不同活化剂对两种富硒土壤上烤烟生长及吸收累积硒的影响

贾海江，路 丹，韦建玉，张得平，张宏旺，石保峰，沈方科

（1.广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530001；2. 广西大学农学院/广西大学植物科学国家级实验教学示范中心，广西 南宁 530005；3 广西壮族自治区烟草公司贺州市公司，广西 贺州 542899）

【研究意义】广西贺州市属典型的热带亚热带季风气候，雨热适宜，其生产的烟叶是广西“真龙”品牌卷烟配方的主要原料。富硒烟叶能降低人体肺癌的发生率，与人体健康密切相关。广西贺州市主烟区富硒土壤资源丰富，充分利用贺州市土壤硒资源优势，在天然富硒土壤中种植烟草，通过活化土壤中的硒，提高硒的生物有效性，为贺州市富硒烟叶生产提供理论依据。【前人研究进展】硒是人体和动植物必需的营养元素，硒在消除氧自由基、延缓衰老和预防癌症发生等方面发挥了重要作用，适量的硒还可以有效预防各种疾病，如克山病、大骨节病等［1-3］。我国约有72%的地区处于低硒地区，硒的缺乏对人体健康产生不利影响。烟草作为特殊的经济作物，是特殊人群的“嗜好品”，也是某些地区经济的主要来源之一。相关研究表明，硒能降低烤烟中重金属元素，对某些重金属元素如镉、砷、汞等具有很好的拮抗作用，能提高烟叶的品质［4］。已有研究证实，肺癌的发生与焦油有关，卷烟生产过程中会产生大量的焦油，硒能降低烟气中的焦油，从而降低肺癌的发生率［5-6］。因此，提高烟叶中硒含量对于烟叶品质的提高具有重要意义。目前，提高作物硒的方法有主要内源调控和外源调控措施，内源调控主要是富硒基因型烤烟品种的筛选，外源调控措施主要是通过土施或者叶面喷施硒肥来提高作物硒含量。通过外源施硒的方法可以使作物达到富硒，但是外源施硒的方法成本较高，并且作物对外源硒的吸收利用率比较低。有研究表明，白肋烟的吸收利用率仅为8.9%～18.1%［7］，未被作物吸收利用的硒肥对生态环境造成影响。因此，通过天然富硒土壤生产富硒烟叶是最安全有效的方法。但是不同土壤由于理化性质的差异，影响了土壤中硒的有效性，即使在天然富硒土壤上种植的作物也不一定达到富硒效果。因此，需要通过各种活化措施促进土壤中硒的生物转化，提高有效性硒含量，从而促进作物对硒的吸收。已有学者研究发现，秸秆和猪粪［8］对土壤硒活化有很好的效果，有机肥和生物炭［9］、磷肥［10］、磷硫肥［11-12］等均对土壤硒的有效性产生影响，并在一定程度上促进作物对硒的吸收并向上转移。因此，通过土壤调理剂提高作物中硒含量，是比较安全有效的方法。【本研究切入点】贺州市为广西优质特色烟叶主产区之一。据本课题组前期的调查发现，贺州烟区土壤硒含量最低为0.134 mg/kg、最高为0.802 mg/kg，平均含硒量为0.402 mg/kg，36.69%的土壤样本达到富硒标准（未发表）。本研究拟以实验室自制的4种含有不同成分的硒活化剂，在两种不同的富硒土壤上，开展不同活化剂对烤烟生长及其吸收累积硒的试验。【拟解决的关键问题】寻求有利于两种不同富硒土壤上烤烟生长及吸收硒的活化剂，为贺州烟区利用天然富硒土壤生产优质富硒烟叶提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年12月至2018年12月在广西大学农学院科研温室内进行。供试烤烟品种为云烟87，供试土壤为天然富硒水稻土和富硒赤红壤，土壤采集于贺州市富川县朝东镇。水稻土基本理化性质为：pH5.43、有机质49.0 g/kg、全氮1.93 g/kg、有效氮310 mg/kg、有效磷7.61 mg/kg、速效钾85 mg/kg、全硒0.74 mg/kg。赤红壤基本理化性质为：pH5.72、有机质30.5 g/kg、全氮1.02 g/kg、有效氮160 mg/kg、有效磷5.25 mg/kg、速效钾72 mg/kg、全硒1.19 mg/kg。供试肥料为烟草专用复合肥（12-9-24），硫酸钾（K2O）50%。

供试土壤硒活化剂为活化剂A（主要成分为腐殖酸与硅酸组合类物质）、活化剂B（主要成分为腐殖酸与木质素组合类物质）、活化剂C（主要成分为硅酸与木质素组合类物质）、活化剂D（主要成分为腐殖酸与硅酸、木质素组合类物质），这4种硒活化剂由实验室自制。

1.2 试验方法

采用盆栽实验，分别以水稻土和赤红壤土为供试土壤，设置4种不同活化剂处理（T1、T2、T3、T4），以不添加活化剂为对照，每个处理6次重复，随机区组排列。活化剂用量为46.2 g/盆，与土壤混匀后装盆，与基肥一起施用。每盆装风干土7 kg，盆钵规格为30 cm×30 cm。施肥情况为：基肥施复合肥1.18 g/盆；移栽后施用0.23 g/盆复合肥，将复合肥兑水淋施；团颗期复合肥1.40 g/盆；大培土期施硫酸钾1.96 g/盆、复合肥5.38 g/盆。在烟苗三叶一心期，选取长势一致的烟苗进行移栽，每盆移栽1株。于烟苗移栽后30 、75 d测量烟株农艺性状，同时每个处理采集3次重复植株样品，用于植株相关指标的测定。

1.3 样品处理及测定项目

农艺性状测定包括株高、叶片数、最大叶面积、茎围、叶绿素（SPAD值）。最大叶面积（cm2）=最大叶长（cm）×最大叶宽（cm）×0.6345［13］。

于烟苗移栽后30 d和75 d采集整株烟株，将烟株分为根、茎、叶（分上、中、下部叶）。烟株样品先用自来水将表面杂质洗净，再用蒸馏水润洗数次后，用纱布吸干表面水分，置于牛皮信封袋中于105 ℃下杀青30 min后于65 ℃烘干至衡重，称量各处理干重。将烘干后的样品粉碎后用于硒含量的测定。植物样品中硒的测定参照食品中硒的测定（GB5009.93—2017）进行，测定的仪器型号为SA-20。

采用Excel 2016进行数据统计及绘图，DPS.20.0进行方差分析，Duncan检验法进行多重比较检验不同处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 硒活化剂对烟株农艺性状的影响

2.1.1 不同活化剂对移栽30 d烟株农艺性状的影响 从表1和表2可以看出，不同活化剂处理对水稻土和赤红壤上移栽30 d烟株农艺性状的影响效果不同。其中，在水稻土上施用不同硒活化剂对烟叶株高、叶片数和最大叶面积均有影响，但是对烟苗茎围和SPAD值无显著影响。各处理株高大小为T4＞CK＞T3＞T1＞T2，T4处理有利于烟株株高的提高，提高幅度为24.963%。各处理叶片数大小为T4＞T3＞CK＞T2＞T1, 叶片数最多的是T4处理（7.5片）。各处理最大叶面积大小为T4＞T3＞T1＞CK＞T2。除T2处理外，其他硒活化剂处理均有提高最大叶面积的趋势，但与CK差异不显著。在赤红壤上施用不同硒活化剂，其效果要劣于水稻土。4种硒活化剂处理对赤红壤上烟叶株高、叶片数、最大叶面积、茎围和SPAD值无显著影响，但是T4处理对烟株最大叶面积和茎围均有提高趋势，T4处理的最大叶面积（327.82 cm2）和茎围（9.01 mm）均最大。施用不同硒活化剂的烟株农艺性状受到土壤类型的影响，在水稻土上的作用较为明显。

表1 水稻土上施用不同活化剂移栽30 d烟株的农艺性状Table 1 Agronomic characters of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on paddy soil

表2 赤红壤上施用不同活化剂移栽30 d烟株的农艺性状Table 2 Agronomic characters of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on latosolic red soil

2.1.2 不同活化剂对移栽75 d烟株农艺性状的影响 从表3和表4可以看出，烟株农艺性状随着移栽时间的推移均不断增大，在水稻土上，不同硒活化剂处理对烟株株高、叶片数、最大叶面积和SPAD均无显著影响，但有提高最大叶面积和茎围的趋势，其中T4处理茎围比CK增大幅度为14.66%，与CK差异显著。在赤红壤上，4种不同硒活化剂处理对叶片数、最大叶面积、茎围和SPAD值也无显著影响。T3、T4处理可以显著提高株高，提高幅度为33.06%和37.36%。T1处理最大叶面积最大（677.79 cm2），T3处理叶面积最小（500.89 cm2）。

表3 水稻土上施用不同活化剂移栽75 d烟株的农艺性状Table 3 Agronomic characters of tobacco after transplanting for 75 d with different activators on paddy soil

表4 赤红壤上施用不同活化剂移栽75 d烟株的农艺性状Table 4 Agronomic characters of tobacco after transplanting for 75 d with different activators on latosolic red soil

2.2 硒活化剂对烤烟生物量的影响

2.2.1 不同活化剂对移栽30 d烟株生物量的影响

从表5和表6 可以看出不同硒活化剂处理30 d后水稻土和赤红壤上烟株生物量（干重）的变化，烟株各部位的生物量（干重）整体上表现为烟叶＞烟茎＞烟根。在水稻土上，硒活化剂处理对烟根、烟叶和生物量无显著影响。与CK相比，T4处理可以显著提高烟茎生物量。T4处理生物量最大（0.81 g/株）。在赤红壤上，不同活化剂处理对烟株各部位生物量的表现效果不同，对于烟根，T1、T2处理均促进烟根的生长，提高烟根的生物量。T1处理烟根生物量最大（0.56 g/株），T2处理烟根生物量次之（0.51 g/株），比CK分别提高51.35%和37.84%。对于烟茎、烟叶以及整株生物量。4种硒活化剂处理均表现出相同的趋势，生物量大小为T1＞T2＞T4＞CK＞T3，即T3处理不利于烟茎、烟叶及总生物量的提高。

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

表6 赤红壤上施用不同活化剂移栽30 d烤烟各部位生物量（g/株）Table 6 Biomass of tobacco after transplanting for 30 d with different activators on latosolic red soil (g/plant)

2.2.2 不同活化剂对移栽75 d烟株生物量的影响

从表7和表8可以看出4种硒活化剂处理对水稻土和赤红壤上移栽75 d烟株生物量（干重）的影响。在水稻土上，不同硒活化剂处理的烟根生物量无显著影响。T3、T4处理显著提高了烟茎生物量，其中T4处理与CK相比达极显著水平。各硒活化剂处理均能提高各部位烟叶生物量，从而提高了烟叶的总生物量，其中以T4处理的总生物量最大（55.19 g/株）。4种硒活化剂处理的整株生物量与CK差异达极显著水平。在赤红壤上，T4处理可以极显著提高烟根、烟茎生物量，而其他处理与CK均未达显著水平。T4处理烟根生物量比CK提高幅度为25.50%，烟茎生物量提高32.35%，总生物量提高22.08%。T1处理显著降低上部烟叶生物量而显著提高中部烟叶生物量。除T1处理外，其他处理均显著提高了下部烟叶生物量。

2.3 不同活化剂对烤烟吸收累积硒的影响

2.3.1 不同活化剂对移栽30 d烤烟烟株吸收累积硒的影响 从表9可以看出，4种硒活化剂处理对移栽30 d水稻土上烟茎和烟根的硒累积量无显著影响，但对烟叶的硒累积量和总累积量有显著影响，其中T2处理降低了烟叶的总累积量以及整株硒累积量，T4处理极显著提高了烟叶硒累积量及整株硒累积量，提高幅度为78.26%。T4处理硒总累积量最高（0.82 μg/株），T2处理硒总累积量最低（0.42 μg/株）。在赤红壤上，4种硒活化剂处理对烟株各部位硒累积量有显著影响（表10）。4种硒活化剂处理提高或显著地提高了烟叶、烟根和植株的硒累积量。对于烟叶，T1处理硒累积量最大（0.38 μg/株）；对于烟茎，T2、T4处理硒累积量最大，均为0.095μ g/株。对于烟根，T4处理硒累积量最大（0.145 μg/株）。T1、T4处理提高了烟叶的硒累积量，而T2、T3处理降低了烟叶的硒累积量。与CK相比，T1处理极显著提高了烟叶和烟根的硒累积量，提高幅度分别为82.86%和55.56%。

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

表8 赤红壤上施用不同活化剂移栽75 d烤烟各部位生物量（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剂移栽30 d烤烟不同部位硒累积量（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 不同活化剂对移栽75 d烤烟烟株吸收累积硒的影响 表11和表12为4种硒活化剂处理移栽75 d水稻土和赤红壤上烟株各部位硒累积量测定结果。在水稻土上，硒活化剂处理可以显著提高上部、中部、下部烟叶及整株烟叶的硒累积量。硒活化剂处理可以显著提高烟株各部位的硒累积量及整株烤烟硒累积量，烤烟植株硒累积量提高幅度在38.64%～66.78%之间。在赤红壤上，硒活化剂处理烟株各部位硒的吸收发生了变化，总体上均提高了整株烤烟硒累积量，T4处理提高幅度最大，为89.55%，T1处理提高幅度最小，为5.57%。在赤红壤上烤烟烟株吸收累积硒的效果要优于水稻土。

2.4 活化剂对烤烟吸各部位硒的分配

2.4.1 不同活化剂处理对移栽30 d烤烟各部位硒分配的影响 从烟株各部位硒的分配（表13）来看，烟叶硒含量所占比例最大。在水稻土上，烟叶硒含量所占比例为74.06%～75.48%，在赤红壤上，烟叶硒含量所占比例为54.31%～63.03%。在水稻土上，烟株各部位硒的分配为烟叶＞烟茎＞烟根，在赤红壤上，烟株各部位硒的分配为烟叶＞烟根＞烟茎。在水稻土上，T3处理烟根硒含量所占比例最大（11.74%）、T4处理烟根硒含量所占比例最小（8.51%）。在赤红壤上，T3处理烟根硒含量所占比例最大（29.09%）、CK烟根硒含量所占比例最小（18.74%）。与CK相比，不同硒活化剂处理降低了赤红壤上烟根硒含量的所占比例而提高了烟根中硒的分布。

表10 赤红壤上施用不同活化剂移栽30 d烟株不同部位硒累积量（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剂移栽75 d烟株不同部位硒累积量（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 赤红壤上施用不同活化剂移栽75 d烟株不同部位硒累积量（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 施用不同活化剂移栽30 d烟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 不同活化剂处理对移栽75 d烤烟各部位硒分配的影响 从表14和表15可以看出，随着移栽时间的推移，硒在烤烟各部位（根、茎、叶）重新进行了分配，不论是在水稻土还是赤红壤上，各部位硒积累量占比为烟根＞烟叶＞烟茎。在水稻土上，与CK相比，不同活化剂处理均提高了烟叶和烟根硒积累量所占比例，T2处理烟叶硒积累量所占比例最大（45.63%），T3处理烟茎硒积累量所占比例最大（16.56%）。在赤红壤上，T2处理烟叶硒积累量所占比例最大（54.13%），T3处理烟叶硒积累量所占比例最小（27.46%）。

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

表15 赤红壤上施用不同活化剂移栽75 d烟株硒的分配Table 15 Distribution of selenium in tobacco after transplanting for 75 d with different activators on latosolic red soil（%）

3 讨论

研究发现，在两种富硒土壤上，虽然4种活化剂处理对烟叶茎围和SPAD值无显著影响，但均能提高烟叶的最大叶面积，以及烟叶采收的生物量。硒对作物的增产是通过间接作用，它主要影响植物体内SOD、POD等多种酶系反应、提高抗氧化酶活性以及光合作用［14］，从而间接提高产量。已有研究证明，硒能影响烟苗叶绿色的合成，改善光合特性［15］，当土壤中硒含量适宜时，可以促进烟叶的生长，提高烟叶产质量［16］，而过高含量（总硒含量＞1.75 mg/kg）的硒抑制烤烟的生长［17］。

影响土壤硒有效性的因素有很多，归结起来主要有土壤全硒、pH值、氧化还原电位、有机物料、腐殖酸、腐殖酸的胡富比值，黏土矿物类型、离子间的拮抗作用等［18-20］。目前，有关土壤调理剂对土壤硒活化效应及作物对硒的吸收已有不少报道。土壤调理剂对土壤硒活化机理主要集中在改变土壤理化性状，促进土壤中不同形态硒的相互转化，从而提高土壤硒有效性，促进作物对土壤中硒的吸收。李伟［21］研究表明，在富硒葡萄园上施用3种调节剂（AM菌剂、石灰石粉和营养调节剂）后，土壤的各形态硒发生变化、葡萄果实硒含量达到0.011 mg/kg，是对照的1.8倍。腐殖酸是一类高分子胶态复合物，具有高分散度、无定形性和亲水性，一般呈褐色或黑色［22］，同时其含有大量的碳物质，在土壤改良方面具有很好的效果。腐殖酸能够改变土壤的理化性状，提高土壤肥力和生物活性［23］。有研究发现腐殖酸还能提高土壤中硒的活化率，促进作物吸收［24-25］。木质素是一种天然有机高分子化合物，其来源主要是制浆废液，主要成分是碳、氮、腐殖酸、中微量元素和植物激素等［26］。本研究选取硅酸、腐殖酸、木质素作为原料，按照不同组分配置成4种不同的活化剂。本研究发现，在水稻土上，烟苗移栽30 d，主要成分为腐殖酸与木质素组合的活化剂B并没有很好地促进烟苗对土壤中硒的吸收，烟叶各部分硒吸收累积量和总累积量均比对照低。而有腐殖酸组分的活化剂B和活化剂D均提高了烟苗的总硒含量。由于该试验水稻土的pH为5.43，呈酸性，而硅酸本身呈碱性，施入土壤中，可以提高土壤的pH，从而间接促进土壤硒的活化。腐殖酸可以提高土壤酶活性，促进微生物活动，从而有利于作物对养分以及微量元素的吸收［27-28］。在赤红壤上，4种活化剂都促进了烟叶和烟根对硒的吸收，烟株硒总累积量明显高于无活化剂处理。不同组分活化剂都促进了烟株对富硒土壤中硒的吸收，其中以主要成分为腐殖酸与硅酸、木质素组合类的活化剂D促进烤烟对硒吸收累积效果最佳。活化剂改变了硒在各部位的分配，在移栽前期，硒从地下部向地上部转移，大部分的硒积累在烟叶中。到了后期，随着烟叶的成熟，烤烟吸收的硒主要积累在根部，向地上部转移的较少，导致后期烟根积累的硒总量占了较大比例。各部位硒的空间分配也发生了改变。

4 结论

本研究结果表明，在烤烟生长前期，活化剂处理主要对烤烟的株高、叶片数及最大叶面积有影响，在后期主要对烤烟的茎围和最大叶面积有影响，在水稻土上，T4处理烤烟的最大叶面积和茎围最大，最大叶面积增加幅度为37.78%，茎围增加幅度为14.66%。在赤红壤上，T1处理烤烟的最大叶面积和茎围最大，最大叶面积增加22.74%，茎围增加幅度为10.76%。烤烟在水稻土增加的幅度优于赤红壤。活化剂处理提高了两种富硒土壤上烤烟的生物量（干重）和硒累积量，T4处理提高的幅度最大。在移栽75 d后，烤烟在水稻土上生物量达55.19 g/株，提高幅度为30.44%，在赤红壤上生物量为59.10 g/株，提高幅度为22.08%。随着移栽时间的延长，烤烟的硒累积量也随之增大。4种活化剂处理均促进烤烟对硒的吸收，其中T4处理即活化剂D的效果最好。施用不同活化剂处理，促进了硒在烤烟体内各部位的分布，但大部分的硒集中在叶片上，叶片硒所占比例达到54.31%以上。随着施用时间的延长，烤烟体内的硒重新进行分配。叶片中硒所占比例下降，而烟根中硒所占比例上升。烟根中的硒由前期的8.51%～29.09%上升到36.36%～61.50%。