不同活化劑對兩種富硒土壤上烤煙生長及吸收累積硒的影響

賈海江，路 丹，韋建玉，張得平，張宏旺，石保峰，沈方科

（1.廣西中煙工業有限責任公司，廣西 南寧 530001；2. 廣西大學農學院/廣西大學植物科學國家級實驗教學示范中心，廣西 南寧 530005；3 廣西壯族自治區煙草公司賀州市公司，廣西 賀州 542899）

【研究意義】廣西賀州市屬典型的熱帶亞熱帶季風氣候，雨熱適宜，其生產的煙葉是廣西“真龍”品牌卷煙配方的主要原料。富硒煙葉能降低人體肺癌的發生率，與人體健康密切相關。廣西賀州市主煙區富硒土壤資源豐富，充分利用賀州市土壤硒資源優勢，在天然富硒土壤中種植煙草，通過活化土壤中的硒，提高硒的生物有效性，為賀州市富硒煙葉生產提供理論依據。【前人研究進展】硒是人體和動植物必需的營養元素，硒在消除氧自由基、延緩衰老和預防癌癥發生等方面發揮了重要作用，適量的硒還可以有效預防各種疾病，如克山病、大骨節病等［1-3］。我國約有72%的地區處于低硒地區，硒的缺乏對人體健康產生不利影響。煙草作為特殊的經濟作物，是特殊人群的“嗜好品”，也是某些地區經濟的主要來源之一。相關研究表明，硒能降低烤煙中重金屬元素，對某些重金屬元素如鎘、砷、汞等具有很好的拮抗作用，能提高煙葉的品質［4］。已有研究證實，肺癌的發生與焦油有關，卷煙生產過程中會產生大量的焦油，硒能降低煙氣中的焦油，從而降低肺癌的發生率［5-6］。因此，提高煙葉中硒含量對于煙葉品質的提高具有重要意義。目前，提高作物硒的方法有主要內源調控和外源調控措施，內源調控主要是富硒基因型烤煙品種的篩選，外源調控措施主要是通過土施或者葉面噴施硒肥來提高作物硒含量。通過外源施硒的方法可以使作物達到富硒，但是外源施硒的方法成本較高，并且作物對外源硒的吸收利用率比較低。有研究表明，白肋煙的吸收利用率僅為8.9%～18.1%［7］，未被作物吸收利用的硒肥對生態環境造成影響。因此，通過天然富硒土壤生產富硒煙葉是最安全有效的方法。但是不同土壤由于理化性質的差異，影響了土壤中硒的有效性，即使在天然富硒土壤上種植的作物也不一定達到富硒效果。因此，需要通過各種活化措施促進土壤中硒的生物轉化，提高有效性硒含量，從而促進作物對硒的吸收。已有學者研究發現，秸稈和豬糞［8］對土壤硒活化有很好的效果，有機肥和生物炭［9］、磷肥［10］、磷硫肥［11-12］等均對土壤硒的有效性產生影響，并在一定程度上促進作物對硒的吸收并向上轉移。因此，通過土壤調理劑提高作物中硒含量，是比較安全有效的方法。【本研究切入點】賀州市為廣西優質特色煙葉主產區之一。據本課題組前期的調查發現，賀州煙區土壤硒含量最低為0.134 mg/kg、最高為0.802 mg/kg，平均含硒量為0.402 mg/kg，36.69%的土壤樣本達到富硒標準（未發表）。本研究擬以實驗室自制的4種含有不同成分的硒活化劑，在兩種不同的富硒土壤上，開展不同活化劑對烤煙生長及其吸收累積硒的試驗。【擬解決的關鍵問題】尋求有利于兩種不同富硒土壤上烤煙生長及吸收硒的活化劑，為賀州煙區利用天然富硒土壤生產優質富硒煙葉提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年12月至2018年12月在廣西大學農學院科研溫室內進行。供試烤煙品種為云煙87，供試土壤為天然富硒水稻土和富硒赤紅壤，土壤采集于賀州市富川縣朝東鎮。水稻土基本理化性質為：pH5.43、有機質49.0 g/kg、全氮1.93 g/kg、有效氮310 mg/kg、有效磷7.61 mg/kg、速效鉀85 mg/kg、全硒0.74 mg/kg。赤紅壤基本理化性質為：pH5.72、有機質30.5 g/kg、全氮1.02 g/kg、有效氮160 mg/kg、有效磷5.25 mg/kg、速效鉀72 mg/kg、全硒1.19 mg/kg。供試肥料為煙草專用復合肥（12-9-24），硫酸鉀（K2O）50%。

供試土壤硒活化劑為活化劑A（主要成分為腐殖酸與硅酸組合類物質）、活化劑B（主要成分為腐殖酸與木質素組合類物質）、活化劑C（主要成分為硅酸與木質素組合類物質）、活化劑D（主要成分為腐殖酸與硅酸、木質素組合類物質），這4種硒活化劑由實驗室自制。

1.2 試驗方法

采用盆栽實驗，分別以水稻土和赤紅壤土為供試土壤，設置4種不同活化劑處理（T1、T2、T3、T4），以不添加活化劑為對照，每個處理6次重復，隨機區組排列。活化劑用量為46.2 g/盆，與土壤混勻后裝盆，與基肥一起施用。每盆裝風干土7 kg，盆缽規格為30 cm×30 cm。施肥情況為：基肥施復合肥1.18 g/盆；移栽后施用0.23 g/盆復合肥，將復合肥兌水淋施；團顆期復合肥1.40 g/盆；大培土期施硫酸鉀1.96 g/盆、復合肥5.38 g/盆。在煙苗三葉一心期，選取長勢一致的煙苗進行移栽，每盆移栽1株。于煙苗移栽后30 、75 d測量煙株農藝性狀，同時每個處理采集3次重復植株樣品，用于植株相關指標的測定。

1.3 樣品處理及測定項目

農藝性狀測定包括株高、葉片數、最大葉面積、莖圍、葉綠素（SPAD值）。最大葉面積（cm2）=最大葉長（cm）×最大葉寬（cm）×0.6345［13］。

于煙苗移栽后30 d和75 d采集整株煙株，將煙株分為根、莖、葉（分上、中、下部葉）。煙株樣品先用自來水將表面雜質洗凈，再用蒸餾水潤洗數次后，用紗布吸干表面水分，置于牛皮信封袋中于105 ℃下殺青30 min后于65 ℃烘干至衡重，稱量各處理干重。將烘干后的樣品粉碎后用于硒含量的測定。植物樣品中硒的測定參照食品中硒的測定（GB5009.93—2017）進行，測定的儀器型號為SA-20。

采用Excel 2016進行數據統計及繪圖，DPS.20.0進行方差分析，Duncan檢驗法進行多重比較檢驗不同處理間差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 硒活化劑對煙株農藝性狀的影響

2.1.1 不同活化劑對移栽30 d煙株農藝性狀的影響 從表1和表2可以看出，不同活化劑處理對水稻土和赤紅壤上移栽30 d煙株農藝性狀的影響效果不同。其中，在水稻土上施用不同硒活化劑對煙葉株高、葉片數和最大葉面積均有影響，但是對煙苗莖圍和SPAD值無顯著影響。各處理株高大小為T4＞CK＞T3＞T1＞T2，T4處理有利于煙株株高的提高，提高幅度為24.963%。各處理葉片數大小為T4＞T3＞CK＞T2＞T1, 葉片數最多的是T4處理（7.5片）。各處理最大葉面積大小為T4＞T3＞T1＞CK＞T2。除T2處理外，其他硒活化劑處理均有提高最大葉面積的趨勢，但與CK差異不顯著。在赤紅壤上施用不同硒活化劑，其效果要劣于水稻土。4種硒活化劑處理對赤紅壤上煙葉株高、葉片數、最大葉面積、莖圍和SPAD值無顯著影響，但是T4處理對煙株最大葉面積和莖圍均有提高趨勢，T4處理的最大葉面積（327.82 cm2）和莖圍（9.01 mm）均最大。施用不同硒活化劑的煙株農藝性狀受到土壤類型的影響，在水稻土上的作用較為明顯。

表1 水稻土上施用不同活化劑移栽30 d煙株的農藝性狀Table 1 Agronomic characters of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on paddy soil

表2 赤紅壤上施用不同活化劑移栽30 d煙株的農藝性狀Table 2 Agronomic characters of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on latosolic red soil

2.1.2 不同活化劑對移栽75 d煙株農藝性狀的影響 從表3和表4可以看出，煙株農藝性狀隨著移栽時間的推移均不斷增大，在水稻土上，不同硒活化劑處理對煙株株高、葉片數、最大葉面積和SPAD均無顯著影響，但有提高最大葉面積和莖圍的趨勢，其中T4處理莖圍比CK增大幅度為14.66%，與CK差異顯著。在赤紅壤上，4種不同硒活化劑處理對葉片數、最大葉面積、莖圍和SPAD值也無顯著影響。T3、T4處理可以顯著提高株高，提高幅度為33.06%和37.36%。T1處理最大葉面積最大（677.79 cm2），T3處理葉面積最小（500.89 cm2）。

表3 水稻土上施用不同活化劑移栽75 d煙株的農藝性狀Table 3 Agronomic characters of tobacco after transplanting for 75 d with different activators on paddy soil

表4 赤紅壤上施用不同活化劑移栽75 d煙株的農藝性狀Table 4 Agronomic characters of tobacco after transplanting for 75 d with different activators on latosolic red soil

2.2 硒活化劑對烤煙生物量的影響

2.2.1 不同活化劑對移栽30 d煙株生物量的影響

從表5和表6 可以看出不同硒活化劑處理30 d后水稻土和赤紅壤上煙株生物量（干重）的變化，煙株各部位的生物量（干重）整體上表現為煙葉＞煙莖＞煙根。在水稻土上，硒活化劑處理對煙根、煙葉和生物量無顯著影響。與CK相比，T4處理可以顯著提高煙莖生物量。T4處理生物量最大（0.81 g/株）。在赤紅壤上，不同活化劑處理對煙株各部位生物量的表現效果不同，對于煙根，T1、T2處理均促進煙根的生長，提高煙根的生物量。T1處理煙根生物量最大（0.56 g/株），T2處理煙根生物量次之（0.51 g/株），比CK分別提高51.35%和37.84%。對于煙莖、煙葉以及整株生物量。4種硒活化劑處理均表現出相同的趨勢，生物量大小為T1＞T2＞T4＞CK＞T3，即T3處理不利于煙莖、煙葉及總生物量的提高。

表5 水稻土上施用不同活化劑移栽30 d烤煙各部位生物量（g/株）Table 5 Biomass of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on paddy soil（g/plant）

表6 赤紅壤上施用不同活化劑移栽30 d烤煙各部位生物量（g/株）Table 6 Biomass of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on latosolic red soil (g/plant)

2.2.2 不同活化劑對移栽75 d煙株生物量的影響

從表7和表8可以看出4種硒活化劑處理對水稻土和赤紅壤上移栽75 d煙株生物量（干重）的影響。在水稻土上，不同硒活化劑處理的煙根生物量無顯著影響。T3、T4處理顯著提高了煙莖生物量，其中T4處理與CK相比達極顯著水平。各硒活化劑處理均能提高各部位煙葉生物量，從而提高了煙葉的總生物量，其中以T4處理的總生物量最大（55.19 g/株）。4種硒活化劑處理的整株生物量與CK差異達極顯著水平。在赤紅壤上，T4處理可以極顯著提高煙根、煙莖生物量，而其他處理與CK均未達顯著水平。T4處理煙根生物量比CK提高幅度為25.50%，煙莖生物量提高32.35%，總生物量提高22.08%。T1處理顯著降低上部煙葉生物量而顯著提高中部煙葉生物量。除T1處理外，其他處理均顯著提高了下部煙葉生物量。

2.3 不同活化劑對烤煙吸收累積硒的影響

2.3.1 不同活化劑對移栽30 d烤煙煙株吸收累積硒的影響 從表9可以看出，4種硒活化劑處理對移栽30 d水稻土上煙莖和煙根的硒累積量無顯著影響，但對煙葉的硒累積量和總累積量有顯著影響，其中T2處理降低了煙葉的總累積量以及整株硒累積量，T4處理極顯著提高了煙葉硒累積量及整株硒累積量，提高幅度為78.26%。T4處理硒總累積量最高（0.82 μg/株），T2處理硒總累積量最低（0.42 μg/株）。在赤紅壤上，4種硒活化劑處理對煙株各部位硒累積量有顯著影響（表10）。4種硒活化劑處理提高或顯著地提高了煙葉、煙根和植株的硒累積量。對于煙葉，T1處理硒累積量最大（0.38 μg/株）；對于煙莖，T2、T4處理硒累積量最大，均為0.095μ g/株。對于煙根，T4處理硒累積量最大（0.145 μg/株）。T1、T4處理提高了煙葉的硒累積量，而T2、T3處理降低了煙葉的硒累積量。與CK相比，T1處理極顯著提高了煙葉和煙根的硒累積量，提高幅度分別為82.86%和55.56%。

表7 水稻土上施用不同活化劑移栽75 d烤煙各部位生物量（g/株）Table 7 Biomass of tobacco after transplanting for 75 d with different activators on paddy soil (g/plant)

表8 赤紅壤上施用不同活化劑移栽75 d烤煙各部位生物量（g/株）Table 8 Biomass of tobacco after transplanting for 75 d with different activators on latosolic red soil(g/plant)

表9 水稻土上施用不同活化劑移栽30 d烤煙不同部位硒累積量（μg/株）Table 9 Selenium accumulation of different parts of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on paddy soil (μg/plant)

2.3.2 不同活化劑對移栽75 d烤煙煙株吸收累積硒的影響 表11和表12為4種硒活化劑處理移栽75 d水稻土和赤紅壤上煙株各部位硒累積量測定結果。在水稻土上，硒活化劑處理可以顯著提高上部、中部、下部煙葉及整株煙葉的硒累積量。硒活化劑處理可以顯著提高煙株各部位的硒累積量及整株烤煙硒累積量，烤煙植株硒累積量提高幅度在38.64%～66.78%之間。在赤紅壤上，硒活化劑處理煙株各部位硒的吸收發生了變化，總體上均提高了整株烤煙硒累積量，T4處理提高幅度最大，為89.55%，T1處理提高幅度最小，為5.57%。在赤紅壤上烤煙煙株吸收累積硒的效果要優于水稻土。

2.4 活化劑對烤煙吸各部位硒的分配

2.4.1 不同活化劑處理對移栽30 d烤煙各部位硒分配的影響 從煙株各部位硒的分配（表13）來看，煙葉硒含量所占比例最大。在水稻土上，煙葉硒含量所占比例為74.06%～75.48%，在赤紅壤上，煙葉硒含量所占比例為54.31%～63.03%。在水稻土上，煙株各部位硒的分配為煙葉＞煙莖＞煙根，在赤紅壤上，煙株各部位硒的分配為煙葉＞煙根＞煙莖。在水稻土上，T3處理煙根硒含量所占比例最大（11.74%）、T4處理煙根硒含量所占比例最小（8.51%）。在赤紅壤上，T3處理煙根硒含量所占比例最大（29.09%）、CK煙根硒含量所占比例最小（18.74%）。與CK相比，不同硒活化劑處理降低了赤紅壤上煙根硒含量的所占比例而提高了煙根中硒的分布。

表10 赤紅壤上施用不同活化劑移栽30 d煙株不同部位硒累積量（μg/株）Table 10 Selenium accumulation of different parts of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on latosolic red soil (μg/plant)

表11 水稻土上施用不同活化劑移栽75 d煙株不同部位硒累積量（μg/株）Table 11 Selenium accumulation of different parts of tobacco after transplanting for 75 d with different activators on paddy soil (μg/plant)

表12 赤紅壤上施用不同活化劑移栽75 d煙株不同部位硒累積量（μg/株）Table 12 Selenium accumulation of different parts of tobacco after transplanting for 75 d with different activators on latosolic red soil (μg/plant)

表13 施用不同活化劑移栽30 d煙株不同部位的硒分配Table 13 Distribution of selenium at different parts of tobacco after transplanting for 30 d with different activators（%）

2.4.2 不同活化劑處理對移栽75 d烤煙各部位硒分配的影響 從表14和表15可以看出，隨著移栽時間的推移，硒在烤煙各部位（根、莖、葉）重新進行了分配，不論是在水稻土還是赤紅壤上，各部位硒積累量占比為煙根＞煙葉＞煙莖。在水稻土上，與CK相比，不同活化劑處理均提高了煙葉和煙根硒積累量所占比例，T2處理煙葉硒積累量所占比例最大（45.63%），T3處理煙莖硒積累量所占比例最大（16.56%）。在赤紅壤上，T2處理煙葉硒積累量所占比例最大（54.13%），T3處理煙葉硒積累量所占比例最小（27.46%）。

表14 水稻土上施用不同活化劑移栽75 d煙株硒的分配Table 14 Distribution of selenium in tobacco after transplanting for 75 d with different activators on paddy soil（%）

表15 赤紅壤上施用不同活化劑移栽75 d煙株硒的分配Table 15 Distribution of selenium in tobacco after transplanting for 75 d with different activators on latosolic red soil（%）

3 討論

研究發現，在兩種富硒土壤上，雖然4種活化劑處理對煙葉莖圍和SPAD值無顯著影響，但均能提高煙葉的最大葉面積，以及煙葉采收的生物量。硒對作物的增產是通過間接作用，它主要影響植物體內SOD、POD等多種酶系反應、提高抗氧化酶活性以及光合作用［14］，從而間接提高產量。已有研究證明，硒能影響煙苗葉綠色的合成，改善光合特性［15］，當土壤中硒含量適宜時，可以促進煙葉的生長，提高煙葉產質量［16］，而過高含量（總硒含量＞1.75 mg/kg）的硒抑制烤煙的生長［17］。

影響土壤硒有效性的因素有很多，歸結起來主要有土壤全硒、pH值、氧化還原電位、有機物料、腐殖酸、腐殖酸的胡富比值，黏土礦物類型、離子間的拮抗作用等［18-20］。目前，有關土壤調理劑對土壤硒活化效應及作物對硒的吸收已有不少報道。土壤調理劑對土壤硒活化機理主要集中在改變土壤理化性狀，促進土壤中不同形態硒的相互轉化，從而提高土壤硒有效性，促進作物對土壤中硒的吸收。李偉［21］研究表明，在富硒葡萄園上施用3種調節劑（AM菌劑、石灰石粉和營養調節劑）后，土壤的各形態硒發生變化、葡萄果實硒含量達到0.011 mg/kg，是對照的1.8倍。腐殖酸是一類高分子膠態復合物，具有高分散度、無定形性和親水性，一般呈褐色或黑色［22］，同時其含有大量的碳物質，在土壤改良方面具有很好的效果。腐殖酸能夠改變土壤的理化性狀，提高土壤肥力和生物活性［23］。有研究發現腐殖酸還能提高土壤中硒的活化率，促進作物吸收［24-25］。木質素是一種天然有機高分子化合物，其來源主要是制漿廢液，主要成分是碳、氮、腐殖酸、中微量元素和植物激素等［26］。本研究選取硅酸、腐殖酸、木質素作為原料，按照不同組分配置成4種不同的活化劑。本研究發現，在水稻土上，煙苗移栽30 d，主要成分為腐殖酸與木質素組合的活化劑B并沒有很好地促進煙苗對土壤中硒的吸收，煙葉各部分硒吸收累積量和總累積量均比對照低。而有腐殖酸組分的活化劑B和活化劑D均提高了煙苗的總硒含量。由于該試驗水稻土的pH為5.43，呈酸性，而硅酸本身呈堿性，施入土壤中，可以提高土壤的pH，從而間接促進土壤硒的活化。腐殖酸可以提高土壤酶活性，促進微生物活動，從而有利于作物對養分以及微量元素的吸收［27-28］。在赤紅壤上，4種活化劑都促進了煙葉和煙根對硒的吸收，煙株硒總累積量明顯高于無活化劑處理。不同組分活化劑都促進了煙株對富硒土壤中硒的吸收，其中以主要成分為腐殖酸與硅酸、木質素組合類的活化劑D促進烤煙對硒吸收累積效果最佳。活化劑改變了硒在各部位的分配，在移栽前期，硒從地下部向地上部轉移，大部分的硒積累在煙葉中。到了后期，隨著煙葉的成熟，烤煙吸收的硒主要積累在根部，向地上部轉移的較少，導致后期煙根積累的硒總量占了較大比例。各部位硒的空間分配也發生了改變。

4 結論

本研究結果表明，在烤煙生長前期，活化劑處理主要對烤煙的株高、葉片數及最大葉面積有影響，在后期主要對烤煙的莖圍和最大葉面積有影響，在水稻土上，T4處理烤煙的最大葉面積和莖圍最大，最大葉面積增加幅度為37.78%，莖圍增加幅度為14.66%。在赤紅壤上，T1處理烤煙的最大葉面積和莖圍最大，最大葉面積增加22.74%，莖圍增加幅度為10.76%。烤煙在水稻土增加的幅度優于赤紅壤。活化劑處理提高了兩種富硒土壤上烤煙的生物量（干重）和硒累積量，T4處理提高的幅度最大。在移栽75 d后，烤煙在水稻土上生物量達55.19 g/株，提高幅度為30.44%，在赤紅壤上生物量為59.10 g/株，提高幅度為22.08%。隨著移栽時間的延長，烤煙的硒累積量也隨之增大。4種活化劑處理均促進烤煙對硒的吸收，其中T4處理即活化劑D的效果最好。施用不同活化劑處理，促進了硒在烤煙體內各部位的分布，但大部分的硒集中在葉片上，葉片硒所占比例達到54.31%以上。隨著施用時間的延長，烤煙體內的硒重新進行分配。葉片中硒所占比例下降，而煙根中硒所占比例上升。煙根中的硒由前期的8.51%～29.09%上升到36.36%～61.50%。