉬、硒累積量的影響見圖3。

圖2 施用鋅鉬硒肥對小白菜中鋅、鉬、硒含量的影響

圖3 施用鋅鉬硒肥對小白菜中鋅、鉬、硒累積量的影響

由圖2可知：與不施微量元素的CK相比，TZn處理顯著提高了小白菜地上部中鋅的含量，上升幅度為46%，TMo、TZn處理并未顯著增加小白菜各部位中鋅的含量；TMo處理顯著增加了小白菜地上部及地下部中鉬的含量，上升幅度分別為137%和98%；TSe處理則顯著增加了小白菜地下部及地上部中硒的含量，上升幅度分別為459%和258%。

由圖3可知：與CK相比，TZn、TSe處理均顯著增加了小白菜地上部中鋅的累積量，上升比例分別為37%和47%；TMo處理顯著增加了小白菜地上部和地下部中鉬的累積量，上升比例分別為155%和92%，TSe處理也增加了小白菜地上部中鉬的累積量，上升比例為64%；在硒累積量方面，TSe處理顯著增加了小白菜地上部和地下部中硒的累積量，上升比例分別為403%和443%，TMo處理也增加了小白菜地上部中硒的累積量。

2.4 小白菜試驗(yàn)的綜合評價(jià)

把小白菜的產(chǎn)量(X1)、地上部干質(zhì)量(X2)、硝酸鹽含量(X3)、維生素C含量(X4)、可溶性糖含量(X5)、可溶性蛋白含量(X6)、地上部鋅累積量(X7)、地上部鉬累積量(X8)、地上部硒累積量(X9)等9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，如表2所示，共提取到2個(gè)主成分，其中維生素C含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、地上部鉬累積量在主成分1中表現(xiàn)出較高的載荷，地上部鋅累積量、地上部硒累積量、地上部干質(zhì)量在主成分2中表現(xiàn)出較高的載荷。根據(jù)不同指標(biāo)的載荷情況，主成分1可以劃分為小白菜的營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，主成分2可以劃分為小白菜礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。這2個(gè)主成分貢獻(xiàn)率分別為49.62%、41.37%，累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%，能夠代表小白菜的所有指標(biāo)。

根據(jù)載荷矩陣和特征值計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的系數(shù)，得到小白菜2個(gè)主成分的表達(dá)式：Y1=0.33X1+0.02X2-0.34X3+0.45X4+0.43X5+0.42X6-0.02X7+0.45X8+0.06X9，Y2=0.3X1+0.51X2-0.37X3+0.1X4+0.19X5-0.19X6+0.5X7-0.02X8+0.43X9，由表達(dá)式計(jì)算得到各處理在2個(gè)主成分中的得分及綜合得分(見表3)。從表3中可以看出：在小白菜營養(yǎng)品質(zhì)方面，施鉬處理效果最好；在小白菜礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)方面，施硒效果最好；綜合得分施鉬處理最高，表明在試驗(yàn)條件下，施鉬對小白菜的正效應(yīng)更為明顯。

表3 小白菜各指標(biāo)得分

3 結(jié)語

農(nóng)作物的品質(zhì)受多種因素共同調(diào)控，單一指標(biāo)評價(jià)的結(jié)果不能做到準(zhǔn)確全面[16]，目前在楊梅[17]、柑橘[18-19]、蘋果[20]等果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)時(shí)多采用主成分分析，利用降維的思想，能科學(xué)準(zhǔn)確地對現(xiàn)實(shí)關(guān)系進(jìn)行描述[21-22]。在試驗(yàn)中，對小白菜進(jìn)行綜合評價(jià)時(shí)運(yùn)用主成分分析法，在9個(gè)與小白菜評價(jià)相關(guān)的指標(biāo)盡可能多保留的情況下，將相互關(guān)聯(lián)的多評價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)品質(zhì)與礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)兩類，構(gòu)建小白菜評價(jià)函數(shù)，獲得綜合評價(jià)得分，根據(jù)得分排名可知施鉬處理對小白菜作用效果最好，顯著提高了可溶性糖含量、維生素C含量、地上部中鉬和硒累積量，施肥處理間總體表現(xiàn)為施鉬>施硒>施鋅；但在礦質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)方面，施硒處理的小白菜地上部鋅和硒的累積量顯著增加，整體表現(xiàn)最好。

鋅、鉬、硒是人體所必需的微量元素，是維護(hù)人體健康乃至生命安全必不可缺的部分。近代醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)，微量元素?cái)z取不足造成的“隱形饑餓”，正逐漸成為影響人們健康的原因之一?？紤]到安全問題，采用生物強(qiáng)化手段，通過改善農(nóng)藝措施來提高作物中微量元素含量，平衡人體對微量元素的攝入是目前較好的選擇[23-24]。試驗(yàn)中TZn、TMo、TSe處理的小白菜地上部中鋅、鉬、硒的含量均有所增加，其鋅、鉬、硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到57.3、0.672、0.111 mg/kg，分別比對照增加了46%、137%、258%。根據(jù)中國居民膳食營養(yǎng)參考攝入量建議[25]，成人每天鋅、鉬、硒適宜攝入量分別為12.5 mg、100 μg、60 μg，按照中國營養(yǎng)學(xué)會推薦每天300～500 g蔬菜的攝入量[26]，人體食用施鋅鉬硒肥后的小白菜，每天可以補(bǔ)充1.7～2.8 mg鋅、20.2～33.6 μg鉬、3.33～5.55μg硒，攝入的鋅、鉬元素量能達(dá)到適宜攝入量的20%左右，硒元素僅占5%。根據(jù)蔬菜在每天飲食中的占比，施鋅鉬硒肥后的小白菜中鋅、鉬、硒含量都處于對人體安全有益的范圍內(nèi)，同時(shí)為更好滿足人體對微量元素的需求，硒肥的施用量還有增加的空間。

在試驗(yàn)條件下，施用不同微量元素肥料對小白菜品質(zhì)指標(biāo)的提升各有側(cè)重，但在元素吸收方面表現(xiàn)出一致的顯著增加效果，并且元素含量在食物鏈傳遞過程中處于對人體健康安全有益的范圍內(nèi)。因此，根據(jù)蔬菜種植土壤的豐缺狀況，合理施用微量元素，不僅能改善蔬菜品質(zhì)，提高蔬菜中對人體有益的元素含量，而且是生物強(qiáng)化有效手段的一種。