叶面喷施硒与土壤水分耦合对番茄产量和品质的影响

刘浩，庞婕，李欢欢，强小嫚，张莹莹，宋嘉雯,2

叶面喷施硒与土壤水分耦合对番茄产量和品质的影响

刘浩1，庞婕1，李欢欢1，强小嫚1，张莹莹1，宋嘉雯1,2

1中国农业科学院农田灌溉研究所/农业农村部作物需水与调控重点开放实验室，河南新乡 453002；2塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆阿拉尔 843300

【目的】外源硒和土壤水分状况都会影响作物生长和品质特性，探明叶面喷施硒与土壤水分状况对产量和品质的耦合调控效应，为富硒番茄栽培的科学用水管理提供理论依据。【方法】试验以亚硒酸钠（Na2SeO3）为硒源，采用盆栽试验，设置了3种叶面喷施硒浓度（S0：清水对照；S5：5 mg·L-1；S10：10 mg·L-1），每种硒喷施浓度下设置2种不同灌溉控制水平，灌水控制下限分别为田间持水量的50%（W1：干旱胁迫）和75%（W2：充分供水），研究不同土壤水分状况下叶面喷施不同浓度硒对番茄植株硒含量、生长发育指标、产量和品质的影响。【结果】不同土壤水分状况对土壤、叶片和果实硒含量均无显著影响（＞0.05）。叶面喷施不同浓度硒对土壤硒含量也未产生显著影响，但植株叶片和果实硒含量均随外源硒喷施浓度的增大而增加，且差异达到极显著水平（＜0.01），叶面喷施硒的果实硒含量比对照增加了2—4倍。干旱胁迫显著降低了株高和茎粗，叶面喷施硒可适度缓解干旱胁迫对株高的抑制作用，但对茎粗无显著影响。干旱胁迫较充分供水处理的产量平均减少了39.5%，干旱胁迫条件下喷施硒虽可适度增加坐果数，但单果质量有降低的趋势，因而对产量没有显著影响。与充分供水相比，干旱胁迫使果实可溶性糖（SSC）、有机酸（OA）、维生素C（Vc）和可溶性固形物含量（TSS）分别显著提高了28.7%、24.3%、18.7%和24.0%。叶面喷施硒可促进SSC积累，但不同浓度间没有显著差异；与清水对照相比，除S5W2处理的OA略有减少外，其他叶面喷施硒处理均显著增加了OA，故而S5W2处理获得最佳糖酸比（SAR），S0W2处理的糖酸比表现最差。在充分供水条件下，不同叶面喷施硒浓度的TSS没有显著性差异；在干旱胁迫条件下，TSS随硒喷施浓度的增大呈先增大后减小的变化规律。说明叶面喷施硒浓度由5 mg·L-1增加到10 mg·L-1不能进一步提升果实品质。【结论】叶面喷施硒与土壤水分状况对番茄品质的耦合作用效果明显，干旱胁迫条件下叶面喷施5 mg·L-1的Na2SeO3可大幅提升果实可溶性糖和可溶性固形物含量，使果实营养品质得到明显改善；充分供水条件下叶面喷施5 mg·L-1的Na2SeO3在不降低产量的同时，改善了果实风味品质，可实现稳产提质效果。

外源硒；干旱胁迫；番茄；产量；品质

0 引言

【研究意义】硒是人和动物机体所必需的微量营养元素，在动植物新陈代谢中起着重要的作用，缺硒导致人的克山病和大骨节病，甚至会降低免疫力并引发各种恶性肿瘤[1]。适量补硒可以提升机体免疫能力，改善人体抗癌抗衰老等能力[2]，同时硒对镉、砷、汞、银等重金属毒性起到拮抗作用[3-4]。植物是硒生态循环过程的中间环节，也是人和动物摄入硒的唯一直接来源[5]。中国约72%的地区土壤处于缺硒或低硒状态[5]，适当补硒对促进作物的生长发育和提升品质均有一定效果[6-8]，但与土壤混施、拌种、种子包衣等施硒相比，叶面喷施硒在农业生产中效果明显且节约成本[7,9]。土壤水分是植物根系吸收营养元素及其在机体运转的重要介质，也是植物维持自身生命健康的生长发育、产量形成和品质特性的重要环境要素[10-12]。因此，研究叶面喷施硒和土壤水分耦合作用效果对富硒农作物生产具有重要理论和实践意义。【前人研究进展】番茄是一种需水量较大且对水分较为敏感的蔬菜作物，受水资源紧缺和气候变化的影响，干旱胁迫成为田间条件下存在最广泛的一种作物生长逆境，但大多研究认为，在果实成熟阶段进行适度干旱胁迫可实现产量降低较小的情况下，提高果实可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比等品质[11-14]，但维生素C、类胡萝卜素含量可能会降低，果实生长阶段对水分亏缺的敏感度可能主要受基因控制[14]。然而，也有研究认为，干旱胁迫虽然提高了果实某些品质特性，却伴随着产量显著降低[15-16]。外源喷施适量浓度的硒具有提升作物的抗氧化能力作用[6,17-18]，进而提高了植株的抗逆性，减缓了植株的衰老，促进了作物生长，缓解诸如温度[19-20]、重金属[4]、干旱[21]等非生物胁迫的危害，对番茄营养品质改善和产量提高均具有促进作用[18]，也有学者认为施加外源硒并不会对番茄产量产生明显影响[22]，但大多研究认为施加外源硒可以显著提升番茄果实可溶性固形物、可溶性糖、Vc、番茄红素等品质指标[6,17-18,22]。综上所述，干旱胁迫会引起番茄不同程度的减产，叶面喷施硒对番茄产量的影响效果仍存在不同观点，叶面喷施适宜浓度的硒或实施干旱胁迫均可显著提升番茄果实的品质。【本研究切入点】然而，喷施硒浓度与土壤水分状况耦合对果实品质的调控效应研究较少，尤其是干旱胁迫下叶面喷施硒对果实品质影响是拮抗作用还是具有协同作用尚需进一步研究探讨。【拟解决的关键问题】因此，本研究通过设置不同叶面喷施硒浓度和不同土壤水分供给状况组合试验，探究喷施硒和土壤水分状况耦合对温室番茄产量和品质特性的影响，阐明干旱胁迫下喷施不同浓度的硒调控番茄产量和品质的作用效果，为进一步构建温室栽培富硒番茄产品的节水提质灌溉用水管理模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年3—6月在中国农业科学院新乡综合试验基地（N35°9′，E113°47′，海拔74 m）的日光温室中进行。试验区气候属暖温带大陆性季风气候，年均降雨量580 mm，年均蒸发量2 000 mm，多年平均气温14℃，日照时数达2 399 h，无霜期201 d。试验所用温室长60 m、宽8.5 m，总面积为510 m2，东西走向，坐北朝南。温室上端覆盖有厚度为0.2 mm的无滴聚乙烯薄膜，膜上铺设5 cm厚的保温棉被，侧墙和后墙的墙体内均嵌有保温材料。试验在盆栽条件下进行，盆栽用土选自田间耕层（0—20 cm）土壤，质地为砂壤土，容重为1.45 g×cm-3，田间持水量为23%（质量含水量），土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为52.5、19.5和196.1 mg×kg-1，pH为8.6，EC为0.31 dS×m-1，有机质含量为12.2 g×kg-1。

1.2 农艺栽培措施

试验所用盆直径为30 cm，高50 cm，每盆装过筛后的干土质量为46 kg，供试土壤装入盆内至上口约5 cm处以确保装土容重为1.45 g×cm-3。各处理氮、磷、钾肥料的施用量均相同，施用量分别为0.27、0.11和0.27 g×kg-1干土。装土时将全部磷肥，以及氮肥和钾肥总量的40%作为基肥施入，剩余60%的氮钾肥均分为4份，分别于每穗果实开始膨大时随水追施。试验所用肥料为尿素（46% N）、过磷酸钙（14% P2O5）和硫酸钾（50% K2O）。供试番茄品种为金棚“春发78”，于五叶一心时选长势一致的植株由苗床移栽（2021年3月10日）至盆中，每盆定植1株，坐果4穗留顶叶3片后打顶，每穗留果3—4个，于5月20日第一穗果成熟开始采摘，6月20日第四穗果实全部采摘后结束试验。其他诸如除草、整枝、病虫害防治等田间管理措施各处理均一致。

1.3 试验设计

试验设计叶面喷施硒（Na2SeO3）3种浓度处理，喷施浓度分别为0（S0）、5（S5）和10 mg×L-1（S10），开花坐果期分两次间隔20 d均匀喷施（移栽后28和48 d）于植株叶片，以叶片表面产生滴水为止；S0喷施清水作为对照处理。喷施硒过程中将土壤表面用防水塑料布覆盖以防止Na2SeO3溶液滴入土壤而产生影响。每种硒浓度分别设计充分供水和干旱胁迫（当土壤含水量分别达到田间持水量的75%和50%时进行灌溉，灌水控制上限分别为田间持水量的100%和75%，分别记为W2和W1）2个水分处理，完全组合共6个处理，每个处理10盆，共60盆，根据灌水控制上下限，各处理单株灌水定额均为2.5 L。为精确控制每个处理的灌水量，各处理均单独采用由灌水桶、小型自吸泵、压力表、阀门、毛管和装有流调器的滴箭所组成的滴灌系统供水（图1），灌水器额定流量为2 L×h-1，工作压力为0.12 MPa。灌水时将所需灌溉水量加入灌水桶内，启动自吸泵，调整工作压力至0.12 MPa，将灌溉水通过毛管连接滴箭注入每个盆中，直至桶内所有灌溉水用完为止。每天7：30—8：30各处理均选择有代表性的3盆植株，采用带有电子吊秤（精度为20 g）小型有轨行吊（图2）称量盆质量并计算土壤含水量，用于控制灌溉。为防止植株徒长，培育健壮的番茄植株，番茄定值后统一灌水至田间持水量的90%，待土壤含水量降至田间持水量的55%—60%时[23]，所有处理再次灌水至田间持水量的90%，之后各处理按照设计灌水控制下限进行灌溉。

1.4 观测项目与方法

1.4.1 植株生长指标 在果实成熟采摘期末期（6月10日），每个处理选取有代表性植株3株测定株高和茎粗，株高采用精度为1 mm的直尺测量，茎粗用游标卡尺分2个方向（夹角90°）测量，取其平均值。

1.4.2 果实产量 为了消除株间差异，每个处理分为3组进行测产，每相邻3株为一个测产重复，每个处理测产植株共9株；当果实周身着色达90%以上后采摘，每次采摘后记录果实数量，并用精度为0.1 g、量程为3.5 kg的电子天平称重，计算单株果实产量和平均单果重。

图1 各处理滴灌系统布置图

图2 田间试验图

1.4.3 果实品质指标 待果实成熟采摘后，每个处理选取无畸形、病虫害及机械损伤的鲜果9个，用蒸馏水将果实清洗干净并擦拭干，采用二分法选取一半样品用于测定果实可溶性固形物（TSS）、可溶性糖（SSC）、有机酸（OA）和维生素C（Vc）含量等品质指标。TSS采用手持式糖度仪（PR-32α，ATAGO，Tokyo，Japan）测定；SSC、OA和Vc含量分别用蒽酮比色法、0.1 mol×L-1的NaOH滴定法和2，6－二氯靛酚钠盐滴定法测定[10]，糖酸比（SAR）根据SSC和OA的比值确定。

1.4.4 土壤、叶片和果实硒含量 土壤样品取自距番茄主茎10 cm处0—20 cm土层，每个处理设置3次重复，每次重复随机选取3个点采集土壤混合为一个样品，土壤样品经风干后过0.149 mm孔径筛，采用王水回流消解ICP-MS法[24]测定土壤硒（Se）元素含量。各处理于果实成熟采摘期选取植株上层功能叶，经蒸馏水清洗拭干后，与各处理测定品质指标所剩另一半果实样品一并置于烘箱，在105℃条件下杀青30 min，然后在75℃下烘干至恒重，采用硝酸消解ICP-MS法[25]测定叶片和果实的Se元素含量，根据果实含水率将果实Se含量转化为单位鲜果质量的Se含量。

1.4.5 温室内环境气象要素 温室内的气象数据由安装在温室正中央的自动气象站监测获得，观测项目包括辐射、气温、相对湿度等气象因子，番茄生育期内各气象因子的月均值如表1所示。

表1 番茄生育期温室内月均气象数据

1.5 数据处理

用SPSS 21.0 统计软件对株高、茎粗、产量及果实品质指标，以及土壤、叶片、果实Se元素含量等试验数据进行方差分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较，用Microsoft Excel 2016软件作图。

2 结果

2.1 不同处理土壤、叶片和果实硒含量

图3给出了叶面喷施硒与土壤水分状况耦合对土壤、叶片和果实硒含量的影响。从图3-A中可以看出，各处理土壤硒含量没有显著差异（＞0.05），土壤硒含量平均为0.12 mg×kg-1。在同一水分处理下，不同叶面喷施硒处理叶片的硒含量差异较大，叶片硒含量随着喷施硒浓度的增大而显著增大，与清水对照（S0）相比，S10和S5处理的叶片平均硒含量分别增加了19倍和8倍；在同一硒喷施浓度下，干旱胁迫有增加叶片硒含量的趋势，但方差分析结果显示同一喷施浓度下不同水分处理间并无显著性差异。由图3-B可知，在同一水分处理下，喷施硒显著增加了果实硒含量，且随着喷施浓度的增大而增大，与S0相比，S10和S5处理的平均果实硒含量显著提高了400%和227%，说明叶面喷施硒可以促进硒元素由叶片向果实的运转和积累。在同一喷施硒浓度下，不同水分处理果实硒含量没有显著性差异，但叶面喷施硒后，干旱胁迫有提高果实硒含量的趋势。

图中小写字母表示不同处理间差异达到5%显著水平。下同

2.2 叶面喷施硒与土壤水分耦合下的番茄生长和产量

2.2.1 株高和茎粗 图4给出了叶面喷施硒与土壤水分状况耦合对番茄生育期末株高和茎粗的影响。从图中可以看出，喷施清水条件下，充分供水（S0W2）较干旱胁迫（S0W1）处理的株高增加了6.0%，且差异达到显著水平（＜0.05），而在两种硒喷施浓度条件下，不同水分处理的株高均无显著性差异（＞0.05），说明叶面喷施硒有缓解干旱胁迫而促进植株生长的趋势。然而，对于茎粗而言，在同一土壤水分供给状况下，硒不同喷施浓度对茎粗均无显著影响；在硒同一喷施浓度下，不同土壤水分状况显著影响了茎粗，与充分供水处理（W2）相比，干旱胁迫处理（W1）的平均茎粗显著降低了10.7%。综上所述，叶面喷施硒和土壤水分耦合对番茄的生长的影响较小，土壤干旱胁迫是抑制株高和茎粗生长的主要因素。

2.2.2 产量及其构成要素 叶面喷施外源硒对番茄坐果数、单果质量及产量均无显著影响（表2），但不同土壤水分供给状况对坐果数、单果质量和产量均产生显著性影响，叶面喷施硒和土壤水分状况的交互作用对坐果数产生显著影响。就喷施清水而言，干旱胁迫（S0W1）较充分供水（S0W2）的坐果数降低了10.8%，且差异达到显著水平（＜0.05），可见干旱胁迫引起番茄落花落果严重；但在两种喷施浓度条件下，不同水分处理的坐果数均无显著性差异（＞0.05），说明喷施硒可缓解因干旱胁迫而造成落花落果。然而，在叶面喷施硒并没有明显提高番茄的单果质量，反而单果质量随着硒喷施浓度的增大有减小的趋势，但差异没有达到显著性水平。在同一喷施浓度下，干旱胁迫显著降低了单果质量，与W2相比，W1的单果质量平均降低了36.2%。从表2中还可以看出，在同一土壤水分供给状况下，除S10W2与S0W2的产量差异达到显著水平外，其他对番茄产量均无显著影响；干旱胁迫较充分供水处理的产量平均减少了39.5%。综上所述，干旱胁迫导致番茄减产主要源于单果质量的降低。

图4 不同处理下番茄株高和茎粗

表2 叶面喷施硒与土壤水分耦合对番茄产量及其构成要素的影响

同列小写字母代表不同处理之间差异达5%显著水平。ns表示无显著差异；*和**分别表示差异达到5%和1%显著水平

Values followed by different small letters in table are significantly different among different treatments at 5% level. ns means insignificant; * and ** mean significant at＜0.05 and＜0.01, respectively

2.3 叶面喷施硒与土壤水分耦合下的番茄果实品质

2.3.1 可溶性糖、有机酸和糖酸比 图5给出了叶面喷施硒与土壤水分耦合对番茄果实可溶性糖含量（SSC）、有机酸含量（OA）和糖酸比（SAR）的影响。由图5-A可知，在硒同一喷施浓度下，干旱胁迫显著提高了果实SSC，与W2相比，W1的SSC平均增加了28.7%。在同一土壤水分供给状况下，叶面喷施硒显著提高了果实SSC，与S0W2相比，S10W2和S5W2的SSC分别显著增加了15.2%和22.6%，但二者之间没有显著性差异（＞0.05）；与S0W1相比，S10W1和S5W1的SSC分别显著增加了17.2%和21.6%，但二者之间也没有显著性差异；说明虽然叶面喷施硒可提升果实SSC，但在任一土壤水分状况下，喷施硒浓度由5 mg×L-1增加到10 mg·L-1并不能使SSC得到进一步提升，反而有降低的趋势，干旱胁迫耦合叶面喷施低浓度硒（5 mg×L-1）可促进SSC的积累。

从图5-A还可以看出，在同一硒喷施浓度下，干旱胁迫均明显提高了果实OA，与W2相比，W1的OA平均增加了24.3%，但未喷硒的两个水分处理之间差异未达到显著水平（＞0.05）。在充分供水条件下，与S0W2相比，S10W2的OA显著提高了9.6%，而OA在S5W2和S0W2之间没有显著性差异；在干旱胁迫条件下，与S0W1相比，S10W1和S5W1的OA分别显著提高了19.2%和29.4%。受SSC和OA的综合影响，叶面喷施硒与土壤水分耦合显著影响了果实SAR，其中S5W2处理的SAR表现最佳，3个干旱胁迫处理次之，且3个处理的SAR没有显著性差异，S0W2表现最差。与S0W2相比，S5W2的SAR极显著（＜0.01）提高了30.9%，而S10W2的SAR仅提高了4.8%，且差异未达到显著水平，说明充分供水耦合叶面喷施低浓度硒（5 mg×L-1）可大幅提高果实SAR，使果实风味品质得到提升。

2.3.2 维生素C含量 在同一土壤水分供给状况下，不同硒浓度喷施处理间维生素C（Vc）含量差异不显著（图6-A）；但在同一叶面喷施硒浓度下，土壤水分供给状况显著影响了Vc含量，与充分供水处理（W2）相比，干旱胁迫处理（W1）的果实Vc含量平均增加了18.7%。

图5 叶面喷施硒与土壤水分耦合对番茄可溶性糖、有机酸（A）和糖酸比（B）的影响

图6 叶面喷施硒与土壤水分耦合对番茄维生素C（A）和可溶性固形物（B）的影响

2.3.3 可溶性固形物含量 由图6-B可知，叶面喷施硒和土壤水分状况均显著影响了果实可溶性固形物含量（TSS），在同一硒喷施浓度下，干旱胁迫显著增加了果实TSS，与W2相比，W1的TSS平均增加了24.0%，其中S0W1较S0W2的TSS仅提高了14.9%，而S5W1较S5W2的TSS提高了35.5%，S10W1较S10W2的TSS提高了21.6%，说明干旱胁迫耦合叶面喷施硒可大幅提升TSS。在充分供水和干旱胁迫两种供水方式下，果实TSS对不同硒喷施浓度的响应规律不一致：在充分供水条件下，TSS随着叶面喷施硒浓度的增大而增大，但差异未达到显著水平；在干旱胁迫条件下，TSS随叶面喷施外源硒浓度的增大呈现先增大后减小的变化规律，且三者之间的差异均达到显著水平。纵观所有处理，叶面喷施5 mg×L-1硒的干旱胁迫处理（S5W1）表现最佳，叶面喷施10 mg×L-1硒的干旱胁迫处理（S10W1）表现次之，二者差异达到显著水平，且二者的TSS均显著高于其他处理，而充分供水的对照处理（S0W2）表现最差，与S0W2相比，S10W1和S5W1的TSS分别提高了30.1%和39.7%。

3 讨论

3.1 叶面喷施硒对土壤-作物系统硒含量的影响

因每次喷施硒都将土壤表面覆盖，各处理土壤硒含量没有显著差异（图3-A），土壤硒含量较低（均值为0.12 mg×kg-1），说明本试验区属于硒潜在不足土壤[26]，需要进行适度补硒处理以满足作物生长对硒元素的需求。然而，相比中耕时土壤施用或者拌种、种子包衣处理，叶面喷硒可促进生物活性物质的积累[27]，在农业生产中效果明显且节约成本[7,9]。本研究结果显示，叶片硒含量随着硒喷施浓度的增大而大幅增大，促进了硒元素由叶片向果实的运转和积累，进而使两种外源硒喷施浓度（5和10 mg·L-1）果实硒含量与喷清水对照相比均得到大幅增加（2.3倍和4.0倍）（图3-B），这与ZHU等[6]和DIMA等[27]在番茄上研究结果一致。虽然喷施硒提高了果实硒含量，但在本试验条件下的两种外源硒喷施浓度（5和10 mg×L-1）的平均果实硒含量分别仅有45.3和69.3 μg×kg-1FW，依据本研究充分供水处理的平均单果质量150 g计算（表2），S5和S10平均每个番茄果实的硒含量分别为6.8和10.6 μg，远低于成年人健康饮食每日摄硒量[28]，而且杨会芳等[29]报道叶面喷施适宜浓度的硒可使番茄果实有机硒转化率达到90%以上，因此，每天食用适量富硒番茄不仅不会对饮食健康造成危害，还能合理补充人体所需微量元素硒。

3.2 叶面喷施硒与土壤水分耦合对番茄产量的影响

气象环境因素对温室番茄生长发育有重要影响，有研究表明，番茄生长发育的适宜温度为20—30℃，上限是33—35℃，当温度超度35℃时，植株的生长发育会受到严重影响[30-31]。本研究供试番茄进入开花坐果期后温度均处于适宜的范围内（表1）。另外，本试验温室内的空气饱和差（VPD）随着番茄生育进程的推进有逐渐增大的趋势，在结果期和采摘期达到最大（表1），有研究表明，VPD的增大有利于番茄产量的形成[32]，说明本试验温室内气象环境参数与番茄生长发育的需求具有较好的协调一致性。

除气象因素外，土壤水分也是影响设施作物生长发育的重要环境因素，而且灌溉是设施作物补充土壤水分的唯一方式，过度水分亏缺和过量灌溉均会抑制设施作物产量的形成[10-12]，施加硒可促进作物生长发育[18,33]。本研究发现，不同土壤水分供应显著影响了番茄产量，在充分供水条件下，适度喷施硒（5 mg×L-1）对番茄植株生长发育、坐果数和单果质量均没有显著影响，因而对产量也没有产生显著性影响，这与PEZZAROSSA等[22]和杨会芳等[29]对番茄施硒的研究结果一致，但过量喷施外源硒有减产的趋势（表2）。也有研究表明喷施硒可以显著提高番茄产量，如李乐[33]研究发现，在基质栽培条件下叶面喷施5.0 μmol·L-1的硒酸钠（Na2SeO4）可以促进植株生长和提高产量；RADY等[18]研究表明，叶面喷施40 mmol·L-1的Na2SeO4可提高盆栽番茄植株的光合效能和经济产量，这些研究与本试验以亚硒酸钠（Na2SeO3）作为硒源叶面喷施番茄的研究结果不一致，这可能是因为番茄对不同外源硒类型的硒元素吸收利用和响应不同所致[34-35]，抑或因不同地区土壤硒的盈余状况与不同品种对硒的富集能力强弱差异性引起[26,36]。因此，今后研究需针对不同缺硒土壤或硒源种类，明晰不同外源硒喷施浓度对番茄产量形成过程的调控机制。

以往研究表明，灌水不足会引起土壤产生干旱胁迫，发生诸如叶片气孔关闭、叶片受损、质膜损坏和光合作用下降等生理反应[37-38]，抑制叶片光合同化产物形成及向果实的运转和积累，造成落花落果，单果质量降低，最终导致产量降低[10-11,15]。本研究发现，干旱胁迫显著降低了坐果数和单果重，最终造成产量大幅降低了39.5%（表2），这也与刘浩等[23]和LAHOZ等[16]研究结论一致。很多研究表明[18,20]，叶面喷施硒具有清除活性氧自由基，提高植株抗氧化防御能力，因而缓解了干旱胁迫对植株生长负面影响。本研究发现，干旱胁迫条件下，叶面喷施硒较未喷施硒明显提高了株高（图4），一定程度上缓解了番茄植株生长受干旱胁迫的危害，虽然喷施硒可缓解因土壤干旱胁迫而造成落花落果，增加了坐果数（表2），但由于干旱胁迫下叶面喷施硒较未喷施硒处理的单果质量明显下降，因而干旱胁迫下叶面喷施硒并没有使产量得到明显提升（表2）。

3.3 叶面喷施硒与土壤水分耦合对果实品质的影响

土壤水分状况调节着土壤养分的转化和植物根系对养分的吸收，因此土壤水分与果实品质有直接关系[11]。本研究结果显示，干旱胁迫显著提高了番茄果实可溶性糖、有机酸和维生素C含量（图5-A和图6-A）。在干旱胁迫条件下，韧皮部汁液向果实的运输受阻，汁液中的溶质浓度增加，使通过木质部向果实输送的水量减小[15,39]，降低了果实的含水量[12]，而果实中糖、酸及其他物质几乎不受影响[15,40]，最终使果实中植株营养素浓度增大，故而干旱胁迫显著提高了果实可溶性糖、有机酸和维生素C含量。另外，干旱胁迫促进了未成熟果实中淀粉的积累[15]，并促进了成熟果实中淀粉向己糖的转运，从而增加了果实中的糖含量。同时，笔者之前的研究发现，干旱胁迫降低了植株叶面积指数，果实受光照的时间和强度增加，有利于糖和维生素C等的积累[12]。本研究显示，叶面喷施硒显著提高了果实可溶性糖含量（图5-A）。一般而言，果实成熟期的生长主要取决于光合能力和光合同化产物在不同植物组织间的分布[41]，叶面喷施硒通过提升抗氧化能力以缓解干旱胁迫[18,20]，从而促进了光合产物以蔗糖形式转移到生殖器官果实中，有利于果实可溶性糖含量的积累。综上，干旱胁迫与叶面喷施硒对可溶性糖的积累可起到协同提升作用。本研究同时发现，叶面喷施外源硒并没有提高维生素C含量，这可能是由于本试验在盆栽条件下进行，与传统小区种植模式相比，番茄植株间距离较大，叶片对果实的遮挡相对较弱，果实接受的光照时间和强度增加，光照对果实维生素C的合成影响掩盖了外源硒的调控作用，这还有待于进一步试验验证。

番茄果实的风味品质主要取决于果实中糖和酸的含量，可以用糖酸比进行评价[11]。本研究发现，土壤水分状况与叶面喷施硒耦合显著影响了果实糖酸比，这是因为不论充分供水还是干旱胁迫，叶面喷施硒均显著提高了番茄果实的可溶性糖含量，但不同土壤水分供给状况下叶面喷施硒对有机酸的影响不一致（图5-A）。在充分供水条件下，叶面喷施低浓度硒（5 mg·L-1）未增加有机酸含量，而干旱胁迫大幅提升了有机酸含量，因而使得充分供水条件下喷施低浓度硒获得最佳的糖酸比（图5-B）。

可溶性固形物作为番茄果实的一项重要品质指标，反映了果实溶液中溶解固体的比例，可作为番茄果实综合品质的评价指标[11-12]。一般而言，可溶性固形物包含了果肉中65%的糖、13%的酸和12%的其他次要成分（包括酚、氨基酸、可溶性果胶、维生素C和矿物质等）[42-43]，因而可溶性糖和有机酸是影响可溶性固形物的主要成分。本研究发现，可溶性糖和有机酸总量占可溶性固形物含量的60%，且干旱胁迫和叶面喷施外源硒均明显提高了可溶性糖和有机酸含量（图5-A），因而干旱胁迫和叶面喷施硒协同提升了可溶性固形物含量，但硒浓度由5 mg×L-1增加到10 mg×L-1并未显著提高可溶性固形物含量，因而干旱胁迫条件下喷施低浓度硒（5 mg×L-1）获得最佳的可溶性固形物含量（图6-B）。

综上所述，叶面喷施5 mg×L-1的亚硒酸钠在不降低番茄产量、提高果实硒含量的基础上，改善了果实品质。然而，亚硒酸钠的用量却很小，根据本研究在开花坐果期分2次叶面喷施5 mg×L-1的亚硒酸钠核算，设施番茄亚硒酸钠的喷施总用量仅90 g×hm-2（单价6.5元/g），投入约600元/hm2，却能显著改善了番茄果实品质，且食用后可补充人体所需微量元素硒，进而提升商品的经济价值，具有一定的推广应用前景。本研究从番茄产量和品质角度，阐明了叶面喷施硒与土壤水分状况耦合作用效果，但限于一季试验，其结果的稳定性还需进一步研究验证。

4 结论

叶面喷施硒对于提高温室番茄果实硒含量和改善果实品质均具有重要作用。开花坐果期叶面喷施5 mg·L-1的亚硒酸钠，可在一定程度上缓解植株受干旱胁迫所造成的伤害，提高了坐果数，但对番茄产量未产生明显影响。叶面喷施硒与土壤水分状况对果实品质的耦合作用效果明显，在充分供水条件下，开花坐果期叶面喷施5 mg·L-1的亚硒酸钠，可使果实糖酸比显著提高30.9%，大幅提升了果实的风味品质，可实现稳产提质的协同提升；干旱胁迫耦合叶面喷施5 mg·L-1的亚硒酸钠促进了果实可溶性糖和可溶性固形物的累积，使果实营养品质得到大幅提升，但付出了产量骤减的代价。

[1] 汤超华, 赵青余, 张凯, 李爽, 秦玉昌, 张军民. 富硒农产品研究开发助力我国营养型农业发展. 中国农业科学, 2019, 52(18): 3122-3133. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.18.005.

TANG C H, ZHAO Q Y, ZHANG K, LI S, QIN Y C, ZHANG J M. Promoting the development of nutritionally-guided agriculture in research and development of selenium-enriched agri-products in China. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(18): 3122-3133. doi:10. 3864/j.issn.0578-1752.2019.18.005. (in Chinese)

[2] RAYMAN M P. Selenium in cancer prevention: a review of the evidence and mechanism of action. The Proceedings of the Nutrition Society, 2005, 64(4): 527-542. doi:10.1079/pns2005467.

[3] SHANKER K, MISHRA S, SRIVASTAVA S, SRIVASTAVA R, DAAS S, PRAKASH S, SRIVASTAVA M M. Effect of selenite and selenate on plant uptake and translocation of mercury by tomato (). Plant and Soil, 1996, 183(2): 233-238. doi:10.1007/BF00011438.

[4] JARZYŃSKA G, FALANDYSZ J. Selenium and 17 other largely essential and toxic metals in muscle and organ meats of Red Deer ()—Consequences to human health. Environment International, 2011, 37(5): 882-888. doi:10.1016/j.envint.2011.02.017.

[5] 穆婷婷, 杜慧玲, 张福耀, 景小兰, 郭琦, 李志华, 刘璋, 田岗. 外源硒对谷子生理特性、硒含量及其产量和品质的影响. 中国农业科学, 2017, 50(1): 51-63. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017. 01.005.

MU T T, DU H L, ZHANG F Y, JING X L, GUO Q, LI Z H, LIU Z, TIAN G. Effects of exogenous selenium on the physiological activity, grain selenium content, yield and quality of foxtail millet. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(1): 51-63. doi:10.3864/j.issn.0578-1752. 2017.01.005. (in Chinese)

[6] ZHU Z, CHEN Y L, ZHANG X J, LI M. Effect of foliar treatment of sodium selenate on postharvest decay and quality of tomato fruits. Scientia Horticulturae, 2016, 198: 304-310. doi:10.1016/j.scienta. 2015.12.002.

[7] NARVÁEZ-ORTIZ W, BECVORT-AZCURRA A, FUENTES-LARA L, BENAVIDES-MENDOZA A, VALENZUELA-GARCÍA J, GONZÁLEZ-FUENTES J. Mineral composition and antioxidant status of tomato with application of selenium. Agronomy, 2018, 8(9): 185. doi:10.3390/agronomy8090185.

[8] MOHTASHAMI R, MOVAHHEDI DEHNAVI M, BALOUCHI H, FARAJI H. Improving yield, oil content and water productivity of dryland canola by supplementary irrigation and selenium spraying. Agricultural Water Management, 2020, 232: 106046. doi:10.1016/j. agwat.2020.106046.

[9] LI H F, MCGRATH S P, ZHAO F J. Selenium uptake, translocation and speciation in wheat supplied with selenate or selenite. The New Phytologist, 2008, 178(1): 92-102. doi:10.1111/j.1469-8137.2007. 02343.x.

[10] LIU H, DUAN A W, LI F S, SUN J S, WANG Y C, SUN C T. Drip irrigation scheduling for tomato grown in solar greenhouse based on pan evaporation in North China plain. Journal of Integrative Agriculture, 2013, 12(3): 520-531. doi:10.1016/S2095-3119(13) 60253-1.

[11] LIU H, LI H H, NING H F, ZHANG X X, LI S, PANG J, WANG G S, SUN J S. Optimizing irrigation frequency and amount to balance yield, fruit quality and water use efficiency of greenhouse tomato. Agricultural Water Management, 2019, 226: 105787. doi:10.1016/j. agwat.2019.105787.

[12] LI H H, LIU H, GONG X W, LI S, PANG J, CHEN Z F, SUN J S. Optimizing irrigation and nitrogen management strategy to trade off yield, crop water productivity, nitrogen use efficiency and fruit quality of greenhouse grown tomato. Agricultural Water Management, 2021, 245: 106570. doi:10.1016/j.agwat.2020.106570.

[13] WANG F, KANG S Z, DU T S, LI F S, QIU R J. Determination of comprehensive quality index for tomato and its response to different irrigation treatments. Agricultural Water Management, 2011, 98(8): 1228-1238. doi:10.1016/j.agwat.2011.03.004.

[14] RIPOLL J, URBAN L, BRUNEL B, BERTIN N. Water deficit effects on tomato quality depend on fruit developmental stage and genotype. Journal of Plant Physiology, 2016, 190: 26-35. doi:10.1016/j.jplph. 2015.10.006.

[15] MITCHELL J P, SHENNAN C, GRATTAN S R, MAY D M. Tomato fruit yields and quality under water deficit and salinity. Journal of the American Society for Horticultural Science, 1991, 116(2): 215-221. doi:10.21273/jashs.116.2.215.

[16] LAHOZ I, PÉREZ-DE-CASTRO A, VALCÁRCEL M, MACUA J I, BELTRÁN J, ROSELLÓ S, CEBOLLA-CORNEJO J. Effect of water deficit on the agronomical performance and quality of processing tomato. Scientia Horticulturae, 2016, 200: 55-65. doi:10.1016/j. scienta.2015.12.051.

[17] ANDREJIOVÁ A, HEGEDŰSOVÁ A, MEZEYOVÁ I. Effect of genotype and selenium biofortification on content of important bioactive substances in tomato (mill.) fruits. Agriculture & Food, 2016, 4(1): 8-18.

[18] RADY M M, BELAL H E E, GADALLAH F M, SEMIDA W M. Selenium application in two methods promotes drought tolerance inplant by inducing the antioxidant defense system. Scientia Horticulturae, 2020, 266: 109290. doi:10.1016/j. scienta.2020.109290.

[19] CHU J Z, YAO X Q, ZHANG Z N. Responses of wheat seedlings to exogenous selenium supply under cold stress. Biological Trace Element Research, 2010, 136(3): 355-363. doi:10.1007/s12011-009- 8542-3.

[20] DJANAGUIRAMAN M, PRASAD P V V, SEPPANEN M. Selenium protectsleaves from oxidative damage under high temperature stress by enhancing antioxidant defense system. Plant Physiology and Biochemistry, 2010, 48(12): 999-1007. doi:10.1016/j. plaphy.2010.09.009.

[21] HASANUZZAMAN M, FUJITA M. Selenium pretreatment upregulates the antioxidant defense and methylglyoxal detoxification system and confers enhanced tolerance to drought stress in rapeseed seedlings. Biological Trace Element Research, 2011, 143(3): 1758-1776. doi:10.1007/s12011-011-8998-9.

[22] PEZZAROSSA B, ROSELLINI I, BORGHESI E, TONUTTI P, MALORGIO F. Effects of Se-enrichment on yield, fruit composition and ripening of tomato () plants grown in hydroponics. Scientia Horticulturae, 2014, 165: 106-110. doi:10.1016/ j.scienta.2013.10.029.

[23] 刘浩, 段爱旺, 孙景生, 梁媛媛. 温室滴灌条件下土壤水分亏缺对番茄产量及其形成过程的影响. 应用生态学报, 2009, 20(11): 2699-2704.

LIU H, DUAN A W, SUN J S, LIANG Y Y. Effects of soil moisture regime on greenhouse tomato yield and its formation under drip irrigation. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(11): 2699-2704. (in Chinese)

[24] 中华人民共和国农业部. 土壤质量重金属测定王水回流消解原子吸收法: NY/T 1613—2008. 北京: 中国标准出版社, 2008.

Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China. Soil quality-Analysis of soil heavy metals-atomic absorption spectrometry with aqua regia digestion: NY/T 1613—2008. Beijing:Standards Press of China, 2008. (in Chinese)

[25] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. 食品中多元素的测定: GB 5009. 268—2016. 北京: 中国标准出版社, 2016.

National Health and Family Planning Commission of the People's Republic of China. Determination of multiple elements in food: GB 5009. 268—2016. Beijing: Standards Press of China, 2016. (in Chinese)

[26] 蔡立梅, 王硕, 温汉辉, 罗杰, 蒋慧豪, 何明皇, 穆桂珍, 王秋爽, 王涵植. 土壤硒富集空间分布特征及影响因素研究. 农业工程学报, 2019, 35(10): 83-90. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.011.

CAI L M, WANG S, WEN H H, LUO J, JIANG H H, HE M H, MU G Z, WANG Q S, WANG H Z. Enrichment spatial distribution characteristics of soil selenium and its influencing factors. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2019, 35(10): 83-90. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.011. (in Chinese)

[27] DIMA S O, NEAMȚU C, DESLIU-AVRAM M, GHIUREA M, CAPRA L, RADU E, STOICA R, FARAON V A, ZAMFIROPOL- CRISTEA V, CONSTANTINESCU-ARUXANDEI D, OANCEA F. Plant biostimulant effects of baker's yeast vinasse and selenium on tomatoes through foliar fertilization. Agronomy, 2020, 10(1): 133. doi:10.3390/agronomy10010133.

[28] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. 中国居民膳食营养素参考摄入量第3部分：微量元素(WS/T 578.3—2017). 北京: 中国标准出版社, 2017.

National Health and Family Planning Commission of the People's Republic of China. Reference Intake of Dietary Nutrients for Chinese Residents, part 3, trace elements (WS/T 578.3—2017). Beijing: Standards Press of China, 2017. (in Chinese)

[29] 杨会芳, 梁新安, 常介田, 秦娜. 叶面喷施硒肥对不同蔬菜硒富集及产量的影响. 北方园艺, 2014(11): 158-161.

YANG H F, LIANG X A, CHANG J T, QIN N. Effects of foliar spraying of selenium fertilizer on selenium enrichment of different vegetables and yield. Northern Horticulture, 2014(11): 158-161. (in Chinese)

[30] 张洁, 李天来, 徐晶. 昼间亚高温对日光温室番茄生长发育、产量及品质的影响. 应用生态学报, 2005, 16(6): 1051-1055.

ZHANG J, LI T L, XU J. Effects of daytime sub-high temperature on greenhouse tomato growth, development, yield and quality. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16(6): 1051-1055. (in Chinese)

[31] 赵玉萍, 邹志荣, 白鹏威, 任雷, 李鹏飞. 不同温度对温室番茄生长发育及产量的影响. 西北农业学报, 2010, 19(2): 133-137. doi:10.3969/j.issn.1004-1389.2010.02.027.

ZHAO Y P, ZOU Z R, BAI P W, REN L, LI P F. Effect of different temperature on the growth and yield of tomato in greenhouse. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica, 2010, 19(2): 133-137. doi:10.3969/j.issn.1004-1389.2010.02.027. (in Chinese)

[32] ROSALES M A, CERVILLA L M, SÁNCHEZ-RODRÍGUEZ E, RUBIO-WILHELMI M D M, BLASCO B, RÍOS J J, SORIANO T, CASTILLA N, ROMERO L, RUIZ J M. The effect of environmental conditions on nutritional quality of cherry tomato fruits: evaluation of two experimental Mediterranean greenhouses. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2011, 91(1): 152-162. doi:10.1002/jsfa.4166.

[33] 李乐. 外源硒对番茄生物效应和硒累积的影响[D]. 银川: 宁夏大学, 2020.

LI L. Effects of exogenous selenium on tomato biological effects and selenium accumulation[D]. Yinchuan: Ningxia University, 2020. (in Chinese)

[34] 余琼, 张翔, 司贤宗, 索炎炎, 李亮, 毛家伟. 硒在农作物方面的研究进展. 山西农业科学, 2018, 46(12): 2122-2126. doi:10.3969/j. issn.1002-2481.2018.12.40.

YU Q, ZHANG X, SI X Z, SUO Y Y, LI L, MAO J W. Research progress of selenium in crops. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2018, 46(12): 2122-2126. doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2018.12.40. (in Chinese)

[35] PUCCINELLI M, MALORGIO F, PEZZAROSSA B. Selenium enrichment of horticultural crops. Molecules (Basel, Switzerland), 2017, 22(6): 933. doi:10.3390/molecules22060933.

[36] 李瑜. 安康富硒土壤中不同农作物富硒能力比较研究. 陕西农业科学, 2015, 61(11): 13-14, 46. doi:10.3969/j.issn.0488-5368.2015.11. 003.

LI Y. Comparative of selenium enrichment ability on different crops in selenium-rich soil in Ankang. Shaanxi Journal of Agricultural Sciences, 2015, 61(11): 13-14, 46. doi:10.3969/j.issn.0488-5368.2015. 11.003. (in Chinese)

[37] TALBI S, ROMERO-PUERTAS M C, HERNÁNDEZ A, TERRÓN L, FERCHICHI A, SANDALIO L M. Drought tolerance in a Saharian plant Oudneya: role of antioxidant defences. Environmental and Experimental Botany, 2015, 111: 114-126. doi:10.1016/j.envexpbot. 2014.11.004.

[38] TOPCU S, KIRDA C, DASGAN Y, KAMAN H, CETIN M, YAZICI A, BACON M A. Yield response and N-fertiliser recovery of tomato grown under deficit irrigation. European Journal of Agronomy, 2007, 26(1): 64-70. doi:10.1016/j.eja.2006.08.004.

[39] GUICHARD S, BERTIN N, LEONARDI C, GARY C. Tomato fruit quality in relation to water and carbon fluxes. Agronomie, 2001, 21(4): 385-392. doi:10.1051/agro: 2001131.

[40] CHEN J L, KANG S Z, DU T S, QIU R J, GUO P, CHEN R Q. Quantitative response of greenhouse tomato yield and quality to water deficit at different growth stages. Agricultural Water Management, 2013, 129: 152-162. doi:10.1016/j.agwat.2013.07.011.

[41] RODRIGUEZ-ORTEGA W M, MARTINEZ V, RIVERO R M, CAMARA-ZAPATA J M, MESTRE T, GARCIA-SANCHEZ F. Use of a smart irrigation system to study the effects of irrigation management on the agronomic and physiological responses of tomato plants grown under different temperatures regimes. Agricultural Water Management, 2017, 183: 158-168. doi:10.1016/j.agwat.2016.07.014.

[42] KADER A A. Flavor quality of fruits and vegetables. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2008, 88(11): 1863-1868. doi:10. 1002/jsfa.3293.

[43] CHEN J L, KANG S Z, DU T S, GUO P, QIU R J, CHEN R Q, GU F. Modeling relations of tomato yield and fruit quality with water deficit at different growth stages under greenhouse condition. Agricultural Water Management, 2014, 146: 131-148. doi:10.1016/j.agwat.2014.07. 026.

Effects of Foliar-Spraying Selenium Coupled with Soil Moisture on the Yield and Quality of Tomato

LIU Hao1, PANG Jie1, LI HuanHuan1, QIANG XiaoMan1, ZHANG YingYing1, SONG JiaWen1, 2

1Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Water Use and Regulation, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xinxiang 453002, Henan;2College of Water Conservancy and Architecture Engineering, Tarim University, Alaer 843300, Xinjiang

【Objective】Both exogenous selenium and soil moisture can affect crop growth and quality properties. It is very important to clarify the influences of exogenous selenium coupled with soil moisture on the tomato yield and quality, which maybe provide a theoretical basis on the water use for production of selenium-enriched tomato.【Method】Three foliar-spraying selenium concentrations, such as 0 (S0), 5 (S5) and 10 mg·L-1(S10), were considered with sodium selenite (Na2SeO3) as the selenium source by using pot experiment in this paper. Each selenium concentration was associated with two irrigation levels, which were scheduled to irrigate the crop as soon as the soil water moisture decreased to 50% (W1) and 75% (W2) of the field capacity, respectively. The effects of the different treatments on the selenium content, plant growth, yield and quality of tomato were studied.【Result】The different soil moistures had no significant impact on the selenium contents in soil, leaf and fruit (＞0.05). Although the different selenium concentrations had no marked influence on the soil selenium content for each irrigation level, the increasing selenium concentration led to an significant (＜0.01) increase in selenium content of leaves and fruits. Compared with S0over the two irrigation levels, selenium-treated fruits increased the average selenium content with 2-4 fold. Drought stress significantly reduced plant height and stem diameter. The foliar-spraying seleniummoderately alleviated the inhibition effect on plant height when crop suffered drought stress, whlie no significant effect was found on stem diameter. The drought stress gave a significant reduction in yield by 39.5% compared with the sufficient soil water applied. The foliar-spraying selenium had an increase in fruit number, but tended to decrease fruit weight under the drought stress conditions, thus no noticeable difference in yield was investigated between different foliar-spraying selenium. Compared with the sufficient soil water applied, the drought stress gave a significant increase in soluble sugar (SSC), organic acid (OA), vitamin C, and total soluble solid content (TSS) by 28.7%, 24.3%, 18.7%, and 24.0%, respectively. The foliar-spraying selenium improved SSC, whereas there was no noticeable difference in SSC between different selenium concentrations when the soil moisture was the same. Foliar-spraying selenium significantly increased OA except for S5W2treatment compared with the control, thus S5W2had the highest sugar-acid ratio (SAR), while the lowest SAR was observed in S0W2treatment. There was no marked effect of foliar-spraying selenium on TSS under sufficient soil water applied conditions, however, the TSS was increased firstly and then decreased with selenium concentration increasing under drought stress, indicating that a further increase in selenium concentration from 5 mg·L-1did not give a noticeable increase in fruit quality. 【Conclusion】The coupling effect of foliar-spraying selenium and soil moisture on tomato quality was obvious. The sprayingsodium selenite at 5 mg·L-1significantly increased SSC and TSS and thereby improved nutritional quality of fruit when the plant suffered drought stress, but promoted flavor quality of fruits with no yield decreasing and thereby achieved stable yield and high quality when the soil moisture applied was sufficient.

exogenous selenium; drought stress; tomato; yield; quality

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.22.009

2021-09-22；

2022-10-29

国家自然科学基金（51779259）

刘浩，Tel：0373-3393384；E-mail：liuhao03@caas.cn

（责任编辑 李云霞）