根外補硒對貧硒地區(qū)葡萄品質(zhì)指標(biāo)的影響

陳艷霞，楊閏珠

（臨猗縣果樹前沿技術(shù)研究所，山西 臨猗 044100）

硒作為人體必需的微量元素，參與體內(nèi)多種內(nèi)分泌代謝活動，能拮抗重金屬，有效減少重金屬元素在食物鏈上的富集。1973年世界衛(wèi)生組織專家委員會正式宣布，硒是人體生理必需的微量元素之一，1988年中國營養(yǎng)學(xué)會也將硒列為人體必需的15種每日膳食營養(yǎng)元素之一[1-2]。研究證明，環(huán)境硒含量與許多區(qū)域性疾病關(guān)系密切[3]。我國除湖北等少數(shù)地區(qū)外，大多數(shù)地區(qū)土壤硒資源處于缺乏或嚴(yán)重缺乏狀態(tài)[4]。大量研究表明，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，人為補充硒元素可有效提高糧食作物籽實、蔬菜、果品中的硒含量[5-7]，且硒元素在其中表現(xiàn)為植物活性硒，以有機(jī)硒的形態(tài)存在[8-9]，這種硒對生命健康是最為直接有效的[10]。隨著功能型農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，在缺硒土壤條件下實現(xiàn)富硒水果生產(chǎn)，將會極大地促進(jìn)果品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為社會增加更多的健康產(chǎn)品。目前，生產(chǎn)過程中補充硒元素常用方法有土壤補給和地上補給2種方法，在土壤中施加亞硒酸鈉等含硒肥料可提高作物品質(zhì)和含硒量，但肥料易被土壤吸附，降低其吸收轉(zhuǎn)化率[4]；地上補給多以葉面噴施為主，目前的研究報道大多證明了這一手段的有效性，但在生產(chǎn)中如何運用才能達(dá)到最佳投入產(chǎn)出比，定量的研究報道較少。

葡萄（Vitis viniferaL.）屬于葡萄科葡萄屬藤本植物，富含白藜蘆醇、花青素、Vc等營養(yǎng)成分，具有抗癌、抗動脈硬化、保護(hù)心血管、預(yù)防和治療壞血病、抗氧化防衰老等作用[11]，是人類十分喜愛的果品之一，在世界各地均有廣泛種植。我國各地均有葡萄栽培，其中鮮食型葡萄占栽培面積的比例高達(dá)83%，隨著消費者對多元化品種的需求，夏黑、陽光玫瑰、巨玫瑰、金手指、克瑞森無核等新品種大面積發(fā)展，尤其是近2 a陽光玫瑰成為熱門品種[12]。近年來，有關(guān)硒在葡萄上的應(yīng)用研究主要集中在以下幾個方面：提高果實品質(zhì)與葉面噴施不同種類硒肥的研究[13]，硒肥拮抗重金屬的研究[14]，葡萄果實內(nèi)硒分布積累特性[15]，硒對葡萄葉片生理生化參數(shù)及酶活性的影響[16]等；但對不同品種葡萄葉面噴施硒肥的響應(yīng)研究報道較少，特別是像陽光玫瑰這樣的熱門葡萄品種，進(jìn)行富硒生產(chǎn)技術(shù)的目前在國內(nèi)還未見報道。

本研究選用富硒專用營養(yǎng)液，用不同的補硒方法對陽光玫瑰葡萄的硒響應(yīng)進(jìn)行試驗研究，以期為富硒葡萄的生產(chǎn)實踐提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗田位于山西省臨猗縣，屬于土壤硒缺乏地區(qū)，沒有硒補充情況下葡萄果實硒含量＜2 μg/kg。試驗對象選用簡易大棚栽培，第3年掛果的陽光玫瑰葡萄，大棚9 m×90 m，株行距2.0 m×3.5 m，飛鳥架模式常規(guī)管理，坐果枝15～20 cm間距。選用市售產(chǎn)品生物有機(jī)硒富硒（種植）專用營養(yǎng)液200 mL液體瓶裝（硒質(zhì)量濃度≥5 000 mg/L），作為硒源產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

在一次回歸正交試驗設(shè)計的基礎(chǔ)上增加一些特定的試驗點可以形成二次回歸正交試驗設(shè)計，但其預(yù)測值方差強(qiáng)烈地依賴試驗點在因子空間的位置，考慮到分布在同一球面上的試驗組合的預(yù)測值具有相同的方差（即所謂的“旋轉(zhuǎn)性”），因此，通過控制這些特定增加的試驗點與試驗中心點距離相等，并在因子編碼空間內(nèi)控制其距離中心點的距離在一定范圍內(nèi)，犧牲部分正交性，獲得所謂的“通用性”與“旋轉(zhuǎn)性”，使得在一定空間范圍內(nèi)的預(yù)測值具有基本相同的方差，從而滿足生產(chǎn)實用需求，由此形成組合方案，通過建立回歸方程，進(jìn)行試驗因子的篩選及優(yōu)化，了解因子與預(yù)測值的關(guān)系。

1.2.1 試驗方案 選用葡萄蘸穗和葉面噴施為補充硒的方法[17]，取蘸穗濃度、葉面噴施濃度和生育期為試驗因子，按照3因子5水平進(jìn)行組合試驗設(shè)計，試驗方案設(shè)計[18]如表1所示，表中所列為水平編碼值。

表1 二次回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計方案Tab.1 Design of quadratic regression rotary combination test

1.2.2 因子編碼水平確定 根據(jù)所選硒營養(yǎng)液的使用說明，參考往年使用經(jīng)驗，蘸穗和葉面噴施均選用16 mL/L營養(yǎng)液的濃度為0水平，生育期因子從葡萄膨大期至采收前15 d為試驗實施期，最終確定的因子水平值、水平間隔及編碼值如表2所示。

表2 二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計因素水平編碼Tab.2 Factor levels and codes of quadratic regression universal rotary combination test

表2中，因子水平值與水平編碼值的關(guān)系如公式（1）。

式中，z0i為i因子的0水平值。

1.2.3 試驗實施 根據(jù)表1組合設(shè)計和表2編碼方案，在試驗田劃分出20個試驗小區(qū)，每小區(qū)4株陽光玫瑰，小區(qū)之間間隔1～2株作分隔，將20個小區(qū)分成3塊地，作為3個正交區(qū)組，以表1序號為試驗處理號，1、4、6、7、17、18號處理位于第1區(qū)組，2、3、5、8、19、20號處理位于第2區(qū)組，9～16號處理位于第3區(qū)組，區(qū)組內(nèi)采用隨機(jī)排列確定每個處理的具體位置，掛牌編號。當(dāng)試驗產(chǎn)生較大誤差時，可利用正交區(qū)組的設(shè)置，通過計算分離出區(qū)組間的誤差的影響，減小各處理受分布位置的影響，在這里作為備用。葉面噴施控制每公頃用水量為300 kg，保持各處理用水量一致，蘸穗時每穗完全浸入溶液中保持3 s后取出，操作日期嚴(yán)格按照設(shè)計方案實施。

1.2.4 數(shù)據(jù)采集2021年9月17日采樣，每處理隨機(jī)選取10穗葡萄，從每穗上中下不同位置隨機(jī)采樣6粒，混勻后一部分編號打包通過快遞寄送，委托協(xié)作單位采用原子熒光光度計法測試葡萄硒含量；另一部分用于測試樣品的硬度和含糖量，使用GY-4數(shù)顯果實硬度計和TD-50糖度計測定，每指標(biāo)樣做5次重復(fù)，剃除最大、最小值后取算術(shù)平均值為最終結(jié)果。數(shù)據(jù)采集結(jié)果如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)采集結(jié)果Tab.3 Results of data collection

1.3 計算方法

根據(jù)最小二乘法原理建立回歸模型在編碼空間的回歸方程。

一次項回歸系數(shù)的大小反映了因子對結(jié)果的影響關(guān)系，偏回歸系數(shù)絕對值的大小反映了交互項和二次項對試驗結(jié)果的影響程度。計算得到各系數(shù)b值后，通過各項偏差平方和、自由度及t值計算，進(jìn)行回歸方程的失擬性和回歸顯著性檢驗以及各回歸系數(shù)的顯著性檢驗，舍去t＜t0.10的系數(shù)項，對于t＜t0.05的系數(shù)項可酌情取舍，保留t＞t0.05的項，確定最終的回歸方程式。

2 結(jié)果與分析

2.1 根外補硒對葡萄品質(zhì)指標(biāo)的影響

2.1.1 含硒量 由表4可知，回歸方程無失擬因素，回歸達(dá)到極顯著水平，能夠很好地反映實際情況。

表4 補硒對葡萄含硒量影響的統(tǒng)計計算結(jié)果Tab.4 Statistical calculation results of effect of selenium supplement on selenium content in grapes

經(jīng)回歸系數(shù)顯著性檢驗，舍棄差異不顯著項b12、b11和b22，得到回歸方程式（3）。

將表1參數(shù)代入公式（3），可計算得到觀測樣本點的回歸預(yù)估值，假設(shè)測試值為真值時，可求得預(yù)估值標(biāo)準(zhǔn)差為3.31 μg/100 g。

參照公式（1）及表2，可得到y(tǒng)=f（z）的函數(shù)式。

2.1.2 含糖量及硬度 回歸計算結(jié)果如表5、6所示，可見這2項指標(biāo)的F失擬＜F0.10（5，5），F(xiàn)回歸＜F0.10（9，5），差異均不顯著；經(jīng)回歸系數(shù)顯著性檢驗，除常數(shù)項達(dá)到差異極顯著水平外，其余各系數(shù)均未達(dá)到差異顯著水平，說明葡萄果實含糖量和硬度與各因子無顯著相關(guān)關(guān)系。

表5 補硒影響葡萄含糖量的回歸計算結(jié)果Tab.5 Regression calculation results of effect of selenium supplement on grape sugar content

表6 補硒影響葡萄硬度的回歸計算結(jié)果Tab.6 Regression calculation results of effect of selenium supplement on grape hardness

2.2 根外補硒對葡萄含硒量的影響

由回歸方程式（4）可知，變量z1與z2之間交互作用不顯著，但兩者均與z3變量有顯著的交互作用，說明蘸穗與葉面噴施濃度的組合搭配方式與葡萄含硒量無關(guān)，符合實際情況，但二者與補硒時期的組合搭配將顯著影響葡萄含硒量。

將公式（4）轉(zhuǎn)化為求解非線性一般約束最優(yōu)化問題，對函數(shù)y（z）求最小值，其中，約束條件為30≥z1≥0，30≥z2≥0，120≥z3≥0；得 到 局 部 最 優(yōu) 解 為z=[0，0，59]，公式（4）在這點處取極小值，由此可知，回歸方程式（4）在[0，0，59]～[30，30，0]區(qū)間內(nèi)為單調(diào)增函數(shù)，在這一區(qū)間內(nèi)，隨著z1或z2值增大或z3值減小，函數(shù)值單調(diào)增加。

令公式（4）中z1與z2分別為0，得到公式（5）（6）。

公式（5）表示了葉面噴施補硒時葡萄含硒量的響應(yīng)關(guān)系，公式（6）表示了蘸穗補硒時葡萄含硒量的響應(yīng)關(guān)系。當(dāng)z3取某一值時，公式（5）（6）變成一次方程式，同時z1與z2系數(shù)項幾乎相等，說明同一時期補硒，葡萄硒含量預(yù)測值與補硒濃度呈線性關(guān)系，2種方法對葡萄含硒量的影響基本相同；當(dāng)公式（5）中z2值或公式（6）中z1值固定時，可以發(fā)現(xiàn)，z3值越小，y值越大，說明相同的補硒濃度，無論是葉面噴施還是蘸穗，越接近成熟期，補硒效果越好。為了直觀和便于應(yīng)用，用MATLAB繪制公式（5）（6）的函數(shù)圖像及等值線圖，如圖1～3所示，實際應(yīng)用時，可參照公式（5）或公式（6）估算葡萄含硒量，也可從圖2、3等值線中查取估算值，預(yù)測不同時期不同補硒方案對成熟果實中含硒量的貢獻(xiàn)值。

圖1 葉面噴施濃度和生育期與硒含量的關(guān)系Fig.1 Relation between foliar spraying concentration and growth period and selenium content

圖2 蘸穗對葡萄硒含量影響的等值線Fig.2 Isoline of effect of ear dipping on grape selenium content

圖3 葉面噴施對葡萄硒含量影響的等值線Fig.3 Isoline of effect of foliar spraying on grape selenium content

3 結(jié)論與討論

通過葉面噴施向葡萄補充硒是生產(chǎn)中常用的操作方法，印寧等[19]研究指出，亞硒酸鈉在紅芭拉蒂、夏黑和戶太8號3個鮮食葡萄品種上各個生育期的葉面噴施均可顯著增加葡萄硒含量；朱麗琴等[15]研究指出，土壤施用亞硒酸鈉后葡萄果實含硒濃度在整個生育期無明顯變化；鄭曉翠等[20]使用葉噴和土施氨基酸硒使巨峰葡萄果實硒含量增加，葡萄果實含硒量與補充硒的濃度成正比，不受葡萄品種、硒源品種影響，在這方面，本研究與前人研究結(jié)論一致。本研究的獨特之處有：一是結(jié)合陽光玫瑰葡萄的田間管理手段，選用了葡萄蘸穗的硒補充方法；二是選用市售富硒專用營養(yǎng)液，這是高經(jīng)濟(jì)價值的陽光玫瑰等果品使用的高端新產(chǎn)品，吸收利用效率可能與傳統(tǒng)的亞硒酸鈉等硒源產(chǎn)品有所差別；三是采用了二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計方案，通過回歸方程表達(dá)了葉面噴施、蘸穗、補硒時間與葡萄果實含硒量的函數(shù)關(guān)系，這些在目前未見到相關(guān)研究報道。

本研究結(jié)果表明，葉面噴施與葡萄蘸穗補充硒同等有效，最有效的根外補硒時段在葡萄成熟采收之前60 d內(nèi)，同樣的補硒濃度與量，越接近成熟期，在葡萄果實中的積累濃度越高，這點可能屬首次提出,結(jié)論由回歸方程支持，本研究中回歸方程F失擬＜F0.05,失擬不顯著，而F回歸＞F0.01,結(jié)論是可靠的。這一結(jié)論與其他研究結(jié)果[21]稍有差異，可能是受硒源產(chǎn)品差異所致，目前市場上新興的生物有機(jī)硒硒源產(chǎn)品，其產(chǎn)品推薦葉面噴施在接近果品成熟期前實施效果較好，與本研究結(jié)論一致。

本研究是在山西臨猗縣涑水沖積平原區(qū)中壤黃壚土土壤、陽光玫瑰葡萄園區(qū)，使用生物有機(jī)硒富硒（種植）專用營養(yǎng)液進(jìn)行根外補硒，由回歸方程預(yù)測，將該營養(yǎng)液稀釋100倍和50倍，在葡萄收獲前20 d單獨葉面噴施或蘸穗一次時，收獲葡萄的含硒量分別可達(dá)11.7、19.1 μg/100 g，用同樣濃度和方法在葡萄收獲前30 d使用時，收獲葡萄的含硒量分別可達(dá)9.0、5.4 μg/100 g，預(yù)估值標(biāo)準(zhǔn)差為3.3 μg/100 g。

應(yīng)用本研究結(jié)果，可以為量化設(shè)計貧硒土壤條件下的富硒葡萄生產(chǎn)管理方案提供參考，采用不同的濃度、方法、時段和補充次數(shù)組合，可以大致預(yù)測葡萄果實能夠達(dá)到的含硒量。從成本投入角度考慮，2種硒補充方法各有利弊，蘸穗對硒產(chǎn)品消耗較小，但會投入較多的勞動力成本，也會受到葡萄套袋的制約，葉面噴施相比蘸穗方便粗放，操作容易，但需要較多的硒源產(chǎn)品消耗，生產(chǎn)中可結(jié)合實際情況靈活選用。在應(yīng)用中，必須考慮到葉面噴施或蘸穗后硒的吸收轉(zhuǎn)化有一個過程，具體多長時間合適，不僅涉及到食品安全，還可能與葡萄品種、葡萄對硒吸收轉(zhuǎn)移規(guī)律以及硒源產(chǎn)品特性乃至水肥管理措施等因素有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。