根外补硒对贫硒地区葡萄品质指标的影响

陈艳霞，杨闰珠

（临猗县果树前沿技术研究所，山西 临猗 044100）

硒作为人体必需的微量元素，参与体内多种内分泌代谢活动，能拮抗重金属，有效减少重金属元素在食物链上的富集。1973年世界卫生组织专家委员会正式宣布，硒是人体生理必需的微量元素之一，1988年中国营养学会也将硒列为人体必需的15种每日膳食营养元素之一[1-2]。研究证明，环境硒含量与许多区域性疾病关系密切[3]。我国除湖北等少数地区外，大多数地区土壤硒资源处于缺乏或严重缺乏状态[4]。大量研究表明，在农业生产过程中，人为补充硒元素可有效提高粮食作物籽实、蔬菜、果品中的硒含量[5-7]，且硒元素在其中表现为植物活性硒，以有机硒的形态存在[8-9]，这种硒对生命健康是最为直接有效的[10]。随着功能型农业的飞速发展，在缺硒土壤条件下实现富硒水果生产，将会极大地促进果品产业的发展，为社会增加更多的健康产品。目前，生产过程中补充硒元素常用方法有土壤补给和地上补给2种方法，在土壤中施加亚硒酸钠等含硒肥料可提高作物品质和含硒量，但肥料易被土壤吸附，降低其吸收转化率[4]；地上补给多以叶面喷施为主，目前的研究报道大多证明了这一手段的有效性，但在生产中如何运用才能达到最佳投入产出比，定量的研究报道较少。

葡萄（Vitis viniferaL.）属于葡萄科葡萄属藤本植物，富含白藜芦醇、花青素、Vc等营养成分，具有抗癌、抗动脉硬化、保护心血管、预防和治疗坏血病、抗氧化防衰老等作用[11]，是人类十分喜爱的果品之一，在世界各地均有广泛种植。我国各地均有葡萄栽培，其中鲜食型葡萄占栽培面积的比例高达83%，随着消费者对多元化品种的需求，夏黑、阳光玫瑰、巨玫瑰、金手指、克瑞森无核等新品种大面积发展，尤其是近2 a阳光玫瑰成为热门品种[12]。近年来，有关硒在葡萄上的应用研究主要集中在以下几个方面：提高果实品质与叶面喷施不同种类硒肥的研究[13]，硒肥拮抗重金属的研究[14]，葡萄果实内硒分布积累特性[15]，硒对葡萄叶片生理生化参数及酶活性的影响[16]等；但对不同品种葡萄叶面喷施硒肥的响应研究报道较少，特别是像阳光玫瑰这样的热门葡萄品种，进行富硒生产技术的目前在国内还未见报道。

本研究选用富硒专用营养液，用不同的补硒方法对阳光玫瑰葡萄的硒响应进行试验研究，以期为富硒葡萄的生产实践提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验田位于山西省临猗县，属于土壤硒缺乏地区，没有硒补充情况下葡萄果实硒含量＜2 μg/kg。试验对象选用简易大棚栽培，第3年挂果的阳光玫瑰葡萄，大棚9 m×90 m，株行距2.0 m×3.5 m，飞鸟架模式常规管理，坐果枝15～20 cm间距。选用市售产品生物有机硒富硒（种植）专用营养液200 mL液体瓶装（硒质量浓度≥5 000 mg/L），作为硒源产品。

1.2 试验方法

在一次回归正交试验设计的基础上增加一些特定的试验点可以形成二次回归正交试验设计，但其预测值方差强烈地依赖试验点在因子空间的位置，考虑到分布在同一球面上的试验组合的预测值具有相同的方差（即所谓的“旋转性”），因此，通过控制这些特定增加的试验点与试验中心点距离相等，并在因子编码空间内控制其距离中心点的距离在一定范围内，牺牲部分正交性，获得所谓的“通用性”与“旋转性”，使得在一定空间范围内的预测值具有基本相同的方差，从而满足生产实用需求，由此形成组合方案，通过建立回归方程，进行试验因子的筛选及优化，了解因子与预测值的关系。

1.2.1 试验方案 选用葡萄蘸穗和叶面喷施为补充硒的方法[17]，取蘸穗浓度、叶面喷施浓度和生育期为试验因子，按照3因子5水平进行组合试验设计，试验方案设计[18]如表1所示，表中所列为水平编码值。

表1 二次回归旋转组合试验设计方案Tab.1 Design of quadratic regression rotary combination test

1.2.2 因子编码水平确定 根据所选硒营养液的使用说明，参考往年使用经验，蘸穗和叶面喷施均选用16 mL/L营养液的浓度为0水平，生育期因子从葡萄膨大期至采收前15 d为试验实施期，最终确定的因子水平值、水平间隔及编码值如表2所示。

表2 二次回归通用旋转组合试验设计因素水平编码Tab.2 Factor levels and codes of quadratic regression universal rotary combination test

表2中，因子水平值与水平编码值的关系如公式（1）。

式中，z0i为i因子的0水平值。

1.2.3 试验实施 根据表1组合设计和表2编码方案，在试验田划分出20个试验小区，每小区4株阳光玫瑰，小区之间间隔1～2株作分隔，将20个小区分成3块地，作为3个正交区组，以表1序号为试验处理号，1、4、6、7、17、18号处理位于第1区组，2、3、5、8、19、20号处理位于第2区组，9～16号处理位于第3区组，区组内采用随机排列确定每个处理的具体位置，挂牌编号。当试验产生较大误差时，可利用正交区组的设置，通过计算分离出区组间的误差的影响，减小各处理受分布位置的影响，在这里作为备用。叶面喷施控制每公顷用水量为300 kg，保持各处理用水量一致，蘸穗时每穗完全浸入溶液中保持3 s后取出，操作日期严格按照设计方案实施。

1.2.4 数据采集2021年9月17日采样，每处理随机选取10穗葡萄，从每穗上中下不同位置随机采样6粒，混匀后一部分编号打包通过快递寄送，委托协作单位采用原子荧光光度计法测试葡萄硒含量；另一部分用于测试样品的硬度和含糖量，使用GY-4数显果实硬度计和TD-50糖度计测定，每指标样做5次重复，剃除最大、最小值后取算术平均值为最终结果。数据采集结果如表3所示。

表3 数据采集结果Tab.3 Results of data collection

1.3 计算方法

根据最小二乘法原理建立回归模型在编码空间的回归方程。

一次项回归系数的大小反映了因子对结果的影响关系，偏回归系数绝对值的大小反映了交互项和二次项对试验结果的影响程度。计算得到各系数b值后，通过各项偏差平方和、自由度及t值计算，进行回归方程的失拟性和回归显著性检验以及各回归系数的显著性检验，舍去t＜t0.10的系数项，对于t＜t0.05的系数项可酌情取舍，保留t＞t0.05的项，确定最终的回归方程式。

2 结果与分析

2.1 根外补硒对葡萄品质指标的影响

2.1.1 含硒量 由表4可知，回归方程无失拟因素，回归达到极显著水平，能够很好地反映实际情况。

表4 补硒对葡萄含硒量影响的统计计算结果Tab.4 Statistical calculation results of effect of selenium supplement on selenium content in grapes

经回归系数显著性检验，舍弃差异不显著项b12、b11和b22，得到回归方程式（3）。

将表1参数代入公式（3），可计算得到观测样本点的回归预估值，假设测试值为真值时，可求得预估值标准差为3.31 μg/100 g。

参照公式（1）及表2，可得到y=f（z）的函数式。

2.1.2 含糖量及硬度 回归计算结果如表5、6所示，可见这2项指标的F失拟＜F0.10（5，5），F回归＜F0.10（9，5），差异均不显著；经回归系数显著性检验，除常数项达到差异极显著水平外，其余各系数均未达到差异显著水平，说明葡萄果实含糖量和硬度与各因子无显著相关关系。

表5 补硒影响葡萄含糖量的回归计算结果Tab.5 Regression calculation results of effect of selenium supplement on grape sugar content

表6 补硒影响葡萄硬度的回归计算结果Tab.6 Regression calculation results of effect of selenium supplement on grape hardness

2.2 根外补硒对葡萄含硒量的影响

由回归方程式（4）可知，变量z1与z2之间交互作用不显著，但两者均与z3变量有显著的交互作用，说明蘸穗与叶面喷施浓度的组合搭配方式与葡萄含硒量无关，符合实际情况，但二者与补硒时期的组合搭配将显著影响葡萄含硒量。

将公式（4）转化为求解非线性一般约束最优化问题，对函数y（z）求最小值，其中，约束条件为30≥z1≥0，30≥z2≥0，120≥z3≥0；得 到 局 部 最 优 解 为z=[0，0，59]，公式（4）在这点处取极小值，由此可知，回归方程式（4）在[0，0，59]～[30，30，0]区间内为单调增函数，在这一区间内，随着z1或z2值增大或z3值减小，函数值单调增加。

令公式（4）中z1与z2分别为0，得到公式（5）（6）。

公式（5）表示了叶面喷施补硒时葡萄含硒量的响应关系，公式（6）表示了蘸穗补硒时葡萄含硒量的响应关系。当z3取某一值时，公式（5）（6）变成一次方程式，同时z1与z2系数项几乎相等，说明同一时期补硒，葡萄硒含量预测值与补硒浓度呈线性关系，2种方法对葡萄含硒量的影响基本相同；当公式（5）中z2值或公式（6）中z1值固定时，可以发现，z3值越小，y值越大，说明相同的补硒浓度，无论是叶面喷施还是蘸穗，越接近成熟期，补硒效果越好。为了直观和便于应用，用MATLAB绘制公式（5）（6）的函数图像及等值线图，如图1～3所示，实际应用时，可参照公式（5）或公式（6）估算葡萄含硒量，也可从图2、3等值线中查取估算值，预测不同时期不同补硒方案对成熟果实中含硒量的贡献值。

图1 叶面喷施浓度和生育期与硒含量的关系Fig.1 Relation between foliar spraying concentration and growth period and selenium content

图2 蘸穗对葡萄硒含量影响的等值线Fig.2 Isoline of effect of ear dipping on grape selenium content

图3 叶面喷施对葡萄硒含量影响的等值线Fig.3 Isoline of effect of foliar spraying on grape selenium content

3 结论与讨论

通过叶面喷施向葡萄补充硒是生产中常用的操作方法，印宁等[19]研究指出，亚硒酸钠在红芭拉蒂、夏黑和户太8号3个鲜食葡萄品种上各个生育期的叶面喷施均可显著增加葡萄硒含量；朱丽琴等[15]研究指出，土壤施用亚硒酸钠后葡萄果实含硒浓度在整个生育期无明显变化；郑晓翠等[20]使用叶喷和土施氨基酸硒使巨峰葡萄果实硒含量增加，葡萄果实含硒量与补充硒的浓度成正比，不受葡萄品种、硒源品种影响，在这方面，本研究与前人研究结论一致。本研究的独特之处有：一是结合阳光玫瑰葡萄的田间管理手段，选用了葡萄蘸穗的硒补充方法；二是选用市售富硒专用营养液，这是高经济价值的阳光玫瑰等果品使用的高端新产品，吸收利用效率可能与传统的亚硒酸钠等硒源产品有所差别；三是采用了二次回归通用旋转组合设计方案，通过回归方程表达了叶面喷施、蘸穗、补硒时间与葡萄果实含硒量的函数关系，这些在目前未见到相关研究报道。

本研究结果表明，叶面喷施与葡萄蘸穗补充硒同等有效，最有效的根外补硒时段在葡萄成熟采收之前60 d内，同样的补硒浓度与量，越接近成熟期，在葡萄果实中的积累浓度越高，这点可能属首次提出,结论由回归方程支持，本研究中回归方程F失拟＜F0.05,失拟不显著，而F回归＞F0.01,结论是可靠的。这一结论与其他研究结果[21]稍有差异，可能是受硒源产品差异所致，目前市场上新兴的生物有机硒硒源产品，其产品推荐叶面喷施在接近果品成熟期前实施效果较好，与本研究结论一致。

本研究是在山西临猗县涑水冲积平原区中壤黄垆土土壤、阳光玫瑰葡萄园区，使用生物有机硒富硒（种植）专用营养液进行根外补硒，由回归方程预测，将该营养液稀释100倍和50倍，在葡萄收获前20 d单独叶面喷施或蘸穗一次时，收获葡萄的含硒量分别可达11.7、19.1 μg/100 g，用同样浓度和方法在葡萄收获前30 d使用时，收获葡萄的含硒量分别可达9.0、5.4 μg/100 g，预估值标准差为3.3 μg/100 g。

应用本研究结果，可以为量化设计贫硒土壤条件下的富硒葡萄生产管理方案提供参考，采用不同的浓度、方法、时段和补充次数组合，可以大致预测葡萄果实能够达到的含硒量。从成本投入角度考虑，2种硒补充方法各有利弊，蘸穗对硒产品消耗较小，但会投入较多的劳动力成本，也会受到葡萄套袋的制约，叶面喷施相比蘸穗方便粗放，操作容易，但需要较多的硒源产品消耗，生产中可结合实际情况灵活选用。在应用中，必须考虑到叶面喷施或蘸穗后硒的吸收转化有一个过程，具体多长时间合适，不仅涉及到食品安全，还可能与葡萄品种、葡萄对硒吸收转移规律以及硒源产品特性乃至水肥管理措施等因素有关，有待进一步研究。