富硒西瓜生产中硒富集特性的初步研究

李秀启 尹国红 贾宝华 郝浩浩 张庆社

摘要：为探讨富硒西瓜生产中硒富集特性，以豫艺甜宝等西瓜品种为试材，观测喷施硒肥后叶片硒残留量变化，采用 L9（34）正交试验，分析亚硒酸钠喷施时期、次数、每次用量等 3 因素对果肉总硒含量的影响，并比较不同西瓜品种间硒富集能力的差异，评价富硒西瓜生产示范效果。结果表明，喷施硒肥后叶片总硒含量（w，后同）最高达 3350µg·kg-1，硒在叶片残留期约 15 d 左右;影响西瓜果实硒含量最大的因素是硒肥施用时期，其次是硒肥用量及喷施次数，以组合 A3B1C2（膨果定个期+1 次+800 mg·667 m-2）硒富集效果最好，果实总硒含量达 130 µg·kg-1;不同西瓜品种硒富集能力差异极显著，在南太行丘陵地区进行富硒西瓜生产示范，平均果肉总硒含量 63.3 µg·kg-1。富硒西瓜生产中以膨大定个期喷施硒肥 1 次效率最高，硒肥用量可根据设定的果实硒含量要求合理选择。

关键词：西瓜;富硒;富集特性;正交试验

中图分类号：S651

文献标志码：A

文章编号：1673-2871（2022）03-031-05

Abstract： Yuyi Tianbao and other watermelon cultivars were used to explore the characteristics of selenium enrichment inthe production of selenium-rich watermelon. Changes of selenium residue in leaves after spraying selenium fertilizer wereobserved. A L9（34）orthogonal experiment was used to study the effects of spraying time， number of applications and con centration of sodium selenite on selenium content in watermelon. The differences of selenium enrichment among water melon varieties were compared and effect of selenium-rich watermelon production was evaluated. The results showed thatthe total selenium in leaves was up to 3350 µg · kg-1 after spraying selenium fertilizer， and the residual period of seleniumin leaves was about 15 days. The time of spraying selenium fertilizer had the greatest influence on the total selenium con tent in watermelon fruit， followed by concentration of selenium fertilizer used. The number of applications had the leasteffect. The combination A3B1C2（full size fruit stage + one time + 800 mg·667 m-2）had the best selenium enrichment andthe total selenium in the fruit was 130 µg·kg-1. The selenium enrichment in different watermelon cultivars differed signifi cantly. Selenium enrichment was higher for watermelon grown in hilly area of South Taihang， and the average seleniumcontent in flesh was 63.3 µg·kg-1. We suggest that selenium fertilizer is best applied at full size fruit stage and the amountof selenium fertilizer can be determined based on required selenium content in the fruit.

Key words： Watermelon; Selenium-enriched; Enrichment characteristics; Orthogonal experiment.

硒是人體必需的微量元素之一，它有抗氧化、维持免疫系统正常生理功能等诸多益处[1]。然而，我国地理环境硒缺乏的范围和程度都比较严重，约有72%的市（县）处于严重的缺硒或低硒状态[2-3]。功能农业是 2008 年由中国科学院赵其国院士在全球率先提出的农业新概念，其目的是实现农产品中一种或多种有益健康成分（如矿物质、生物化合物）基于人类健康需求做出标准化优化的生产[4-5]。全球 70 亿人口，有 20 亿人存在营养摄入不足而导致的“隐性饥饿”问题，发展功能农业可有效提高农产品品质，满足消费者“吃出健康”的需求，解决“隐性饥饿”问题，进而通过为消费者创造新价值带来农民、农村和农业的新收益[6]。以硒元素为代表的微量元素在人体健康方面的巨大作用日益显现，硒产业逐渐成为健康中国战略的重要支撑、乡村产业兴旺的有力抓手及农业供给侧结构性改革的可行途径[7]。已有研究表明，适宜浓度的硒对植物的生长发育有较为明显的促进作用，还可以提高植物抗逆性，水稻、小麦、果蔬等主要农作物都有硒生物强化的实践，并取得较好的效果[8]。王玮等[9]研究表明，西瓜叶面喷施氨基多糖硒肥具有增强植株叶片光合作用和植株长势，提高产量和改善果实品质的功效。康利允等[10]研究表明，土壤施硒量为 0.50 kg·hm-2更有利于西瓜生长，富硒效果最佳。杜少平等[11]、肖真真等[12]认为叶片喷施硒肥生产富硒西瓜方法易于操作，并分别认为叶面喷施硒质量浓度 60 mg·L-1和 15～30 mg·L-1为富硒西瓜生产适宜浓度。但有关富硒西瓜生产中硒富集特性综合性的报道文献比较少见。笔者为了解决生产中硒肥的滥用而导致的浪费和环境污染，研究了硒肥在西瓜叶片硒残留变化，以探讨硒肥合理的重复施用时间，并以正交试验筛选硒肥施用时期、次 数、用量的较优组合及不同品种硒强化效果的差异等，以期获得生产富硒西瓜系统性技术方案措施。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在河南省济源市农业科学院西瓜科技示范基地（济源市承留镇卫佛安村）进行，该地处于河南省西北部太行山南麓，属暖温带季风气候，年平均温度 14.5 ℃，年平均降雨量 567.9 mm，土壤类型为褐色土，试验前在试验地梅花形布点法采集取深度为 0～20 cm 土壤样品作为土壤背景值，样品委托农业农村部农产品质量监督检验测试中心（郑州）检测，其土壤基础肥力状况见表 1。

1.2 材料

供试西瓜品种为河南鼎优农业科技有限公司提供的秀都（P1）、美都（P2）、麒麟（P3），中国农业科学院郑州果树研究所提供的中科 3 号（P4）、中科182（P5），河南省农科院园艺研究所提供的美莎特（P6），河南豫艺种业科技发展有限公司提供的豫艺甜宝（P7）。含硒叶面肥（以下简称：农硒宝）依据笔者单位申报的专利方法制备[13]。

1.3 仪器与试剂

AA-7020 原子吸收分光光度计（北京东西分析仪器有限公司）;AF-640 原子荧光分光光度计（北京瑞利分析仪器公司）;K1160 全自动凯氏定氮仪（山东海能科学仪器有限公司）;HY-2 调速多用振荡器（金坛区西城新瑞仪器厂）;硝酸、盐酸、硫酸（UP 级，苏州晶瑞化学股份有限公司），氢氧化钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），亚硒酸钠（分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司）;硒标准样品（1000mg·L-1，国家有色金属及电子材料分析测试中心）。

1.4 方法

1.4.1 喷施硒肥西瓜叶片硒含量的变化 采用单因素完全随机设计，试验地面积 300 m2，供试西瓜品种为豫艺甜宝，试验于 2020 年 3—6 月进行，3 月12 日小拱棚 8 cm×8 cm 营养钵育苗，4 月 20 日地膜覆盖栽培，喷施药液量以 60 kg·667 m-2为标准折算，其他田间管理措施一致，在西瓜授粉结束后喷施农硒宝 600 倍液，喷施时以叶片均匀沾满液滴为宜，喷施前随机取大小、叶龄基本一致的西瓜叶片150 片，以后每间隔 1 d 取样 1 次，叶片取样标准同第 1 次，共取样 8 次。每次取样后将样品密封冷藏保鲜委托农业农村部农产品质量监督检验测试中心（郑州）进行总硒含量测定，该测试中心采用 GB5009.93—2017（氢化物原子荧光光谱法）进行总硒含量检测。

1.4.2 亚硒酸钠（Na2SeO3）喷施时期、次数、用量正交试验 采用正交试验设计分析[14-15]，选取喷施时期、次数、每次用量 3 个因素进行试验，每个因素设置 3 个水平，选用 L9（34）正交表安排试验，试验设计时留下了空白列[16- 17]，根据正交设计表，共 9 个处理，具体因子水平见表 2。小区面积 10 m×1.5 m，每小区定植 25 株，设置 2 次重复，采用随机区组排列 ，西瓜品种、栽培管理同 1.4.1，喷施药液量以60 kg·667 m-2为标准折算，西瓜成熟后每个小区随机取 10 个西瓜，把每个西瓜分为 8 等分，每个西瓜取 1/8 可食用部分果肉制成混合样，取样后将样品密封冷藏保鲜送检（送检地点和检测方法同 1.4.1）。

1.4.3 不同西瓜品种硒富集效果试验 采用单因素随机区组试验设计，选用 7 个西瓜品种 P1～P7，小区面积 6 m×5 m，每小区定植 30 株，设 3 次重复，西瓜播种、栽培管理等同 1.4.1，于西瓜定瓜后连续喷施农硒宝 2 次，间隔 10 d，取样、送检及检测方法同1.4.2。

1.4.4南太行丘陵山区富硒西瓜生产示范效果

在济源示范区承留镇富硒西瓜科技示范基地选取 3 户科技示范户进行生产试验示范，时间、方法同 1.4.1。其中，示范户 A、B、C 示范种植分别约为1200、1800、2600 m2;田间栽培管理技术水平和当地一般栽培管理技术水平一致，期间技术培训要求示范户在西瓜授粉结束后喷施农硒宝 600～1000 倍 液;西瓜销售期每户随机取样 10 个西瓜，西瓜取样、送检方法同 1.4.2。示范户 A 和 B 样品委托农业农村部农产品质量监督检验测试中心（郑州）检 测，方法同 1.4.1，示范户 C 委托英格尔检测技术服务（上海）有限公司检测，该公司采用 GB 5009.93—2017（电感耦合等离子体质谱法）检测总硒含量，采用差减法（DBS 42/002—2014）测定有机硒含量，即总硒含量减去无机硒含量等于有机硒含量。

1.5 数据统计与分析

采用 Microsoft Excel 2003 进行数据的整理分析及相关计算，采用 IBM SPSS Statistics 20 统计软件进行直线回归、方差及正交试验结果分析，多重比较选用 LSD 法。

2 结果与分析

2.1 喷施硒肥西瓜叶片硒含量的变化

由图 1 可知，在本试验土壤条件下，不喷施硒肥西瓜叶片中未检出硒。西瓜叶面补充硒肥后，叶片硒含量陡然增加，最高达 3350 µg · kg-1。随着叶面施硒肥时间的推移，叶片总硒含量总体呈逐渐下降趋势，初步判断喷施硒肥后，西瓜叶片总硒含量和喷施后的时间这两个变量之间存在直线趋势，经计算两变量相关系数为-0.773，该系数在概率为0.05 水平上具有顯著性，其具有统计学意义。经过对数据进行回归分析，回归系数具有显著性，求得叶片总硒含量的回归方程为 y=3040-185x，可以用喷施硒肥后的时间来估算叶片总硒含量，由回归方程可知喷施硒肥 15 d 后叶片硒残留量极低，要维持叶片硒含量需要及时补充硒肥。

2.2 亚硒酸钠喷施时期、次数、用量对西瓜果肉硒含量的影响

由表 3 可以看出，通过正交试验的直观分析 R值表明，硒肥喷施时期对豫艺甜宝西瓜果实总硒含量影响最大，其次是硒肥用量，硒肥喷施次数影响相对较小。7 号试验组合（A3B1C2）果实总硒含量高于其他组合，9 号试验组合（A3B3C1）次之，分别达130、110 µg·kg-1，1 号试验组合（A1B1C1）果肉总硒含量最低，为 45 µg·kg-1。试验设计时留下了空白列，将其视为与误差项对应的因素，更进一步的方差分析结果显示（表 4），在所选因素水平范围内，所有处理对试验结果的影响都没有达到显著水平。

2.3 不同西瓜品种硒富集效果的差异

由图 2 可知，不同西瓜品种硒富集能力存在一定差异，西瓜果肉总硒含量最高品种为豫艺甜宝（P7），硒含量达 300 µg · kg-1，是含量最低品种中科182（P5）的 3 倍。P7 果肉總硒含量极显著高于其他6 个品种，美莎特（P6）果肉总硒含量极显著高于秀都（P1）和中科 182（P5），秀都、美都、麒麟、中科 3 号 （P1、P2、P3、P4）之间果肉总硒含量差异不显著，但均极显著高于 P5。

2.4 南太行丘陵山区富硒西瓜生产示范效果

从表 5 可以看出，南太行丘陵山区生产的富硒西瓜果肉总硒含量平均可达 63.3 µg · kg- 1，示范户A、B 样品果肉总硒含量分别为 52 µg·kg-1和 57 µg·kg-1，示范户 C 样品总硒含量最高，为 80.9 µg·kg-1。对示范户 C 进行有机硒和无机硒含量检测发现，有机硒含量为 80.9 µg · kg-1，无机硒未检出（检出限为10 µg·kg-1），说明施硒肥后，西瓜植株逐渐把无机硒合成转化为有机硒，成熟期果肉硒以有机硒为主。

3 讨论与结论

外源硒肥能够显著增加西瓜果肉的总硒含量，从而达到生产富硒西瓜的目的，这与前人的研究结果一致[9-12]。关于西瓜叶面补充硒肥叶片硒含量变化的研究未见报道，基于笔者试验结果可知西瓜叶面补充硒肥后，叶片硒含量陡然增加，最高达 3350 µg · kg-1，叶片总硒含量和喷施后的时间呈负相关，大约 15 d 后叶片硒残留量就极低了，这与邢海峰等[18]研究马铃薯喷施硒肥后体内硒含量变化结果一致，他们认为喷施硒肥在马铃薯生育过程中，茎叶中硒的分布逐渐降低，从块茎形成期的82%逐步下降到收获期的 40%。不同西瓜品种硒富集能力存在差别，这与前人在叶用莴苣[19]、稻米[20]、葡萄[21]等其他作物上的研究结果一致，在富硒西瓜的生产中应注重品种的选择。关于外源硒肥补充后西瓜根、茎、果实等组织硒含量的变化规律有待进一步研究。

在进行富硒西瓜生产时，西瓜果肉总硒含量受喷施时期影响最大，其次是硒肥用量，喷施次数影响最小，7 号试验组合（A3B1C2）和 9 号试验组合（A3B3C1）西瓜果肉硒含量相对较高，分别达 130、110 µg·kg-1，1 号试验组合（A1B1C1）果肉总硒含量最低，为 45 µg·kg-1，对照国内富硒农产品的要求[22]，所有处理均达到富硒要求，如若多次喷施间隔期控制在 10 d 为佳。富硒西瓜生产中应选择在西瓜膨大定个期喷施 1 次硒肥效率最高，可以根据对西瓜果实硒含量的要求来选择硒肥用量。植物吸收亚硒酸盐后，硒在植物体内被转化为有机硒化合物，转化的有机硒化合物被运转到植物各部位[8]，本试验通过外源硒喷施生产的富硒西瓜硒元素是 Se4+，经检测果实内主要存在形式以有机态为主，产品的安全性较高。西瓜是我国人民消费量最大的鲜食瓜果之一，硒元素摄入时没有加工过程损耗，是一种较为理想的补硒途径之一，富硒西瓜的生产前景较为广阔。

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