富硒肥對茶樹的影響及新型硒肥研究進展

李 飛，黃明麗，李玲玉，耿存珍，張鳳魁，顏冬云

(1.青島大學 環(huán)境科學與工程學院，山東 青島 266071； 2.魯化好陽光生態(tài)肥業(yè)有限公司，山東 滕州 277500)

硒是動、植物必需的微量元素和營養(yǎng)元素，與人類許多疾病的發(fā)生以及人體免疫力有密切關系。世界上2/3的地區(qū)缺硒[1]，天然富硒作物的產(chǎn)量遠遠不能滿足市場需求，通過施用硒肥提高作物硒含量是一種行之有效的方法。茶樹是硒的理想載體，富硒能力很強，在低硒地區(qū)，茶葉平均硒含量分別是紅薯干、玉米、大麥、小麥、大米、黃豆、油菜籽的9.5倍、5.8倍、2.8倍、1.9倍、2.2倍、0.6倍、0.7倍[2]。茶樹能把無機硒轉化為有利于人體吸收的有機硒，茶葉中約80%的硒為有機硒[3]，同時，茶葉中還含有豐富的茶堿、咖啡因、多酚類化合物、維生素等有益物質(zhì)，具有抗氧化、抗衰老、防癌、降血壓、降血脂、提高人體免疫力等重要功能[4-5]。因此，將茶樹作為硒肥施用對象生產(chǎn)富硒茶具有重要意義。

有研究表明，富硒紫陽綠茶中的硒多糖Se-ZYTP能抑制人骨肉瘤U-2 OS細胞的增殖，可預防癌癥和進行輔助治療[6]，而硒多糖Se-GTP可以改善肝臟氧化損傷[7]；另一種硒多糖Se-ZGTP-I能通過誘導細胞凋亡顯著抑制人瘢痕疙瘩成纖維細胞的增殖，此外，Western印跡分析顯示，用Se-ZGTP-I處理瘢痕疙瘩成纖維細胞能導致促凋亡蛋白Bax表達的增加和抗凋亡蛋白表達的降低，意味著Se-ZGTP-I具有干預和預防瘢痕疙瘩形成和其他纖維化疾病的能力[8]。近年來，各種新型硒肥的出現(xiàn)促進了富硒茶的生產(chǎn)，基于此，綜述了施用硒肥對茶樹生長、茶葉品質(zhì)及硒含量的影響，并總結了當前富硒肥料的特點，為合理施用富硒肥料提升茶葉品質(zhì)提供技術依據(jù)。

1 硒肥對茶樹生長、茶葉品質(zhì)及硒含量的影響

1.1 外源硒肥對茶樹生長及茶葉品質(zhì)的影響

研究表明，硒肥能促進茶樹的生長，提高茶葉品質(zhì)。14C示蹤試驗表明，硒能促進14C同化產(chǎn)物向根系運轉，主要是促進根系結構糖、結構蛋白等次生物質(zhì)的合成和積累[9]。早春茶樹葉面噴施含硒生物制劑能顯著促進茶樹提前發(fā)芽，優(yōu)質(zhì)高檔茶葉產(chǎn)量提高2倍以上，茶葉茶多酚、氨基酸和維生素C的含量增加[10]。與低硒茶相比，富硒茶的含硒氨基酸如脫氨酸和甲硫氨酸含量明顯提高[11]。采用AAPH(2，2’-偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽)和DPPH(1，1-二苯基-2-三硝基苯肼)2種抗氧化體系對富硒綠茶和普通綠茶進行研究，結果表明，富硒綠茶茶多酚和茶多糖的抗氧化活性高于普通綠茶[12]。硒還有利于保持茶葉品質(zhì)，研究表明，在室溫下儲存90 d后，富硒茶葉的維生素C保存率為78.54%，而低硒茶葉中的維生素C保存率為48.21%，說明富硒茶葉中的硒能抑制茶葉貯藏期間維生素C含量的下降[11]。

1.2 施肥方式對茶葉硒含量的影響

硒肥的施用方式主要有土壤施肥和根外施肥。大田試驗表明，土壤施用亞硒酸鈉可以顯著提高茶葉硒含量，在一定施硒范圍內(nèi)(0～2 kg/hm2)，茶葉硒含量的提高幅度隨硒肥施用量的增加而增加，且土壤施硒處理的當年茶樹新梢硒肥吸收率為0.040%～0.066%[13]。研究表明，土壤中亞硒酸鈉為0～16.5 mg/kg時，隨著土壤硒含量的增加，綠茶葉片的硒含量增加1.5～2.9倍，綠茶硒含量(Y)與土壤硒補充水平(X)呈線性相關，回歸方程為Y=0.007X+8.857[14]。劉訓健等[15]也證實，在土壤中施用硒肥能夠提高茶葉硒含量。也有研究表明，由于土壤物理和化學因素的干擾，土壤施硒對茶葉硒含量的影響不大[9]。

根外施肥又叫葉面噴肥。吳志丹等[16]對金觀音、丹桂和黃旦3種成齡茶樹噴施富硒有機肥，結果表明：與對照(噴施清水)相比，噴施富硒肥處理的3個供試春茶品種中硒含量均極顯著增加，分別較對照提高了44.04倍、29.21倍和8.68倍。許春霞等[17]研究表明，葉面噴施亞硒酸鈉可顯著提高茶葉硒含量，提高幅度與噴施濃度呈線性正相關，且噴施6 d后茶葉硒含量達到最高，之后開始下降。陳旭東等[18]對福鼎大白茶分別噴施2種濃度的3種硒肥，結果顯示，均可使該茶樹嫩梢的硒含量迅速提高。采用土壤施硒的方法提高茶葉硒含量雖然有效但較遲緩，且茶硒濃度較低，成茶硒含量很難達到2 mg/kg，而通過噴施外源硒的方法提高茶葉硒含量作用迅速，第1年的茶葉硒含量最高可達5.108 mg/kg，顯著高于土施硒肥[19]。以上結果表明，葉面噴施硒肥更有利于提高茶葉的總硒量，但噴施的無機硒鹽進入茶葉后究竟是轉化成有機硒還是繼續(xù)以無機硒的形式存在，或者隨時間的推移2種形態(tài)的硒進行互相轉化，對生物體的作用又是如何尚未定論。

1.3 硒肥濃度對茶樹生長的影響

田間試驗表明，噴施硒肥的適宜質(zhì)量濃度為50～100 mg/L，超過200 mg/L將對茶樹產(chǎn)生不同程度的毒害作用；溶液培養(yǎng)試驗表明：低質(zhì)量濃度硒(0.05～0.10 mg/L)對茶樹生長有促進作用，0.5 mg/L是促進茶樹生長的臨界值，而5 mg/L是茶樹的致死質(zhì)量濃度[9]。土施低濃度硒肥能提高茶葉產(chǎn)量，但當土施硒肥達到600 mg/kg時，茶樹生長開始受到抑制[20]。胡雪峰等[21]研究表明，噴硒質(zhì)量濃度分別達100、150 mg/L時對茶芽開始產(chǎn)生負面效應；噴硒質(zhì)量濃度達250、500 mg/L時，茶芽鮮質(zhì)量分別減少46.4%、37.2%，萌發(fā)數(shù)分別減少10.7%、12.1%，說明較高質(zhì)量濃度的硒液對茶樹有毒害作用。對茶樹施用亞硒酸鈉，茶葉中硒代甲基半胱氨酸含量出現(xiàn)低促高抑的現(xiàn)象，總硒代氨基酸含量的變化與硒代甲基半胱氨酸含量變化基本一致，但噴施質(zhì)量濃度不得高于180 mg/L，否則茶葉會出現(xiàn)褐斑和焦化，影響茶葉的外觀和質(zhì)量[22]。因此，控制硒肥濃度是促進茶樹生長的重要因素。

1.4 影響茶葉硒含量的其他因素

茶樹品種是影響茶葉硒含量的重要因素，栽培富硒能力強的茶樹品種更有助于生產(chǎn)富硒茶。相近立地條件、同一年份、同一采摘季節(jié)，采用同一采摘標準隨機采集的10種茶葉樣品的硒含量差異很大，品種之間具有顯著的統(tǒng)計學差異[23]。同一地塊種植的不同茶樹品種的茶葉總硒量差異較大，硒含量最高的是福建云大雜交種(0.13 mg/L)，含量最低的是四川枇杷種(0.01 mg/L)，差異達10倍以上[24]。不同類型土壤中硒的有效態(tài)含量是影響茶葉硒含量的主要因素，兩者呈顯著正相關[25]。土壤中的硒與成土母巖密切相關，母巖中的硒含量是影響茶葉硒含量的重要因素，茶葉中高硒含量通常來源于富硒母巖，如二疊紀時期的硅灰石頁巖和碳質(zhì)頁巖[26-27]。土壤酸堿性亦是影響茶樹吸收硒的重要因素，研究表明，茶樹生長的最適土壤pH值為5.0～6.0，最佳pH值為5.5[28]。但有研究表明，pH值為3.5時，茶樹對硒的吸收速率與茶葉內(nèi)的硒含量均最高[29]。此外，土壤有機質(zhì)含量、采摘季節(jié)、當季氣候等對茶葉硒含量都有影響[30-31]。因此，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)富硒茶，應綜合考慮地域和氣候因素。

2 硒肥應用現(xiàn)狀與富硒肥料

通過施用硒肥提高作物硒含量已有很長時間的歷史。目前，使用的硒肥多為無機硒肥和有機硒肥，無機硒肥的主要成分是硒酸鈉、亞硒酸鈉[32-33]；有機硒肥主要是無機硒肥與腐植酸[34]、氨基酸[35]等按一定配比加工而成。傳統(tǒng)硒肥能增加茶葉硒含量、提高茶葉品質(zhì)，但也存在一系列的問題，如由于硒流失或硒固定導致的利用率低、受環(huán)境影響大等。因此，應加強新型硒肥的開發(fā)與應用，以提升茶葉品質(zhì)，改善茶葉土壤生態(tài)環(huán)境。

2.1 緩控釋硒肥

緩控釋肥料具有養(yǎng)分釋放和作物吸收基本一致的功能[36]，能顯著提高肥料利用率，降低對環(huán)境的污染。緩釋肥釋放養(yǎng)分較為緩慢，降低了對微生物的影響，較普通化肥能增加土壤中微生物磷脂脂肪酸(PLFA)的種類和含量，特別是酸性土壤[37]，這對茶樹十分有利，因為茶樹大多生長在酸性土壤條件下。相比于俄羅斯復合肥處理(對照)，緩控釋硒肥處理的茶樹當年頭輪新梢數(shù)增加25.81%，新梢長增加11.86%，新梢著葉數(shù)增加 18.40%，葉長增加5.22%，茶葉產(chǎn)量增加40.51%，茶葉硒含量為0.24 mg/kg，提升了21%，達到了富硒茶標準(0.24 mg/kg)[38]。

嚴格來講，控釋肥料的釋放速率很難真正與作物的養(yǎng)分吸收規(guī)律同步，通過技術途徑改善控釋精度有助于提升肥效，其中，包膜技術是重要途徑。CHEN等[39]為提高聚乙烯醇包膜肥料的有效性，利用生物炭、水性PVA和聚乙烯吡咯烷酮共聚物作為包衣材料，該包膜的養(yǎng)分釋放性能更加優(yōu)良。QIAO等[40]以乙基纖維素(EC)為內(nèi)包衣，淀粉基高吸水性樹脂(淀粉-SAP)為外包衣制成的緩釋肥料，相比于只用EC包衣的肥料，在土壤中存在96 h后表現(xiàn)出更穩(wěn)定的釋放行為。包膜材料一般具有穩(wěn)定的釋放曲線，釋放精度容易控制但價格昂貴。關于非包膜法，已有人通過硒的不同化合物如亞硒酸鈉和亞硒酸鋇的溶解度不同來控制養(yǎng)分釋放速度[41]，非包膜法操作簡便、成本低，但是其釋放過程還沒有準確的衡量方法。綜合法結合了包膜法和非包膜法的優(yōu)點，具有更廣闊的應用前景。

2.2 納米硒肥

納米硒肥可分為化學納米硒肥和生物納米硒肥。化學納米硒肥通過化學反應制得，性質(zhì)極不穩(wěn)定，因此需要添加分散劑進行固定；生物納米硒肥是通過細菌轉化而成，合成后被蛋白質(zhì)等生物分子包裹，穩(wěn)定性較好。與亞硒酸鈉相比，納米硒的毒性低得多[42]，其作為富硒肥料已在農(nóng)業(yè)上應用[43]。李飛等[44]提到的一種納米硒肥，施用后茶葉硒含量可達到250～5 000 μg/kg，較普通茶葉提高2～50倍，有機硒比例≥80%，最高可達90.5%。在施用一種含有納米硒(粒徑50～200 nm)的肥料后，每100 g鐵觀音有機茶中含有納米硒40～65 μg，該茶葉符合綠色有機茶認證標準[45]。

傳統(tǒng)化學納米硒的分散劑成分一般是十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯化合物、阿拉伯膠等化合物。ZHANG等[46]利用β-胡蘿卜素作為還原劑和模板合成了高結晶度的納米硒線和納米硒帶，而且這種方法可能傳播到類胡蘿卜素和其他抗氧化劑，使得分散劑的種類更加多樣化。生物納米硒肥研究焦點在于發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)生納米硒的微生物并對納米硒的結構進行表征，如在Thaueraselenatis呼吸過程中產(chǎn)生的納米硒結構中含有一種蛋白質(zhì)(SefA)可使納米硒保持穩(wěn)定[47]。最近研究表明，在厭氧和好氧條件下，生物納米硒可分別將被污染土壤中45.8%～57.1%和39.1%～48.6%的元素汞(Hg0)轉化為不溶性硒化汞(HgSe)，表現(xiàn)出土壤修復能力[48]。

2.3 微生物硒肥

微生物肥料已從最初的使豆科植物結瘤固氮的單一菌劑，發(fā)展到兼具提供營養(yǎng)、防治蟲害、改善土壤等多種效果的混合菌劑[49]。微生物硒肥能夠通過微生物的生命活動改善土壤環(huán)境。茶樹多生長在酸性土壤條件下，常規(guī)硒肥的吸收效果差，通過施用微生物硒肥提高茶葉硒含量對生產(chǎn)富硒茶具有重要意義。唐顥等[50]對茶樹施用含有光合細菌的生物富硒肥，結果顯示，茶葉硒含量與硒肥噴施質(zhì)量濃度呈顯著正相關。葉面施硒10 d后，茶葉硒含量達0.157～0.389 mg/kg，為清水對照的 1.96～4.86倍。張立等[51]公開了一種茶樹專用生物硒肥，其含有大量的微生物菌團，能夠提高硒的生物利用率。

當前研究較熱的堆肥茶[52]以及不同菌種配制成的作物專用肥，可為茶樹微生物硒肥的研制提供借鑒。由于微生物肥單獨施用效果不穩(wěn)定，多數(shù)情況下與化肥配合施用，增產(chǎn)增質(zhì)效果明顯[53-54]，同時，應注意土壤類型，研究表明，微生物在不同土壤類型中的遷移率不同，在有機質(zhì)含量較高的較低密度土壤中，微生物肥料的作用效率可能較高[55]。

2.4 螯合硒肥

普通硒肥施用后常發(fā)生養(yǎng)分固定或存在明顯的拮抗作用，降低了肥料利用率，螯合技術的出現(xiàn)或許可以改善這種施肥困境。螯合肥是金屬離子與螯合劑通過化學反應形成配體與中心體的環(huán)狀結構，中心離子被保護起來不易受一些環(huán)境因子如pH值、脂類、纖維、草酸、氧化物、植酸、磷酸鹽及霉菌毒素等影響，因而能被有效吸收[56]，同時減弱了對土壤環(huán)境的影響。劉永賢等[57]研究表明，施用液態(tài)螯合硒肥后生產(chǎn)的富硒茶中，人體必需氨基酸總量增加15%，其中，甲硫氨酸增加7%，胱氨酸增加50%～90%。在室溫貯藏90 d后，該富硒茶的維生素C保存率可達80%，遠高于普通茶(45%)。李子先[58]研發(fā)的螯合硒肥能使茶葉增產(chǎn)15%～30%，茶葉硒含量可高達0.35～4.00 mg/kg。

目前，關于螯合硒的研究主要集中在螯合工藝與產(chǎn)物表征。靳利娥等[59]以蛋氨酸和無水乙醇為原料、甲苯磺酸為催化劑、苯為攜水劑，得到蛋氨酸螯合硒；并對產(chǎn)物進行了分離表征，確定所制備的產(chǎn)物是以蛋氨酸中的硫原子和氨基中的氮原子為配體、Se4+為中心離子的六元環(huán)蛋氨酸螯合硒。孫浩然等[60]通過單因素和正交試驗，以硒螯合率為評價指標，確定制備多糖硒配合物的最佳工藝條件為多糖質(zhì)量濃度為2 g/L，pH值為5，亞硒酸鈉質(zhì)量濃度為4 g/L，溫度為60 ℃。以上結果為茶樹螯合硒肥的制備及肥效分析提供了技術依據(jù)。

緩控釋硒肥、納米硒肥、微生物硒肥、螯合硒肥4種新型硒肥的作用方式、優(yōu)勢與不足總結如表1所示。

表1 4種新型硒肥的對比分析

3 結語與展望

施用傳統(tǒng)硒肥對提高茶葉硒含量、提升茶葉品質(zhì)起到了積極作用，但也存在一些問題，主要表現(xiàn)為利用率不高、對環(huán)境影響大。新型硒肥有望替代傳統(tǒng)硒肥，但技術尚不成熟，機制研究還處于起步階段，對土壤環(huán)境的影響也需評估。生產(chǎn)品質(zhì)良好的富硒茶葉，還需從以下幾個方面深入探索：

其一，硒影響茶樹的作用機制。目前，主要關注硒在茶樹體內(nèi)的累積及存在形態(tài)，不同類型硒(如無機態(tài)、有機態(tài)、螯合態(tài))的吸收方式、遷移轉運途徑、形態(tài)變化及在不同部位的停留時間、作用機制等還需深入研究。

其二，多種硒肥技術的綜合應用。緩控釋硒肥、納米硒肥、微生物硒肥、螯合硒肥4種新型硒肥具有各自的優(yōu)點和缺點，將2種或多種施肥技術結合起來優(yōu)勢互補，是提高硒肥利用率及作用效果的重要舉措。如將納米技術與緩控釋技術結合起來生產(chǎn)一種具有緩釋功能的納米硒肥[61]，可有效解決納米硒肥易變質(zhì)的不足，又能提高硒素利用率。另外，采用鈉膨潤土和藻酸鹽復合材料作包裹膜材料生產(chǎn)緩釋生物肥料，4 ℃密封儲存6個月后，膨潤土-NaAlg干燥微膠囊中的Rs-2細菌存活率仍可達到88.9%，說明緩釋微生物肥具有更大的發(fā)展空間[62]。

其三，高品質(zhì)硒肥的開發(fā)與應用。螯合硒改變了硒元素的存在形態(tài)，更利于吸收。目前的4種螯合肥中，EDTA螯合強度大，養(yǎng)分釋放難，并且容易轉變?yōu)?-酮哌嗪-N，N-二乙酸酯，成為持久性有機污染物[63]。以氨基酸作為原料的螯合肥成本較高，多采用畜禽毛發(fā)、蹄甲等作為氨基酸來源，易產(chǎn)生安全隱患。研究表明，腐植酸含有羧基和酚羥基，且至少1/3的酚羥基不與羧基鄰位，因此，不能通過水楊酸酯類絡合位點參與金屬離子的螯合[64]。同時腐植酸與微量元素之間并不僅僅是螯合，還有電荷間的相互作用[65]。這些原因?qū)е赂菜狎戏实尿下势?；除此之外，腐植酸可能會降低微量元素的生物利用度[66-67]。糖醇是光合作用的初產(chǎn)物，而且植物韌皮部內(nèi)是堿性環(huán)境，大部分金屬類礦質(zhì)養(yǎng)分在堿性環(huán)境下的溶解性和移動性都較差，而糖醇螯合肥在韌皮部移動優(yōu)勢明顯[68]。因此，糖醇螯合肥相比其他3種螯合肥具有更廣闊的應用前景和技術優(yōu)勢。