根外補硒對貧硒地區葡萄品質指標的影響

陳艷霞，楊閏珠

（臨猗縣果樹前沿技術研究所，山西 臨猗 044100）

硒作為人體必需的微量元素，參與體內多種內分泌代謝活動，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年中國營養學會也將硒列為人體必需的15種每日膳食營養元素之一[1-2]。研究證明，環境硒含量與許多區域性疾病關系密切[3]。我國除湖北等少數地區外，大多數地區土壤硒資源處于缺乏或嚴重缺乏狀態[4]。大量研究表明，在農業生產過程中，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為植物活性硒，以有機硒的形態存在[8-9]，這種硒對生命健康是最為直接有效的[10]。隨著功能型農業的飛速發展，在缺硒土壤條件下實現富硒水果生產，將會極大地促進果品產業的發展，為社會增加更多的健康產品。目前，生產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和含硒量，但肥料易被土壤吸附，降低其吸收轉化率[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，但在生產中如何運用才能達到最佳投入產出比，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等營養成分，具有抗癌、抗動脈硬化、保護心血管、預防和治療壞血病、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展，尤其是近2 a陽光玫瑰成為熱門品種[12]。近年來，有關硒在葡萄上的應用研究主要集中在以下幾個方面：提高果實品質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]，葡萄果實內硒分布積累特性[15]，硒對葡萄葉片生理生化參數及酶活性的影響[16]等；但對不同品種葡萄葉面噴施硒肥的響應研究報道較少，特別是像陽光玫瑰這樣的熱門葡萄品種，進行富硒生產技術的目前在國內還未見報道。

本研究選用富硒專用營養液，用不同的補硒方法對陽光玫瑰葡萄的硒響應進行試驗研究，以期為富硒葡萄的生產實踐提供參考。

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，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，飛鳥架模式常規管理，坐果枝15～20 cm間距。選用市售產品生物有機硒富硒（種植）專用營養液200 mL液體瓶裝（硒質量濃度≥5 000 mg/L），作為硒源產品。

1.2 試驗方法

在一次回歸正交試驗設計的基礎上增加一些特定的試驗點可以形成二次回歸正交試驗設計，但其預測值方差強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測值具有相同的方差（即所謂的“旋轉性”），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控制其距離中心點的距離在一定范圍內，犧牲部分正交性，獲得所謂的“通用性”與“旋轉性”，使得在一定空間范圍內的預測值具有基本相同的方差，從而滿足生產實用需求，由此形成組合方案，通過建立回歸方程，進行試驗因子的篩選及優化，了解因子與預測值的關系。

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水平進行組合試驗設計，試驗方案設計[18]如表1所示，表中所列為水平編碼值。

表1 二次回歸旋轉組合試驗設計方案Tab.1 Design of quadratic regression rotary combination test

1.2.2 因子編碼水平確定 根據所選硒營養液的使用說明，參考往年使用經驗，蘸穗和葉面噴施均選用16 mL/L營養液的濃度為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 二次回歸通用旋轉組合試驗設計因素水平編碼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 根據表1組合設計和表2編碼方案，在試驗田劃分出20個試驗小區，每小區4株陽光玫瑰，小區之間間隔1～2株作分隔，將20個小區分成3塊地，作為3個正交區組，以表1序號為試驗處理號，1、4、6、7、17、18號處理位于第1區組，2、3、5、8、19、20號處理位于第2區組，9～16號處理位于第3區組，區組內采用隨機排列確定每個處理的具體位置，掛牌編號。當試驗產生較大誤差時，可利用正交區組的設置，通過計算分離出區組間的誤差的影響，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，操作日期嚴格按照設計方案實施。

1.2.4 數據采集2021年9月17日采樣，每處理隨機選取10穗葡萄，從每穗上中下不同位置隨機采樣6粒，混勻后一部分編號打包通過快遞寄送，委托協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數顯果實硬度計和TD-50糖度計測定，每指標樣做5次重復，剃除最大、最小值后取算術平均值為最終結果。數據采集結果如表3所示。

表3 數據采集結果Tab.3 Results of data collection

1.3 計算方法

根據最小二乘法原理建立回歸模型在編碼空間的回歸方程。

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

2 結果與分析

2.1 根外補硒對葡萄品質指標的影響

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計計算結果Tab.4 Statistical calculation results of effect of selenium supplement on selenium content in grapes

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

將表1參數代入公式（3），可計算得到觀測樣本點的回歸預估值，假設測試值為真值時，可求得預估值標準差為3.31 μg/100 g。

參照公式（1）及表2，可得到y=f（z）的函數式。

2.1.2 含糖量及硬度 回歸計算結果如表5、6所示，可見這2項指標的F失擬＜F0.10（5，5），F回歸＜F0.10（9，5），差異均不顯著；經回歸系數顯著性檢驗，除常數項達到差異極顯著水平外，其余各系數均未達到差異顯著水平，說明葡萄果實含糖量和硬度與各因子無顯著相關關系。

表5 補硒影響葡萄含糖量的回歸計算結果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，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）轉化為求解非線性一般約束最優化問題，對函數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 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]區間內為單調增函數，在這一區間內，隨著z1或z2值增大或z3值減小，函數值單調增加。

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關系，公式（6）表示了蘸穗補硒時葡萄含硒量的響應關系。當z3取某一值時，公式（5）（6）變成一次方程式，同時z1與z2系數項幾乎相等，說明同一時期補硒，葡萄硒含量預測值與補硒濃度呈線性關系，2種方法對葡萄含硒量的影響基本相同；當公式（5）中z2值或公式（6）中z1值固定時，可以發現，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。為了直觀和便于應用，用MATLAB繪制公式（5）（6）的函數圖像及等值線圖，如圖1～3所示，實際應用時，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，預測不同時期不同補硒方案對成熟果實中含硒量的貢獻值。

圖1 葉面噴施濃度和生育期與硒含量的關系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 結論與討論

通過葉面噴施向葡萄補充硒是生產中常用的操作方法，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論一致。本研究的獨特之處有：一是結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液，這是高經濟價值的陽光玫瑰等果品使用的高端新產品，吸收利用效率可能與傳統的亞硒酸鈉等硒源產品有所差別；三是采用了二次回歸通用旋轉組合設計方案，通過回歸方程表達了葉面噴施、蘸穗、補硒時間與葡萄果實含硒量的函數關系，這些在目前未見到相關研究報道。

本研究結果表明，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，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,結論是可靠的。這一結論與其他研究結果[21]稍有差異，可能是受硒源產品差異所致，目前市場上新興的生物有機硒硒源產品，其產品推薦葉面噴施在接近果品成熟期前實施效果較好，與本研究結論一致。

本研究是在山西臨猗縣涑水沖積平原區中壤黃壚土土壤、陽光玫瑰葡萄園區，使用生物有機硒富硒（種植）專用營養液進行根外補硒，由回歸方程預測，將該營養液稀釋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9.0、5.4 μg/100 g，預估值標準差為3.3 μg/100 g。

應用本研究結果，可以為量化設計貧硒土壤條件下的富硒葡萄生產管理方案提供參考，采用不同的濃度、方法、時段和補充次數組合，可以大致預測葡萄果實能夠達到的含硒量。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品消耗，生產中可結合實際情況靈活選用。在應用中，必須考慮到葉面噴施或蘸穗后硒的吸收轉化有一個過程，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、葡萄對硒吸收轉移規律以及硒源產品特性乃至水肥管理措施等因素有關，有待進一步研究。