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(guó)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(huì)阻礙植物的生長(zhǎng)發(fā)育，影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì)[3]，而且還會(huì)通過(guò)食物鏈的傳遞造成人體食欲不振、生長(zhǎng)發(fā)育遲緩及免疫力低下等，影響健康[4-5]。通過(guò)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(wèn)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(píng)價(jià)方法比較單一。本文通過(guò)田間試驗(yàn)并應(yīng)用基于主成分分析的綜合評(píng)價(jià)方法，研究施用鋅鉬硒肥對(duì)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(chǎng)上常見(jiàn)的新綠秀青梗白菜。試驗(yàn)設(shè)置CK(對(duì)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(kù)神化工有限公司生產(chǎn)的蔬菜專(zhuān)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(jí)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(zhǎng)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(cè)定

收獲時(shí)在每個(gè)小區(qū)內(nèi)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的3個(gè)樣方測(cè)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(zhǎng)勢(shì)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(duì)其中一部分小白菜進(jìn)行相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定，另一部分按地上部、地下部分開(kāi)測(cè)定鮮質(zhì)量，在105 ℃下殺青30 min，55 ℃烘干至恒重，測(cè)其干質(zhì)量，然后用不銹鋼植物磨樣機(jī)磨碎過(guò)孔徑0.149 mm篩保存，用于植物中鋅、硒、鉬含量的測(cè)定。

小白菜樣品中硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測(cè)定[12]，維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定[12]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[13]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)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(cè)定鋅含量，示波極譜法測(cè)定鉬含量，原子熒光光譜法測(cè)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(guò)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(duì)小白菜產(chǎn)量的影響

施用鋅鉬硒肥對(duì)小白菜產(chǎn)量的影響見(jiàn)表1。

表1 施用鋅鉬硒肥對(duì)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(lái)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(lái)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(duì)小白菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

施用鋅鉬硒肥對(duì)小白菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響見(jiàn)圖1。

圖1 施用鋅鉬硒肥對(duì)小白菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖1可知，各施肥處理對(duì)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T(mén)Mo>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(duì)小白菜中鋅、鉬、硒元素吸收與累積的影響

施用鋅鉬硒肥對(duì)小白菜中鋅、鉬、硒含量的影響見(jiàn)圖2，對(duì)小白菜中鋅、鉬、硒累積量的影響見(jiàn)圖3。

圖2 施用鋅鉬硒肥對(duì)小白菜中鋅、鉬、硒含量的影響

圖3 施用鋅鉬硒肥對(duì)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(píng)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(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，主成分2可以劃分為小白菜礦質(zhì)營(yíng)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(jiàn)表3)。從表3中可以看出：在小白菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)方面，施鉬處理效果最好；在小白菜礦質(zhì)營(yíng)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(duì)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(yǔ)

農(nóng)作物的品質(zhì)受多種因素共同調(diào)控，單一指標(biāo)評(píng)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(píng)果[20]等果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)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(duì)現(xiàn)實(shí)關(guān)系進(jìn)行描述[21-22]。在試驗(yàn)中，對(duì)小白菜進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)運(yùn)用主成分分析法，在9個(gè)與小白菜評(píng)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(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)兩類(lèi)，構(gòu)建小白菜評(píng)價(jià)函數(shù)，獲得綜合評(píng)價(jià)得分，根據(jù)得分排名可知施鉬處理對(duì)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(yíng)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(wèn)題，采用生物強(qiáng)化手段，通過(guò)改善農(nóng)藝措施來(lái)提高作物中微量元素含量，平衡人體對(duì)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(duì)照增加了46%、137%、258%。根據(jù)中國(guó)居民膳食營(yíng)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(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)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(duì)人體安全有益的范圍內(nèi)，同時(shí)為更好滿(mǎn)足人體對(duì)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(duì)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(guò)程中處于對(duì)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(duì)人體有益的元素含量，而且是生物強(qiáng)化有效手段的一種。