土壤增施硒肥对西瓜生长及其产量、品质的影响

康利允 ，李晓慧 ，常高正，高宁宁，梁 慎，吴占清，徐小利，李海伦，赵卫星*

（1.河南省农业科学院 园艺研究所，河南 郑州 450002；2.河南省开封市农林科学研究院，河南 开封 475141）

【研究意义】硒是人体所必需的微量营养元素[1]，具有抗癌、提高人体免疫及清除体内自由基、抗膜脂过氧化、延缓衰老等作用，被称为“生命元素”[2-3]。据研究，世界上有40多个国家和地区土壤缺硒[4]，我国有72%的地区约7亿人口硒摄入量不足[5]。已有研究发现大骨节病[6]和克山病[7-8]与缺硒密切相关，甚至导致人体免疫力下降，引发各种恶性肿瘤[9]。研究和实践表明，通过提高外源硒补给作物中硒含量来进行食补是最安全、有效的补硒措施之一[10]。因此，研究硒肥增施对西瓜产量和品质的影响具有重要的理论和实际意义。【前人研究进展】增施硒肥对作物产量和品质的影响在小麦[11]、大豆[12]、大蒜[13]、玉米[14]等作物上已有报道。张睿等[15]研究表明，叶面喷施硒肥可提高小麦籽粒产量，增产幅度为2.9%～5.9%，小麦籽粒中总硒和有机硒含量亦极显著增加，增加幅度分别为524.4%～5 306.4%和537.3%～5 323.2%；穆婷婷等[16]研究认为，谷子产量随着喷施硒浓度的增加呈先增加后减小的趋势，喷施硒浓度过高产量反而下降，甚至有毒害作用；刘新伟等[17]、张新军等[18]研究发现适宜硒浓度可通过增加作物抗氧化酶活性、光合性能，降低膜脂过氧化物含量，从而促进作物生长，最终提高产量及品质；杨燕君等[19]研究表明，甜柿叶面喷施亚硒酸钠150 mg/L时效果最好，此硒浓度果实硒含量较为安全（水果中硒的限量标准是≤0.5 mg/kg）且可达到人体膳食补硒的标准（人体膳食硒供给量标准为50～250 μg/d）。郑阳等[20]研究表明，通过叶面喷施和拌种等施硒方式均可提高糯玉米籽粒中硒含量及改善品质。樊俊等[21]利用盆栽试验结果表明，施用适量的硒能增加堇叶碎米荠植株对硒的利用率。【本研究切入点】目前，外源硒与不同施硒浓度、不同生态型品种的系统研究报道较少，且以叶片喷施硒较多。【拟解决的关键问题】本试验通过研究土壤增施硒肥对不同西瓜品种生长、产量、品质及果肉硒含量的变化规律，为高产优质和富硒西瓜生产提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年3—7月在河南省农业科学院现代试验基地（原阳）连栋棚内进行。供试西瓜品种选用晚熟型（圣达尔）和早熟型（开美1号）。圣达尔是河南省农业科学院园艺研究所选育，属中晚熟，平均单瓜质量6.2 kg，开美1号是开封市农林科学研究院选育，属早中熟，平均单瓜质量4.1 kg。硒肥为分析纯亚硒酸钠（Na2SeO3）。播前土壤理化性状：有机质16.2 g/kg，pH值7.86，全氮0.82 g/kg，碱解氮17.6 mg/kg，有效磷89.5 mg/kg，速效钾260.5 mg/kg，全硒0.26 mg/kg。

1.2 试验设计

硒肥施用量共设4个水平，分别为不施硒肥（CK）、施用0.25 kg/hm2（Se1）硒肥、0.50 kg/hm2（Se2）硒肥和0.75 kg/hm2（Se3）硒肥。每个处理重复3次，试验小区随机排列，小区面积为25 m×1.8 m。定植行、株距为1.8 m×0.5 m，设于棚内中段，两头留有2 m长的缓冲带，以避免因棚口温度和湿度差异较大而引起的误差。

2018年3月15日育苗，4月16日定植，7月3日收获，每株留1个瓜，其他管理措施按常规进行。各处理均基施有机肥750 kg/hm2（含N 0.8%、P2O50.4%、K2O 0.4%）和尿素375 kg/hm2（N 46.4%），膨瓜期追施尿素375 kg/hm2和硫酸钾375 kg/hm2（K2O 50%）。

1.3 样品采集与测定

果实膨大期（2018年6月9日），每小区选取有代表性西瓜3株的坐瓜节位叶片，采用日本产手持式叶绿素仪SPAD-502测定叶绿素含量。果实成熟后，各小区分别选取有代表性植株5株，取样洗净后置于烘箱内105℃杀青30 min，80℃烘干至恒质量，称重，计算干物质积累量，将5个果实称单瓜质量，并分别用刀纵向切开果实，用直尺测量果实纵径和横径；另每小区选取均匀一致的10个果实称质量，计算产量。可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[22]；可滴定酸含量采用NaOH滴定法测定[22]；维生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定[22]；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[22]，硝酸盐含量采用水杨酸法测定[23]；果实硒含量按食品安全国家标准GB 5009.93—2017执行，采用氢化物原子荧光光谱法测定[24]。

1.4 数据处理

采用Excel 2003、SPSS 13.0、Sigmaplot 10.0数据分析软件对数据进行作图、方差分析，并采用Duncan新复极差法进行多重比较。

以西瓜生长、产量和品质的9个指标进行主成分（PCA）分析和综合评价。

2 结果与分析

2.1 土壤增施硒肥对西瓜叶片SPAD值的影响

不同硒肥用量对西瓜果实膨大期坐果节位叶片叶绿素相对含量SPAD值的方差分析结果表明（表1），品种和硒肥均显著影响西瓜叶片SPAD值（P＜0.05），品种和硒肥的交互作用对其影响差异均未达5%显著水平。图1为土壤增施硒肥对西瓜叶片SPAD值的影响，从不同品种看，圣达尔显著高于开美1号（P＜0.05），增加12.6%；从不同施硒处理看，随施硒量的增加，圣达尔和开美1号表现趋势一致，均呈先升高后降低的趋势，与CK相比，两品种施硒处理均显著增加（P＜0.05），不同施硒处理使西瓜SPAD值提高了9.06%～24.0%，其中以Se2处理增幅最大，圣达尔和开美1号较CK分别显著增加22.3%和24.0%（P＜0.05），但Se2和Se3处理间差异均不显著。

2.2 不同硒肥用量对西瓜地上部干物质累积量的影响

不同硒肥用量对西瓜成熟期地上部干物质累积量的方差分析表明（表1），品种和硒肥均显著影响西瓜干物质累积量（P＜0.05），品种和硒肥的交互作用对其影响差异均未达5%显著水平。土壤增施硒肥能够提高西瓜地上部干物质累积量（图2）。从不同品种看，圣达尔显著高于开美1号（P＜0.05），增加35.6%；从不同施硒处理看，随施硒量的增加，圣达尔和开美1号均呈先升高后降低的趋势，与CK相比，两品种施硒处理均显著增加（P＜0.05），不同施硒处理使西瓜SPAD值提高了10.9%～34.9%，其中以Se2处理增幅最大，两品种较CK分别显著增加26.6%和34.9%（P＜0.05），但Se2和Se3处理间差异均不显著。

表1 土壤增施硒肥对西瓜叶片SPAD值及地上部干物质累积量的方差分析Tab.1 Variance analysis of SPAD value and accumulation of dry matter of watermelon added with different Se in soil

图1 土壤增施硒肥对西瓜叶片SPAD值的影响Fig.1 Effects of Se added in soil on the SPAD value of watermelon leaves

图2 土壤增施硒肥对西瓜干物质累积量的影响Fig.2 Effects of Se added in soil on the dry matter of watermelon

2.3 土壤增施硒肥对西瓜产量及产量构成因素的影响

品种、硒肥均显著影响西瓜纵径、单瓜质量及产量，硒肥显著影响西瓜横径（P＜0.05），品种和硒肥的交互作用对西瓜产量及产量因素影响差异均未达5%显著水平（表2）。

从不同品种看，圣达尔产量显著高于开美1号（P＜0.05），增加45.2%；从不同施硒处理看，不同施硒处理显著影响西瓜产量，随施硒量的增加，圣达尔和开美1号产量均呈先升高后降低的趋势，与CK相比，两品种施硒处理均显著增加（P＜0.05），不同施硒处理使西瓜产量提高了8.14%～16.1%，其中以Se2处理增幅最大，两品种产量较CK分别显著增加16.1%和14.6%（P＜0.05）（表2），但Se2和Se3处理间差异均不显著。

由表2还可以看出，不同施硒处理对西瓜果实纵径、横径及单瓜质量的影响存在明显差异，从不同品种看，圣达尔果实纵径及单瓜质量均显著高于开美1号，分别显著增加27.1%及49.7%（P＜0.05）；从不同施硒处理看，硒肥显著影响西瓜果实纵径、横径及单瓜质量，随施硒量的增加，两品种果实纵径、横径及单瓜质量均呈先增加后降低的趋势，施硒处理均较CK增加，其中以Se2处理增幅最大，且圣达尔和开美1号果实纵径、横径、单瓜质量均较CK处理显著增加（P＜0.05），分别增加22.1%、16.4%、33.1%及16.0%、15.6%、39.4%，但Se2和Se3处理间差异均不显著。

表2 不同硒肥用量的西瓜产量Tab.2 Effects of Se added in soil on the yield of watermelon

2.4 土壤增施硒肥对西瓜品质的影响

2.4.1 土壤增施硒肥对西瓜果肉糖酸度的影响 不同硒肥用量对西瓜果肉可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比的方差分析表明（表3），品种和硒肥均显著影响西瓜可溶性糖含量和可滴定酸含量，硒肥显著影响糖酸比，品种和硒肥的交互作用对上述品质影响差异均未达5%显著水平。

表3 土壤增施硒肥对西瓜果肉糖酸度的影响Tab.3 Effects of Se added in soil on sugar and acidity of watermelon sarcocarp

土壤增施硒肥对西瓜果肉可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比的影响见表3，开美1号可溶性糖含量显著高于圣达尔（P＜0.05），增加3.12%；不同硒肥处理对圣达尔和开美1号果肉可溶性糖含量影响差异显著（P＜0.05），随施硒量的增加，可溶性糖含量呈先升高后降低的趋势，与CK相比，两品种施硒处理均显著增加（P＜0.05），不同施硒处理使可溶性糖含量提高了7.29%～16.2%，其中以Se2处理增幅最大，两品种可溶性糖含量较CK分别显著增加11.6%和16.2%（P＜0.05），但两品种Se2和Se3处理间差异均不显著。

从不同品种看，可滴定酸含量也表现为开美1号显著高于圣达尔（P＜0.05），显著增加5.98%；从不同硒肥处理看，土壤增施硒肥对西瓜果肉可滴定酸含量的影响与可溶性糖含量的影响趋势相反，表现为随施硒量的增加呈先降低后增加的趋势，与CK相比，两品种施硒处理均显著下降，不同施硒处理使可滴定酸含量降低了5.06%～14.4%，其中以Se2处理降幅最大，圣达尔和开美1号可滴定酸含量较CK分别显著降低14.4%和11.2%（P＜0.05），但两品种Se2和Se3处理间差异均不显著。

糖酸比为可溶性糖与可滴定酸含量的比值。两品种果肉糖酸比差异显著，圣达尔较开美1号增加2.90%，但未达显著水平；不同施硒处理显著影响西瓜糖酸比（P＜0.05），与可溶性糖含量的影响趋势相似（表3），表现为随施硒量的增加呈先增加后下降的趋势，与CK相比，两品种施硒处理均增加，不同施硒处理使西瓜糖酸度提高了14.1%～30.9%，其中以Se2处理增幅最大，圣达尔和开美1号糖酸比较CK分别显著增加30.4%和30.9%（P＜0.05），但两品种Se2和Se3处理间差异均不显著。

2.4.2 土壤增施硒肥对西瓜果肉维生素C和可溶性蛋白含量的影响 土壤增施硒肥对西瓜果肉维生素C和可溶性蛋白含量的方差分析结果显示（表4），品种、硒肥均显著影响维生素C和可溶性蛋白含量（P＜0.05）。

表4 土壤增施硒肥对西瓜果实品质的方差分析Tab.4 Variance analysis of fruit quality of watermelon added with different Se in soil

图3 土壤增施硒肥对西瓜果肉维生素C和可溶性蛋白含量的影响Fig.3 Vitamin C and soluble protein of watermelon sarcocarp in soils added with different Se

由图3可以看出，圣达尔维生素C含量显著低于开美1号（P＜0.05），降低8.28%，可溶性蛋白含量则表现为圣达尔显著高于开美1号（P＜0.05），增加20.5%；圣达尔和开美1号维生素C和可溶性蛋白含量在不同施硒处理下变化趋势基本一致，随着施硒量的增加两品种均呈先增加后降低的趋势，与CK相比，不同施硒处理使两品种维生素C和可溶性蛋白含量分别提高了7.28%～13.5%和10.1%～22.7%，其中以Se2处理增幅最大，圣达尔和开美1号维生素C含量均较CK分别显著增加13.5%和11.4%（P＜0.05），两品种可溶性蛋白含量均较CK分别显著增加22.7%和20.2%（P＜0.05），但两品种Se2和Se3处理间维生素C和可溶性蛋白含量差异均未达5%显著水平。

2.4.3 土壤增施硒肥对西瓜果肉硝酸盐含量的影响 土壤增施硒肥对西瓜果肉硝酸盐含量的方差分析结果显示（表4），品种、硒肥均显著影响硝酸盐含量（P＜0.05）。

由图4和表4可以看出，圣达尔显著高于开美1号（P＜0.05），增加5.57%；土壤增施硒肥对西瓜硝酸盐含量的影响与可滴定酸含量变化趋势基本一致，随施硒量的增加两品种硝酸盐含量呈先降低后增加的趋势，与CK相比，不同施硒处理使西瓜果肉硝酸盐含量降低了5.65%～10.9%，其中以Se2处理硝酸盐含量降幅最大，圣达尔和开美1号硝酸盐含量均较CK分别显著降低9.70%和10.9%（P＜0.05）。

2.5 土壤增施硒肥对西瓜果肉硒含量的影响

由表4还可以看出，品种、硒肥及品种和硒肥的交互效应均显著影响西瓜果肉硒含量（P＜0.05）。

由图5可见，开美1号硒含量显著高于圣达尔（P＜0.05），平均增加12.3%，不同硒肥处理圣达尔和开美1号硒含量均随施硒量的增加而增加，Se3处理最大，与CK相比，两品种分别较CK增加4.49倍和110倍。CK处理圣达尔和开美1号果肉硒含量分别为0.12 mg/kg和0.01 mg/kg，不施硒肥情况下圣达尔果肉硒含量是开美1号的18.5倍，而Se3处理圣达尔和开美1号果肉硒含量分别为0.55 mg/kg和0.73 mg/kg，两品种分别较CK增加4.49倍和110倍，且开美1号是圣达尔的1.33倍。由图5还可知，土壤施硒处理西瓜果肉全硒含量均满足中国富硒食品硒含量分类标准的规定（0.01～0.9 mg/kg）。

图4 土壤增施硒肥对西瓜果肉硝酸盐含量的影响Fig.4 Nitrate content of watermelon sarcocarp in soils added with different Se

图5 土壤增施硒肥对西瓜果肉全硒含量的影响Fig.5 Se content of watermelon sarcocarp in soils added with different Se

2.6 土壤增施硒肥对西瓜的综合评价

对不同施硒处理西瓜生长、产量和品质（9个指标）进行主成分（PCA）分析，由图6可知，2个主成分的方差贡献率分别为56.9%和40.9%，其累积贡献率达到97.8%（大于85%），表明分析结果基本上包含了所测指标的大部分信息量。由图6可见，不同施硒处理下，圣达尔和开美1号不同施硒处理PCA得分变化趋势相似，均表现为Se2最高，其次是Se3和Se1，CK最低。两品种Se1和Se3处理在X轴、Y轴上的距离较小。

图6 土壤增施硒肥的西瓜综合评价Fig.6 Comprehensive evaluation of watermelon with additional selenium fertilizer in soil

3 讨论

前人已有研究报道指出，适宜的硒可促进作物生长，提高产量，又可改善品质。樊俊等[25]研究认为，硒可能通过影响土壤微生物数量和酶活性，进而影响土壤理化性质及土壤肥力，最终影响作物产量和品质，也有研究认为，硒可通过影响植物体内某些生理生化过程而影响植物生长[26]。本试验表明，在一定施硒量范围内，土壤增施硒肥可提高西瓜叶片SPAD值、干物质积累量及产量，其中，以施硒量为0.5 kg/hm2效果最佳，与不施硒肥处理相比，圣达尔分别显著增加了22.3%、26.6%及16.1%，开美1号则分别增加了24.0%、34.9%及14.6%，这与周勋波等[27]、匡恩俊等[28]在其它作物上的研究也得到了类似的结论，但也有研究认为施硒对作物生长和产量影响差异不显著[29]，这可能与作物类型有关；当施硒量高达0.75 kg/hm2时，虽然对西瓜生长发育没有发现不良影响，但西瓜叶片SPAD值、干物质积累量及产量均呈下降趋势，这与Djanaguiraman等[30]研究结果相一致，这可能是因为高浓度的硒可抑制作物对其它营养元素如P、K、Ca、Mg、Zn、Mo等的吸收，而这些元素大多与叶绿素的合成有关[31]，因此，适量的硒可能是通过促进对上述元素的吸收利用率来提高叶绿素含量而有利于作物的生长，这在紫云英[32]、苦荞[33]、谷子[34]等作物上已得到证实。

随施硒量的增加，西瓜果肉中可溶性糖、糖酸比、维生素C及可溶性蛋白含量呈先增加后降低的趋势，而可滴定酸和硝酸盐含量则呈先降低后升高的趋势，其中，以施硒量为0.50 kg/hm2时品质最佳，与CK相比，圣达尔可溶性糖、糖酸比、维生素C及可溶性蛋白含量分别显著增加11.6%、30.4%、13.5%和22.7%，开美1号则分别显著增加16.2%、30.9%、11.4%和20.2%，表明土壤增施硒肥改善了西瓜品质，这与王佑成[35]、戚霄晨等[36]关于硒对绿豆芽、甜樱桃的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、糖酸比等营养品质的研究结果相似；与CK相比，施硒量为0.50 kg/hm2时可滴定酸和硝酸盐含量显著降低，圣达尔分别下降14.4%和9.70%，开美1号为11.2%和10.9%；本试验结果还表明，施硒量为0.75 kg/hm2和0.50 kg/hm2时上述品质指标差异均不显著，但0.75 kg/hm2较0.50 kg/hm2均有下降的趋势，表明施硒量过高（0.75 kg/hm2）反而不利于西瓜品质的提高。本试验结果还认为，不同生态型品种对品质指标的影响相似，施硒对所有西瓜生态型品种的品质指标是否均有增加作用，目前还未见报道。

据调查我国居民饮食结构中，成人硒日摄入量平均为26～32 μg，与中国营养学会2013年修订版《中国居民膳食营养素参考摄入量》推荐的60 μg硒摄入量相差甚远[37]，因此，食用富硒农产品是人体补充硒元素的有效方法之一。本试验中通过土壤增施硒肥对提高西瓜果肉硒含量是有效的，随着施硒量的增加呈一直增加的趋势，这与薛竟一等[38]对葡萄果实硒含量研究结论相一致。圣达尔和开美1号施硒处理（Se1、Se2和Se3）果肉含硒量为0.24～0.73 mg/kg，其硒含量虽均满足中国富硒食品硒含量分类标准的规定（0.01～0.9 mg/kg），然而，施硒量为0.75 kg/hm2时，其果肉硒含量超过了国家质量技术监督局发布的《食品中硒限量卫生标准》（GB13105-1991）规定的水果含硒量标准（≤50 μg/kg），可见，土壤增施硒肥可显著提高西瓜果肉硒含量，是有效提高低硒地区居民膳食中硒含量的重要方法，但施硒量过高可能会对从其他食物中摄取硒的居民构成硒中毒的潜在威胁。本试验结果还表明，在不施硒肥情况下，圣达尔果肉硒含量是开美1号的18.5倍，施硒量为0.75 kg/hm2时，开美1号反而是圣达尔的1.33倍，表明土壤硒含量极低情况下，圣达尔吸收利用硒素的能力较强，而在土壤硒含量较高情况下，圣达尔耐硒能力较强，也就是说，圣达尔是具有一定耐硒能力的西瓜品种。

在不同施硒量条件下，西瓜生长指标变化显著，其生长、产量和品质均产生了相应的改变。对本文中的9个指标进行主成分分析，简化成2个主成分，Se2处理的PCA得分最高，表明施硒量为0.50 kg/hm2时对西瓜的的调控效应最优。因此，本试验条件下，土壤施硒量为0.50 kg/hm2更有利于西瓜生长，可有效提高西瓜产量，改善品质，富硒效果最佳。

4 结论

与不施硒肥相比，土壤增施硒肥增加西瓜叶绿素含量、地上部干物质积累量及果肉可溶性糖，糖酸比、维生素C、可溶性蛋白、硒含量，降低果肉可滴定酸和硝酸盐含量，最终提高产量和品质。但施硒量过高反而会降低西瓜叶绿素含量，不利于光合同化产物积累，导致减产，且施硒量过高降低西瓜果肉可溶性糖，糖酸比、维生素C、可溶性蛋白等营养品质，可滴定酸和硝酸盐含量反而又增加，造成品质低劣。综合分析，土壤施硒量为0.50 kg/hm2更有利于西瓜生长，可有效提高西瓜产量，改善品质，富硒效果最佳。