硒處理對土壤理化性質及杭白菊品質的影響*

程 丹，張 紅，郭子雨，張建軍，王志玲，牛顏冰，張春來，呂晉慧?

（1. 山西農業大學林學院，山西太谷 030801；2．山西陽城蟒河獼猴國家級自然保護區管理局，山西陽城 048100）

硒為人體所必需的微量元素。醫學研究已經證實中國成人每日平均硒攝入量僅為26.63 μg，遠低于中國營養學會所推薦的人均每日硒攝入量50 μg[1]。目前，國內外關于通過外源施硒生產富硒糧食作物、富硒蔬菜、富硒水果、富硒茶、富硒中藥材和富硒菊花等研究已取得一定成效[2-9]。

杭白菊作為富硒能力較強的植物，是較為理想的富硒載體[8]。張慜等[9]研究發現對杭白菊進行葉面噴施硒肥處理可有效提高杭白菊花序中硒含量；于云霞等[10]試驗結果表明亞硒酸鈉處理顯著提高了滁菊花序中總黃酮和綠原酸的含量。田秀英和王正銀[11]研究發現施用適量的硒能提高藥用菊花的產量。因此，通過科學施硒生產富硒菊花，對提高菊花品質、產量和經濟價值，以及改善人體硒營養狀況具有重要意義。而土壤是植物生產的基地[12]，劉敏等[13]研究表明水稻根系、莖葉和籽粒中的硒含量均與土壤硒含量成正比。王艷茹等[14]研究發現土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性是影響菊花活性成分含量的重要因子。研究硒處理下土壤理化性質的變化對有效調控茶用菊花硒生物強化具有重要意義。

外源施硒的方式一般包括土壤施硒、葉面噴施硒肥及土壤與葉面相結合施硒肥，三種施硒方式均能有效提高植物體內硒累積量[3-7]。陳火云等[15]研究結果顯示，土壤施硒、葉面噴施硒肥、土壤與葉面相結合施硒肥三種施硒方式均顯著提高了油菜籽粒中硒含量。趙勇鋼[16]研究發現對棗樹進行土壤施硒和葉面噴施硒肥處理均顯著提高了紅棗果實中硒含量。

納米硒表面積較大，具有更高的吸收利用效率和生物學活性，是更加安全有效的硒源材料，有關納米硒在茶菊上的應用尚未見報道。為此，本研究以杭白菊為試驗材料，以納米硒為硒源，比較三種不同施硒方式對土壤理化性質、杭白菊營養成分、硒含量和產量的影響，篩選出較為合理的施硒方案，為科學高效生產富硒杭白菊提供理論依據和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究以杭白菊為試驗材料，由山西農業大學菊花創新團隊扦插繁殖。供試硒肥為納米硒，由山西大學提供。

1.2 試驗設計

于2018年4月11日將扦插苗定植于試驗田中，期間進行澆水、去頂、除草等栽培管理，6月開始進行試驗處理，11月采集樣本進行樣品測定。本試驗共設置4 個處理。（1）對照（CK）：不施硒肥；（2）處理T：在杭白菊營養生長期土施納米硒，施用量為0.003 kg·hm-2；（3）處理Y：在杭白菊營養生長期至花芽分化前期葉面噴施納米硒，施用量為0.003 kg·hm-2，噴施3次（2018年6月22日，7月12日，8月1日），噴硒間隔期為20 d。（4）T+Y：處理T與處理Y相結合，在杭白菊營養生長期土施納米硒，施用量為0.001 5 kg·hm-2，同時于生長期至花芽分化前期葉面噴施納米硒，施用量為0.001 5 kg·hm-2。

1.3 研究方法

土壤樣品采集：采集0～20 cm的耕作層土壤1 kg。置于干燥通風的場所自然風干，去除雜物，過0.15 mm篩，備用。

植物樣品采集：2018年11月11日隨機采集各處理杭白菊花序若干，于80 ℃恒溫下烘干，粉碎后測定花序中營養成分和硒含量。

測定方法：土壤容重采用環刀法測定，土壤容重=烘干土質量/環刀容積[17]；土壤孔隙度/%=1-容重/土粒密度×100（土粒密度采用平均值2.65 g·cm-3計算）[17]；土壤含水量采用烘干法測定[17]；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[17]；土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定[17]；土壤堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[17]；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[17]；杭白菊黃酮含量采用分光光度法測定[18]；杭白菊綠原酸含量采用紫外分光光度法測定[18]；杭白菊Vc含量采用鉬藍比色法測定[18]；杭白菊硒含量采用電感耦合等離子質譜（ICP-MS）法測定[19]。單株開花量采用“S”形布點統計開花量，取平均數；單朵花干物質量測定，烘干時要掌握烘干溫度，烘干工藝：先將鮮花平鋪在錫紙上，使其保證鮮花為薄薄的一層（有利于烘焙時的散熱），然后將其烘箱打開，溫度設置為 60～65 ℃進行烘烤6 h，在此過程中，前兩個小時應注意烘箱內的除濕，使水分及時散去（有利于花在烘干過程能保持著很好的品相），在烘干結束時，應等烘箱自然降溫后才能打開烘箱，以免花朵的返潮，烘干后稱量取平均數；單產量：單株開花量×單朵花干物質量×60 000（以每公頃種植60 000 株計算）。

1.4 數據處理

數據處理、制圖和統計采用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進行，顯著性檢驗采用單因素方差分析鄧肯（Duncan）法。

2 結 果

2.1 硒處理對土壤理化性質的影響

由表1 可知，T、Y、T+Y處理下土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量與CK均無顯著差異。T、Y、T+Y處理間差異不顯著。表明硒處理對土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量均無顯著影響。

表1 不同硒處理下的土壤物理性質Table 1 Effects of Se application on soil physical properties relative to treatment

由圖1可知，T、Y、T+Y處理下土壤蔗糖酶活性高于CK，分別較CK提高了5.85%、6.86%和8.35%，其中T+Y處理下土壤蔗糖酶活性顯著高于CK。T、Y、T+Y處理間土壤蔗糖酶活性無顯著差異。表明不同施硒處理均能提高土壤蔗糖酶活性。

不同施硒處理土壤堿性磷酸酶活性變化如圖1所示，與對照相比，T、Y、T+Y處理下土壤堿性磷酸酶活性與CK均無顯著差異。其中Y和T處理下土壤堿性磷酸酶活性與T+Y均無顯著差異，T處理下土壤堿性磷酸酶活性顯著高于Y。不同施硒處理對土壤堿性磷酸酶活性均無顯著影響。

圖1 硒處理下土壤蔗糖酶和土壤堿性磷酸酶活性Fig. 1 Soil sucrase activity and soil alkaline phosphatase activity relative to treatment

如圖2所示，T、Y、T+Y處理下土壤脲酶活性顯著低于CK，分別較CK降低了18.95%、35.37%和12.51%。不同處理下土壤脲酶活性高低依次為CK＞T+Y＞ T＞Y，其中T、T+Y處理下土壤脲酶活性顯著高于Y，分別為Y處理的1.25 倍和1.35 倍。不同施硒處理后土壤脲酶活性受到抑制，其中Y對土壤脲酶活性的抑制作用最為顯著。

圖2 硒處理下土壤脲酶和過氧化氫酶活性Fig. 2 Soil urease activity and soil catalase activity relative to treatment

不同施硒處理對土壤過氧化氫酶活性的影響如圖2所示。與對照相比，T、Y、 T+Y處理下土壤過氧化氫酶活性與CK均無顯著差異。T、Y、T+Y處理間土壤過氧化氫酶活性均無顯著差異。不同施硒處理對土壤過氧化氫酶活性均無顯著影響。

2.2 硒處理對杭白菊營養成分的影響

由圖3可知，T、Y、T+Y處理下Vc含量與CK處理差異達極顯著水平。其中CK處理下Vc含量極顯著高于其他處理，為126.3 mg·kg-1。T、Y、T+Y處理間Vc含量均無顯著差異。施用納米硒降低了杭白菊Vc含量。

由圖3可知，T、Y、T+Y處理下黃酮含量與CK處理差異達極顯著水平。其中Y、T+Y處理下黃酮含量極顯著高于T，Y和T+Y處理間黃酮含量無顯著差異。施用納米硒可有效提高杭白菊黃酮含量，其中Y和T+Y處理對黃酮含量的提高最為顯著。

圖3 硒處理下杭白菊Vc、黃酮和綠原酸含量Fig. 3 Vc content，flavonoid content and chlorogenic acid content in chrysanthemum flower tea relative to treatment

由圖3可知，T、Y和T+Y處理下綠原酸含量極顯著高于CK。不同硒處理間相比，T處理下綠原酸含量顯著高于Y、T+Y，Y和T+Y處理間綠原酸含量無顯著差異。施用納米硒可有效提高杭白菊綠原酸含量。

2.3 硒處理對杭白菊花序中硒累積的影響

由圖4可知，不同處理杭白菊花序中硒含量在0.01～0.10 mg·kg-1范圍內。T、Y和T+Y處理下杭白菊花序中硒含量極顯著高于CK，分別較CK提高了358.2%、595.6%和663.3%。T、Y、T+Y處理間杭白菊花序中硒含量差異達極顯著水平，其中T+Y、Y處理下杭白菊花序中硒含量極顯著高于T，T+Y 處理下杭白菊花序中硒含量顯著高于Y。土壤與葉面相結合施硒肥促進杭白菊花序富硒，單一施肥方式下，葉面噴施硒肥較土壤施硒能更有效提高杭白菊花序中硒累積。

2.4 硒處理對杭白菊產量的影響

由表2可知，T、Y和T+Y處理下杭白菊單株開花量和單產量均高于CK。其中T+Y處理下杭白菊單株開花量和單產量均顯著高于CK。T、Y、T+Y處理間杭白菊單株開花量、單朵花干物質量和單產量差異不顯著。

圖4 硒處理下杭白菊硒含量Fig. 4 Selenium content in chrysanthemum flower tea relative to treatment

表2 不同硒處理的杭白菊產量Table 2 Yield of chrysanthemum flower relative to treatment

3 討 論

3.1 硒處理對土壤理化性質的影響及可能的原因

關于不同施硒處理對土壤理化性質的影響，趙建平[20]研究發現，活性硒元復合肥能明顯降低油茶成林的土壤容重，提高土壤田間持水量，且對土壤容重的影響隨硒濃度的增加呈現先增后減的趨勢。本研究結果表明在不同施硒方式下，不同施硒處理對土壤容重、土壤孔隙度和土壤含水量均無顯著影響，但納米硒處理后土壤容重有所增加，土壤孔隙度和土壤含水量均有所下降（表1）。硒可以與黏土礦物水化分解成的Al（OH）3、Fe（OH）3等發生沉淀反應。與土壤單粒結構相比較，土壤團聚體的總孔隙度較大。本研究中硒處理后土壤容重增加、土壤孔隙度降低，可能是納米硒施入土壤后與土壤的無定形鐵、鋁發生沉淀反應，導致氧化鐵、氧化鋁的活化度降低，膠結作用減弱，不利于土壤團粒結構形成，造成土壤孔隙度下降，土壤更加緊實，從而使得土壤貯水能力變弱。

關于不同施硒處理對土壤蔗糖酶活性的影響，樊俊等[21]研究發現，低濃度和高濃度硒酸鈉、亞硒酸鈉均對土壤蔗糖酶活性表現出抑制效果。而史雅靜等[22]研究結果顯示，低劑量有機硒對土壤蔗糖酶活性有激活作用，高劑量有機硒對土壤蔗糖酶活性的影響，隨培養時間的延長而表現出先激活后抑制的變化。可見硒處理對土壤蔗糖酶活性的影響效果因硒源類型不同而存在差異。本研究中硒處理顯著提高了土壤蔗糖酶活性（圖1），可能是納米硒增加了土壤微生物數量，而微生物數量的增加促進了土壤蔗糖酶的合成與分泌[23]，從而提高了土壤蔗糖酶活性；另一方面可能是根系活力提高，根系代謝增強，根系分泌物增加，促進了土壤蔗糖酶的分泌及土壤微生物的繁殖，從而提高了土壤蔗糖酶活性[24]。

本研究中不同施硒處理對土壤堿性磷酸酶活性均無顯著影響；三種施硒方式相比，土壤施硒及土壤與葉面相結合施硒處理下，土壤堿性磷酸酶活性高于葉面噴施硒肥（圖1）。這與許舒嫻[25]關于硒處理對土壤酸性磷酸酶活性的影響研究結果一致。可能土壤中施入適量硒促進了土壤微生物數量增加[22]，從而促進了土壤堿性磷酸酶活性提高[23]。

納米硒處理后土壤脲酶活性受到抑制；三種施硒方式相比，葉面噴施硒肥對土壤脲酶活性的抑制作用最為顯著，土壤施硒及土壤與葉面相結合施硒肥處理下土壤脲酶活性顯著高于葉面噴施硒肥（圖2）。土壤脲酶活性的變化不僅受土壤硒含量的影響，可能與土壤微生物的數量、硒在植物體內的代謝機理及植物硒與土壤硒的互作有關。

大量研究表明，低濃度硒可促進土壤過氧化氫酶活性的提高，高濃度硒對其有抑制作用[26]。本研究中硒處理對土壤過氧化氫酶活性無顯著影響；三種施硒方式相比，土壤施硒及土壤與葉面相結合施硒處理下，土壤過氧化氫酶活性高于僅葉面噴施硒肥處理下過氧化氫酶活性（圖2）。土壤中過氧化氫酶的變化可能是由于土壤中施加納米硒加強了土壤有機質的分解與腐殖質的合成過程，促進了土壤過氧化氫酶活性的提高，使得土壤施硒及土壤與葉面相結合施硒處理土壤過氧化氫酶活性高于葉面噴施硒[23]。

3.2 硒處理對杭白菊品質的影響

隨著人們對硒的生物學意義越來越重視和關注，開展了大量的研究工作。高德凱等[27]認為葉面噴施富硒肥能顯著提高冬棗的營養品質。邵旭日等[28]研究發現施硒量大于7 g時番茄Vc含量降低，但是施硒量在 0～7 g 時，結果卻截然相反。茶菊的主要營養成分包括黃酮、綠原酸和Vc等。本研究中，硒處理后黃酮、綠原酸含量顯著提高，其中Y、T+Y處理下黃酮含量顯著高于T，T處理下綠原酸含量顯著高于Y和T+Y（圖3）。李永明[29]發現硒用量小于等于2.0 mg·kg-1時，能夠提高菊花中黃酮和綠原酸含量，改善菊花的藥用品質。硒處理后Vc含量顯著降低，不同處理下Vc含量高低依次為：T+Y＞ Y ＞ T（圖3）。王晉民等[30]研究發現隨Se濃度的增加，Vc 含量下降，降幅為 7.4%～38.6%。有關硒如何影響黃酮、綠原酸和Vc含量的變化仍待進一步研究。

3.3 硒處理對杭白菊硒累積及產量的影響

研究結果表明，不同施硒方式下，杭白菊花序中硒含量均有大幅度提高（圖4），納米硒可作為有效硒源被杭白菊所吸收利用。土壤施硒、葉面噴施硒肥、土壤與葉面相結合施硒肥三種施硒方式相比，土壤與葉面相結合施硒肥杭白菊花序中硒含量最高（圖4），與陳火云等[15]關于施硒方式對油菜籽粒中硒含量的研究結果一致，說明單一施硒方式處理并未使杭白菊花序對硒的吸收達到最大吸收閾值。其中，葉面噴施硒肥較土壤施硒更能有效提高杭白菊花序中硒含量，與于榮[31]的研究結果一致。其原因可能有以下兩方面：其一，施入土壤的硒易被土壤有機質、土壤膠體等吸附固定，從而降低其有效性。其二，在不同施硒方式下，植物對硒的吸收轉運途徑不同，硒從葉面轉運至花序中的過程相較通過根系吸收轉運至花序的過程可能更加高效，避免了在長距離運輸過程中的損失[32]。

關于不同施硒處理對杭白菊產量的影響，彭濤等[33]研究表明，適宜濃度的硒可以提高小麥的產量。殷金巖等[34]發現施用合適劑量的硒有助于提高馬鈴薯產量。本研究中，硒處理后提高了杭白菊單株開花量、單朵花干物質量和單產量，其中T+Y處理下杭白菊單株開花量和單產量較對照顯著提高（表2）。劉芳等[35]研究表明，適宜硒濃度能夠促進紫云英莖粗、根長、各部分鮮物質量和干物質量。合適濃度的外源硒可以促進植物生長發育和生理代謝，有利于茶菊產量提高。

4 結 論

以納米硒為硒源，不同硒處理對土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量均無顯著影響，不同硒處理促進了土壤蔗糖酶活性的提高，對土壤脲酶活性有抑制作用，對土壤堿性磷酸酶活性和土壤過氧化氫酶活性無顯著影響；硒處理提高了杭白菊花序中黃酮、綠原酸和硒含量，Vc含量下降；硒處理均提高了杭白菊單株開花量和單產量。三種施硒方式相比，土壤與葉面相結合施硒肥處理下土壤酶活性較高、產量高、富硒效果最好。綜上所述，通過外源施硒生產富硒茶菊應選擇土壤與葉面相結合（T+Y）的方式。