納米硒和殼聚糖復合材料對鎘超標土壤中生菜的影響

李建釗，高萬超,2，李 仙，劉 沛，蔣 斌，童春義

（1湖南省生態環境監測中心，國家環境保護重金屬污染監測重點實驗室，長沙 410014；2湖南省水文水資源勘測中心，長沙 410008；3湖南省邵東縣生態環境監測站，湖南邵陽 422800；4湖南大學生物學院，長沙 410082）

0 引言

鎘對人體會產生較大的危害，可致癌、致畸及致突變，嚴重的可導致肺損害、胃腸刺激反應、全身疲乏、肌肉酸痛和虛脫等，并誘發多種癌癥[1]，被聯合國環境規劃署列為危險化學物質[2]。中國耕地重金屬的總超標19.4%，其中Cd的點位超標率居首位為7.0%[3]。

生菜(Lactuca sativaL.)為菊科萵苣屬植物，在歐美和中國南方均大面積栽培，營養豐富且適合生吃，深受廣大消費者歡迎。2000年農業部環境監測數據顯示，蔬菜中鎘等重金屬含量超標23.5%，南京郊區18個檢測點全部超標[4]。硒是一種必需微量元素，對人類有較好的保健作用，可預防心血管病[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、總酚含量及有機硒含量[8]。

殼聚糖復配而成的葉面肥可分解土壤中動植物殘體及微量金屬元素，增強植物免疫力。本研究以納米硒、殼聚糖為材料，研究其不同配伍對鎘超標土壤中生長的生菜產量、品質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土壤中作物鎘含量，改善作物生長狀態的營養肥。在當前重金屬污染土壤還不能完全修復的背景下，本研究將為開發適宜重金屬超標土壤的綠色安全種植提供參考。

1 試驗材料與儀器

1.1 試驗材料

試驗材料：意大利生菜，購自蔬菜種子批發市場。

重度污染土壤：采自湘江坪塘段湘江邊，測得Cd含量為6.8 mg/kg。

殼聚糖、亞硒酸鈉、十二烷基磺酸鈉等實驗試劑均為國產分析純。

1.2 試驗儀器

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

2 試驗方法

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，正交試驗設計來設計方案，研究不同硒和殼聚糖濃度對生菜的影響，以清水作為對照，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天各施復合肥1次。30天后取樣測量其產量及生化指標。

2.3 生菜生理生化指標測定方法

參考蕭浪濤等[9]方法測定可溶性蛋白、可溶性糖和葉綠素含量。

2.4 土壤及生菜鎘含量測定

2.4.1 土壤中鎘含量測定 將土壤100℃烘干后研磨成粉末，按蔣斌[10]方法進行鎘含量測定。

2.4.2 生菜中鎘積累量測定 蔣斌[10]方法測定。

2.5 數據處理

采用Excel 2016和Origin 8.0處理試驗結果。

3 結果與分析

3.1 硒-殼聚糖肥制備

參照文獻[11]制備硒-殼聚糖復合肥，產品外觀如圖1所示。

圖1 葉面噴施肥料

3.2 硒-殼聚糖肥對生菜產量影響

表2中的Ki1、Ki2、Ki3、Kj1、Kj2、Kj3、Ri根據正交試驗[12]的公式進行計算，其中Ri越大表示該因素越重要。

表2 不同肥料配比對生菜鮮重的影響

由表2可知，不同處理均顯著提高生菜產量，增產幅度在14.08%～53.73%之間。比較殼聚糖和納米硒的影響程度發現，殼聚糖影響指數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53.73%。故從產量角度分析，50 mg/L殼聚糖和90 mg/L納米硒為最佳肥料復配。

3.3 硒-殼聚糖肥對生菜生理生化指標影響

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

表3 不同肥料配比對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 可溶性糖含量是評價生菜食用口感的重要生化指標。在本研究中，以葡萄糖作標樣繪制標準曲線及測量范圍，測量生菜中可溶性糖含量如表4。

表4 不同肥料配比對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。可能是硒促進生菜對鐵的吸收，進而增強鐵硫蛋白復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 蛋白質含量是植物新陳代謝水平的一項重要指標，同時也是生菜營養水平的重要指標之一。采用蛋白BSA為標準物質建立標準曲線，曲線方程為：A=0.01429C+0.01174，相關系數為0.9946，其中A為吸光度值，C為蛋白質濃度。測定生菜中蛋白質含量，如表5所示。

表5 不同肥料配比對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照組40%以上。可能是硒能與植物體內的氨基酸結合形成硒蛋白[14]，殼聚糖可能是通過植物發育過程中的某些關鍵酶來調節植物的生理活動。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-殼聚糖肥對生菜對鎘吸收情況影響

在鎘污染土壤中，生菜將會吸收富集部分重金屬鎘，影響生菜食用安全。因此，測定生菜中鎘含量，來初步判斷肥料對生菜吸收重金屬影響。各組生菜中鎘含量檢測結果如表6。

表6 不同肥料配比對生菜中Cd含量的影響

從表6可知，在土壤鎘嚴重超標的情況下，各組處理均可顯著降低生菜鎘含量，最大降幅可到達21.13%。生菜中鎘吸收量降低，可能是由于硒對Cd形成拮抗作用[15]，殼聚糖能調節代謝活動中某些關鍵酶的活性，從而影響生菜對鎘的吸收[16]。比較兩者影響因素，發現Ri（殼聚糖）為0.265大于納米硒的0.184，說明殼聚糖的影響更大，可適當提高殼聚糖施用量。實驗表明，100 mg/L殼聚糖+30 mg/L納米硒，生菜吸收Cd量降低最多(21.13%)，為最優配方。

4 結論

在鎘超標土壤中種植生菜，通過葉面噴施殼聚糖和納米硒的配伍肥，從產量、葉綠素含量、可溶性糖含量、蛋白質含量等指標均出現顯著增加，而重金屬鎘含量出現明顯降低，表明葉面噴施配伍肥均有效改善了生菜品質。納米硒與殼聚糖配伍使用均表現較強的協同作用。100 mg/L殼聚糖+30 mg/L納米硒時，重金屬超標土壤中生菜中Cd含量最低，產量、品質等指標最好。綜合各指標，該配伍為最佳配伍，可望用于實際生產中。