鄭丹 王曉燕 彭西甜 周有祥 張雋嫻 夏 虹 夏珍珍*
〔1 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室(武漢),農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)與安全湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430064;2 團(tuán)風(fēng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,湖北黃岡438000〕
蔞蒿(Artemisia selengensisTurcz.)為菊科蒿屬多年生草本植物,又名蘆蒿、藜蒿、柳蒿、香艾蒿、狹葉艾等,其抗逆性和適應(yīng)性較強(qiáng),在我國東北、華北、華東、華南和西南地區(qū)均有種植(胡強(qiáng)等,2016)。蔞蒿為藥食兩用蔬菜,營養(yǎng)價(jià)值較高,含有豐富的礦物質(zhì)、微量元素和多種氨基酸,同時(shí)因含側(cè)柏莠酮芳香油,具有獨(dú)特風(fēng)味,深受消費(fèi)者喜愛,是我國四大特色水生蔬菜之一(俞美香 等,2005;Zhang et al.,2015;Li et al.,2018),在調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、出口創(chuàng)匯、增加農(nóng)民收入等方面發(fā)揮著重要作用。在蔞蒿大田生產(chǎn)中,為追求高收益,農(nóng)民往往盲目投入較多的肥料和植物生長調(diào)節(jié)劑。矮壯素(chlormequat chloride,CCC)作為植物生長調(diào)節(jié)劑中的一類,在谷物、蔬菜和水果的生產(chǎn)過程中應(yīng)用十分廣泛。近年來,由于矮壯素的不當(dāng)使用,在葉面肥中的違法添加等引起的食品安全問題也逐漸增多(張曦 等,2008;Biswas et al.,2021)。因此,明晰矮壯素在蔞蒿上的消解規(guī)律及其對蔞蒿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,對特色水生蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。
國內(nèi)外對蔞蒿的利用較為重視,主要集中在種植技術(shù)、重金屬吸附、組織培養(yǎng)、生物活性物質(zhì)和揮發(fā)油的提取、藥理和抗逆性等方面的研究上。潘靜嫻等(2006)通過對蔞蒿的重金屬富集特性進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地、市場和品種的蔞蒿食用部位均出現(xiàn)Cd 的富集,并且采用盆栽試驗(yàn)的方法進(jìn)一步證明了蔞蒿是一種Cd 和Zn 超量富集植物。宋鵬飛等(2015)通過對鄱陽湖濕地的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)后發(fā)現(xiàn),蔞蒿對Cd 具有較強(qiáng)富集能力,富集系數(shù)平均為1.65,轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)平均為2.74。薛艷等(2009)研究了4 種代謝抑制劑對蔞蒿吸收Cd 和Pb 的影響,結(jié)果表明蔞蒿對Cd 和Pb 存在主動(dòng)吸收,且Cd 的吸收與鈣離子通道有關(guān),Cd 和Pb 的吸收與蛋白質(zhì)或酶的誘導(dǎo)合成有關(guān)。謝星等(2020)比較了野生與種植蔞蒿不同部位的總酚和總黃酮含量以及提取物的抗氧化、α-葡萄糖苷酶、黃嘌呤氧化酶和乙酰膽堿酯酶活性抑制能力,結(jié)果表明野生蔞蒿葉是α-葡萄糖苷酶抑制劑、黃嘌呤氧化酶抑制劑和乙酰膽堿酯酶抑制劑更優(yōu)質(zhì)的原料來源。矮壯素作為一種生長延緩劑,主要通過調(diào)控植物內(nèi)源激素平衡和生物代謝酶活性等來調(diào)節(jié)作物生長發(fā)育,進(jìn)而影響作物產(chǎn)量,提高品質(zhì)和抗逆性。國內(nèi)外對矮壯素的研究多集中在其矮化植株、前期控苗、后期抑制徒長、生物代謝酶活性和庫源關(guān)系等生理作用、毒理和檢測技術(shù)上(王惠群 等,2007;傅華龍 等,2008;盧峰和張飛,2015;Li et al.,2018;鄭春風(fēng) 等,2020;Szczepanek et al.,2020;Wang et al.,2020;Biswas et al.,2021),而關(guān)于矮壯素在蔞蒿種植和環(huán)境中的消解、殘留以及限量標(biāo)準(zhǔn)的研究較少?,F(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2763——2021《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》,蔬菜中只有番茄有最大殘留限量標(biāo)準(zhǔn),且限量值為1.0 mg·kg-1,遠(yuǎn)高于歐盟和日本。
矮壯素對植物生產(chǎn)有較好的增產(chǎn)、增收效果,但其在特色水生蔬菜蔞蒿的應(yīng)用上研究較少。本試驗(yàn)采用大田試驗(yàn)方法,研究了不同濃度矮壯素噴施對蔞蒿產(chǎn)量、品質(zhì)、氮素利用特征的影響以及矮壯素在蔞蒿上的消解規(guī)律,旨在篩選出蔞蒿上噴施矮壯素的適宜用量,為蔞蒿產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2020 年8——12 月在湖北省武漢市蔡甸區(qū)進(jìn)行。供試蔞蒿品種為云南蔞蒿,武漢荷香源農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供。矮壯素水劑(50%矮壯素),四川國光農(nóng)化股份有限公司生產(chǎn)。尿素(N 46.4%),四川美豐化工股份有限公司生產(chǎn);過磷酸鈣(P2O512%),湖北鐘祥市楚明磷化有限公司生產(chǎn);氯化鉀(K2O 60%),中化化肥有限公司生產(chǎn)。
試驗(yàn)田塊前茬作物為甜瓜,土壤為粘壤土,土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為:pH 值6.03,有機(jī)質(zhì)含量20.3 g·kg-1,全氮2.12 mg·kg-1,有效磷95.8 mg·kg-1,速效鉀523.0 mg·kg-1?;拭?67 m2施腐熟豬糞3 000 kg、尿素4 kg、過磷酸鈣40 kg、氯化鉀10 kg。8 月10 日扦插育苗,9 月5 日剪成8 cm小段,按株距15 cm、行距15 cm 定植,種植密度30 000 株·(667 m2)-1;保持土壤濕潤,田間管理按照當(dāng)?shù)爻R?guī)生產(chǎn)進(jìn)行。當(dāng)株高3~5 cm 時(shí),追施尿素10 kg·(667 m2)-1;株高10 cm 時(shí)進(jìn)行第2 次追肥,追施尿素10 kg·(667 m2)-1。
蔞蒿株高3~4 cm 時(shí)葉面噴施矮壯素,設(shè)置4個(gè)濃度水平,分別為0、150、300、450 mg·L-1,以不施矮壯素和氮肥為空白對照(表1)。采用隨機(jī)區(qū)組排列,3 次重復(fù),小區(qū)面積60 m2,每小區(qū)種植2 700 株。
表1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)
分別在噴施矮壯素后2 h 及1、2、3、5、7、12、17 d 時(shí)進(jìn)行取樣,采用“S”形取樣法,每小區(qū)選取有代表性的植株30 株。采用卷尺測定株高,即莖基部到植株最頂端生長點(diǎn)的高度(劉宇曦 等,2020)。將葉片和莖稈分開,采用電子天平分別測定單株莖鮮質(zhì)量和葉鮮質(zhì)量。采用考馬斯亮藍(lán)比色法測定可溶性蛋白質(zhì)含量,采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量(胡強(qiáng) 等,2016);采用分光光度計(jì)法測定葉綠素含量(毛震宇 等,2020);采用超高效液相色譜-三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜儀測定矮壯素殘留量(Andersen et al.,2007)。
噴施矮壯素17 d 后進(jìn)行一次性采收,每小區(qū)實(shí)收測產(chǎn)。分別選取有代表性的植株30 株,將葉片和莖稈分開,在烘箱中105 ℃殺青30 min,之后85 ℃烘干至恒重,粉碎后用VELP-UDK169 型凱氏定氮儀測定植株不同部位氮素含量(鮑士旦,2000),計(jì)算氮素利用效率(馮小杰 等,2019;馬正波 等,2020)。
氮肥偏生產(chǎn)力(NPP,kg·kg-1)=施氮區(qū)實(shí)際產(chǎn)量/施氮量
氮肥農(nóng)學(xué)利用效率(AEN,kg·kg-1)=(施氮小區(qū)產(chǎn)量-不施氮小區(qū)產(chǎn)量)/施氮量
氮素表觀利用率(REN)=(施氮區(qū)植株地上部吸氮量-不施氮區(qū)植株地上部吸氮量)/施氮量× 100%
采用Microsoft Excel 2016 軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,利用SPSS 17.0 軟件的One-way ANOVA對處理間各指標(biāo)進(jìn)行差異分析,運(yùn)用Duncan 法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。
由表2 可知,矮壯素在蔞蒿莖稈和葉片上的降解規(guī)律均符合一級動(dòng)力學(xué)方程,低濃度矮壯素處理的半衰期最短,隨著施用濃度的增加矮壯素的降解半衰期逐漸延長。此外,矮壯素在蔞蒿莖稈和葉片中的降解半衰期也不同,在葉片中的降解半衰期為8.4~26.7 d,而在莖稈中的半衰期僅為6.9~9.1 d??梢?,在相同噴施濃度下,矮壯素在蔞蒿葉片中的降解速度比莖稈中慢。噴施矮壯素17 d 后采收時(shí),各濃度處理的蔞蒿莖稈中矮壯素殘留濃度均低于GB 2763——2021 中番茄的限量標(biāo)準(zhǔn)(1.0 mg·kg-1),食用安全;但葉片中除低濃度處理外均殘留超標(biāo)。噴施矮壯素時(shí),蔞蒿葉片是主要的沉積部位,隨著植物體的吸收,矮壯素由葉片轉(zhuǎn)移至其他部位(亓振,2016)。蔞蒿是食莖類蔬菜,可食用部分的矮壯素降解速度對蔞蒿質(zhì)量安全具有十分重要的意義,然而葉片的后續(xù)處理方式(丟棄或喂魚等)會(huì)對環(huán)境及水體產(chǎn)生影響,需要進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)評估。
表2 不同濃度矮壯素處理在蔞蒿中的殘留降解動(dòng)態(tài)參數(shù)
由圖1 可見,噴施矮壯素后1~7 d,各濃度處理對蔞蒿株高均有明顯的抑制作用,且隨著矮壯素濃度的增加,矮化作用更加明顯。噴施矮壯素17 d 后采收時(shí),C3、C2、C1 處理的株高分別為38.2、39.1、42.5 cm,比C0 處理分別降低14.1%、12.1%、4.4%;低濃度C1 處理和不噴施C0 處理的株高無顯著差異,但均顯著高于中、高濃度C2、C3 處理。表明在苗期噴施中、高濃度矮壯素對蔞蒿具有明顯的矮化作用,低濃度處理的矮化效果不明顯。
圖1 不同矮壯素濃度對蔞蒿株高的影響
由圖2 可見,噴施矮壯素后1~12 d,各濃度處理蔞蒿單株莖鮮質(zhì)量和葉鮮質(zhì)量均高于不噴施矮壯素處理。采收期,C3、C2、C1 處理的單株莖鮮質(zhì)量分別為40.5、50.0、57.5 g,C2、C1 處理分別比C0 處理提高了14.9%和32.2%;C3、C2、C1處理的單株葉鮮質(zhì)量分別為41.0、42.5、45.0 g,C3、C2 處理分別比C0 處理降低了5.7%和2.3%。
圖2 不同矮壯素濃度對蔞蒿單株莖鮮質(zhì)量和葉鮮質(zhì)量的影響
各處理的單株可食用部分占地上部比重〔單株莖鮮質(zhì)量/(單株莖鮮質(zhì)量+單株葉鮮質(zhì)量)×100%〕的變化趨勢見圖3。采收期,C1、C2 處理的單株可食用部分占地上部的比重達(dá)到56.1%和54.1%,顯著高于不噴施C0 處理和高濃度C3 處理。表明在苗期噴施低濃度矮壯素對蔞蒿的單株莖鮮質(zhì)量有明顯的促進(jìn)作用,而噴施高濃度矮壯素反而對單株莖鮮質(zhì)量產(chǎn)生抑制作用。
圖3 不同矮壯素濃度對蔞蒿單株可食用部分占地上部比重的影響
由表3 可知,噴施不同濃度矮壯素對蔞蒿的產(chǎn)量和氮素利用效率有顯著影響,低濃度C1 處理的蔞蒿產(chǎn)量達(dá)到662.9 kg·(667 m2)-1,氮素表觀利用率為1.42%,氮肥偏生產(chǎn)力為60.27 kg·kg-1,氮肥農(nóng)學(xué)利用效率為21.63 kg·kg-1,均顯著高于不噴施C0 處理和高濃度C3 處理,比C0 處理分別提高了13.5%、0.68 百分點(diǎn)、13.5%、49.4%。隨著矮壯素濃度的升高,蔞蒿產(chǎn)量和氮素利用效率逐漸下降,這與采收期株高、單株莖鮮質(zhì)量和葉鮮質(zhì)量的變化趨勢基本一致,說明噴施低濃度矮壯素可以促進(jìn)蔞蒿生長,提高產(chǎn)量,并能有效提升氮素利用效率。
表3 不同矮壯素濃度對蔞蒿產(chǎn)量和氮素利用效率的影響
2.4.1 噴施矮壯素對蔞蒿葉片葉綠素含量的影響 葉綠素含量是植物進(jìn)行光反應(yīng)的基礎(chǔ),通常被作為衡量光能吸收和利用能力的重要指標(biāo)(Kouril et al.,1999)。由圖4 可見,噴施矮壯素后蔞蒿葉片的葉綠素含量持續(xù)升高,且總體表現(xiàn)為高濃度>中濃度>低濃度>不噴施。采收時(shí),C3、C2、C1處理的葉綠素含量分別為6.15、6.17、5.63 mg·g-1,比C0 處理分別提高34.6%、35.0%、23.2%??梢?,噴施矮壯素能夠提高蔞蒿葉片中葉綠素含量,增強(qiáng)植株的光合作用,防止葉片早衰。
圖4 不同矮壯素濃度對蔞蒿葉片葉綠素含量的影響
2.4.2 噴施矮壯素對蔞蒿莖稈可溶性蛋白質(zhì)含量的影響 由圖5 可見,除空白對照(CK)外,其他處理的蔞蒿莖稈可溶性蛋白質(zhì)含量總體呈先降低后升高,再次下降后又上升的變化趨勢。噴施矮壯素后7~12 d,不噴施C0 處理和低濃度C1 處理的可溶性蛋白質(zhì)含量明顯下降,而中、高濃度C2、C3處理的可溶性蛋白質(zhì)含量基本持平,且隨著矮壯素濃度的增加可溶性蛋白質(zhì)含量下降趨勢趨于平緩。采收期,各濃度處理的莖稈可溶性蛋白質(zhì)含量無顯著差異,表明噴施中、高濃度矮壯素后7~12 d 有利于蔞蒿莖稈中可溶性蛋白質(zhì)積累;但各濃度處理對采收期莖稈中可溶性蛋白質(zhì)含量的影響不大,這可能與收獲時(shí)莖稈內(nèi)矮壯素殘留濃度較低有關(guān)。
圖5 不同矮壯素濃度對蔞蒿莖稈可溶性蛋白質(zhì)含量的影響
2.4.3 噴施矮壯素對蔞蒿莖稈可溶性糖含量的影響 可溶性糖是植物生長過程中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),植株體內(nèi)的可溶性糖含量代表碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,可以作為植物抗逆性生理指標(biāo)之一(Omezzine &Haouala,2013)。由圖6 可見,C0、C1、C2、C3 處理的蔞蒿莖稈可溶性糖含量大體呈上升趨勢,且均顯著高于空白對照(CK)。采收時(shí)C3、C2、C1 處理的可溶性糖含量分別為1.28%、1.20%、1.12%,分別比C0 處理提高了0.29、0.21、0.13百分點(diǎn)。表明噴施矮壯素能夠提高蔞蒿莖稈中可溶性糖含量,改善蔞蒿的商品性。這可能與噴施矮壯素后植株的抗逆性增強(qiáng)有關(guān),也可能與矮壯素作為植物生長調(diào)節(jié)劑對同化產(chǎn)物的分配調(diào)節(jié)作用有關(guān)。
圖6 不同矮壯素濃度對蔞蒿莖稈可溶性糖含量的影響
矮壯素是一種延緩劑類植物生長調(diào)節(jié)劑,近年來其在我國登記產(chǎn)品逐漸增多,從水稻、小麥、玉米和棉花等逐漸擴(kuò)大到煙草、番茄和馬鈴薯等作物上使用(Guo et al.,2010)。矮壯素能抑制作物細(xì)胞伸長,誘使植株變矮,莖稈增粗(Guo et al.,2010;徐田軍 等,2019;Szczepanek et al.,2020;Biswas et al.,2021)。本試驗(yàn)結(jié)果表明,噴施矮壯素后,前7 d 對蔞蒿株高有明顯的抑制作用,但對單株莖鮮質(zhì)量和葉鮮質(zhì)量均有促進(jìn)作用,且隨著矮壯素濃度的增加,植株矮化作用增強(qiáng)。苗期噴施低濃度矮壯素(150 mg·L-1)處理,采收期較不噴施矮壯素處理株高降低4.4%,單株莖鮮質(zhì)量增加32.2%,單株葉鮮質(zhì)量增加33.9%,產(chǎn)量增加13.5%,達(dá)到662.9 kg·(667 m2)-1,具有較好的增產(chǎn)效果。隨著濃度的增加,矮壯素對蔞蒿的矮化作用增強(qiáng),對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)逐漸降低。比較不同處理單株可用食部分占地上部的比重,發(fā)現(xiàn)噴施中、低濃度矮壯素處理的蔞蒿莖稈占地上部的比重顯著增加,可見矮壯素能夠調(diào)節(jié)蔞蒿植株同化產(chǎn)物的分配,控制適宜的濃度有利于蔞蒿莖稈的生長和產(chǎn)量增加。
溫國泉等(2016)研究表明,噴施矮壯素能延緩淮山藥葉片葉綠素含量的下降幅度,提高葉片淀粉酶活性,有利于光合碳水化合物從源(葉)向庫(塊莖)轉(zhuǎn)移。馬正波等(2020)研究表明,噴施矮壯素可以增強(qiáng)夏玉米葉片硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶及花后34 d 至采收期谷丙轉(zhuǎn)氨酶等氮代謝酶活性,提高葉綠素總含量和可溶性蛋白質(zhì)含量。本試驗(yàn)結(jié)果表明,噴施低濃度(150 mg·L-1)矮壯素能顯著提高蔞蒿的氮素利用效率,氮素表觀利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率分別較不噴施矮壯素處理提高0.68 百分點(diǎn)、13.5%和49.4%。隨著矮壯素濃度的增加,蔞蒿的氮素利用效率逐漸下降。這可能是由于高濃度矮壯素致使植株矮化程度加劇,至收獲時(shí)葉片和莖稈中矮壯素殘留仍維持較高水平,使得單株莖鮮質(zhì)量、葉鮮質(zhì)量和產(chǎn)量表現(xiàn)不佳,葉綠素含量雖然較高,但綜合氮素利用效率顯著低于未噴施矮壯素處理。
矮壯素屬胺鹽類植物生長調(diào)節(jié)劑,具有較好的水溶性,容易污染地下水及土壤,因此其殘留行為備受關(guān)注(Guo et al.,2010)。我國蔬菜僅在番茄上有矮壯素的殘留限量(GB 2763——2021),且遠(yuǎn)高于歐盟和日本規(guī)定矮壯素的最高殘留限量0.05 mg·kg-1。在實(shí)際生產(chǎn)中,矮壯素經(jīng)常被作為隱性添加成分出現(xiàn)在葉面肥和植物生長調(diào)節(jié)劑等產(chǎn)品中,廣泛應(yīng)用于各種大田作物、蔬菜和水果生產(chǎn)(賈挺進(jìn) 等,2010;Christian et al.,2011;聶繼云 等,2014)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),矮壯素在蔞蒿莖稈中的半衰期為6.9~9.1 d,而在葉片中的半衰期為8.4~26.7 d。這可能與在苗期噴施矮壯素時(shí)植株矮小,葉片為其主要沉積部位有關(guān)。低濃度(150 mg·L-1)矮壯素在蔞蒿莖稈中的半衰期為6.9 d,在葉片中的半衰期為8.4 d,采收時(shí)殘留濃度均為0 mg·kg-1;噴施中、高濃度矮壯素,采收期莖稈中矮壯素殘留量參照我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是合格的,但對照歐盟和日本規(guī)定仍存在安全風(fēng)險(xiǎn)。因此,矮壯素在蔞蒿上的施用時(shí)期和濃度應(yīng)從嚴(yán)把控。收獲后蔞蒿葉片的主要處理方式是喂魚或被丟棄,其對地下水和養(yǎng)殖漁業(yè)產(chǎn)生的潛在影響需要進(jìn)一步風(fēng)險(xiǎn)評估。
綜上,矮壯素在蔞蒿上的降解規(guī)律符合一級動(dòng)力學(xué)方程,苗期噴施矮壯素能降低株高、提高葉片葉綠素含量和莖稈可溶性糖含量,對莖稈可溶性蛋白質(zhì)含量影響不大。通過對比不同濃度的矮壯素噴施效果,發(fā)現(xiàn)與不噴施矮壯素相比,噴施低濃度(150 mg·L-1)矮壯素可以提高采收期蔞蒿的莖鮮質(zhì)量、產(chǎn)量、葉綠素含量和莖稈可溶性糖含量,具有較好的增產(chǎn)效果,且能提高氮素利用效率,在蔞蒿莖稈及葉片中均未檢出矮壯素殘留;噴施中、高濃度矮壯素后蔞蒿植株矮化明顯,雖顯著提高了葉綠素含量和可溶性糖含量,但產(chǎn)量表現(xiàn)不佳,氮素利用效率下降,矮壯素在莖稈中的殘留量符合我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn),然而在葉片中的殘留量較高,存在安全風(fēng)險(xiǎn)。因此,矮壯素作為一種使用較廣泛的植物生長調(diào)節(jié)劑,在噴施濃度為150 mg·L-1條件下,在食莖類蔬菜蔞蒿的種植過程中具有較好的增產(chǎn)增收效果,能夠提高產(chǎn)品品質(zhì)和氮素利用效率,且在采收期莖葉中無殘留,可以安全使用。