不同施肥处理的连作障碍辣椒成分特征分析及综合评价
2024-05-22柳小兰邓廷飞高安勤魏福晓林绍霞张清海王道平
柳小兰 邓廷飞 高安勤 魏福晓 林绍霞 张清海 王道平
柳小兰,邓廷飞,高安勤,等. 不同施肥处理的连作障碍辣椒成分特征分析及综合评价[J]. 江苏农业科学,2024,52(7):169-178.
doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2024.07.023
(1.贵州医科大学省部共建药用植物功效与利用国家重点实验室,贵州贵阳 550014; 2.贵州省天然产物研究中心,贵州贵阳 550014; 3.贵州省六盘水市农业农村局种植业发展中心,贵州六盘水 553002; 4.贵州医科大学公共卫生学院,贵州贵阳 550025)
摘要:为探明不同施肥处理对连作障碍辣椒果实矿质元素和品质指标的影响,以期寻求有效缓解辣椒连作障碍的最佳施肥处理,为辣椒产业高效高质发展提供理论依据。采用相关性分析和主成分分析对不同施肥处理辣椒中12种矿质元素及3个品质指标进行差异分析,并采用健康风险评估模型对辣椒中重金属Cr、Cu、Pb、Cd、As和Hg进行健康风险评价。结果表明,除了T2和T11处理重金属Cd含量分别为0.253、0.269 mg/kg,接近限量值0.3 mg/kg外,其余各处理中的各重金属含量均远远低于限量值,且各施肥处理的健康风险评估危害指数HI辣椒均远远小于1.0,即不会产生明显的健康影响,但应对Cd引起重视;辣度与辣椒素含量、二氢辣椒素含量、Ca含量和Sr含量的相关系数分别为0.97、0.79、0.81、0.70,均呈极显著正相关关系(P<0.01);T6处理矿质元素Ca、Ni、Be、Sr的含量在各处理中均最高,分别为CK的1.64、1.36、1.36、2.75倍,且T6处理的辣椒素含量、二氢辣椒素含量及辣度分别较CK提高了2452%、36.16%和26.80%,较其他施肥处理均明显增加(T5、T7处理的二氢辣椒素含量除外);T6处理的主成分分析(PCA)的综合得分为3.575,排名第一,评价最高。说明T6(复合肥+功能性有机肥+枯草芽孢杆菌菌剂)处理能够提高辣椒辣度,改善辣椒品质,可安全有效缓解辣椒的连作障碍现象,为最佳施肥方式。
关键词:辣椒;连作障碍;相关性分析;主成分分析;健康风险评估
中图分类号:S147.2;S641.306 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2024)07-0169-10
辣椒(Capsicum annuum L.)属茄科,是世界上最大的调味料作物,我国在辣椒种植和产量上位居世界第一[1]。辣椒味辛辣是因其含有辣椒素和二氢辣椒素,辣椒素类物质具有镇痛止痒、降脂降糖、抗癌、抗菌、降压、保护心脑血管系统和消化系统等作用[2]。辣椒富含微量元素、维生素和矿物质等多种人类需要的营养成分[3]。
作为贵州省重点推进的农村产业革命12个特色优势产业之一,辣椒产业已成为贵州农民增收的重要产业,近年来辣椒种植面积逐年扩大,但产量、品质却不尽人意,这与农民连续多年单一种植制度、为求高产盲目施肥以及喷施农药等引发的连作障碍有关。有研究表明,连作障碍是辣椒产业发展的重要制约因素[4-5],成为辣椒生产上的一大限制因子和急需解决的问题。此外,贵州很多地方的蔬菜中铅(Pb)、砷(As)、镉(Cd)等重金属含量接近临界值[6],甚至存在超标情况,辣椒属于重金属高积累作物之一,其果实超标问题早有报道,尤其是Cd。重金属超标不仅降低营养价值和品质,还限制了无公害辣椒的生产及相关副产品的出口,大大降低经济效益[7],且长期食用还会对人体肝脏等器官造成伤害[8-9]。目前,通过施肥技术缓解连作障碍来改善辣椒品质的研究较多,其中施用有机肥[10-11]、施用微生物菌肥[12-13]、微生物菌剂复配[14-17]、化肥减量配施有机肥[18]等均可促进辣椒果实生长发育,改善辣椒品质,实现提质增产增效。有研究表明,微量元素能促进植物体内的各种代谢过程,进而影响果实品质[19];矿质元素与作物产量和品质形成密不可分[20-21]。但目前的研究大多集中在辣椒农艺性状、产量和主要品质指标等方面,对辣椒果实矿质元素、重金属含量、品质的影响以及健康风险评估方面无系统性研究。因此,本研究以大田试验为基础,采用有机肥、生物菌剂和复合肥的不同组合处理,探讨其对辣椒果实中无机元素含量及品质的影响,并对辣椒中重金属进行健康风险评估,寻找最优施肥处理,以期利用绿色环保的现代技术指导辣椒的科学合理施肥,保障辣椒质量安全,把贵州由“辣椒大省”打造成“辣椒强省”,这对贵州辣椒产业绿色转型跨越发展具有重要的现实意义。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试辣椒品种:香辣四号(108A×017),由贵州力合农业科技有限公司提供[GPD辣椒(2020)520012]。
供试肥料:复合肥(市场购买),氮、磷、钾含量均为18%。微生物菌剂(贵州万和生态环保有限公司提供):枯草芽孢杆菌菌剂(1 000亿CFU/g)、解淀粉芽孢杆菌复合菌剂(200亿CFU/g)、淡紫拟青霉菌剂(260亿CFU/g)。功能性有机肥(利用磷石膏和废弃菌棒等原料发酵自制,制备方法已申请发明专利)经贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室检测,肥料pH值为6.09、全氮含量1.48%、全磷含量1.95%、全钾含量1.31%、有机质含量41.25%、总腐殖酸含量25.89%。
1.2 主要仪器
石墨炉-火焰原子吸光光度计(Agilent 240Z/FS,安捷伦科技有限公司)、双通道原子荧光光度计(AFS-2100,北京海光仪器有限公司)、电感耦合等離子发射光谱仪(Prodigy XP,北京利曼科技有限公司)、高效液相色谱仪(Agilent 1260,安捷伦科技有限公司)。
1.3 试验区概况
力合农业种植基地位于贵州省贵阳市花溪区黔陶乡,地处106°45′42″E,26°19′2″N,属东部低中丘陵谷盆地区,地势东北高、西南低,地域北宽南窄,平均海拔1 350 m左右,属亚热带高原季风气候,年平均气温15.6 ℃;年平均无霜期285 d,年平均日照时数1 350 h,年平均降水量1 100 mm。试验地为连续7年种植香辣四号品种的辣椒种植基地。
1.4 试验设计
试验于2021年3—8月在基地展开大田试验。辣椒于2月中下旬在大棚中育苗,3月底起垄施肥后,覆膜,按株距×行距为30 cm×50 cm移栽定植后,将微生物菌剂兑水后冲施根部,定植后进行常规管理,试验期间不喷洒任何药剂,人工除草。每个区域试验设12个处理,3次重复,采用随机区组设计排列,共划分36个小区,每个小区面积为 6.0 m2,常规施肥为对照 (CK) 。复合肥施用量为1 125 kg/hm2,功能性有机肥施用量为15 t/hm2,复合肥和有机肥均为根部施肥;微生物菌剂施用量为7.5 kg/hm2,按照菌剂 ∶水为1 g ∶250 mL冲施根部。具体施肥方案见表1。
1.5 样品采集与制备
于2021年8月7日对成熟期辣椒进行采摘,每个处理选取长势基本一致的植株采摘辣椒2 kg左右,及时带回实验室,并将所有辣椒样品用自来水冲洗3 遍,再用超纯水(电阻率18.2 MΩ·cm)冲洗3 遍,置于恒温鼓风干燥箱中于105 ℃杀青30 min后,以65 ℃烘干至恒重,去除辣椒的胎座,采用高速万能粉碎机磨碎,过200目尼龙筛,装入聚乙烯塑料自封袋中,作好标记,密封保存。
1.6 指标测定与评估
1.6.1 测定指标 辣椒采用HNO3消解、超纯水定容,其中各元素的检测方法:[JP2]铅和镉的含量采用石墨炉原子吸收法(GB 5009.12—2017和GB 5009.15—[JP]2014)测定;砷和汞(Hg)的含量采用原子荧光光谱法(GB 5009.11—2014和GB 5009.17—2014)测定;钙(Ca)、镁(Mg)、铝(Al)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、铬(Cr)、镍(Ni)、锶(Sr)、铍(Be)、硼(B)、钼(Mo)、锰(Mn)和钴(Co)的含量采用电感耦合等离子发射光谱法(GB 5009.268—2016)测定;辣椒素和二氢辣椒素的含量采用高效液相色谱法(GB/T 21266—2007)测定;辣度测定参照GB/T 21266—2007。检测依据均为现行有效的国家标准。
1.6.2 评估方法
本试验以WM/T 2—2004《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》[22]作为评价标准,对辣椒中重金属Cu、Pb、Cd、As和Hg进行评价。
为研究某一成年居民通过食用辣椒而带来的健康风险,本研究采用健康风险评估模型对辣椒中Cr、Pb、Cd、Cu、As和Hg 的健康风险进行评估。具体公式[23]如下:
CDI辣椒=(C×IR×ED×EF)/(BW×AT×365)。(1)
式中:CDI辣椒为重金属污染物通过辣椒进入人体的平均摄入量,mg/(kg·d);C为辣椒重金属浓度,mg/kg;IR为摄入量,kg/d;ED为暴露时间,年;EF为暴露频率,d/年;BW为体质量,kg,按人平均体质量60 kg计算;AT为平均暴露时间,年,以平均寿命计。
根据美国国家环境保护局(USEPA)[24]和世界卫生组织(WHO)[25]推荐评价有毒污染物的参考暴露剂量,Cr、Pb、Cd、Cu、As和Hg的RfD分别为1.5、0.004、0.001、0.04、0.000 3、0.000 3 mg/(kg·d);ED为30年;EF为350 d/年;AT为74.83年(根据目前的实际情况进行了修正);在贵州,每人每年平均干辣椒消费量为2.5 kg[26],则IR为0.006 9 kg/d。以HQ辣椒表征由辣椒摄入引起的重金属暴露风险指数。HQ辣椒计算公式如下:
HQ辣椒=CDI辣椒/RfD。(2)
式中:HQ辣椒为危害商,表示发生某种特定有害健康效应而造成等效死亡的终身危险度;RfD为化学污染物在某种暴露途径下的日参考计量,mg/(kg·d)。
由于同一介质中潜在存在的有毒物质的毒性风险是叠加的,因此如果存在多种毒性物质时,彼此之间的交互作用应引起重视。为了解辣椒中多种重金属对健康的危害程度,采用由每种重金属的HQ辣椒 相加得到总和来评估,即
HI辣椒=∑HQi (i=1,2,3,…,n)。(3)
式中:HI辣椒为危害指数,即多种污染物危害商的总和。如果HI辣椒≤1.0,表明人不会受到明显的伤害;HI辣椒>1.0,表明人体健康受危害的可能性很大;当HI辣椒>10.0,表明存在严重的慢性风险。
1.7 数据统计分析方法
采用Excel 2013和SPSS 21.0进行数据统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理辣椒的矿质元素含量
由表2可知,不同处理下辣椒中的矿质元素含量变化范围较大,其中Ca含量为551.77~1 204.80 mg/kg,各处理表现为T6>T3>T4>T2>T5>CK>T1>T7>T8>T11>T9>T10;Mg含量为1 042.52~1 600.24 mg/kg,表现为T4>T11>T2>T5>T3>T7>T8>T1>T6>CK>T10>T9;Al含量为6.27~13.57 mg/kg,表现为T4>T5>T6>T11>T2>T10>T7>T8>CK>T3>T1>T9;Fe含量为33.88~43.15 mg/kg,表现为T5>T6>T4>T8>T10>T2>T7>CK>T11>T1>T3>T9;Zn含量为16.29~22.36 mg/kg,表现为T8>T4>T7>T5>T2>T1>T3>T6>T11>CK>T10>T9;Mn含量为21.51~31.67 mg/kg,表现为T3>T8>T4>T7>CK>T6>T5>T11>T10>T1>T9>T2;Ni含量为0.81~2.01 mg/kg,表现为T6>T3>T11>T8>T2>T9>T1>CK>T7>T10>T4>T5;B含量为13.38~18.25 mg/kg,表現为T3>T8>T5>T4>T7>T2>CK>T10>T6>T1>T11>T9;Be含量为0.11~0.19 mg/kg,表现为T6>T8=T5=T11=T9=T1=T7=CK>T10=T2>T4=T3;Sr含量为0.38~1.65 mg/kg,表现为T6>T3>T4>CK>T1>T5>T10>T2>T7>T11>T8>T9;Co含量为0.01~0.37 mg/kg,表现为T3>CK>T1>T4>T7>T2=T6>T8=T5=T11>T10>T9;Mo含量为0.02~1.41 mg/kg,表现为T7>T6>T9>T10>T2>T1>T5>CK>T8>T11>T3>T4。
整体而言,不同施肥处理对辣椒中矿质元素含量影响不同,且同一矿质元素在各处理中变异程度也不同,其中Co和Mo含量的变异程度相对较大,变化系数分别为33.33%~135.97%和10.92%~16526%,其次是Al元素,其含量变异系数范围 为24.09%~93.15%。施用单一肥料(CK、T1、T9、T10和T11)处理的各元素含量均无明显差异,其中T1(单施功能性有机肥)处理Mg、Zn、Ni和Mo的含量分别为CK(单施复合肥)的1.04、1.08、1.03、1.49倍,其余8种元素含量均低于CK;T2(复合肥+功能性有机肥)处理除了Mn、Be、Sr和Co以外,其余8种元素含量均高于T1处理和CK;T3处理Ca、Mg、Zn、Mn、Ni、B、Sr和Co元素的含量分别是CK的1.17、1.08、1.08、1.18、1.30、1.14、1.22、1.07倍,其中Ni元素增幅最大;T4处理Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Mn、B和Sr 元素的含量分别是CK的1.08、1.10、1.77、1.08、1.15、1.03、1.04、1.08倍,其中Al元素增幅最大;T5处理Ca、Mg、Al、Fe、Zn、B、Be 和Mo元素的含量分别是CK的1.05、1.09、1.64、1.22、1.14、1.09、1.00、1.41倍,其中Al元素增幅最大;T6处理Ca、Al、Fe、Zn、Ni、Be、Sr和Mo元素的含量分别是CK的1.64、1.49、1.11、1.06、1.36、1.36、2.74、1.86倍,其中Mg含量基本没有变化,Sr含量增幅最大;T7处理Mg、Al、Fe、Zn、B和Mo元素的含量分别是CK的1.06、1.17、1.02、1.14、1.02、2.20倍,其中Mn和Be的含量基本没有变化,Mo含量增幅最大;T8处理Mg、Al、Fe、Zn、Mn、Ni、B和Be元素的含量分別是CK的1.04、1.11、1.07、1.17、1.06、1.21、1.10、1.06倍,其中Ni元素增加幅度最大。
综合来看,T3处理的Mn、B和Co含量,T4处理的Mg和Al含量,T5处理的Fe含量,T6处理的Ca、Ni、Be和Sr含量,T7的Mo含量以及T8处理的Zn含量在各处理中均最高,且T2~T8处理具有共性之处,均为肥料的配合施用,其中T6处理元素含量增幅较明显且元素的增加种类较丰富。
2.2 不同施肥处理辣椒的重金属元素含量
由表3可知,不同施肥处理辣椒的重金属含量具有较大的变化,其中Cr含量为0.06~1.75 mg/kg,表现为T10>CK>T11=T7>T1>T2>T8>T6>T5>T4>T9>T3;Cu含量为7.18~8.86 mg/kg,表现为T6>T10>T4>T3>T5>T2>T7>T1>T8>T11>T9>CK;Pb含量为0.114~0.750 mg/kg,表现为T3>T2>T4>T5>T6>T7>T11>T8>T9>T10>CK>T1;Cd含量为0.175~0.269 mg/kg,表现为T11>T2>T4>T10>T6>CK>T5>T3>T7>T1>T9>T8;As含量为 0.008~0.197 mg/kg,表现为T4>CK>T1>T5=T10>T6>T2=T11>T9>T3>T8>T7;Hg含量为0.000~0.003 mg/kg,表现为T8=T9=T7=CK>T6=T10=T11,T1~T5处理未检出或低于仪器检出限。
鉴于辣椒具有一定药理作用,在药用行业中潜力巨大[2],对辣椒中重金属Cu、Pb、Cd、As和Hg进行评价。结果显示,T1(单施功能性有机肥)处理中除了Cu 外,其余5种重金属元素含量均低于CK(单施复合肥);T2(复合肥+功能性有机肥)处理较T1处理而言,除了Pb含量大幅增加外,其余元素含量无明显变化;就功能性有机肥+生物菌剂配合施用(T3、T4、T5)处理情况看,除了T3(功能性有机肥+枯草芽孢杆菌菌剂)处理Cr含量较低和Pb含量较高,以及T4(功能性有机肥+解淀粉芽孢杆菌复合菌剂)处理的As含量较高外,T3、T4、T5处理的同一元素含量差异均较小;就复合肥+功能性有机肥+生物菌剂配合施用(T6、T7、T8)处理情况看,除了T6(复合肥+功能性有机肥+枯草芽孢杆菌菌剂)处理的As含量、T7处理的Cr含量相对偏高外,各处理间的同一元素含量无明显差异;就单施不同种类生物菌剂(T9、T10、T11)处理看,除了3个处理的Cr含量差异较大外,其余重元素含量在各处理间差异不明显。
整体而言,T1~T5处理未检出Hg或Hg含量低于仪器检出限;除了T2和T11处理的Cd含量较接近限量临界值0.3 mg/kg外,其余各处理中的重金属含量均远远低于限量值。此外,各处理中各元素的变异程度不同,且除了Cu元素外,其余元素在各处理中变异程度均较大。不同施肥处理下的辣椒均可作为人体获取营养素既丰富又安全的来源,虽然人体从辣椒中摄入重金属元素的量是相对安全的,但对Cd应引起重视。
2.3 不同施肥处理辣椒的品质性状
辣椒素、二氢辣椒素和辣度是反映辣椒食用品质的重要指标。由表4可知,不同施肥处理的辣椒品质各不相同,其中辣椒素含量为0.673~0.838 mg/g,表现为T6>T9>T3>T2>T4=T7>T8>T5>T1>T11>T10>CK;二氢辣椒素含量为0.177~0.246 mg/g,表现为T7>T5>T6>T3>T8>T2>T4>T11>T10>T9>T1>CK;辣度为 97~123(SHU),表现为T6>T3>T2=T7>T5>T8>T4>T9>T1>T10=T11>CK的趋势。
整体而言,各处理的辣椒素和二氢辣椒素含量以及辣度均高于常规施肥的CK,其中T1~T11处理辣椒果实的辣椒素含量较CK分别提高3.27%、12.63%、13.82%、8.47%、5.79%、24.52%、8.47%、8.02%、14.56%、0.45%和0.59%;二氢辣椒素含量较CK分别提高11.86%、20.34%、31.64%、18.08%、37.85%、36.16%、38.98%、24.29%、12.43%、16.95%和17.51%;辣度较CK分别提高5.15%、14.43%、17.53%、10.31%、12.37%、26.80%、14.43%、11.34%、7.22%、4.12%和4.12%。肥料配合施用(T2~T8)处理的各品质指标较单一肥料(T1、T9、T10、T11和CK)处理均明显增加,与上述矿质元素含量分析结果相吻合;单施微生物菌剂(T9、T10、T11)处理中T9(枯草芽孢杆菌)处理的辣椒素含量和辣度均高于T10(解淀粉芽孢杆菌复合菌剂)处理和T11(淡紫拟青霉菌剂)处理,且功能性有机肥+生物菌剂组合(T3、T4、T5)处理中T3(功能性有机肥+枯草芽孢杆菌菌剂)处理各品质指标高于T4(功能性有机肥+解淀粉复合菌剂)处理和T5(功能性有机肥+淡紫拟青霉菌剂)处理;复合肥+功能性有机肥+生物菌剂组合(T6、T7、T8)处理中T6(复合肥+功能性有机肥+枯草芽孢杆菌菌剂)处理辣椒素含量和辣度均最高,分别高达0.838 mg/g和123,同时T6处理各品质指标均高于T2(复合肥+功能性有机肥)处理和T3处理。
2.4 不同施肥处理辣椒矿质元素含量与品质指标的相关性
对辣椒中矿质元素含量与品质指标进行相关性分析,结果(表5)表明,辣椒中矿质元素Fe含量与Al含量呈极显著正相关关系(P<0.01),相关系数为0.75;Zn含量与Mg含量呈极显著正相关关系,相关系数为0.83;B含量与Mg、Zn、Mn的含量均呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.71、078、0.74;Sr含量与Ca含量呈极显著正相关关系,相关系数高达0.92,与Be含量呈显著正相关关系(P<0.05);Co含量与Mn含量呈显著正相关关系;Mo含量与Be含量呈顯著正相关;辣椒素含量与Ca含量和Sr含量均呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.88、0.78;二氢辣椒素含量与辣椒素含量之间呈显著正相关关系,相关系数为0.62;辣度与辣椒素含量、二氢辣椒素含量、Ca含量、Sr含量均呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.97、0.79、0.81、0.70。
2.5 PCA不同施肥处理辣椒果实矿质元素含量和品质指标的关系
不同施肥处理的辣椒果实各指标主成分分析结果见表6,可以看出,前4个成分的特征值均大于1,方差贡献率分别为36.219%、23.743%、16387%和6.512%,累计方差贡献率达82.861%,可代表原始数据的大部分信息,可以此为基础对本研究中不同施肥处理的辣椒果实样品品质进行综合评价分析,筛选出最优施肥处理。
为综合考虑不同指标对辣椒果实品质的影响,采用4个主成分的得分情况,以各自的特征值为权重,二者相乘求和构建综合评价得分函数,计算出各个施肥处理的综合得分及排名。
将辣椒果实各项指标标准化后,计算各主成分得分,并以各个处理的辣椒果实样品对应主成分的特征值为权重,以构建辣椒果实品质综合评价得分函数:F=0.437F1+0.287F2+0.198F3+0.079F4,得出不同处理的综合得分,从高到低排序结果如表7所示。综合得分越高表明该施肥处理效果越好,各处理综合得分表现为T6>T3>T2>T7>T5>T4>T8>T1>T11>T9>CK>T10。
2.6 不同施肥处理辣椒中重金属的健康风险评估
根据评价标准中的公式(1)至公式(3)计算可得不同施肥处理辣椒中重金属的HQ辣椒和HI辣椒,结果见表8。不同施肥处理辣椒中重金属元素的危害商HQ辣椒各不相同,其中Cr-HQ辣椒为1.65×10-6~5.16×10-5,Cu-HQ辣椒为0.008~0.010,Pb-HQ辣椒为0.001~0.008,Cd-HQ辣椒为0.008~0.012,As-HQ辣椒为0.001~0.029,Hg-HQ辣椒为0.000 0~0.000 5。不同施肥处理的Cr-HQ辣椒或Hg-HQ辣椒最小;各处理的Cu-HQ辣椒和Cd-HQ辣椒差异较小;此外,就Pb-HQ辣椒和As-HQ辣椒而言,除T3和T7处理的Pb-HQ辣椒大于As-HQ辣椒外,其余处理的Pb-HQ辣椒均≤As-HQ辣椒。
不同施肥处理的危害指数HI辣椒表现为T8=T9<T7<T1<T3=T11=CK<T2=T6<T5=T10<T4,其中重金属Cr含量的贡献率最小,而Cu和Cd含量的贡献率相对最大。
3 讨论
本研究结果表明,单一肥料(CK、T1、T9、T10和T11)处理的各矿质元素含量多数差异较小,这与李艳平等的研究结果(施用烟秆有机肥使烟叶中磷、锌、铁、锰元素的含量显著提高)[27]不一致;与吴慧等的研究结果(不同有机肥促进了果实中部分营养元素含量的增加,如蚯蚓粪处理能够导致果实中氮、磷、钾3种大量元素含量的增加,菜籽饼处理则能诱导果实中铁、锌和锰3种微量元素含量的大幅度增加)[28]也不相同。本研究中肥料配合施用(T2~T8)处理中各有1种或几种矿质元素含量与CK相比明显增加,这与刘红明等的研究结果(化肥羊粪配施对火龙果果实品质动态及矿质营养元素的影响研究表明,施用有机肥仅增加了果实中K和Fe元素的含量)[29] 不符,与李经洽等的研究结果(在配方施肥对库尔勒香梨叶片矿质营养含量的影响研究中,配方施肥2年,香梨叶片中Ca、Mg、Zn含量有不同程度增加,而Fe元素含量呈下降趋势)[30]也不同。这可能是由于作物种类、土壤类型以及肥料种类及配比不同等造成的。此外,除了Co和Mo含量变异程度相对较大外,其余元素变异程度无明显规律,这可能与人为因素影响以及大气沉降等因素有关。
T1(单施功能性有机肥)处理除了Cu外,其余5种重金属元素含量均低于CK(单施复合肥),表明有机肥对辣椒中这5种重金属的累积具有一定的抑制作用。单施不同种类生物菌剂(T9~T11)处理中,除了3个处理的Cr含量差异较大外,其余重元素含量在各处理间差异不明显,表明仅单施不同种类的生物菌剂对重金属的影响有所区别,但影响较小。除了T2和T11处理的Cd含量较接近限量临界值0.3 mg/kg外,其余各处理中的重金属含量均远远低于限量值,说明T2和T11处理可能具有促进辣椒茎叶中的Cd向辣椒果实转运的作用,再次印证了前人研究中辣椒对重金属Cd具有一定富集能力的结论[31-32],且各施肥处理中危害指数HI辣椒均远远小于1.0,表明成年人从辣椒中摄入重金属元素的量是相对安全的,不会产生明显的健康影响,但对Cd应引起重视。
本研究发现,辣椒果实中Fe含量与Al含量,Zn含量与Mg含量,B含量与Mg含量、Zn含量、Mn含量,Sr含量与Ca含量均呈极显著正相关关系;Sr含量与Be含量、Co含量与Mn含量、Mo含量与Be含量呈显著正相关关系;Mo含量与Mn含量、Co含量呈显著负相关关系;辣椒素含量与Ca含量、Sr含量均呈极显著正相关关系,这与张建等的研究结果(在贵州遵义辣椒矿质元素含量与其品质相关性分析中发现,辣椒中Fe含量与Zn含量、Mn含量与Co含量、Cu含量与Zn含量、Ni含量与Co含量呈显著正相关关系,辣椒素含量与K、P、S、Mo的含量呈显著负相关关系,与Co含量呈正相关关系)[33]不同,同时与郭杰等的研究结果(辣椒果实中Zn含量与Ca含量、Fe含量与Ca含量、Fe含量与Mn含量呈极显著正相关关系,Zn含量与Fe含量和Mn含量、Cu含量与Mn含量和Fe含量呈正相关关系)[3]也不同,可能与肥料种类、施肥方式以及辣椒品种等有关系。此外,本研究结果显示,辣度与辣椒素含量、二氢辣椒素含量也呈极显著正相关关系,这是由于辣度是由辣椒素和二氢辣椒素含量计算得出的,另外辣度还与Ca、Sr含量呈极显著正相关关系,说明可通过调控辣椒中矿质元素Ca和Sr的含量来提升辣椒品质,同时表明辣椒品质与矿质元素Ca和Sr的含量存在一定的量效关系,即通过对具有相关性次生代谢物种一个指标的检测,可以初步评估另外一个指标含量的高低[34],同时表明这些指标间具有相互协同、促进吸收的关系,也说明辣椒在富集以上无机元素和品质指标时具有较强的协同作用。负相关关系表明该对元素间具有相互拮抗、抑制吸收的关系,如Mo含量与Mn含量、Co含量之间。辣椒的生长过程中这些指标之间是如何相互影响的仍有待进一步研究。
本研究表明,不同施肥处理的辣椒品质各不相同,T1~T11处理辣椒果实的辣椒素含量均高于CK,这与陈俊阳的研究结果(有机肥的施用可提高辣椒素含量)[35]相符。肥料的配合施用(T2~T8处理)比单一肥料(CK、T1、T9、T10和T11处理)效果好,其中T6处理的Ca、Ni、Be和Sr这4种矿质元素含量最大,说明肥料配合施用使矿质元素含量保持在适宜范围,并表现出提高效应,结合T3~T11处理比对分析发现,枯草芽孢杆菌菌剂优于其他2种微生物菌剂,且T6(复合肥+功能性有機肥+枯草芽孢杆菌)处理辣椒素含量与辣度均最高,表明T6处理的配合施用效果最佳。再通过主成分分析法对12种施肥处理下辣椒果实的矿质元素含量和品质进行综合评价,结果表明,在所选取的16个检测项目范围内,T6处理的综合评价最高,再次证实了T6处理的施肥效果最好,能够提升辣椒品质,可有效缓解辣椒的连作障碍现象。
4 结论
本研究除了T2和T11处理重金属Cd含量接近限量值0.3 mg/kg外,其余各处理中的重金属含量均远远低于限量值;各施肥处理的健康风险评估危害指数HI辣椒均远远小于1.0,其中重金属Cu和Cd含量的贡献率相对最大,但应更加重视Cd含量;相关性分析结果显示,辣度与辣椒素含量、二氢辣椒素含量、Ca含量和Sr含量均具有极显著正相关关系;从矿质元素含量和品质指标看,肥料配合施用(T2~T8)处理与单一施肥(T1、T9、T10、T11和CK)处理相比多数有所增加,其中T6处理的Ca、Ni、Be、Sr含量在各处理中均达最高,且T6处理辣椒素含量、二氢辣椒素含量以及辣度均较其他施肥处理明显增加;此外,通过主成分分析得出T6处理综合得分最高。综上所述,T6处理施肥效果最好,能改善辣椒品质,为最佳施肥处理,可有效缓解辣椒的连作障碍。
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基金项目:贵州省科技计划(编号:黔科合支撑[2020]1Y121号、黔科合中引地[2023]026);国家自然科学基金(编号:31960507);贵州省科技计划(编号:黔科合支撑[2022]一般177);贵州省高等学校工程研究中心 (编号:黔教合KY[2020]014);贵州省科技计划(编号:黔科合服企[2020]4013)。
作者简介:柳小兰(1988—),女,贵州盘州人,硕士,副研究员,主要从事化学分析检验检测、环境及土壤资源保护与利用研究工作。E-mail:952741179@qq.com。
通信作者:王道平,副研究员,从事中药质量控制分析工作。E-mail:wdp_7897@aliyun.com。