余若云　楊偉波　馮元姣　羅子飛　陳思婷

中圖分類號：S571.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

關(guān)鍵詞：納米鐵；椰林間作；鷓鴣茶；光合作用；生長

中圖分類號：S571.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

鷓鴣茶（Mallotus peltatus）又名山苦茶，為大戟科（Euphorbiaceae）野桐屬（Mallotus）灌木或小喬木，普遍分布于南亞地區(qū)，在我國主要產(chǎn)于海南[1]。鷓鴣茶干葉可沖泡，茶水清香，具有解油膩、清熱消暑和生津止渴的保健功效，是海南最具文化特色和市場潛力的農(nóng)產(chǎn)品之一，深受當(dāng)?shù)匕傩障矏邸．?dāng)前鷓鴣茶的開發(fā)利用主要依靠野生資源，隨著鷓鴣茶市場需求迅速擴(kuò)大，野生資源已供不應(yīng)求，人工栽培鷓鴣茶不僅可以擴(kuò)大鷓鴣茶的生長范圍，同時(shí)也是開展野生資源保護(hù)的重要措施[2]。然而，海南島土地資源有限，擴(kuò)大單一作物的種植面積較為困難，挖掘農(nóng)林間作系統(tǒng)的生產(chǎn)潛力是促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突破口。椰子（Cocos nucifera）是熱區(qū)重要的木本經(jīng)濟(jì)作物之一，非生產(chǎn)期長，植株高大，林下空間廣闊[3]。在椰林間作其他作物，不僅有利于提高土地利用率，且能夠增加作物產(chǎn)出、促進(jìn)農(nóng)民增收，如椰林間作可可能夠顯著提高二者的經(jīng)濟(jì)效益[4]。鷓鴣茶喜陰，多自然生長于溝谷密林或河谷兩岸疏林下，因此可作為林下種植的優(yōu)選作物，然而目前椰林間作鷓鴣茶的研究資料鮮見報(bào)道。

光合作用是作物最重要的生理過程之一，在農(nóng)林間作中，由于上層林木對低矮的作物產(chǎn)生遮陰，光照條件會直接影響林下作物的生長發(fā)育[5]。研究表明，鷓鴣茶幼苗在全光照條件下脫葉現(xiàn)象頻繁，約50%的遮陰有利于提高鷓鴣茶的凈光合速率和生物量，25%遮陰效果次之[6]。幼齡椰樹植株較矮，樹冠間空隙大，尚未形成林下郁閉空間，在生長前期無法滿足林下鷓鴣茶苗的最佳遮陰需求。林下鋪設(shè)聚乙烯遮陰網(wǎng)成本較高且不利于環(huán)保，鷓鴣茶在苗期生長發(fā)育速度較快，尋獲適宜的栽培調(diào)控措施以提高林下鷓鴣茶的光合效率，對促進(jìn)鷓鴣茶苗健壯生長具有重要現(xiàn)實(shí)意義。納米材料通常指尺寸為1～100 nm 的結(jié)構(gòu)材料，由于其尺寸微小且具有較大的比表面積，能夠穿透植物細(xì)胞壁，通過內(nèi)吞作用被細(xì)胞吸收，從而調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育[7]。近年來，納米材料作為一種新興技術(shù)在作物基礎(chǔ)研究中受到廣泛關(guān)注，納米鐵材料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大[8-9]。LI等[10]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)納米鐵處理后，玉米葉片凈光合速率顯著提高了19.9%，且生物量增加了31.8%。KHALILI 等[11]發(fā)現(xiàn)納米鐵對紅花總不飽和脂肪酸含量具有提升作用。MANZOOR 等[12]研究表明使用鐵納米材料能夠緩解小麥鎘脅迫，促進(jìn)小麥光合色素的形成和植株生長。大量研究已證實(shí)，納米鐵可以提高植物光合能力[13]、促進(jìn)植物生長[14-15]，并提高植物抗逆性[16]。雖然納米鐵材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中已有豐富成果，但在農(nóng)林復(fù)合種植研究中十分少見，能否通過納米鐵材料調(diào)控林下作物生長尚不明確。

基于上述內(nèi)容，本研究以幼齡椰林間作中的鷓鴣茶苗為對象，在田間試驗(yàn)條件下對鷓鴣茶葉面噴施納米鐵懸液，比較5 個(gè)濃度（0、25、50、75、100 mg/L）納米鐵處理下，鷓鴣茶葉片的生長性狀、光合參數(shù)及化學(xué)成分等指標(biāo)的變化差異，系統(tǒng)分析納米鐵對鷓鴣茶生長發(fā)育的綜合影響，旨在回答2 個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題：（1）納米鐵對林下鷓鴣茶的生長調(diào)控作用如何？（2）納米鐵促進(jìn)林下鷓鴣茶生長的適宜濃度是多少？本研究可為納米鐵在椰林間作鷓鴣茶模式中的科學(xué)應(yīng)用提供理論依據(jù)，對于促進(jìn)鷓鴣茶生產(chǎn)、保護(hù)鷓鴣茶野生資源和提高椰林綜合效益具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

供試植株為鷓鴣茶無病蟲害，長勢一致的一年生幼苗，取自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所栽培基地。試驗(yàn)使用的納米鐵材料由甘肅谷碩納米農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司提供，平均粒徑為43 nm，純度>99.5%，外觀為黑色粉末狀。將納米鐵粉溶于去離子水中，分別制成0、25、50、75、100 mg/L 的納米鐵懸液。試驗(yàn)地位于海南省文昌市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所種植示范基地（19°31N，110°45E），屬于熱帶季風(fēng)性氣候，水熱條件良好，全年無霜凍。種植區(qū)地勢平坦，土質(zhì)為沙壤土，較為貧瘠，保水性差，經(jīng)測定土壤pH 約為5.2，含水量約為3%，有效鐵含量約為63 mg/kg，速效氮含量約為27 mg/kg，速效磷含量約為30 mg/kg，速效鉀約為22 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量約為11 g/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 鷓鴣茶苗定植時(shí)間為2022 年1月，在三年生椰樹行間種植鷓鴣茶，椰樹采用寬窄行種植方式，窄行4 m 種椰子，寬行9 m 間作鷓鴣茶，椰子種植密度為4 m×6 m，鷓鴣茶種植密度為3 m×3 m，使用便攜式照度計(jì)測得椰林間作區(qū)遮陰度在20%～25%。試驗(yàn)共設(shè)置4 個(gè)濃度納米鐵處理（T₁：25 mg/L，T₂：50 mg/L，T₃：75 mg/L、T₄：100 mg/L）和1 個(gè)對照（CK：0 mg/L），各設(shè)8 次重復(fù)，共計(jì)40 株鷓鴣茶苗用于試驗(yàn)觀測。

1.2.2 田間處理 試驗(yàn)觀測時(shí)間為2022 年4—6月，采用葉面噴施的方法，于4 月26 日和5 月26 日對鷓鴣茶苗各施用1 次納米鐵懸液。施用納米鐵材料時(shí)，根據(jù)鷓鴣茶的葉片數(shù)量，每次每株噴施30～50 mL 懸液。將納米鐵懸液均勻噴施于葉片的正反面，懸液滴落前停止。噴施納米鐵后8 h 內(nèi)用去離子水每小時(shí)噴霧1 次，保持葉面濕潤且無水滴落，以免納米鐵在葉表沉積。每次葉面施鐵滿25 d 后，采集鷓鴣茶生長良好的葉片，測定相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)。

1.2.3 取樣 選擇晴朗無風(fēng)天氣，于2022 年5月24 日和6 月23 日，每個(gè)處理隨機(jī)選取6 株長勢一致的健康鷓鴣茶苗，記錄鷓鴣茶苗單株葉片數(shù)量，每株鷓鴣茶隨機(jī)選擇3 片成熟健康葉片（自莖頂端下第5～8 葉位）測定葉生長、光合和葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)，同時(shí)取10 片葉片混合為一個(gè)樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)成分指標(biāo)測定。

1.2.4 指標(biāo)測定 （1）葉生長、光合和葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)。測定葉生長指標(biāo)包括葉片長、葉片寬、葉鮮重和葉干重。采用SPAD-502 葉綠素儀（日本Konica Minolta 公司）測定鷓鴣茶葉片的SPAD值，代表作物葉片葉綠素含量。使用LI-6800 便攜式光合儀（美國LI-COR 公司），在上午9：00—11：00 測定鷓鴣茶葉片的光合指標(biāo)，包括凈光合速率[Pn， μmol/（m·s）] 、蒸騰速率[Tr，mmol/（m²·s）]、氣孔導(dǎo)度[Gs， mmol/（m²·s）]和胞間CO₂濃度（Ci， μmol/mol）。采用PAM-2500 便攜式葉綠素?zé)晒鈨x（德國WALZ 公司）測定鷓鴣茶葉片的葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)，包括初始熒光（F_o）、最大熒光（F_m）、可變熒光（F_v）、PSⅡ潛在活性（F_v/F_o）、PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率（F_v/F_m）、實(shí)際光化學(xué)效率（Φ_PSⅡ）和表觀電子傳遞速率（ETR）。

（2）葉化學(xué)成分指標(biāo)。測定指標(biāo)包括黃酮含量、脂肪含量、灰分含量和水分含量。黃酮測定采用分光光度法，脂肪測定采用索氏抽提法，灰分測定參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定》（GB 5009.4—2016）的方法，水分測定采用烘干法[17-18]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office Excel 2010 軟件整理數(shù)據(jù)，使用IBM SPSS Satistics 21 軟件進(jìn)行單因素ANOVA 分析，檢驗(yàn)不同處理間試驗(yàn)指標(biāo)的差異顯著性，使用R 語言ggplot 包作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片生長

第一次噴施不同濃度納米鐵后，T₁、T₂、T₃、T₄處理的鷓鴣茶葉長與CK 相比均顯著增長，其中T₃處理增幅最大，為29.16%（表1）。T₃處理的鷓鴣茶葉寬和葉干重與T₄處理無顯著差異，但顯著大于T₁和CK 處理。不同處理間鷓鴣茶葉鮮重?zé)o顯著差異。隨著納米鐵濃度增高，鷓鴣茶葉片數(shù)量逐漸增多。第二次噴施不同濃度納米鐵后，4 個(gè)不同濃度納米鐵處理的鷓鴣茶葉長和葉寬均顯著大于CK，其中T₃處理增長幅度最大，分別為50.85%和27.56%（表2）。T₁、T₃、T₄處理的鷓鴣茶葉鮮重和葉干重顯著高于CK。隨納米鐵濃度增高，鷓鴣茶葉片數(shù)量逐漸增加，其中T₃處理的鷓鴣茶葉片數(shù)最多。上述結(jié)果表明，葉施納米鐵對鷓鴣茶葉片生長發(fā)育具有明顯促進(jìn)作用。

2.2 葉片光合作用

第一次噴施不同濃度納米鐵后，與CK 相比，T1、T2、T3、T4 處理的鷓鴣茶葉綠素含量分別顯著提高14.96%、16.18%、17.91%、20.58%（圖1A）。隨著納米鐵濃度提高，鷓鴣茶P_n、T_r 和Gs總體呈增加趨勢（表3）。T₄處理的鷓鴣茶Pn 和Tr 最高，CK 最低。T₃、T₂和T₁處理的鷓鴣茶T_r和C_i無顯著差異。第二次噴施不同濃度納米鐵后，與CK 相比，T₁、T₂、T₃、T₄處理的鷓鴣茶葉綠素含量分別顯著提高10.28%、7.53%、11.13%、11.41%（圖1B）。隨著納米鐵濃度提高，鷓鴣茶Pn、Tr 和Gs 總體呈先增后減趨勢，C_i 呈現(xiàn)下降趨勢（表4）。T₂處理的鷓鴣茶P_n、T_r和G_s最高，T₃處理開始降低，T4 處理和CK 的鷓鴣茶P_n、Tr和G_s顯著低于其他處理。上述結(jié)果表明，葉施納米鐵能夠顯著提升鷓鴣茶的光合能力，但是過高濃度的鐵處理反而會抑制其光合作用，施用濃度不宜超過50 mg/L 處理。

2.3 葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)

第一次噴施不同濃度納米鐵后，隨著納米鐵濃度提高，鷓鴣茶的Fm、Fv、Fv/Fm、ΦPSⅡ和ETR均呈現(xiàn)上升趨勢，F(xiàn)o 變化趨勢則相反（表5）。T4和T3 處理的鷓鴣茶Fm、Fv、ΦPSⅡ和ETR 顯著高于T2 處理和CK。T4 和T3 處理的鷓鴣茶Fo 顯著低于T2 處理。第二次噴施不同濃度納米鐵后，當(dāng)納米鐵濃度提高至T3 處理，鷓鴣茶的Fv/Fo 和Fv/Fm 顯著降低（表6）。當(dāng)納米鐵濃度提高至T4處理，鷓鴣茶的ΦPSⅡ和ETR 顯著降低。鷓鴣茶的Fo 在各處理和CK 無顯著差異。上述結(jié)果表明，適宜濃度的納米鐵處理能夠促進(jìn)鷓鴣茶光合作用，濃度超過T2 處理后會產(chǎn)生不利影響。

2.4 葉片主要化學(xué)成分

經(jīng)過2 次葉施納米鐵處理后，隨著納米鐵濃度提高，鷓鴣茶黃酮含量有所增加，T₁ 處理的鷓鴣茶黃酮含量相比CK 增加59.09%，T₂、T₃、T4處理與T₁ 處理無顯著差異（圖2）。鷓鴣茶葉片脂肪含量隨納米鐵濃度提高先增加后降低，T₁處理的鷓鴣茶脂肪含量顯著高于CK，增幅為64.39%，T₂和T₄處理的脂肪含量相比T₁處理分別下降30.41%、38.71%。T₁處理的鷓鴣茶葉片灰分含量相比CK 顯著增加30.85%，T₂、T₃ 處理與T₁處理的灰分含量無顯著差異，T₄處理則比T₁處理下降17.66%。不同處理間以及CK 的鷓鴣茶水分含量均無顯著差異。上述結(jié)果表明，葉施納米鐵能夠提升鷓鴣茶的主要化學(xué)成分指標(biāo)，濃度以25 mg/L處理為宜。

3 討論

椰子林下空間開闊，長期單一種植會導(dǎo)致土地利用效率低下。鷓鴣茶為多年生灌木，通常自然分布于茂密的林蔭下，生長喜陰，適宜林下間作[1-2]。在充分掌握鷓鴣茶生長發(fā)育特性的基礎(chǔ)上開展椰林間作有利于提高土地綜合產(chǎn)出，同時(shí)也對馴化栽培鷓鴣茶，保護(hù)野生資源具有重要意義。大量研究顯示金屬元素納米材料在促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面具有較大潛能[19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)椰林下的鷓鴣茶經(jīng)納米鐵處理后，鷓鴣茶葉長、葉寬和葉干重等生長指標(biāo)顯著大于不施鐵對照組，且葉片數(shù)量明顯增多，表明葉施納米鐵可以促進(jìn)鷓鴣茶葉片生長，提高鷓鴣茶生物量。AVESTAN 等[21]研究表明使用納米鐵可以顯著提高蘋果葉面積、鮮重、干重和葉數(shù)等生長指標(biāo)，與本研究結(jié)果一致。ASKARY 等[22]研究也證實(shí)，納米鐵能促進(jìn)長春花的葉生長。2 次處理后，4 個(gè)濃度納米鐵處理間的鷓鴣茶葉長、葉寬、葉鮮重和葉干重基本無顯著差異，說明納米鐵對鷓鴣茶的促生作用在較低濃度條件下即可實(shí)現(xiàn)。RUI 等[9]研究成果支持這一結(jié)論，研究發(fā)現(xiàn)納米鐵低至2 mg/kg 即可顯著增加花生的生物量。然而一項(xiàng)關(guān)于柑橘的研究顯示，納米鐵對柑橘葉生長無顯著影響，這可能是因?yàn)楦涕偃~革質(zhì)，葉片蠟質(zhì)層厚，阻截了鐵元素的滲透和再轉(zhuǎn)移[23]。

農(nóng)林間作對作物最直接的影響是改變了作物的光資源分配，從而顯著影響林下作物的光合效能[24]。楊虎彪等[6]研究表明鷓鴣茶苗在50%蔭蔽度條件下長勢最好。椰林間作鷓鴣茶可為鷓鴣茶提供蔭蔽環(huán)境，但椰林在生長前期難以滿足鷓鴣茶的需蔭要求，因此可能會抑制鷓鴣茶的光合作用。本研究結(jié)果表明，從提高鷓鴣茶的光合效能和綠色生產(chǎn)出發(fā)，利用最低的成本進(jìn)行納米鐵調(diào)控是可行的。4 個(gè)濃度納米鐵處理后與不施鐵對照相比，鷓鴣茶葉綠素含量均顯著提高。葉綠體是作物進(jìn)行光合作用的重要器官，葉綠素含量的高低能夠體現(xiàn)作物光合能力的強(qiáng)弱，說明葉施納米鐵能夠提升鷓鴣茶的光合能力，這可能是因?yàn)榧{米鐵直接進(jìn)入植物細(xì)胞，激發(fā)了葉綠素的合成[25]。LI 等[10]研究表明，葉施納米鐵提升了玉米19.3%的葉綠素含量，與本研究結(jié)果相符。DELFANI等[26]也發(fā)現(xiàn)了葉面施用納米鐵后，黑眼豌豆葉綠素含量比對照增加了10%。

鐵元素對調(diào)節(jié)作物光合作用有著重要影響[27]。本研究發(fā)現(xiàn)第一次葉施納米鐵后，鷓鴣茶葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度隨著納米鐵濃度提高而增加；但第二次處理后，凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度先增后減，在濃度達(dá)到75 mg/L時(shí)降低，且100 mg/L 納米鐵處理的鷓鴣茶光合參數(shù)顯著低于其他處理和對照。徐江兵等[28]研究表明，納米鐵處理后，生菜的光合效率隨鐵濃度提高先上升后下降，與本研究結(jié)果一致。AVESTAN等[21]研究也發(fā)現(xiàn)施用200 mg/L 的高濃度納米鐵抑制了蘋果光合作用。金屬納米材料在實(shí)際應(yīng)用中是一把雙刃劍，通常低濃度可以促進(jìn)作物種子萌發(fā)、根系伸長、產(chǎn)量提高，高濃度則表現(xiàn)為組織損傷和生長抑制等[29]。鷓鴣茶光合速率的下降可能是因?yàn)樵谌~施2 次較高濃度納米鐵后，產(chǎn)生了毒害效應(yīng)。研究表明由于納米鐵更容易進(jìn)入作物細(xì)胞，過量的鐵積累會破壞作物光合系統(tǒng)，此外納米鐵顆粒通過Fenton 反應(yīng)產(chǎn)生的活性氧也會傷害作物細(xì)胞[30]。

鷓鴣茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光合參數(shù)變化規(guī)律基本一致，第一次葉施納米鐵后，100 mg/L 和75 mg/L 納米鐵處理的鷓鴣茶最大熒光、可變熒光、PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率和表觀電子傳遞速率顯著高于50 mg/L 納米鐵處理和對照；然而第二次處理后，75 mg/L 納米鐵處理的鷓鴣茶PSⅡ潛在活性和PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率顯著降低，100 mg/L 納米鐵處理的鷓鴣茶實(shí)際光化學(xué)效率和表觀電子傳遞速率顯著降低。原初光能轉(zhuǎn)化效率是反映作物光系統(tǒng)對光能吸收、傳遞的重要指標(biāo)。本研究表明施加適量納米鐵可以促進(jìn)光系統(tǒng)Ⅱ的開放，提高光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心的光能轉(zhuǎn)換效率，納米鐵濃度過高則會破壞光系統(tǒng)從而導(dǎo)致原初光能轉(zhuǎn)化效率下降[31]。100 mg/L 納米鐵處理的鷓鴣茶表觀電子傳遞速率顯著降低，說明高濃度納米鐵會抑制作物體內(nèi)電子信號的傳導(dǎo)，產(chǎn)生光抑制，導(dǎo)致鷓鴣茶光合能力減弱[32]。綜合上述結(jié)果，當(dāng)納米鐵濃度超過50 mg/L 后會對鷓鴣茶光合作用產(chǎn)生不利影響。

葉施納米鐵后，鷓鴣茶葉片的主要化學(xué)成分發(fā)生顯著變化。黃酮是鷓鴣茶葉中重要的化學(xué)成分，具有較強(qiáng)的抗氧化和清除自由基等效用[33]。25 mg/L 納米鐵處理的鷓鴣茶葉片黃酮含量相比不施鐵對照增加超過50%，但隨著納米鐵濃度提升，黃酮含量未繼續(xù)增加，這說明低濃度的納米鐵處理即可促進(jìn)提高鷓鴣茶葉的黃酮含量，增強(qiáng)其保健藥理功效。YOUSEFZADEH 等[34]研究發(fā)現(xiàn)納米鐵可以增加香青蘭的黃酮含量，與本研究結(jié)果一致。鷓鴣茶葉脂肪和灰分含量在25 mg/L 納米鐵處理中大幅增加，與施鐵對紫花苜蓿的灰分影響結(jié)果相符[35]。值得注意的是，鷓鴣茶葉脂肪和灰分含量在100 mg/L 納米鐵處理中顯著降低，表明納米鐵施用量過多對化學(xué)成分的合成產(chǎn)生了抑制作用，因此若從葉化學(xué)方面考慮，適宜的納米鐵施用濃度為25 mg/L。

4 結(jié)論

林下間作鷓鴣茶可破解用地瓶頸制約，有效擴(kuò)大鷓鴣茶種植面積，但生產(chǎn)前期面臨諸多困難。幼齡椰林郁閉度較低、光照條件好，無法滿足林下茶苗優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)所需的遮陰要求，應(yīng)用低成本綠色納米技術(shù)進(jìn)行作物生長調(diào)控，提高鷓鴣茶的環(huán)境適應(yīng)性，對促進(jìn)鷓鴣茶生產(chǎn)、提高椰林綜合效益具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本研究表明，與對照相比，葉施納米鐵對鷓鴣茶葉片生長、光合及主要化學(xué)特征影響極為顯著。納米鐵處理提高了鷓鴣茶的葉長、葉寬、葉干重、葉片數(shù)量和葉綠素含量。鷓鴣茶葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度隨納米鐵濃度升高先增后降，PSⅡ潛在活性和PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率也在較高濃度納米鐵處理中顯著降低。鷓鴣茶葉片黃酮、脂肪和灰分含量在低濃度納米鐵處理中即可顯著提高，但脂肪和灰分含量在高濃度處理中減少。因此納米鐵可有效促進(jìn)林下鷓鴣茶生長，濃度過高則產(chǎn)生負(fù)面作用。綜合考慮以上因素，建議椰林間作鷓鴣茶的納米鐵適宜用量為25～50 mg/L。本研究將為納米鐵調(diào)控在椰-茶農(nóng)林間作中的應(yīng)用提供理論參考。