喷施矮壮素对蒌蒿产量、品质及氮素利用特征的影响

郑丹 王晓燕 彭西甜 周有祥 张隽娴 夏 虹 夏珍珍*

〔1 湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，农业农村部农产品质量安全风险评估实验室（武汉），农产品营养品质与安全湖北省重点实验室，湖北武汉 430064；2 团风县农业农村局，湖北黄冈438000〕

蒌蒿（Artemisia selengensisTurcz.）为菊科蒿属多年生草本植物，又名芦蒿、藜蒿、柳蒿、香艾蒿、狭叶艾等，其抗逆性和适应性较强，在我国东北、华北、华东、华南和西南地区均有种植（胡强等，2016）。蒌蒿为药食两用蔬菜，营养价值较高，含有丰富的矿物质、微量元素和多种氨基酸，同时因含侧柏莠酮芳香油，具有独特风味，深受消费者喜爱，是我国四大特色水生蔬菜之一（俞美香 等，2005；Zhang et al.，2015；Li et al.，2018），在调整农业结构、出口创汇、增加农民收入等方面发挥着重要作用。在蒌蒿大田生产中，为追求高收益，农民往往盲目投入较多的肥料和植物生长调节剂。矮壮素（chlormequat chloride，CCC）作为植物生长调节剂中的一类，在谷物、蔬菜和水果的生产过程中应用十分广泛。近年来，由于矮壮素的不当使用，在叶面肥中的违法添加等引起的食品安全问题也逐渐增多（张曦 等，2008；Biswas et al.，2021）。因此，明晰矮壮素在蒌蒿上的消解规律及其对蒌蒿产量和品质的影响，对特色水生蔬菜产业的可持续发展具有重要的指导意义。

国内外对蒌蒿的利用较为重视，主要集中在种植技术、重金属吸附、组织培养、生物活性物质和挥发油的提取、药理和抗逆性等方面的研究上。潘静娴等（2006）通过对蒌蒿的重金属富集特性进行研究，发现不同产地、市场和品种的蒌蒿食用部位均出现Cd 的富集，并且采用盆栽试验的方法进一步证明了蒌蒿是一种Cd 和Zn 超量富集植物。宋鹏飞等（2015）通过对鄱阳湖湿地的潜在生态风险评价后发现，蒌蒿对Cd 具有较强富集能力，富集系数平均为1.65，转运系数平均为2.74。薛艳等（2009）研究了4 种代谢抑制剂对蒌蒿吸收Cd 和Pb 的影响，结果表明蒌蒿对Cd 和Pb 存在主动吸收，且Cd 的吸收与钙离子通道有关，Cd 和Pb 的吸收与蛋白质或酶的诱导合成有关。谢星等（2020）比较了野生与种植蒌蒿不同部位的总酚和总黄酮含量以及提取物的抗氧化、α-葡萄糖苷酶、黄嘌呤氧化酶和乙酰胆碱酯酶活性抑制能力，结果表明野生蒌蒿叶是α-葡萄糖苷酶抑制剂、黄嘌呤氧化酶抑制剂和乙酰胆碱酯酶抑制剂更优质的原料来源。矮壮素作为一种生长延缓剂，主要通过调控植物内源激素平衡和生物代谢酶活性等来调节作物生长发育，进而影响作物产量，提高品质和抗逆性。国内外对矮壮素的研究多集中在其矮化植株、前期控苗、后期抑制徒长、生物代谢酶活性和库源关系等生理作用、毒理和检测技术上（王惠群 等，2007；傅华龙 等，2008；卢峰和张飞，2015；Li et al.，2018；郑春风 等，2020；Szczepanek et al.，2020；Wang et al.，2020；Biswas et al.，2021），而关于矮壮素在蒌蒿种植和环境中的消解、残留以及限量标准的研究较少。现行的国家标准GB 2763——2021《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》，蔬菜中只有番茄有最大残留限量标准，且限量值为1.0 mg·kg-1，远高于欧盟和日本。

矮壮素对植物生产有较好的增产、增收效果，但其在特色水生蔬菜蒌蒿的应用上研究较少。本试验采用大田试验方法，研究了不同浓度矮壮素喷施对蒌蒿产量、品质、氮素利用特征的影响以及矮壮素在蒌蒿上的消解规律，旨在筛选出蒌蒿上喷施矮壮素的适宜用量，为蒌蒿产业的绿色可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020 年8——12 月在湖北省武汉市蔡甸区进行。供试蒌蒿品种为云南蒌蒿，武汉荷香源农业发展有限公司提供。矮壮素水剂（50%矮壮素），四川国光农化股份有限公司生产。尿素（N 46.4%），四川美丰化工股份有限公司生产；过磷酸钙（P2O512%），湖北钟祥市楚明磷化有限公司生产；氯化钾（K2O 60%），中化化肥有限公司生产。

1.2 试验方法

试验田块前茬作物为甜瓜，土壤为粘壤土，土壤基础理化性质为：pH 值6.03，有机质含量20.3 g·kg-1，全氮2.12 mg·kg-1，有效磷95.8 mg·kg-1，速效钾523.0 mg·kg-1。基肥每667 m2施腐熟猪粪3 000 kg、尿素4 kg、过磷酸钙40 kg、氯化钾10 kg。8 月10 日扦插育苗，9 月5 日剪成8 cm小段，按株距15 cm、行距15 cm 定植，种植密度30 000 株·（667 m2）-1；保持土壤湿润，田间管理按照当地常规生产进行。当株高3～5 cm 时，追施尿素10 kg·（667 m2）-1；株高10 cm 时进行第2 次追肥，追施尿素10 kg·（667 m2）-1。

蒌蒿株高3～4 cm 时叶面喷施矮壮素，设置4个浓度水平，分别为0、150、300、450 mg·L-1，以不施矮壮素和氮肥为空白对照（表1）。采用随机区组排列，3 次重复，小区面积60 m2，每小区种植2 700 株。

表1 田间试验设计

1.3 项目测定

分别在喷施矮壮素后2 h 及1、2、3、5、7、12、17 d 时进行取样，采用“S”形取样法，每小区选取有代表性的植株30 株。采用卷尺测定株高，即茎基部到植株最顶端生长点的高度（刘宇曦 等，2020）。将叶片和茎秆分开，采用电子天平分别测定单株茎鲜质量和叶鲜质量。采用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白质含量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量（胡强 等，2016）；采用分光光度计法测定叶绿素含量（毛震宇 等，2020）；采用超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定矮壮素残留量（Andersen et al.，2007）。

喷施矮壮素17 d 后进行一次性采收，每小区实收测产。分别选取有代表性的植株30 株，将叶片和茎秆分开，在烘箱中105 ℃杀青30 min，之后85 ℃烘干至恒重，粉碎后用VELP-UDK169 型凯氏定氮仪测定植株不同部位氮素含量（鲍士旦，2000），计算氮素利用效率（冯小杰 等，2019；马正波 等，2020）。

氮肥偏生产力（NPP，kg·kg-1）=施氮区实际产量/施氮量

氮肥农学利用效率（AEN，kg·kg-1）=（施氮小区产量-不施氮小区产量）/施氮量

氮素表观利用率（REN）=（施氮区植株地上部吸氮量-不施氮区植株地上部吸氮量）/施氮量× 100%

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 软件对原始数据进行整理，利用SPSS 17.0 软件的One-way ANOVA对处理间各指标进行差异分析，运用Duncan 法进行显著性检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 矮壮素在蒌蒿上的残留降解规律

由表2 可知，矮壮素在蒌蒿茎秆和叶片上的降解规律均符合一级动力学方程，低浓度矮壮素处理的半衰期最短，随着施用浓度的增加矮壮素的降解半衰期逐渐延长。此外，矮壮素在蒌蒿茎秆和叶片中的降解半衰期也不同，在叶片中的降解半衰期为8.4～26.7 d，而在茎秆中的半衰期仅为6.9～9.1 d。可见，在相同喷施浓度下，矮壮素在蒌蒿叶片中的降解速度比茎秆中慢。喷施矮壮素17 d 后采收时，各浓度处理的蒌蒿茎秆中矮壮素残留浓度均低于GB 2763——2021 中番茄的限量标准（1.0 mg·kg-1），食用安全；但叶片中除低浓度处理外均残留超标。喷施矮壮素时，蒌蒿叶片是主要的沉积部位，随着植物体的吸收，矮壮素由叶片转移至其他部位（亓振，2016）。蒌蒿是食茎类蔬菜，可食用部分的矮壮素降解速度对蒌蒿质量安全具有十分重要的意义，然而叶片的后续处理方式（丢弃或喂鱼等）会对环境及水体产生影响，需要进一步的风险评估。

表2 不同浓度矮壮素处理在蒌蒿中的残留降解动态参数

2.2 喷施矮壮素对蒌蒿生长指标的影响

由图1 可见，喷施矮壮素后1～7 d，各浓度处理对蒌蒿株高均有明显的抑制作用，且随着矮壮素浓度的增加，矮化作用更加明显。喷施矮壮素17 d 后采收时，C3、C2、C1 处理的株高分别为38.2、39.1、42.5 cm，比C0 处理分别降低14.1%、12.1%、4.4%；低浓度C1 处理和不喷施C0 处理的株高无显著差异，但均显著高于中、高浓度C2、C3 处理。表明在苗期喷施中、高浓度矮壮素对蒌蒿具有明显的矮化作用，低浓度处理的矮化效果不明显。

图1 不同矮壮素浓度对蒌蒿株高的影响

由图2 可见，喷施矮壮素后1～12 d，各浓度处理蒌蒿单株茎鲜质量和叶鲜质量均高于不喷施矮壮素处理。采收期，C3、C2、C1 处理的单株茎鲜质量分别为40.5、50.0、57.5 g，C2、C1 处理分别比C0 处理提高了14.9%和32.2%；C3、C2、C1处理的单株叶鲜质量分别为41.0、42.5、45.0 g，C3、C2 处理分别比C0 处理降低了5.7%和2.3%。

图2 不同矮壮素浓度对蒌蒿单株茎鲜质量和叶鲜质量的影响

各处理的单株可食用部分占地上部比重〔单株茎鲜质量/（单株茎鲜质量+单株叶鲜质量）×100%〕的变化趋势见图3。采收期，C1、C2 处理的单株可食用部分占地上部的比重达到56.1%和54.1%，显著高于不喷施C0 处理和高浓度C3 处理。表明在苗期喷施低浓度矮壮素对蒌蒿的单株茎鲜质量有明显的促进作用，而喷施高浓度矮壮素反而对单株茎鲜质量产生抑制作用。

图3 不同矮壮素浓度对蒌蒿单株可食用部分占地上部比重的影响

2.3 喷施矮壮素对蒌蒿产量和氮素利用效率的影响

由表3 可知，喷施不同浓度矮壮素对蒌蒿的产量和氮素利用效率有显著影响，低浓度C1 处理的蒌蒿产量达到662.9 kg·（667 m2）-1，氮素表观利用率为1.42%，氮肥偏生产力为60.27 kg·kg-1，氮肥农学利用效率为21.63 kg·kg-1，均显著高于不喷施C0 处理和高浓度C3 处理，比C0 处理分别提高了13.5%、0.68 百分点、13.5%、49.4%。随着矮壮素浓度的升高，蒌蒿产量和氮素利用效率逐渐下降，这与采收期株高、单株茎鲜质量和叶鲜质量的变化趋势基本一致，说明喷施低浓度矮壮素可以促进蒌蒿生长，提高产量，并能有效提升氮素利用效率。

表3 不同矮壮素浓度对蒌蒿产量和氮素利用效率的影响

2.4 喷施矮壮素对蒌蒿叶片叶绿素含量和茎秆品质指标的影响

2.4.1 喷施矮壮素对蒌蒿叶片叶绿素含量的影响 叶绿素含量是植物进行光反应的基础，通常被作为衡量光能吸收和利用能力的重要指标（Kouril et al.，1999）。由图4 可见，喷施矮壮素后蒌蒿叶片的叶绿素含量持续升高，且总体表现为高浓度＞中浓度＞低浓度＞不喷施。采收时，C3、C2、C1处理的叶绿素含量分别为6.15、6.17、5.63 mg·g-1，比C0 处理分别提高34.6%、35.0%、23.2%。可见，喷施矮壮素能够提高蒌蒿叶片中叶绿素含量，增强植株的光合作用，防止叶片早衰。

图4 不同矮壮素浓度对蒌蒿叶片叶绿素含量的影响

2.4.2 喷施矮壮素对蒌蒿茎秆可溶性蛋白质含量的影响 由图5 可见，除空白对照（CK）外，其他处理的蒌蒿茎秆可溶性蛋白质含量总体呈先降低后升高，再次下降后又上升的变化趋势。喷施矮壮素后7～12 d，不喷施C0 处理和低浓度C1 处理的可溶性蛋白质含量明显下降，而中、高浓度C2、C3处理的可溶性蛋白质含量基本持平，且随着矮壮素浓度的增加可溶性蛋白质含量下降趋势趋于平缓。采收期，各浓度处理的茎秆可溶性蛋白质含量无显著差异，表明喷施中、高浓度矮壮素后7～12 d 有利于蒌蒿茎秆中可溶性蛋白质积累；但各浓度处理对采收期茎秆中可溶性蛋白质含量的影响不大，这可能与收获时茎秆内矮壮素残留浓度较低有关。

图5 不同矮壮素浓度对蒌蒿茎秆可溶性蛋白质含量的影响

2.4.3 喷施矮壮素对蒌蒿茎秆可溶性糖含量的影响 可溶性糖是植物生长过程中重要的渗透调节物质，植株体内的可溶性糖含量代表碳水化合物的运转情况，可以作为植物抗逆性生理指标之一（Omezzine &Haouala，2013）。由图6 可见，C0、C1、C2、C3 处理的蒌蒿茎秆可溶性糖含量大体呈上升趋势，且均显著高于空白对照（CK）。采收时C3、C2、C1 处理的可溶性糖含量分别为1.28%、1.20%、1.12%，分别比C0 处理提高了0.29、0.21、0.13百分点。表明喷施矮壮素能够提高蒌蒿茎秆中可溶性糖含量，改善蒌蒿的商品性。这可能与喷施矮壮素后植株的抗逆性增强有关，也可能与矮壮素作为植物生长调节剂对同化产物的分配调节作用有关。

图6 不同矮壮素浓度对蒌蒿茎秆可溶性糖含量的影响

3 讨论与结论

3.1 叶面喷施矮壮素对蒌蒿产量的影响

矮壮素是一种延缓剂类植物生长调节剂，近年来其在我国登记产品逐渐增多，从水稻、小麦、玉米和棉花等逐渐扩大到烟草、番茄和马铃薯等作物上使用（Guo et al.，2010）。矮壮素能抑制作物细胞伸长，诱使植株变矮，茎秆增粗（Guo et al.，2010；徐田军 等，2019；Szczepanek et al.，2020；Biswas et al.，2021）。本试验结果表明，喷施矮壮素后，前7 d 对蒌蒿株高有明显的抑制作用，但对单株茎鲜质量和叶鲜质量均有促进作用，且随着矮壮素浓度的增加，植株矮化作用增强。苗期喷施低浓度矮壮素（150 mg·L-1）处理，采收期较不喷施矮壮素处理株高降低4.4%，单株茎鲜质量增加32.2%，单株叶鲜质量增加33.9%，产量增加13.5%，达到662.9 kg·（667 m2）-1，具有较好的增产效果。随着浓度的增加，矮壮素对蒌蒿的矮化作用增强，对产量的贡献逐渐降低。比较不同处理单株可用食部分占地上部的比重，发现喷施中、低浓度矮壮素处理的蒌蒿茎秆占地上部的比重显著增加，可见矮壮素能够调节蒌蒿植株同化产物的分配，控制适宜的浓度有利于蒌蒿茎秆的生长和产量增加。

3.2 叶面喷施矮壮素对蒌蒿氮素利用效率的影响

温国泉等（2016）研究表明，喷施矮壮素能延缓淮山药叶片叶绿素含量的下降幅度，提高叶片淀粉酶活性，有利于光合碳水化合物从源（叶）向库（块茎）转移。马正波等（2020）研究表明，喷施矮壮素可以增强夏玉米叶片硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶及花后34 d 至采收期谷丙转氨酶等氮代谢酶活性，提高叶绿素总含量和可溶性蛋白质含量。本试验结果表明，喷施低浓度（150 mg·L-1）矮壮素能显著提高蒌蒿的氮素利用效率，氮素表观利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率分别较不喷施矮壮素处理提高0.68 百分点、13.5%和49.4%。随着矮壮素浓度的增加，蒌蒿的氮素利用效率逐渐下降。这可能是由于高浓度矮壮素致使植株矮化程度加剧，至收获时叶片和茎秆中矮壮素残留仍维持较高水平，使得单株茎鲜质量、叶鲜质量和产量表现不佳，叶绿素含量虽然较高，但综合氮素利用效率显著低于未喷施矮壮素处理。

3.3 叶面喷施矮壮素对蒌蒿安全性的影响

矮壮素属胺盐类植物生长调节剂，具有较好的水溶性，容易污染地下水及土壤，因此其残留行为备受关注（Guo et al.，2010）。我国蔬菜仅在番茄上有矮壮素的残留限量（GB 2763——2021），且远高于欧盟和日本规定矮壮素的最高残留限量0.05 mg·kg-1。在实际生产中，矮壮素经常被作为隐性添加成分出现在叶面肥和植物生长调节剂等产品中，广泛应用于各种大田作物、蔬菜和水果生产（贾挺进 等，2010；Christian et al.，2011；聂继云 等，2014）。本试验发现，矮壮素在蒌蒿茎秆中的半衰期为6.9～9.1 d，而在叶片中的半衰期为8.4～26.7 d。这可能与在苗期喷施矮壮素时植株矮小，叶片为其主要沉积部位有关。低浓度（150 mg·L-1）矮壮素在蒌蒿茎秆中的半衰期为6.9 d，在叶片中的半衰期为8.4 d，采收时残留浓度均为0 mg·kg-1；喷施中、高浓度矮壮素，采收期茎秆中矮壮素残留量参照我国现行标准是合格的，但对照欧盟和日本规定仍存在安全风险。因此，矮壮素在蒌蒿上的施用时期和浓度应从严把控。收获后蒌蒿叶片的主要处理方式是喂鱼或被丢弃，其对地下水和养殖渔业产生的潜在影响需要进一步风险评估。

综上，矮壮素在蒌蒿上的降解规律符合一级动力学方程，苗期喷施矮壮素能降低株高、提高叶片叶绿素含量和茎秆可溶性糖含量，对茎秆可溶性蛋白质含量影响不大。通过对比不同浓度的矮壮素喷施效果，发现与不喷施矮壮素相比，喷施低浓度（150 mg·L-1）矮壮素可以提高采收期蒌蒿的茎鲜质量、产量、叶绿素含量和茎秆可溶性糖含量，具有较好的增产效果，且能提高氮素利用效率，在蒌蒿茎秆及叶片中均未检出矮壮素残留；喷施中、高浓度矮壮素后蒌蒿植株矮化明显，虽显著提高了叶绿素含量和可溶性糖含量，但产量表现不佳，氮素利用效率下降，矮壮素在茎秆中的残留量符合我国现行标准，然而在叶片中的残留量较高，存在安全风险。因此，矮壮素作为一种使用较广泛的植物生长调节剂，在喷施浓度为150 mg·L-1条件下，在食茎类蔬菜蒌蒿的种植过程中具有较好的增产增收效果，能够提高产品品质和氮素利用效率，且在采收期茎叶中无残留，可以安全使用。