锌钼硒施用对小白菜的作用效果及锌钼硒含量的影响

Effect of Applying Zinc, Molybdenum and Selenium on Chinese Cabbage and Influence of Zinc, Molybdenum and Selenium Contents

郝松澜 Songlan HAO , 刘培杰 Peijie LIU , 谭启玲 Qiling TAN , 胡承孝 Chengxiao HU , 孙学成 Xuecheng SUN

华中农业大学资源与环境学院/微量元素研究中心湖北武汉 430070 College of Resources and Environment/ Micro-Element Research Center, Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei 430070, China

Author notes:

Correspondence to: 孙学成(1974—)，博士，教授，从事植物钼营养机理以及农产品品质安全研究；sxccn@mail.hzau.edu.cn

摘要：

通过田间小区试验，研究了在缺钼、低硒土壤上施用锌、钼、硒对小白菜的作用效果及锌、钼、硒含量的影响。根据试验数据，基于主成分分析的综合评价结果表明：在供试土壤上施用钼肥处理对小白菜的作用效果最佳，施用硒肥处理次之；施用锌、钼、硒后，小白菜可食部位中锌、钼、硒的含量比对照分别提高了46%、137%和258%，且小白菜可食用部位中锌、钼、硒的含量都处于对人体健康有益的安全食用范围内。试验结果表明：根据土壤的丰缺状况合理施用微量元素肥料，不仅有利于改善蔬菜产品的营养品质，而且可提高蔬菜产品中微量元素的含量，是实现蔬菜产品生物强化的有效途径之一。

关键词：

锌钼硒肥; 小白菜; 品质; 锌; 硒; 钼; 人体健康;

Abstract：

Through field plot experiment, the effects of applying zinc, molybdenum and selenium on molybdenum deficient and low selenium soil on Chinese cabbage and the content of zinc, molybdenum and selenium are studied. According to the experimental data, the comprehensive evaluation result based on the principal component analysis shows that the treatment of applying molybdenum fertilizer on the tested soil has the best effect on the Chinese cabbage, followed by the treatment of applying selenium fertilizer; after applying zinc, molybdenum, and selenium, the content of zinc, molybdenum and selenium in the edible parts of Chinese cabbage increased by 46%, 137% and 258% respectively, compared with the control, and the content of zinc, molybdenum, and selenium in the edible parts of Chinese cabbage are all within safe consumption range that is beneficial to human health. The test results show that the rational application of trace element fertilizer according to the abundance and deficiency of the soil is not only conducive to improving the nutritional quality of vegetable products, but also can increase the content of trace elements in vegetable products, which is one of the effective ways to realize vegetable product biofortification.

Keyword：

zinc, molybdenum and selenium fertilizer; Chinese cabbage; quality; zinc; selenium; molybdenum; human health;

我国耕地土壤中微量元素缺乏严重^[1]，其中缺少锌、钼、硒元素的面积分别占耕地总面积的51.2%、46.8%、72.0%。锌、钼、硒元素是植物体内多种酶的重要组成部分^[2]，影响着植物体内物质循环与能量代谢，土壤中缺乏锌、钼、硒元素，不仅会阻碍植物的生长发育，影响作物的产量与品质^[3]，而且还会通过食物链的传递造成人体食欲不振、生长发育迟缓及免疫力低下等，影响健康^[4-5]。通过生物强化的方式，在蔬菜种植时配施微量元素是解决当前问题的有效途径之一。有研究表明：小白菜在水培、盆栽等试验条件下，施用锌肥可以提高锌、维生素C含量和干物质量^[6]；施用钼肥，可溶性糖及维生素C含量显著提高，硝酸盐含量显著降低^[7]；施用硒肥，可以提高产量，且硒含量与累积量显著增加^[8]。已有的文献报道多采用盆栽试验，施肥作用效果的评价方法比较单一。本文通过田间试验并应用基于主成分分析的综合评价方法，研究施用锌钼硒肥对小白菜的作用效果，并从食物链的角度分析小白菜中锌、钼、硒含量的食品安全性。

1 材料与方法

1.1 试验方案

试验在湖北省武汉市洪山区大港村城郊蔬菜基地进行，供试小白菜品种为市场上常见的新绿秀青梗白菜。试验设置CK(对照)、TSe(硒肥)、TMo(钼肥)、TZn(锌肥)4个处理，每个处理重复6次，共24个小区，每个小区面积为12 m²。试验采用随机区组设计，所有处理底肥均施用湖北库神化工有限公司生产的蔬菜专用肥(17-7-17)，用量为1 500 kg/hm²；硒肥以亚硒酸钠为肥源，用量为0.375 kg/hm²；钼肥以钼酸铵为肥源，用量为0.75 kg/hm²；锌肥以七水硫酸锌为肥源，用量为15.0 kg/hm²；所有肥料均一次性以底肥施入。供试试验田土壤为黄棕壤，其土壤基本理化性质：pH为7.02，有机质、碱解氮、速效钾、速效磷、有效钼、有效锌、有效硒的质量分数依次为17 980、71.49、208.15、139.18、0.12、1.21、0.072 mg/kg，参照土壤元素含量分级标准^[9-11]，该供试土壤属于缺钼、低硒土壤。2015年9月10日播种小白菜，在其发芽后7 d内进行2次定苗，生长35 d后统一收获取样，种植期间4个处理除施用肥料不同外，其他田间管理措施均一致。

1.2 样品的收集与测定

收获时在每个小区内选取长势一致的3个样方测产，每个样方1 m²；同时在每个小区内随机选取长势一致的小白菜25株带回实验室，用去离子水清洗干净并擦干，对其中一部分小白菜进行相关品质指标测定，另一部分按地上部、地下部分开测定鲜质量，在105 ℃下杀青30 min，55 ℃烘干至恒重，测其干质量，然后用不锈钢植物磨样机磨碎过孔径0.149 mm筛保存，用于植物中锌、硒、钼含量的测定。

小白菜样品中硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定^[12]，维生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定^[12]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定^[13]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定^[14]。

小白菜经HNO₃-HClO₄(4+1)混合酸消煮后，采用原子吸收光谱法测定锌含量，示波极谱法测定钼含量，原子荧光光谱法测定硒含量。

土壤样品基本理化性质的分析参考文献[15]进行。

1.3 数据分析及计算

采用Microsoft Excel 2016进行数据预处理，以SPSS 20.0进行单因素方差分析(ANOVA)，显著性差异分析通过Duncan-test(p＜0.05)法进行，主成分分析运用累计方差贡献率在80%以上的前k个主成分取代原有指标，用Origin 2017进行绘图。

2 结果与分析

2.1 施用锌钼硒肥对小白菜产量的影响

施用锌钼硒肥对小白菜产量的影响见表 1。

表 1

施用锌钼硒肥对小白菜产量的影响

处理	小区产量/kg	地上部干质量/ (g·株^-1)	地下部干质量/ (g·株^-1)	可食率/ %
注：1)不同小写字母表示差异达5%显著水平，下同
CK	42.01±5.45 a	6.70±0.55 b	2.29±0.08 ab	74.5
TSe	46.58±6.95 a	10.13±1.06 a	2.73±0.23 a	78.8
TMo	47.08±4.44 a	7.30±0.50 b	1.83±0.12 b	80.0
TZn	47.68±3.50 a	8.06±0.50 b	2.05±0.23 b	79.7

由表 1可知：与CK相比，TZn、TMo、TSe处理的小白菜产量分别增加了13.5%、12.1%、10.9%，但未达到显著水平；从单株干质量来看，施用硒肥可显著提高小白菜地上部干质量，而TZn、TMo处理的水白菜地下部干质量则有所下降；以地上部作为食用部位计算得到的可食率来看，TZn、TMo、TSe处理均提高了小白菜地上部茎叶占整株的比例。

2.2 施用锌钼硒肥对小白菜营养品质的影响

施用锌钼硒肥对小白菜营养品质的影响见图 1。

图 1

施用锌钼硒肥对小白菜营养品质的影响

由图 1可知，各施肥处理对小白菜品质都有一定的提升。与CK相比，TZn、TMo处理的维生素C含量显著增加，各处理的含量表现为TMo＞TZn＞TSe；TMo处理显著提高了可溶性糖的含量，TZn、TSe处理的虽有提高但未达显著水平；TZn、TMo、TSe处理的硝酸盐含量分别下降了8%、10%、12%，但未达到显著水平；另外，TMo处理提高了小白菜叶片中可溶性蛋白的含量，上升幅度达17%。

2.3 施用锌钼硒肥对小白菜中锌、钼、硒元素吸收与累积的影响

施用锌钼硒肥对小白菜中锌、钼、硒含量的影响见图 2，对小白菜中锌、钼、硒累积量的影响见图 3。

图 2

施用锌钼硒肥对小白菜中锌、钼、硒含量的影响

图 3

施用锌钼硒肥对小白菜中锌、钼、硒累积量的影响

由图 2可知：与不施微量元素的CK相比，TZn处理显著提高了小白菜地上部中锌的含量，上升幅度为46%，TMo、TZn处理并未显著增加小白菜各部位中锌的含量；TMo处理显著增加了小白菜地上部及地下部中钼的含量，上升幅度分别为137%和98%；TSe处理则显著增加了小白菜地下部及地上部中硒的含量，上升幅度分别为459%和258%。

由图 3可知：与CK相比，TZn、TSe处理均显著增加了小白菜地上部中锌的累积量，上升比例分别为37%和47%；TMo处理显著增加了小白菜地上部和地下部中钼的累积量，上升比例分别为155%和92%，TSe处理也增加了小白菜地上部中钼的累积量，上升比例为64%；在硒累积量方面，TSe处理显著增加了小白菜地上部和地下部中硒的累积量，上升比例分别为403%和443%，TMo处理也增加了小白菜地上部中硒的累积量。

2.4 小白菜试验的综合评价

把小白菜的产量(X₁)、地上部干质量(X₂)、硝酸盐含量(X₃)、维生素C含量(X₄)、可溶性糖含量(X₅)、可溶性蛋白含量(X₆)、地上部锌累积量(X₇)、地上部钼累积量(X₈)、地上部硒累积量(X₉)等9个指标进行主成分分析，如表 2所示，共提取到2个主成分，其中维生素C含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、地上部钼累积量在主成分1中表现出较高的载荷，地上部锌累积量、地上部硒累积量、地上部干质量在主成分2中表现出较高的载荷。根据不同指标的载荷情况，主成分1可以划分为小白菜的营养品质指标，主成分2可以划分为小白菜矿质营养品质指标。这2个主成分贡献率分别为49.62%、41.37%，累计贡献率大于80%，能够代表小白菜的所有指标。

表 2

小白菜各指标主成分特征值、贡献率、累计贡献率及载荷矩阵

项目	主成分
项目	1	2
特征值	4.47	3.72
贡献率/%	49.62	41.37
累计贡献率/%	49.62	90.99
产量	0.69	0.57
地上部干质量	0.04	0.98
硝酸盐含量	-0.71	-0.70
维生素C含量	0.96	0.19
可溶性糖含量	0.92	0.36
可溶性蛋白含量	0.90	-0.36
地上部锌累积量	-0.05	0.97
地上部钼累积量	0.94	-0.05
地上部硒累积量	0.13	0.83

根据载荷矩阵和特征值计算每个指标的系数，得到小白菜2个主成分的表达式：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，由表达式计算得到各处理在2个主成分中的得分及综合得分(见表 3)。从表 3中可以看出：在小白菜营养品质方面，施钼处理效果最好；在小白菜矿质营养品质方面，施硒效果最好；综合得分施钼处理最高，表明在试验条件下，施钼对小白菜的正效应更为明显。

表 3

小白菜各指标得分

处理	主成分1得分	主成分2得分	综合得分	排名
CK	-2.261	-1.864	-2.080	4
TSe	-0.274	2.437	0.959	2
TMo	2.848	-1.178	1.018	1
TZn	-0.313	0.604	0.104	3

3 结语

农作物的品质受多种因素共同调控，单一指标评价的结果不能做到准确全面^[16]，目前在杨梅^[17]、柑橘^[18-19]、苹果^[20]等果实品质综合评价时多采用主成分分析，利用降维的思想，能科学准确地对现实关系进行描述^[21-22]。在试验中，对小白菜进行综合评价时运用主成分分析法，在9个与小白菜评价相关的指标尽可能多保留的情况下，将相互关联的多评价指标转化为营养品质与矿质营养品质两类，构建小白菜评价函数，获得综合评价得分，根据得分排名可知施钼处理对小白菜作用效果最好，显著提高了可溶性糖含量、维生素C含量、地上部中钼和硒累积量，施肥处理间总体表现为施钼＞施硒＞施锌；但在矿质营养品质方面，施硒处理的小白菜地上部锌和硒的累积量显著增加，整体表现最好。

锌、钼、硒是人体所必需的微量元素，是维护人体健康乃至生命安全必不可缺的部分。近代医学发现，微量元素摄取不足造成的“隐形饥饿”，正逐渐成为影响人们健康的原因之一。考虑到安全问题，采用生物强化手段，通过改善农艺措施来提高作物中微量元素含量，平衡人体对微量元素的摄入是目前较好的选择^[23-24]。试验中TZn、TMo、TSe处理的小白菜地上部中锌、钼、硒的含量均有所增加，其锌、钼、硒质量分数分别达到57.3、0.672、0.111 mg/kg，分别比对照增加了46%、137%、258%。根据中国居民膳食营养参考摄入量建议^[25]，成人每天锌、钼、硒适宜摄入量分别为12.5 mg、100 μg、60 μg，按照中国营养学会推荐每天300~500 g蔬菜的摄入量^[26]，人体食用施锌钼硒肥后的小白菜，每天可以补充1.7~2.8 mg锌、20.2~33.6 μg钼、3.33~5.55μg硒，摄入的锌、钼元素量能达到适宜摄入量的20%左右，硒元素仅占5%。根据蔬菜在每天饮食中的占比，施锌钼硒肥后的小白菜中锌、钼、硒含量都处于对人体安全有益的范围内，同时为更好满足人体对微量元素的需求，硒肥的施用量还有增加的空间。

在试验条件下，施用不同微量元素肥料对小白菜品质指标的提升各有侧重，但在元素吸收方面表现出一致的显著增加效果，并且元素含量在食物链传递过程中处于对人体健康安全有益的范围内。因此，根据蔬菜种植土壤的丰缺状况，合理施用微量元素，不仅能改善蔬菜品质，提高蔬菜中对人体有益的元素含量，而且是生物强化有效手段的一种。

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