2021, Vol. 38
硒（Selenium，Se）是人体必需的营养元素，对维持身体健康具有重要作用，日常摄入适量的硒可以抵御心脑血管疾病、克山病和关节炎等疾病，硒还具有抗衰老、增强机体免疫力以及预防癌症的功效[1-2]。硒虽然没有被认定为植物必需的营养元素，但越来越多的研究表明，适量的硒有利于促进植物生长发育[3-5]，增强其抗氧化能力和缓解逆境胁迫[6-7]，并具有拮抗重金属的效果[8-9]。因此，合理利用硒肥有利于植物生长和富硒农产品的开发[10-11]。
有机肥具有较强阳离子代换能力，能显著提高养分利用率，加速土壤团聚体形成，改善土壤理化性质。土壤一般处于碳缺乏环境，有机肥含有大量的有机质，能矿化分解为碳和其他微生物生长所需的营养物质[12]，进而提高微生物多样性[13]。有研究表明，施用有机肥或有机无机配施能显著提高作物产量和果实品质[14-15]。目前为了追求作物高产，大量施用单一化肥，导致土壤酸化、水体污染和土壤微生态结构失衡等问题。前期研究表明，有机肥替代部分化肥是培肥土壤和减肥增效的主要途径之一[16]。合理施用有机肥可有效提高作物产量，改善土壤生态环境[13]。
白术（Atractylodes macrocephala Koidz.）是菊科苍术属植物，以根茎入药，为我国常用大宗中药材品种，已有2 000多年的种植历史，素有“十方九术”和“南术北参”之称，被誉为健脾补气第一要药[17]。其主要药效成分白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ具有抗氧化[18]、去炎症[19]、抗突变[20]和抗肿瘤[21]的作用。本研究小组发现，适量的外源硒肥对白术生长和抗氧化能力具有促进作用[3]，而目前有关有机肥结合施用外源硒肥对白术生长影响的研究鲜见报道。因此本研究通过设置有机肥替代部分化肥处理，并在此基础上外源喷施不同浓度的硒肥，探索有机肥替代部分化肥结合施用外源硒肥对白术生长的影响，为白术绿色健康栽培和科学施肥提供技术支撑。
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验地设置在湖北省农业科学院中药材研究所试验基地恩施州咸丰县小村乡李子溪村（108°54′ 51″ E，29°53′ 05″ N，海拔832 m）。具有北亚热带湿润性季风气候特征，年均降雨量为1 400~1 600 mm，年均温度12~14 ℃，无霜期225~260 d，年日照时数1 062 h。试验地为灰色沙壤土，耕层土壤总硒含量为0.18 mg∙kg-1，有机质34.87 g∙kg-1，碱解氮68.39 mg∙kg-1，有效磷52.32 mg∙kg-1，速效钾145.61 mg∙kg-1，pH为4.65。
1.2 供试材料和试剂供试白术为一年生“咸丰白术”根茎，购自李子溪村当地农户，经湖北省农业科学院中药材研究所鉴定为菊科苍术属草本植物白术（Atractylodes macrocephala）。硒源为亚硒酸钠（纯度98%），购自武汉中恩科技有限公司。有机肥为丰疆有机肥（原料为牛粪、菜饼和米糠等，有机质≥45%，N-P2O5-K2O≥5%），购自金正大国际利川团堡直销店。
1.3 试验设计试验始于2017年12月，共设置5个处理，分别为喷施清水（CK）、有机肥替代部分化肥结合喷施清水（OM）、有机肥替代部分化肥结合喷施5 mg∙m-2硒肥（OM+5Se）、有机肥替代部分化肥结合喷施10 mg∙m-2硒肥（OM+10Se）和有机肥替代部分化肥结合喷施15 mg∙m-2硒肥（OM+15Se）。有机肥施用量为4 500 kg∙hm-2；硒肥为亚硒酸钠水溶液，施用量均以硒元素（Se）含量计。根据白术的氮磷钾需肥规律[22]和配方施肥方法（专利号ZL 201611056634.4）计算白术的施肥量，白术的施氮量为600 kg·hm-2，m（N）: m（P2O5）: m（K2O）=1:0.56:0.5，分别使用尿素、过磷酸钙和硫酸钾作为氮、磷、钾肥，所有处理通过调节基肥配比保持氮磷钾施用量一致，12月中旬一次性施入50%氮肥、100%磷肥和100%钾肥作为基肥，于白术苗期和抽薹期分别追施30%和20%氮肥。有机肥和基肥同时施入，肥料施用一周后，将健康且大小一致的一年生白术幼苗进行移栽，行株距为40 cm×30 cm。采用随机区组设计，每个处理3个重复（小区），每个小区6 m2，于2018年白术抽薹期（5月）、现蕾期（6月）和开花期（7月）分别喷施一次外源硒肥（CK和OM喷施清水），每小区硒肥喷施量为1 L。现蕾期每个小区随机挑选15株白术（选取茎梢往下的第三轮叶片，每株一枚）测定叶片形态特征、SPAD值以及株高。2018年10月现场进行测产（测定白术根茎生物量）采收，采用抖根法收集白术根际土壤，带回室内阴干，用于测定土壤养分含量。白术根茎洗净后切片，置于50 ℃烘箱中烘至恒质量，粉碎后用于总硒含量测定。
1.4 检测项目及方法白术株高采用钢卷尺测定；新鲜叶片叶面积采用作物叶片形态测量仪（YMJ-C，浙江托普云农科技股份有限公司）测定；叶绿素相对含量（SPAD）采用叶绿素仪（TYS-A，浙江托普云农科技股份有限公司）测定；叶片干质量采用千分之一天平（Sartorius，BSA223S）称量；白术总硒含量使用HNO3–HClO4消煮法测定[23]。
土壤养分测定指标包括有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量，参考鲍士旦[24]的《土壤农化分析》方法进行。有机质含量采用重铬酸钾氧化还原滴定外加热法测定；碱解氮含量采用NaOH碱解扩散法测定；有效磷含量采用0.03 mol∙L-1 NH4F-0.025 mol∙L-1 HCl浸提-钼蓝比色法测定；速效钾含量采用醋酸铵浸提-火焰分光光度计法测定。
参照周武先等[25]的方法计算白术对外源硒的生理生长响应指数（Physiology and growth response index，PGRI），即：
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(1) |
式中：C为对照值；T为处理值。当PGRI＞0，表示对某一生理生长指标具有促进作用；PGRI=0，表示没有影响；PGRI＜0，表示具有抑制作用，绝对值的大小表示作用强度。
综合效应（Comprehensive effect，CE）使用PGRI的算术平均值表示，即：
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(2) |
式中：CE>0表示具有促进作用，值越大表明促进作用越强；CE=0表示没有影响（相对）；CE＜0表示具有抑制作用，绝对值越大表明抑制作用越强。
1.5 数据处理采用Excel 2007、SPSS 20.0软件对数据进行统计分析和单因素方差分析（One-way ANOVA），并用新复极差法（Duncan）进行多重比较（α=0.05）。使用Pearson法对白术生理生长性状及土壤理化性质间的相关性进行分析。采用主成分分析法对影响白术生理生长性状的土壤理化性质进行PCA排序。利用Origin 8.5和Canoco 5.0软件作图。图表中数据均为平均值±标准差。
2 结果与分析 2.1 不同处理下白术叶片功能性状从表 1可以看出，与CK相比，OM、OM+5Se、OM+ 10Se和OM+15Se处理的叶面积显著增加，增幅分别为12.3%、25.3%、22.5% 和10.4%；而对白术叶周长、叶长和叶宽无显著影响。OM+5Se和OM+10Se处理显著增加白术叶片干质量，增幅分别为10.7% 和13.0%。OM+5Se处理显著增加白术叶片比叶面积，增幅为13.0%。OM+5Se和OM+10Se处理显著降低白术叶片长宽比，降幅分别为15.6%和18.4%。可见，有机肥替代部分化肥和有机肥替代部分化肥结合喷施硒肥均会显著改变白术的叶片功能性状。
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表 1 不同处理对白术叶片功能性状的影响 Table 1 Effects of different treatments on characteristics of A. macrocephala leaf |
从图 1可知，各处理对白术株高和叶绿素相对含量无显著影响。OM、OM+5Se、OM+10Se和OM+15Se处理相较于CK分别增产1 100、3 589、2 706 kg∙hm-2和1 922 kg∙hm-2，增幅分别达到37.3%、121.7%、91.7% 和65.2%。CK和OM处理硒含量没有显著差异，外源喷施硒肥后，白术硒含量显著增加，且喷施硒浓度越高，白术硒含量越高。OM+5Se、OM+10Se和OM+15Se处理白术硒含量分别为0.98、1.94 mg∙kg-1和3.12 mg∙kg-1，均达到富硒农产品的标准（Se≥0.2 mg·kg-1，DBS 42002—2014湖北省食品安全地方标准富有机硒食品硒含量要求）。
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不同小写字母表示处理间差异显著（P＜0.05）。下同 Different lowercase letters indicate significant difference among treatments(P < 0.05). The same below 图 1 不同处理对白术株高、SPAD、产量和总硒含量的影响 Figure 1 Effects of different treatments on plant height, leaf SPAD value, yield and total Se content of A. macrocephala |
如图 2所示，白术叶面积和叶干质量与根茎生物呈极显著正相关关系（P＜0.01），相关系数（r）分别为0.742 9和0.726 6。比叶面积、叶宽和叶绿素相对含量与根茎生物量均呈显著正相关关系（P＜0.05），r分别为0.618 8、0.573 0和0.584 9。叶长宽比和根茎生物量呈显著负相关关系（P＜0.05），r为-0.625 1。由此可知，白术根茎生物量与叶功能性状存在密切联系，通过测定白术的叶功能性状可初步估测白术产量的大小。
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图 2 白术根茎生物量与叶功能性状的相关性分析 Figure 2 Pearson correlations between rhizome biomass and leaf functional characteristics of A. macrocephala |
从图 3可以看出，相比于CK处理，OM、OM+5Se、OM+10Se和OM+15Se处理的土壤有机质含量显著增加，增幅分别为20.4%、20.4%、21.6%和18.1%；碱解氮含量显著增加，增幅分别为33.1%、35.2%、33.1% 和26.3%；四个处理的土壤有机质和碱解氮含量相互之间差异不显著。OM、OM+5Se、OM+10Se和OM+15Se处理的土壤有效磷含量显著高于CK，增幅分别为65.0%、30.5%、55.0%和39.7%，其中OM处理的有效磷含量最高且显著高于其他处理。与CK相比，OM、OM+5Se、OM+10Se和OM+15Se处理的土壤速效钾含量显著增加，增幅分别为13.6%、22.2%、35.2%和33.0%。
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图 3 不同处理对白术根际土壤养分含量的影响 Figure 3 Effects of different treatments on rhizospheric soil nutrients content of A. macrocephala |
表 2显示，不同处理下白术的生理生长响应指数和综合效应存在差异，OM、OM+5Se、OM+10Se和OM+15Se处理对白术叶面积、叶干质量、比叶面积、叶绿素、株高和产量均具有促进作用，但促进作用强弱不同。从综合效应来看，OM+5Se处理对白术生长的促进作用最强，CE为0.171，其次为OM + 10Se和OM + 15Se，CE分别为0.153和0.108。随着喷施硒肥浓度的提升，外源硒肥对白术生长的促进作用呈现先上升后下降的趋势，说明喷施适量的硒肥对白术生长具有促生作用，过量喷施硒肥后促进作用减弱。
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表 2 不同处理对白术生理生长的综合效应 Table 2 The comprehensive effects of different treatments on the growth of A. macrocephala |
从表 3可以看出，白术叶面积与根际土壤有机质、碱解氮和速效钾含量呈显著正相关关系。叶宽与土壤碱解氮含量呈显著正相关关系。叶干质量与土壤有机质、碱解氮和速效钾含量呈显著正相关关系。叶长宽比与土壤有机质、碱解氮和速效钾含量呈显著负相关关系。比叶面积与土壤有机质含量呈显著正相关关系。叶绿素相对含量与土壤碱解氮含量呈显著正相关关系。白术产量与土壤有机质、碱解氮和速效钾含量呈极显著正相关关系。根际土壤速效钾含量与白术总硒含量呈极显著正相关关系。由此可知，白术的生理生长性状与根际土壤养分存在密切联系。
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表 3 白术生理生长性状与根际土壤养分的相关性分析 Table 3 Pearson correlation coefficients between physiological growing traits and rhizospheric soil nutrients of A. macrocephala |
白术的生理生长性状与根际土壤养分的PCA分析见图 4，第1排序轴解释了变量的80.90%，第2排序轴解释了变量的10.09%。白术根际土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾按变量贡献率从大到小排序依次为碱解氮（69.2%，P=0.002）>有机质（67.3%，P= 0.002）>速效钾（62.9%，P=0.004）>有效磷（11.3%，P= 0.118）。这表明，根际土壤碱解氮、有机质和速效钾是影响白术生理生长性状的主要土壤养分因子。PCA分析还显示，CK处理在象限中的位置与其他处理距离较远，说明CK处理与其他处理的主成分得分相差较大，即CK处理白术的生理生长性状和根际土壤养分与其他处理相比差异明显。
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LA: leaf area; LP: leaf perimeter; LL: leaf length; LW: leaf width; LDW: leaf dry weight; LLWR: leaf length width ratio; SLA: specific leaf area; PH: plant height; SPAD: soil and plant analyzer development; Y: yield; TSe: total selenium; OM: organic matter; AN: alkaline nitrogen; AP: available phosphorus; AK: available potassium 图 4 白术生理生长性状和根际土壤养分的PCA分析 Figure 4 The principal component analysis of physiological growing characteristics and rhizospheric soil nutrients of A. macrocephala |
研究表明，叶面积、叶干质量、比叶面积和叶长宽比等指标是植物重要的叶功能性状，能反映叶资源获取与叶生产成本的权衡关系[26]，与植物生长和光合代谢密切相关[27]。叶绿素是植物进行光合作用的物质基础，对植物光合作用强弱具有直接的指示作用[25]。本研究中的相关性分析表明，白术根茎生物量与叶面积、叶干质量、比叶面积、叶宽和叶绿素相对含量呈显著正相关关系，与叶长宽比呈显著负相关关系，进一步验证了上述观点，说明测定白术的叶功能性状可对白术的生长状况进行初步的了解。本研究结果显示，有机肥替代部分化肥显著增加了白术叶片叶面积和白术产量。有机肥替代部分化肥结合喷施适量硒肥（5 mg∙m-2）能够显著促进（CE>0）白术的生长，主要表现为白术叶面积、叶干质量和比叶面积等功能性状提升，产量显著提高。前期研究发现，外源施硒对白术幼苗生理生长的影响呈现低浓度促进、高浓度抑制的现象[3]。本研究在有机肥替代部分化肥的基础上喷施外源硒肥，发现其作用效果与单施硒肥类似，并且能够强化有机肥对白术的促生效果。喷施5 mg∙m-2硒肥时，其对白术的促生效果最强，当喷施硒超过10 mg∙m-2时，其对白术生长的促进作用减弱，以喷施15 mg∙m-2硒肥的促生效果下降最为明显。说明喷施外源硒肥可以强化有机肥对白术的促生作用，但仍然表现出典型的剂量效应，这和外源硒对小麦[28]、人参菜[29]和轮叶党参[10]等作物生长影响的研究结果类似，可能与喷施过量的硒肥致使白术抗氧化系统遭到破坏进而抑制白术的生长有关[3]。本研究还发现，所有喷施外源硒肥的处理，白术硒含量均达到富硒农产品标准，说明喷施外源硒肥是生产富硒白术药材的有效途径。
土壤和植物是生态系统中的重要组成部分，两者相辅相成，互相影响。根际土壤是植物根系及其分泌物与土壤直接接触的区域，也是土壤微生物与植物相互作用的重要场所[30]。根际土壤养分作为植物养分吸收的直接来源，其养分含量的变化直接影响作物的生理代谢过程，进而影响作物生长[31]。相关性分析表明，白术产量与根际土壤有机质、碱解氮和速效钾含量均呈极显著正相关关系，说明白术的生长与土壤养分含量密切相关。本研究结果显示，有机肥替代部分化肥后白术根际土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量显著增加。有机质含量增加可能是由于有机肥中的大量有机质输入到土壤；而碱解氮、速效磷和速效钾含量提升可能是由于有机肥具有较强的离子代换能力，活化了土壤中的氮磷钾。相比于有机肥替代部分化肥处理，有机肥替代部分化肥结合喷施外源硒肥对白术根际土壤中的有机质和碱解氮含量没有显著影响，但显著降低了有效磷含量，其具体原因还有待进一步研究。有机肥替代部分化肥结合喷施外源硒肥显著增加了白术根际土壤的速效钾含量，相关性分析也表明白术硒含量与土壤速效钾含量极显著正相关，说明喷施适量外源硒肥可能诱导白术根际土壤中速效钾的进一步释放。由于土壤养分是影响植物功能性状及其生产力的主要因素之一[32]，因此推测活化土壤养分是有机肥和外源硒肥促进白术生长并提高其产量的重要因素。主成分分析法是一种高效降维方法，可应用于植物生长性状对环境因子响应等研究[33]。本研究对影响白术生理生长性状的根际土壤理化性质进行了贡献率排序，发现根际土壤有机质、碱解氮和速效钾是影响白术生长的主要土壤养分因子，而有机肥替代部分化肥或有机肥替代部分化肥结合喷施外源硒肥均能活化土壤养分，促进白术生理生长，且有机肥结合喷施外源硒肥效果更佳，这表明在白术种植过程中，使用有机肥替代部分化肥并结合喷施外源硒肥有利于提高白术产量。
4 结论（1）有机肥替代部分化肥或有机肥替代部分化肥结合喷施适量外源硒肥均能促进白术生理生长，提高白术产量，并以施用有机肥结合喷施外源硒肥的效果更佳，且喷施的外源硒浓度为5 mg∙m-2时，对白术的促生效果最好。
（2）白术的根茎生物量与叶功能性状存在密切联系，通过测定白术的叶功能性状可初步了解白术的生长情况。
（3）有机肥替代部分化肥或有机肥替代部分化肥结合喷施适量外源硒肥均能显著提高白术根际土壤有机质、碱解氮和速效钾含量，而这三个土壤养分因子与白术产量显著正相关，说明活化土壤养分可能是有机肥和外源硒肥促进白术生长的重要原因。
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