叶面喷施聚磷酸铵对辣椒产量、品质及吸收转运Cd 的影响

柴冠群，刘桂华，罗沐欣键，王 丽，蒋 亚，范成五

（贵州省农业科学院 土壤肥料研究所，贵州 贵阳 550006）

辣椒（Capsicum annumL.）是人们喜食的蔬菜和调味品，中国辣椒种植面积为1.33×106hm2左右，约占全球辣椒种植面积的40%，其干辣椒与鲜辣椒年产量分别为2.5×105t 与1.4×107t，约占全球产量的8.9%与51.8%[1]。目前，辣椒已成为我国多地重要经济支柱产业，尤其在贵州，辣椒种植规模居全国首位，约占全国的25%[2]。辣椒是一种富Cd 能力较强的调味型蔬菜。张建等[3]调查发现，遵义地区辣椒中Cd 超标率为85.71%，辣椒对重金属的生物富集顺序为Cd＞Cu＞Zn＞Hg＞Ni＞Cr＞As＞Pb；赵首萍等[4]发现，辣椒属于地上部易富集Cd 的蔬菜品种，朝天椒对Cd 的富集能力强于菜椒；胡立志等[5]发现，辣椒对土壤Cd 的生物富集系数可达3.04。植物遭受Cd 毒害会发生膜脂过氧化、光合作用降低等现象，进而造成植物死亡、品质下降或减产[6]。Cd 通过食物链在人体累积过量，会损伤肾小管，使骨骼代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩变形，严重危害人体健康[7]。我国食辣人群约占总人口的40%[8]，人均辣椒食用量为6.84 g/d[3]。辣椒Cd 超标不仅会影响辣椒口感、降低品质，而且会影响人体健康，因此，亟需寻求经济可行的辣椒果实Cd消减技术。

P 是植物生长的必需元素，科学施P 不仅能够提高作物产量、改善品质，而且对减轻植物Cd 毒害也具有积极意义。路亚等[9]报道，合理施P能够提高花生产量；张铎等[10]报道，增施P 肥能够显著提高菊芋可溶性糖与可溶性蛋白含量；王丽等[11]报道，施用P 肥不仅显著提高了苋菜的生物量，而且能够固定土壤Cd，降低苋菜Cd含量；LI等[12]发现，0.5 mmol/L P能够降低Cd胁迫对高羊茅的生理损伤，使其生物量增加72.06%～82.06%，地上部和根系Cd 含量分别降低45.85%和9.71%；张晓璟等[13]报道，喷施0.5%的P 能够使朝天椒果实Cd 积累量降低23.6%。可见，改善植株P 素供应水平，利用磷酸盐对Cd 的吸附、沉淀等作用可降低植株体内Cd含量。然而，谭文韬等[14]发现，Cd 胁迫下，水稻缺P 和富P 时提高P 浓度均会促进水稻根系对Cd 的吸收与转运，提高Cd 在地上部位的累积，增加稻米Cd 超标的风险；霍洋等[15]也发现了类似现象。以上研究表明，外源P 对不同植物富集Cd 的调控作用不同。P 肥一般以肥料的形式施入土壤，其过量施用易随地表径流进入水体，引起水体富营养化等问题[16]，采取叶面喷施的形式能够直接作用于植物本身，避免土壤对P 的固定，提高植物P 素吸收效率[17]，有可能起到补充P 营养和降低植株Cd含量的双重作用。

以往辣椒果实Cd消减技术多是关于Cd低累积品种筛选[18]或原位钝化[19]等，其通常因Cd 低累积作物适宜范围的局限性，或需要增加劳动成本不能被广泛推广，而开发能够实现辣椒增产与果实Cd含量降低的叶面肥能够节约劳力和物资投入成本，对辣椒绿色生产具有实际指导意义。前人报道叶面喷施P 能够促进Cd2+在叶片细胞液泡中与PO43-形成Cd3（PO4）2沉淀，从而降低Cd 的迁移转运[20]。目前，叶面喷施P调控Cd吸收转运主要集中在水稻[14-15]等粮食作物上，而深入研究叶面喷施P对辣椒产量、品质及其吸收转运Cd 影响的报道相对匮乏。有研究证实，低聚合度（＜20）聚磷酸铵作为一种新型肥料，水解后能够同时提供正磷酸态磷素和铵态氮素，具有养分含量高、溶解性好、易被作物吸收、螯合金属等特点[21-22]。此外，叶面调控已成为农业农村部推荐的中轻度Cd 污染耕地安全利用的农艺调控技术之一[23]。因此，选取黔北加工型主栽辣椒品种（青红元帅），采用盆栽试验，分析叶面喷施不同浓度聚磷酸铵对辣椒果实产量、品质[可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、维生素C（Vc）、辣椒碱含量]与吸收转运Cd的影响，以期为Cd污染土壤辣椒安全生产及叶面磷肥开发提供试验支撑和理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤 取贵州省绥阳县某地耕层（0～20 cm）土壤，风干后，剔除土壤中石砾与植物残渣，用木锤锤敲土块，过5 mm 尼龙网筛备用。将筛分的土壤混合均匀后取样测定土壤基本理化性质，具体见表1。参照国家土壤环境质量标准（GB 15618—2018），试验土壤中Cd含量介于风险筛选值与风险管制值，为安全利用类。

表1 土壤的基本理化性质Tab.1 Basic physical and chemical properties of the soil

1.1.2 供试辣椒品种 供试辣椒品种为青红元帅，属单生朝天椒，购自重庆市益农农业有限公司。

1.1.3 供试叶面喷施材料与肥料 供试聚磷酸铵（N-P2O5-K2O=18-59-0）为瓮福产业技术研究院提供。供试氮肥、磷肥与钾肥分别为尿素、过磷酸钙与硫酸钾，购自贵州科奥农资销售有限公司。

1.2 试验设计

盆栽试验于2021 年2—10 月在贵州省土壤肥料研究所温室大棚进行。辣椒种子用1%NaClO 浸泡表面消毒30 min，撒播于装有基质的托盘中，在温室内漂浮育苗，于4 月15 日选取五叶一心、长势良好、大小一致的辣椒幼苗进行移栽，每盆移栽1株，用去离子水浇灌，保持土壤田间持水量为60%。每盆施入的N、P2O5与K2O 分别为180、100、150 mg/kg，均一次性施入土壤，将其与5 kg 过5 mm尼龙筛的风干土充分混匀后装盆（直径×高=30 cm×25 cm）。试验共设4 个处理：CK（叶面喷施纯水）、T1（叶面喷施0.1 g/L 聚磷酸铵）、T2（叶面喷施0.2 g/L聚磷酸铵）、T3（叶面喷施0.5 g/L 聚磷酸铵）。每个处理重复5次，分别在辣椒苗期、显蕾期与开花坐果期，使用喷雾器对辣椒叶片正反面进行均匀喷雾，以形成水珠且不下落为准，喷施时间为8：00—9：00，以避免蒸发降低辣椒对叶面喷施材料的吸收。

1.3 样品处理与分析

1.3.1 辣椒样品 以辣椒果实转红为统一采收标准，共采集4 次。辣椒各部位采摘后及时用去离子水清洗干净，并用吸水纸将其表面擦干。最后一次采集果实的同时采集辣椒植株样品，将其分为根、主茎、叉茎、主茎上叶、叉茎上叶与果实6个部分，称量每次采集的辣椒果实鲜质量。辣椒各部位样品在电热鼓风干燥箱（UP-GZ-9140AT，四川优浦达科技有限公司）中，105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至恒定质量，称量辣椒各部位干质量，用三维震击式球磨仪（TJS-325，天津市东方天净科技发展有限公司）将辣椒各部位粉碎后保存备用。

辣椒各部位Cd 含量均采用HNO3-HClO4（体积比4∶1）消解，稀HCl 定容，电感耦合等离子质谱仪（Elan 9000 型，美国珀金埃尔默股份有限公司）测定，用标样（GBW100348）进行质控，回收率为97.6%～100.4%，全程做空白试验。同时，取部分辣椒果实干样测定可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、辣椒碱、Vc含量等品质指标[24]。

1.3.2 土壤样品 最后一次采集辣椒果实时，将辣椒从盆钵中取出，轻轻抖动，用毛刷收集辣椒根系上附着的土壤即为根际土，待其自然风干后，用玛瑙研钵研磨过0.149 mm 尼龙筛备用。土壤样品采用HNO3－HClO4－HF－HCl消解，稀HCl定容，采用电感耦合等离子体质谱仪测定Cd 含量。用标样（GBW07557）进行质控，回收率为96.8%～101.4%，全程做空白试验。

所有试验用品均经稀酸浸泡，减少器皿对重金属的吸附，试验用水均为去离子超纯水。

1.4 数据分析

用富集系数（Bioaccumulation factor，BCF，%）表示辣椒对土壤Cd 的富集能力，用转运系数（TF地上部/根，%）表示辣椒根系向地上部转运Cd 的能力[25]，用转运效率（TFa/b，%）表示辣椒b部位向a部位转运Cd的效率[4]，具体计算公式如下：

公式（1）中，Ci、Mi、Cs分别表示辣椒i部位Cd 含量（mg/kg）、i部位干质量（g）与根际土中Cd 含量（mg/kg，干质量）；公式（2）中，C地上部、C根分别表示辣椒地上部Cd 含量（mg/kg，干质量）、辣椒根中Cd 含量（mg/kg，干质量）；公式（3）中，Ca、Cb分别表示辣椒a、b部位Cd含量（mg/kg，干质量）。

试验数据均采用Microsoft Office 2010软件进行计算处理，运用IBM SPSS20 Statistics（美国IBM 公司）进行统计分析，采用Sigmaplot 14.0 软件作图，采用Duncan’s 法进行差异显著性分析，显著水平为0.05，采用Pearson双侧检验进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施聚磷酸铵对辣椒果实产量与品质的影响

2.1.1 产量 由图1A 可知，不同处理辣椒果实鲜质量为132.60～147.33 g/株，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒果实鲜质量呈增加趋势，T1、T2、T3差异不显著，但显著高于CK（叶面喷施纯水）。由图1B 可知，不同处理辣椒果实干质量为30.69～34.23 g/株，辣椒果实干质量变化趋势与鲜质量一致，T2 与T3 处理差异不显著，显著高于CK 与T1 处理。综上，叶面喷施聚磷酸铵能够显著增加辣椒果实质量，T3 处理辣椒果实质量最大，与CK 相比，其鲜果质量与干果质量增幅分别为11.11% 与11.53%。

图1 不同处理对辣椒果实产量的影响Fig.1 Effects of different treatments on fruit yield of pepper

2.1.2 品质 如表2 所示，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒果实可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc 与辣椒碱含量呈增加趋势。T1 处理与CK 的辣椒果实可溶性糖、可溶性蛋白、辣椒碱含量均差异不显著，T3处理辣椒果实可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc与辣椒碱含量均显著高于CK，增幅分别为39.88%、22.06%、110.90%、43.55%、42.41%。综上，叶面喷施聚磷酸铵能够改善辣椒果实品质，以0.5 g/L聚磷酸铵效果最好。

表2 不同处理对辣椒果实品质指标的影响Tab.2 Effects of different treatments on fruit quality indexes of pepper

2.2 叶面喷施聚磷酸铵对辣椒Cd吸收与转运的影响

2.2.1 叶面喷施聚磷酸铵对辣椒各部位Cd 含量的影响 如表3 所示，就总体而言，辣椒不同部位Cd含量（干质量）表现为主茎上叶＞根＞果实＞叉茎上叶＞叉茎＞主茎。辣椒主茎上叶与叉茎上叶Cd 含量随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加而增加，而其余部位Cd 含量或整株Cd 含量与之相反；T3 处理辣椒果实、叉茎、主茎、根与整株Cd含量显著低于CK，其主茎上叶与叉茎上叶Cd含量显著高于CK。就辣椒果实Cd 含量而言，不同处理辣椒Cd 含量（干质量）为0.67～0.76 mg/kg，与CK 相比，T3 处理降幅最大，为11.84%（P＜0.05），独立样本t检验显示，T3处理辣椒果实Cd含量（干质量）仍显著高于《绿色食品辣椒制品》（NY/T 1711—2020）中Cd 含量限值（0.1 mg/kg）；辣椒果实Cd含量（鲜质量）与干果Cd含量变化趋势一致，与CK 相比，T3 处理果实Cd 含量（鲜质量）降幅为16.67%（P＜0.05），独立样本t检验显示，T3处理辣椒果实Cd含量（鲜质量）仍显著高于《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中Cd含量限值（0.05 mg/kg）。说明青红元帅朝天椒果实富Cd能力较强。

表3 不同处理对辣椒各部位Cd含量的影响Tab.3 Effects of different treatments on Cd content in different parts of pepper mg/kg

2.2.2 叶面喷施聚磷酸铵对辣椒吸收Cd 与根向地上部或茎叶转运Cd 的影响 由图2A 可知，辣椒对土壤Cd的BCF 达193.77%～351.82%；随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒对土壤Cd 的BCF 呈降低趋势，T3 处理BCF 显著低于CK，降低158.05 个百分点。由图2B 可知，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒从根向地上部转运Cd 的能力（TF地上部/根）呈增加趋势，T3 处理TF地上部/根显著高于CK。由图2C可知，叶面喷施聚磷酸铵对辣椒根向叉茎转运Cd的效率（TF叉茎/根）无显著影响，而T3处理辣椒根向主茎转运Cd 的效率（TF主茎/根）显著高于其他处理。由图2D 可知，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒根向叉茎上叶或主茎上叶转运Cd 的效率（TF叉茎上叶/根、TF主茎上叶/根）呈增加趋势，T3 处理显著高于CK。综上，叶面喷施聚磷酸铵促进Cd 从根向地上部转运，尤其是向叉茎上叶与主茎上叶的转运，T3处理效果最显著。

图2 不同处理辣椒对土壤Cd富集能力与根向地上部或茎叶转运Cd效率的影响Fig.2 Effects of different treatments on soil Cd enrichment capacity and efficiency of Cd translocation from roots to aboveground parts，stems and leaves of pepper

2.2.3 叶面喷施聚磷酸铵对辣椒植株向果实转运Cd 效 率 的 影 响 如 表4 所 示，辣 椒TF果实/叉茎、TF果实/主茎、TF果实/根随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加而 增 加，T3 处 理 显 著 高 于CK；而TF果实/叉茎上叶、TF果实/主茎上叶随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加而降低，T3 处理显著低于CK。说明叶面喷施聚磷酸铵增加了叶片对Cd的固持能力。

表4 不同处理对辣椒不同部位向果实转运Cd效率的影响Tab.4 Effects of different treatments on Cd transport efficiency from different parts of pepper to fruits %

2.3 叶面喷施聚磷酸铵对辣椒各部位Cd累积分配的影响

2.3.1 叶面喷施聚磷酸铵对辣椒各部位Cd 累积的影响 如表5 所示，CK 与其他处理果实Cd 累积量差异不显著；不同处理叉茎或主茎Cd累积量均显著低于CK；随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，叉茎上叶与主茎上叶Cd 累积量均呈增加趋势，T3 处理显著高于其他处理；不同处理根Cd累积量均显著低于CK；T2、T3处理辣椒整株Cd累积量显著低于CK，T1处理与CK差异不显著。

表5 不同处理对辣椒各部位Cd累积量的影响 μg/株Tab.5 Effects of different treatments on Cd accumulation in different parts of pepper μg/plant

2.3.2 叶面喷施聚磷酸铵对辣椒各部位Cd 分配的影响 如图3A所示，就果实Cd累积量占比而言，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒果实Cd累积量占比呈先增加后降低的趋势；T2 处理Cd 累积量占比最大，T3 处理果实Cd 累积量占比与CK 差异不显著。就地上部营养器官Cd累积量占比而言，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，地上部营养器官Cd累积量占比呈增加趋势；T3 处理增幅最大，增加了5.68个百分点。就辣椒根Cd累积量占比而言，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒根Cd累积量占比呈降低趋势；T3 处理降幅最大，降低了6.62 个百分点。由图3B 可知，辣椒叉茎与主茎Cd 累积量占比随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加呈降低趋势，T3处理叉茎与主茎Cd 累积量占比显著低于CK，分别降低了4.97、2.47 个百分点；而叉茎上叶与主茎上叶Cd 累积量占比随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加呈增加趋势，T3 处理叉茎上叶与主茎上叶Cd 累积量占比显著高于CK，分别增加了6.92、6.19 个百分点。综上，叶面喷施聚磷酸铵显著提升了叶片对Cd的富集贮存能力，与叶面喷施聚磷酸铵促进Cd从根向叉茎上叶与主茎上叶转运的结果相一致。

图3 不同处理对辣椒各部位Cd累积量占比的影响Fig.3 Effects of different treatments on proportion of Cd accumulation in different parts of pepper

2.4 相关性分析

如表6 所示，辣椒果实Cd 含量与果实干质量呈极显著负相关，说明“质量稀释”可能是叶面喷施聚磷酸铵降低辣椒果实Cd 含量的原因之一。不同处理各部位Cd含量特征显示，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒主茎上叶或叉茎上叶Cd含量呈增加趋势，果实Cd 含量呈降低趋势（表3）；随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，TF叉茎上叶/根与TF主茎上叶/根呈增加趋势（图2D），TF果实/叉茎上叶与TF果实/主茎上叶呈降低趋势（表4）；此外，相关性分析显示，辣椒果实Cd 含量与TF果实/叉茎上叶和TF果实/主茎上叶呈 极 显 著 正 相 关，与TF叉茎上叶/根、TF主茎上叶/根呈显著负相关。说明叶面喷施聚磷酸铵促进Cd 从根向叶片转运，将Cd 固定在主茎上叶与叉茎上叶中，从而降低叶片向果实转运Cd的效率，进而降低辣椒果实Cd 含量，这可能是叶面喷施聚磷酸铵降低辣椒果实Cd含量的另一原因。

表6 辣椒果实Cd含量与各参数相关性分析Tab.6 Correlation analysis between Cd content in pepper fruit and various parameters

3 结论与讨论

P 是ATP、RNA、DNA 和磷脂等基本生物分子的主要组成部分，参与糖代谢、蛋白质代谢、三羧酸循环和光合磷酸化等多种生理代谢过程[26]。增施P 能够增强作物光合效能、光合潜力与理化特性，调控C、N 代谢，提升作物产量与改善品质[27-29]。尽管土壤中总P 含量较高，但是生物可利用态的有效P 含量较低，日常生产中需要施用P 补充作物生长所需营养；然而土壤施用P易被固定或随雨水径流损失。本研究中，在土壤基施P的基础上，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，辣椒果实产量、可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸、Vc及辣椒碱含量均呈增加趋势，这与前人适量增施P 促进花生[9]、苋菜[11]、大豆[28]等产量增加，提升高菊芋[10]可溶性糖与可溶性蛋白含量的相关报道一致。此外，史建硕等[22]也报道，设施番茄产量、可溶性糖与Vc含量随聚磷酸铵肥用量的增加呈先增加后降低的趋势。在本研究中，叶面喷施0.5 g/L聚磷酸铵对辣椒增产与品质提升效果最佳。

本研究中，在全Cd 含量为0.31 mg/kg 的弱酸性黄壤上，叶面喷施0.5 g/L聚磷酸铵处理辣椒整株Cd富集系数（BCF）较CK降低了158.05个百分点，辣椒鲜果Cd 含量降幅为16.67%，其Cd 含量仍是《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中Cd 含量限值（0.05 mg/kg）的3 倍，可能是因为供试土壤活性Cd占比较高（50%），导致不能实现辣椒Cd安全生产。说明在活性Cd占比较高的土壤上，仅采用叶面喷施聚磷酸铵技术不能实现辣椒Cd安全生产，可能需要采用聚磷酸铵螯合Zn、Mn等Cd拮抗元素或协同施用土壤钝化剂降低辣椒对Cd 的吸收转运。

土壤中的Cd2+通过主动或被动吸收跨膜进入根系，再经共质体或质外体途径运输到木质部导管，装载于植物螯合肽（Phytochelatin，PCs）实现长距离运输[20]。有研究证实，施P能够促进PCs将Cd2+转入液泡中进行区室化固定[20，31]。赵首萍等[4]报道，朝天椒果实Cd含量与茎叶再分配能力有关。本研究中，随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加，叶片中Cd含量呈增加趋势，而果实Cd 含量呈降低趋势，这可能是因为叶面喷施聚磷酸铵能够增加植物体PO43-含量，使其在液泡内与Cd2+形成Cd3（PO4）2沉淀，将其滞留在叶片中，减少向果实转运[20]。此外，本研究中，根向地上部转运Cd的能力（TF地上部/根）随叶面喷施聚磷酸铵浓度的增加而增加，这是因为叶面喷施聚磷酸铵促进根向地上部转运的Cd 贮存与固持在了辣椒叶片中，从而降低辣椒果实Cd含量。

综上，在本研究中，青红元帅朝天椒对土壤Cd的富集系数达193.77%～351.82%，叶面喷施0.5 g/L聚磷酸铵对辣椒增产与品质提升效果最佳，且同时降低辣椒对土壤Cd 的富集能力与各部位Cd 含量，但仍不能实现辣椒果实Cd 安全生产。叶面喷施聚磷酸铵主要通过将Cd 固持在辣椒主茎上叶与叉茎上叶中，降低叶片向果实转运Cd 的效率，从而降低辣椒果实Cd含量。