硒處理對土壤理化性質(zhì)及杭白菊品質(zhì)的影響*

程 丹，張 紅，郭子雨，張建軍，王志玲，牛顏冰，張春來，呂晉慧?

（1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷 030801；2．山西陽城蟒河獼猴國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，山西陽城 048100）

硒為人體所必需的微量元素。醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)中國成人每日平均硒攝入量僅為26.63 μg，遠(yuǎn)低于中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)所推薦的人均每日硒攝入量50 μg[1]。目前，國內(nèi)外關(guān)于通過外源施硒生產(chǎn)富硒糧食作物、富硒蔬菜、富硒水果、富硒茶、富硒中藥材和富硒菊花等研究已取得一定成效[2-9]。

杭白菊作為富硒能力較強(qiáng)的植物，是較為理想的富硒載體[8]。張慜等[9]研究發(fā)現(xiàn)對杭白菊進(jìn)行葉面噴施硒肥處理可有效提高杭白菊花序中硒含量；于云霞等[10]試驗(yàn)結(jié)果表明亞硒酸鈉處理顯著提高了滁菊花序中總黃酮和綠原酸的含量。田秀英和王正銀[11]研究發(fā)現(xiàn)施用適量的硒能提高藥用菊花的產(chǎn)量。因此，通過科學(xué)施硒生產(chǎn)富硒菊花，對提高菊花品質(zhì)、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，以及改善人體硒營養(yǎng)狀況具有重要意義。而土壤是植物生產(chǎn)的基地[12]，劉敏等[13]研究表明水稻根系、莖葉和籽粒中的硒含量均與土壤硒含量成正比。王艷茹等[14]研究發(fā)現(xiàn)土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性是影響菊花活性成分含量的重要因子。研究硒處理下土壤理化性質(zhì)的變化對有效調(diào)控茶用菊花硒生物強(qiáng)化具有重要意義。

外源施硒的方式一般包括土壤施硒、葉面噴施硒肥及土壤與葉面相結(jié)合施硒肥，三種施硒方式均能有效提高植物體內(nèi)硒累積量[3-7]。陳火云等[15]研究結(jié)果顯示，土壤施硒、葉面噴施硒肥、土壤與葉面相結(jié)合施硒肥三種施硒方式均顯著提高了油菜籽粒中硒含量。趙勇鋼[16]研究發(fā)現(xiàn)對棗樹進(jìn)行土壤施硒和葉面噴施硒肥處理均顯著提高了紅棗果實(shí)中硒含量。

納米硒表面積較大，具有更高的吸收利用效率和生物學(xué)活性，是更加安全有效的硒源材料，有關(guān)納米硒在茶菊上的應(yīng)用尚未見報(bào)道。為此，本研究以杭白菊為試驗(yàn)材料，以納米硒為硒源，比較三種不同施硒方式對土壤理化性質(zhì)、杭白菊營養(yǎng)成分、硒含量和產(chǎn)量的影響，篩選出較為合理的施硒方案，為科學(xué)高效生產(chǎn)富硒杭白菊提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究以杭白菊為試驗(yàn)材料，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)菊花創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)扦插繁殖。供試硒肥為納米硒，由山西大學(xué)提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018年4月11日將扦插苗定植于試驗(yàn)田中，期間進(jìn)行澆水、去頂、除草等栽培管理，6月開始進(jìn)行試驗(yàn)處理，11月采集樣本進(jìn)行樣品測定。本試驗(yàn)共設(shè)置4 個(gè)處理。（1）對照（CK）：不施硒肥；（2）處理T：在杭白菊營養(yǎng)生長期土施納米硒，施用量為0.003 kg·hm-2；（3）處理Y：在杭白菊營養(yǎng)生長期至花芽分化前期葉面噴施納米硒，施用量為0.003 kg·hm-2，噴施3次（2018年6月22日，7月12日，8月1日），噴硒間隔期為20 d。（4）T+Y：處理T與處理Y相結(jié)合，在杭白菊營養(yǎng)生長期土施納米硒，施用量為0.001 5 kg·hm-2，同時(shí)于生長期至花芽分化前期葉面噴施納米硒，施用量為0.001 5 kg·hm-2。

1.3 研究方法

土壤樣品采集：采集0～20 cm的耕作層土壤1 kg。置于干燥通風(fēng)的場所自然風(fēng)干，去除雜物，過0.15 mm篩，備用。

植物樣品采集：2018年11月11日隨機(jī)采集各處理杭白菊花序若干，于80 ℃恒溫下烘干，粉碎后測定花序中營養(yǎng)成分和硒含量。

測定方法：土壤容重采用環(huán)刀法測定，土壤容重=烘干土質(zhì)量/環(huán)刀容積[17]；土壤孔隙度/%=1-容重/土粒密度×100（土粒密度采用平均值2.65 g·cm-3計(jì)算）[17]；土壤含水量采用烘干法測定[17]；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[17]；土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定[17]；土壤堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[17]；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[17]；杭白菊黃酮含量采用分光光度法測定[18]；杭白菊綠原酸含量采用紫外分光光度法測定[18]；杭白菊Vc含量采用鉬藍(lán)比色法測定[18]；杭白菊硒含量采用電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）法測定[19]。單株開花量采用“S”形布點(diǎn)統(tǒng)計(jì)開花量，取平均數(shù)；單朵花干物質(zhì)量測定，烘干時(shí)要掌握烘干溫度，烘干工藝：先將鮮花平鋪在錫紙上，使其保證鮮花為薄薄的一層（有利于烘焙時(shí)的散熱），然后將其烘箱打開，溫度設(shè)置為 60～65 ℃進(jìn)行烘烤6 h，在此過程中，前兩個(gè)小時(shí)應(yīng)注意烘箱內(nèi)的除濕，使水分及時(shí)散去（有利于花在烘干過程能保持著很好的品相），在烘干結(jié)束時(shí)，應(yīng)等烘箱自然降溫后才能打開烘箱，以免花朵的返潮，烘干后稱量取平均數(shù)；單產(chǎn)量：單株開花量×單朵花干物質(zhì)量×60 000（以每公頃種植60 000 株計(jì)算）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理、制圖和統(tǒng)計(jì)采用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進(jìn)行，顯著性檢驗(yàn)采用單因素方差分析鄧肯（Duncan）法。

2 結(jié) 果

2.1 硒處理對土壤理化性質(zhì)的影響

由表1 可知，T、Y、T+Y處理下土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量與CK均無顯著差異。T、Y、T+Y處理間差異不顯著。表明硒處理對土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量均無顯著影響。

表1 不同硒處理下的土壤物理性質(zhì)Table 1 Effects of Se application on soil physical properties relative to treatment

由圖1可知，T、Y、T+Y處理下土壤蔗糖酶活性高于CK，分別較CK提高了5.85%、6.86%和8.35%，其中T+Y處理下土壤蔗糖酶活性顯著高于CK。T、Y、T+Y處理間土壤蔗糖酶活性無顯著差異。表明不同施硒處理均能提高土壤蔗糖酶活性。

不同施硒處理土壤堿性磷酸酶活性變化如圖1所示，與對照相比，T、Y、T+Y處理下土壤堿性磷酸酶活性與CK均無顯著差異。其中Y和T處理下土壤堿性磷酸酶活性與T+Y均無顯著差異，T處理下土壤堿性磷酸酶活性顯著高于Y。不同施硒處理對土壤堿性磷酸酶活性均無顯著影響。

圖1 硒處理下土壤蔗糖酶和土壤堿性磷酸酶活性Fig. 1 Soil sucrase activity and soil alkaline phosphatase activity relative to treatment

如圖2所示，T、Y、T+Y處理下土壤脲酶活性顯著低于CK，分別較CK降低了18.95%、35.37%和12.51%。不同處理下土壤脲酶活性高低依次為CK＞T+Y＞ T＞Y，其中T、T+Y處理下土壤脲酶活性顯著高于Y，分別為Y處理的1.25 倍和1.35 倍。不同施硒處理后土壤脲酶活性受到抑制，其中Y對土壤脲酶活性的抑制作用最為顯著。

圖2 硒處理下土壤脲酶和過氧化氫酶活性Fig. 2 Soil urease activity and soil catalase activity relative to treatment

不同施硒處理對土壤過氧化氫酶活性的影響如圖2所示。與對照相比，T、Y、 T+Y處理下土壤過氧化氫酶活性與CK均無顯著差異。T、Y、T+Y處理間土壤過氧化氫酶活性均無顯著差異。不同施硒處理對土壤過氧化氫酶活性均無顯著影響。

2.2 硒處理對杭白菊營養(yǎng)成分的影響

由圖3可知，T、Y、T+Y處理下Vc含量與CK處理差異達(dá)極顯著水平。其中CK處理下Vc含量極顯著高于其他處理，為126.3 mg·kg-1。T、Y、T+Y處理間Vc含量均無顯著差異。施用納米硒降低了杭白菊Vc含量。

由圖3可知，T、Y、T+Y處理下黃酮含量與CK處理差異達(dá)極顯著水平。其中Y、T+Y處理下黃酮含量極顯著高于T，Y和T+Y處理間黃酮含量無顯著差異。施用納米硒可有效提高杭白菊黃酮含量，其中Y和T+Y處理對黃酮含量的提高最為顯著。

圖3 硒處理下杭白菊Vc、黃酮和綠原酸含量Fig. 3 Vc content，flavonoid content and chlorogenic acid content in chrysanthemum flower tea relative to treatment

由圖3可知，T、Y和T+Y處理下綠原酸含量極顯著高于CK。不同硒處理間相比，T處理下綠原酸含量顯著高于Y、T+Y，Y和T+Y處理間綠原酸含量無顯著差異。施用納米硒可有效提高杭白菊綠原酸含量。

2.3 硒處理對杭白菊花序中硒累積的影響

由圖4可知，不同處理杭白菊花序中硒含量在0.01～0.10 mg·kg-1范圍內(nèi)。T、Y和T+Y處理下杭白菊花序中硒含量極顯著高于CK，分別較CK提高了358.2%、595.6%和663.3%。T、Y、T+Y處理間杭白菊花序中硒含量差異達(dá)極顯著水平，其中T+Y、Y處理下杭白菊花序中硒含量極顯著高于T，T+Y 處理下杭白菊花序中硒含量顯著高于Y。土壤與葉面相結(jié)合施硒肥促進(jìn)杭白菊花序富硒，單一施肥方式下，葉面噴施硒肥較土壤施硒能更有效提高杭白菊花序中硒累積。

2.4 硒處理對杭白菊產(chǎn)量的影響

由表2可知，T、Y和T+Y處理下杭白菊單株開花量和單產(chǎn)量均高于CK。其中T+Y處理下杭白菊單株開花量和單產(chǎn)量均顯著高于CK。T、Y、T+Y處理間杭白菊單株開花量、單朵花干物質(zhì)量和單產(chǎn)量差異不顯著。

圖4 硒處理下杭白菊硒含量Fig. 4 Selenium content in chrysanthemum flower tea relative to treatment

表2 不同硒處理的杭白菊產(chǎn)量Table 2 Yield of chrysanthemum flower relative to treatment

3 討 論

3.1 硒處理對土壤理化性質(zhì)的影響及可能的原因

關(guān)于不同施硒處理對土壤理化性質(zhì)的影響，趙建平[20]研究發(fā)現(xiàn)，活性硒元復(fù)合肥能明顯降低油茶成林的土壤容重，提高土壤田間持水量，且對土壤容重的影響隨硒濃度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢。本研究結(jié)果表明在不同施硒方式下，不同施硒處理對土壤容重、土壤孔隙度和土壤含水量均無顯著影響，但納米硒處理后土壤容重有所增加，土壤孔隙度和土壤含水量均有所下降（表1）。硒可以與黏土礦物水化分解成的Al（OH）3、Fe（OH）3等發(fā)生沉淀反應(yīng)。與土壤單粒結(jié)構(gòu)相比較，土壤團(tuán)聚體的總孔隙度較大。本研究中硒處理后土壤容重增加、土壤孔隙度降低，可能是納米硒施入土壤后與土壤的無定形鐵、鋁發(fā)生沉淀反應(yīng)，導(dǎo)致氧化鐵、氧化鋁的活化度降低，膠結(jié)作用減弱，不利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，造成土壤孔隙度下降，土壤更加緊實(shí)，從而使得土壤貯水能力變?nèi)酢?/p>

關(guān)于不同施硒處理對土壤蔗糖酶活性的影響，樊俊等[21]研究發(fā)現(xiàn)，低濃度和高濃度硒酸鈉、亞硒酸鈉均對土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)出抑制效果。而史雅靜等[22]研究結(jié)果顯示，低劑量有機(jī)硒對土壤蔗糖酶活性有激活作用，高劑量有機(jī)硒對土壤蔗糖酶活性的影響，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長而表現(xiàn)出先激活后抑制的變化。可見硒處理對土壤蔗糖酶活性的影響效果因硒源類型不同而存在差異。本研究中硒處理顯著提高了土壤蔗糖酶活性（圖1），可能是納米硒增加了土壤微生物數(shù)量，而微生物數(shù)量的增加促進(jìn)了土壤蔗糖酶的合成與分泌[23]，從而提高了土壤蔗糖酶活性；另一方面可能是根系活力提高，根系代謝增強(qiáng)，根系分泌物增加，促進(jìn)了土壤蔗糖酶的分泌及土壤微生物的繁殖，從而提高了土壤蔗糖酶活性[24]。

本研究中不同施硒處理對土壤堿性磷酸酶活性均無顯著影響；三種施硒方式相比，土壤施硒及土壤與葉面相結(jié)合施硒處理下，土壤堿性磷酸酶活性高于葉面噴施硒肥（圖1）。這與許舒嫻[25]關(guān)于硒處理對土壤酸性磷酸酶活性的影響研究結(jié)果一致。可能土壤中施入適量硒促進(jìn)了土壤微生物數(shù)量增加[22]，從而促進(jìn)了土壤堿性磷酸酶活性提高[23]。

納米硒處理后土壤脲酶活性受到抑制；三種施硒方式相比，葉面噴施硒肥對土壤脲酶活性的抑制作用最為顯著，土壤施硒及土壤與葉面相結(jié)合施硒肥處理下土壤脲酶活性顯著高于葉面噴施硒肥（圖2）。土壤脲酶活性的變化不僅受土壤硒含量的影響，可能與土壤微生物的數(shù)量、硒在植物體內(nèi)的代謝機(jī)理及植物硒與土壤硒的互作有關(guān)。

大量研究表明，低濃度硒可促進(jìn)土壤過氧化氫酶活性的提高，高濃度硒對其有抑制作用[26]。本研究中硒處理對土壤過氧化氫酶活性無顯著影響；三種施硒方式相比，土壤施硒及土壤與葉面相結(jié)合施硒處理下，土壤過氧化氫酶活性高于僅葉面噴施硒肥處理下過氧化氫酶活性（圖2）。土壤中過氧化氫酶的變化可能是由于土壤中施加納米硒加強(qiáng)了土壤有機(jī)質(zhì)的分解與腐殖質(zhì)的合成過程，促進(jìn)了土壤過氧化氫酶活性的提高，使得土壤施硒及土壤與葉面相結(jié)合施硒處理土壤過氧化氫酶活性高于葉面噴施硒[23]。

3.2 硒處理對杭白菊品質(zhì)的影響

隨著人們對硒的生物學(xué)意義越來越重視和關(guān)注，開展了大量的研究工作。高德凱等[27]認(rèn)為葉面噴施富硒肥能顯著提高冬棗的營養(yǎng)品質(zhì)。邵旭日等[28]研究發(fā)現(xiàn)施硒量大于7 g時(shí)番茄Vc含量降低，但是施硒量在 0～7 g 時(shí)，結(jié)果卻截然相反。茶菊的主要營養(yǎng)成分包括黃酮、綠原酸和Vc等。本研究中，硒處理后黃酮、綠原酸含量顯著提高，其中Y、T+Y處理下黃酮含量顯著高于T，T處理下綠原酸含量顯著高于Y和T+Y（圖3）。李永明[29]發(fā)現(xiàn)硒用量小于等于2.0 mg·kg-1時(shí)，能夠提高菊花中黃酮和綠原酸含量，改善菊花的藥用品質(zhì)。硒處理后Vc含量顯著降低，不同處理下Vc含量高低依次為：T+Y＞ Y ＞ T（圖3）。王晉民等[30]研究發(fā)現(xiàn)隨Se濃度的增加，Vc 含量下降，降幅為 7.4%～38.6%。有關(guān)硒如何影響黃酮、綠原酸和Vc含量的變化仍待進(jìn)一步研究。

3.3 硒處理對杭白菊硒累積及產(chǎn)量的影響

研究結(jié)果表明，不同施硒方式下，杭白菊花序中硒含量均有大幅度提高（圖4），納米硒可作為有效硒源被杭白菊所吸收利用。土壤施硒、葉面噴施硒肥、土壤與葉面相結(jié)合施硒肥三種施硒方式相比，土壤與葉面相結(jié)合施硒肥杭白菊花序中硒含量最高（圖4），與陳火云等[15]關(guān)于施硒方式對油菜籽粒中硒含量的研究結(jié)果一致，說明單一施硒方式處理并未使杭白菊花序?qū)ξ奈者_(dá)到最大吸收閾值。其中，葉面噴施硒肥較土壤施硒更能有效提高杭白菊花序中硒含量，與于榮[31]的研究結(jié)果一致。其原因可能有以下兩方面：其一，施入土壤的硒易被土壤有機(jī)質(zhì)、土壤膠體等吸附固定，從而降低其有效性。其二，在不同施硒方式下，植物對硒的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)途徑不同，硒從葉面轉(zhuǎn)運(yùn)至花序中的過程相較通過根系吸收轉(zhuǎn)運(yùn)至花序的過程可能更加高效，避免了在長距離運(yùn)輸過程中的損失[32]。

關(guān)于不同施硒處理對杭白菊產(chǎn)量的影響，彭濤等[33]研究表明，適宜濃度的硒可以提高小麥的產(chǎn)量。殷金巖等[34]發(fā)現(xiàn)施用合適劑量的硒有助于提高馬鈴薯產(chǎn)量。本研究中，硒處理后提高了杭白菊單株開花量、單朵花干物質(zhì)量和單產(chǎn)量，其中T+Y處理下杭白菊單株開花量和單產(chǎn)量較對照顯著提高（表2）。劉芳等[35]研究表明，適宜硒濃度能夠促進(jìn)紫云英莖粗、根長、各部分鮮物質(zhì)量和干物質(zhì)量。合適濃度的外源硒可以促進(jìn)植物生長發(fā)育和生理代謝，有利于茶菊產(chǎn)量提高。

4 結(jié) 論

以納米硒為硒源，不同硒處理對土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量均無顯著影響，不同硒處理促進(jìn)了土壤蔗糖酶活性的提高，對土壤脲酶活性有抑制作用，對土壤堿性磷酸酶活性和土壤過氧化氫酶活性無顯著影響；硒處理提高了杭白菊花序中黃酮、綠原酸和硒含量，Vc含量下降；硒處理均提高了杭白菊單株開花量和單產(chǎn)量。三種施硒方式相比，土壤與葉面相結(jié)合施硒肥處理下土壤酶活性較高、產(chǎn)量高、富硒效果最好。綜上所述，通過外源施硒生產(chǎn)富硒茶菊應(yīng)選擇土壤與葉面相結(jié)合（T+Y）的方式。