納米硒和殼聚糖復(fù)合材料對(duì)鎘超標(biāo)土壤中生菜的影響

李建釗，高萬(wàn)超,2，李 仙，劉 沛，蔣 斌，童春義

（1湖南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，國(guó)家環(huán)境保護(hù)重金屬污染監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410014；2湖南省水文水資源勘測(cè)中心，長(zhǎng)沙 410008；3湖南省邵東縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，湖南邵陽(yáng) 422800；4湖南大學(xué)生物學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082）

0 引言

鎘對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生較大的危害，可致癌、致畸及致突變，嚴(yán)重的可導(dǎo)致肺損害、胃腸刺激反應(yīng)、全身疲乏、肌肉酸痛和虛脫等，并誘發(fā)多種癌癥[1]，被聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署列為危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)[2]。中國(guó)耕地重金屬的總超標(biāo)19.4%，其中Cd的點(diǎn)位超標(biāo)率居首位為7.0%[3]。

生菜(Lactuca sativaL.)為菊科萵苣屬植物，在歐美和中國(guó)南方均大面積栽培，營(yíng)養(yǎng)豐富且適合生吃，深受廣大消費(fèi)者歡迎。2000年農(nóng)業(yè)部環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，蔬菜中鎘等重金屬含量超標(biāo)23.5%，南京郊區(qū)18個(gè)檢測(cè)點(diǎn)全部超標(biāo)[4]。硒是一種必需微量元素，對(duì)人類有較好的保健作用，可預(yù)防心血管病[5-6]、癌癥[7]等。研究表明，亞硒酸鈉可提高生菜株高、維生素C含量、總酚含量及有機(jī)硒含量[8]。

殼聚糖復(fù)配而成的葉面肥可分解土壤中動(dòng)植物殘?bào)w及微量金屬元素，增強(qiáng)植物免疫力。本研究以納米硒、殼聚糖為材料，研究其不同配伍對(duì)鎘超標(biāo)土壤中生長(zhǎng)的生菜產(chǎn)量、品質(zhì)和生菜中鎘積累量的影響，以期從中找出可顯著降低鎘超標(biāo)土壤中作物鎘含量，改善作物生長(zhǎng)狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)肥。在當(dāng)前重金屬污染土壤還不能完全修復(fù)的背景下，本研究將為開發(fā)適宜重金屬超標(biāo)土壤的綠色安全種植提供參考。

1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料：意大利生菜，購(gòu)自蔬菜種子批發(fā)市場(chǎng)。

重度污染土壤：采自湘江坪塘段湘江邊，測(cè)得Cd含量為6.8 mg/kg。

殼聚糖、亞硒酸鈉、十二烷基磺酸鈉等實(shí)驗(yàn)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 試驗(yàn)儀器

紫外-可見分光光度計(jì)（UV-1800，日本島津），火焰原子吸收光譜儀（SpertrAA 240FS，上海馭諾實(shí)業(yè)有限公司），恒溫石墨消解儀（ProD60，長(zhǎng)沙基隆儀器儀表有限公司）等。

2 試驗(yàn)方法

2.1 硒-殼聚糖肥制備

將納米硒溶液與殼聚糖溶液按不同比例混合，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)方案，研究不同硒和殼聚糖濃度對(duì)生菜的影響，以清水作為對(duì)照，如表1所示。

表1 葉面施肥方案

2.2 盆栽生菜及施肥方式

將土壤碾碎并分裝盆中，每盆移栽1株生菜幼苗，移栽成功后分為9組，每組5盆，10、25天各施復(fù)合肥1次。30天后取樣測(cè)量其產(chǎn)量及生化指標(biāo)。

2.3 生菜生理生化指標(biāo)測(cè)定方法

參考蕭浪濤等[9]方法測(cè)定可溶性蛋白、可溶性糖和葉綠素含量。

2.4 土壤及生菜鎘含量測(cè)定

2.4.1 土壤中鎘含量測(cè)定 將土壤100℃烘干后研磨成粉末，按蔣斌[10]方法進(jìn)行鎘含量測(cè)定。

2.4.2 生菜中鎘積累量測(cè)定 蔣斌[10]方法測(cè)定。

2.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和Origin 8.0處理試驗(yàn)結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 硒-殼聚糖肥制備

參照文獻(xiàn)[11]制備硒-殼聚糖復(fù)合肥，產(chǎn)品外觀如圖1所示。

圖1 葉面噴施肥料

3.2 硒-殼聚糖肥對(duì)生菜產(chǎn)量影響

表2中的Ki1、Ki2、Ki3、Kj1、Kj2、Kj3、Ri根據(jù)正交試驗(yàn)[12]的公式進(jìn)行計(jì)算，其中Ri越大表示該因素越重要。

表2 不同肥料配比對(duì)生菜鮮重的影響

由表2可知，不同處理均顯著提高生菜產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度在14.08%～53.73%之間。比較殼聚糖和納米硒的影響程度發(fā)現(xiàn)，殼聚糖影響指數(shù)Ri為9.351大于納米硒的7.491，表明殼聚糖影響較大。其中，納米硒90 mg/L+殼聚糖50 mg/L效果最好，增產(chǎn)53.73%。故從產(chǎn)量角度分析，50 mg/L殼聚糖和90 mg/L納米硒為最佳肥料復(fù)配。

3.3 硒-殼聚糖肥對(duì)生菜生理生化指標(biāo)影響

3.3.1 生菜葉綠素分析 葉綠素含量影響光能的吸收，進(jìn)而影響生菜外觀品質(zhì)，各處理組的影響如表3所示。

表3 不同肥料配比對(duì)生菜葉綠素含量的影響

由表3可以看出，除噴施100 mg/L殼聚糖組的葉綠素變化較小外，其他各處理均顯著提高。Ri（納米硒）為0.1574大于Ri（殼聚糖）的0.1037，說(shuō)明納米硒影響要大于殼聚糖。30 mg/L納米硒+100 mg/L殼聚糖葉綠素含量增幅最大(2.37%)，為最佳配伍。

3.3.2 生菜可溶性還原糖含量分析 可溶性糖含量是評(píng)價(jià)生菜食用口感的重要生化指標(biāo)。在本研究中，以葡萄糖作標(biāo)樣繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線及測(cè)量范圍，測(cè)量生菜中可溶性糖含量如表4。

表4 不同肥料配比對(duì)生菜還原糖含量的影響

由表4可知，各組均可顯著性提高還原糖含量20%以上?？赡苁俏龠M(jìn)生菜對(duì)鐵的吸收，進(jìn)而增強(qiáng)鐵硫蛋白復(fù)合體的合成及還原糖的積累[13]。Ri（殼聚糖）為0.2482大于納米硒的0.1965，表明殼聚糖對(duì)生菜還原糖含量的影響大于納米硒。100 mg/L殼聚糖+30 mg/L納米硒為最佳配伍。

3.3.3 生菜可溶性蛋白含量分析 蛋白質(zhì)含量是植物新陳代謝水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)，同時(shí)也是生菜營(yíng)養(yǎng)水平的重要指標(biāo)之一。采用蛋白BSA為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線方程為：A=0.01429C+0.01174，相關(guān)系數(shù)為0.9946，其中A為吸光度值，C為蛋白質(zhì)濃度。測(cè)定生菜中蛋白質(zhì)含量，如表5所示。

表5 不同肥料配比對(duì)生菜可溶性蛋白含量的影響

由表5可知，各處理組可溶性蛋白均高于對(duì)照組40%以上?？赡苁俏芘c植物體內(nèi)的氨基酸結(jié)合形成硒蛋白[14]，殼聚糖可能是通過(guò)植物發(fā)育過(guò)程中的某些關(guān)鍵酶來(lái)調(diào)節(jié)植物的生理活動(dòng)。Ri（殼聚糖）大于Ri（納米硒）表明殼聚糖的影響更大，提高其用量可顯著增加生菜中蛋白質(zhì)含量。100 mg/L殼聚糖+30 mg/L納米硒為最佳配伍。

3.4 硒-殼聚糖肥對(duì)生菜對(duì)鎘吸收情況影響

在鎘污染土壤中，生菜將會(huì)吸收富集部分重金屬鎘，影響生菜食用安全。因此，測(cè)定生菜中鎘含量，來(lái)初步判斷肥料對(duì)生菜吸收重金屬影響。各組生菜中鎘含量檢測(cè)結(jié)果如表6。

表6 不同肥料配比對(duì)生菜中Cd含量的影響

從表6可知，在土壤鎘嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，各組處理均可顯著降低生菜鎘含量，最大降幅可到達(dá)21.13%。生菜中鎘吸收量降低，可能是由于硒對(duì)Cd形成拮抗作用[15]，殼聚糖能調(diào)節(jié)代謝活動(dòng)中某些關(guān)鍵酶的活性，從而影響生菜對(duì)鎘的吸收[16]。比較兩者影響因素，發(fā)現(xiàn)Ri（殼聚糖）為0.265大于納米硒的0.184，說(shuō)明殼聚糖的影響更大，可適當(dāng)提高殼聚糖施用量。實(shí)驗(yàn)表明，100 mg/L殼聚糖+30 mg/L納米硒，生菜吸收Cd量降低最多(21.13%)，為最優(yōu)配方。

4 結(jié)論

在鎘超標(biāo)土壤中種植生菜，通過(guò)葉面噴施殼聚糖和納米硒的配伍肥，從產(chǎn)量、葉綠素含量、可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量等指標(biāo)均出現(xiàn)顯著增加，而重金屬鎘含量出現(xiàn)明顯降低，表明葉面噴施配伍肥均有效改善了生菜品質(zhì)。納米硒與殼聚糖配伍使用均表現(xiàn)較強(qiáng)的協(xié)同作用。100 mg/L殼聚糖+30 mg/L納米硒時(shí)，重金屬超標(biāo)土壤中生菜中Cd含量最低，產(chǎn)量、品質(zhì)等指標(biāo)最好。綜合各指標(biāo)，該配伍為最佳配伍，可望用于實(shí)際生產(chǎn)中。