硒处理对土壤理化性质及杭白菊品质的影响*

程 丹，张 红，郭子雨，张建军，王志玲，牛颜冰，张春来，吕晋慧†

（1. 山西农业大学林学院，山西太谷 030801；2．山西阳城蟒河猕猴国家级自然保护区管理局，山西阳城 048100）

硒为人体所必需的微量元素。医学研究已经证实中国成人每日平均硒摄入量仅为26.63 µg，远低于中国营养学会所推荐的人均每日硒摄入量50 µg[1]。目前，国内外关于通过外源施硒生产富硒粮食作物、富硒蔬菜、富硒水果、富硒茶、富硒中药材和富硒菊花等研究已取得一定成效[2-9]。

杭白菊作为富硒能力较强的植物，是较为理想的富硒载体[8]。张慜等[9]研究发现对杭白菊进行叶面喷施硒肥处理可有效提高杭白菊花序中硒含量；于云霞等[10]试验结果表明亚硒酸钠处理显著提高了滁菊花序中总黄酮和绿原酸的含量。田秀英和王正银[11]研究发现施用适量的硒能提高药用菊花的产量。因此，通过科学施硒生产富硒菊花，对提高菊花品质、产量和经济价值，以及改善人体硒营养状况具有重要意义。而土壤是植物生产的基地[12]，刘敏等[13]研究表明水稻根系、茎叶和籽粒中的硒含量均与土壤硒含量成正比。王艳茹等[14]研究发现土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性是影响菊花活性成分含量的重要因子。研究硒处理下土壤理化性质的变化对有效调控茶用菊花硒生物强化具有重要意义。

外源施硒的方式一般包括土壤施硒、叶面喷施硒肥及土壤与叶面相结合施硒肥，三种施硒方式均能有效提高植物体内硒累积量[3-7]。陈火云等[15]研究结果显示，土壤施硒、叶面喷施硒肥、土壤与叶面相结合施硒肥三种施硒方式均显著提高了油菜籽粒中硒含量。赵勇钢[16]研究发现对枣树进行土壤施硒和叶面喷施硒肥处理均显著提高了红枣果实中硒含量。

纳米硒表面积较大，具有更高的吸收利用效率和生物学活性，是更加安全有效的硒源材料，有关纳米硒在茶菊上的应用尚未见报道。为此，本研究以杭白菊为试验材料，以纳米硒为硒源，比较三种不同施硒方式对土壤理化性质、杭白菊营养成分、硒含量和产量的影响，筛选出较为合理的施硒方案，为科学高效生产富硒杭白菊提供理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究以杭白菊为试验材料，由山西农业大学菊花创新团队扦插繁殖。供试硒肥为纳米硒，由山西大学提供。

1.2 试验设计

于2018年4月11日将扦插苗定植于试验田中，期间进行浇水、去顶、除草等栽培管理，6月开始进行试验处理，11月采集样本进行样品测定。本试验共设置4 个处理。（1）对照（CK）：不施硒肥；（2）处理T：在杭白菊营养生长期土施纳米硒，施用量为0.003 kg·hm-2；（3）处理Y：在杭白菊营养生长期至花芽分化前期叶面喷施纳米硒，施用量为0.003 kg·hm-2，喷施3次（2018年6月22日，7月12日，8月1日），喷硒间隔期为20 d。（4）T+Y：处理T与处理Y相结合，在杭白菊营养生长期土施纳米硒，施用量为0.001 5 kg·hm-2，同时于生长期至花芽分化前期叶面喷施纳米硒，施用量为0.001 5 kg·hm-2。

1.3 研究方法

土壤样品采集：采集0～20 cm的耕作层土壤1 kg。置于干燥通风的场所自然风干，去除杂物，过0.15 mm筛，备用。

植物样品采集：2018年11月11日随机采集各处理杭白菊花序若干，于80 ℃恒温下烘干，粉碎后测定花序中营养成分和硒含量。

测定方法：土壤容重采用环刀法测定，土壤容重=烘干土质量/环刀容积[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计算）[17]；土壤含水量采用烘干法测定[17]；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定[17]；土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定[17]；土壤碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定[17]；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定[17]；杭白菊黄酮含量采用分光光度法测定[18]；杭白菊绿原酸含量采用紫外分光光度法测定[18]；杭白菊Vc含量采用钼蓝比色法测定[18]；杭白菊硒含量采用电感耦合等离子质谱（ICP-MS）法测定[19]。单株开花量采用“S”形布点统计开花量，取平均数；单朵花干物质量测定，烘干时要掌握烘干温度，烘干工艺：先将鲜花平铺在锡纸上，使其保证鲜花为薄薄的一层（有利于烘焙时的散热），然后将其烘箱打开，温度设置为 60～65 ℃进行烘烤6 h，在此过程中，前两个小时应注意烘箱内的除湿，使水分及时散去（有利于花在烘干过程能保持着很好的品相），在烘干结束时，应等烘箱自然降温后才能打开烘箱，以免花朵的返潮，烘干后称量取平均数；单产量：单株开花量×单朵花干物质量×60 000（以每公顷种植60 000 株计算）。

1.4 数据处理

数据处理、制图和统计采用Excel 2010和SPSS 22.0软件进行，显著性检验采用单因素方差分析邓肯（Duncan）法。

2 结 果

2.1 硒处理对土壤理化性质的影响

由表1 可知，T、Y、T+Y处理下土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量与CK均无显著差异。T、Y、T+Y处理间差异不显著。表明硒处理对土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量均无显著影响。

表1 不同硒处理下的土壤物理性质Table 1 Effects of Se application on soil physical properties relative to treatment

由图1可知，T、Y、T+Y处理下土壤蔗糖酶活性高于CK，分别较CK提高了5.85%、6.86%和8.35%，其中T+Y处理下土壤蔗糖酶活性显著高于CK。T、Y、T+Y处理间土壤蔗糖酶活性无显著差异。表明不同施硒处理均能提高土壤蔗糖酶活性。

不同施硒处理土壤碱性磷酸酶活性变化如图1所示，与对照相比，T、Y、T+Y处理下土壤碱性磷酸酶活性与CK均无显著差异。其中Y和T处理下土壤碱性磷酸酶活性与T+Y均无显著差异，T处理下土壤碱性磷酸酶活性显著高于Y。不同施硒处理对土壤碱性磷酸酶活性均无显著影响。

图1 硒处理下土壤蔗糖酶和土壤碱性磷酸酶活性Fig. 1 Soil sucrase activity and soil alkaline phosphatase activity relative to treatment

如图2所示，T、Y、T+Y处理下土壤脲酶活性显著低于CK，分别较CK降低了18.95%、35.37%和12.51%。不同处理下土壤脲酶活性高低依次为CK＞T+Y＞ T＞Y，其中T、T+Y处理下土壤脲酶活性显著高于Y，分别为Y处理的1.25 倍和1.35 倍。不同施硒处理后土壤脲酶活性受到抑制，其中Y对土壤脲酶活性的抑制作用最为显著。

图2 硒处理下土壤脲酶和过氧化氢酶活性Fig. 2 Soil urease activity and soil catalase activity relative to treatment

不同施硒处理对土壤过氧化氢酶活性的影响如图2所示。与对照相比，T、Y、 T+Y处理下土壤过氧化氢酶活性与CK均无显著差异。T、Y、T+Y处理间土壤过氧化氢酶活性均无显著差异。不同施硒处理对土壤过氧化氢酶活性均无显著影响。

2.2 硒处理对杭白菊营养成分的影响

由图3可知，T、Y、T+Y处理下Vc含量与CK处理差异达极显著水平。其中CK处理下Vc含量极显著高于其他处理，为126.3 mg·kg-1。T、Y、T+Y处理间Vc含量均无显著差异。施用纳米硒降低了杭白菊Vc含量。

由图3可知，T、Y、T+Y处理下黄酮含量与CK处理差异达极显著水平。其中Y、T+Y处理下黄酮含量极显著高于T，Y和T+Y处理间黄酮含量无显著差异。施用纳米硒可有效提高杭白菊黄酮含量，其中Y和T+Y处理对黄酮含量的提高最为显著。

图3 硒处理下杭白菊Vc、黄酮和绿原酸含量Fig. 3 Vc content，flavonoid content and chlorogenic acid content in chrysanthemum flower tea relative to treatment

由图3可知，T、Y和T+Y处理下绿原酸含量极显著高于CK。不同硒处理间相比，T处理下绿原酸含量显著高于Y、T+Y，Y和T+Y处理间绿原酸含量无显著差异。施用纳米硒可有效提高杭白菊绿原酸含量。

2.3 硒处理对杭白菊花序中硒累积的影响

由图4可知，不同处理杭白菊花序中硒含量在0.01～0.10 mg·kg-1范围内。T、Y和T+Y处理下杭白菊花序中硒含量极显著高于CK，分别较CK提高了358.2%、595.6%和663.3%。T、Y、T+Y处理间杭白菊花序中硒含量差异达极显著水平，其中T+Y、Y处理下杭白菊花序中硒含量极显著高于T，T+Y 处理下杭白菊花序中硒含量显著高于Y。土壤与叶面相结合施硒肥促进杭白菊花序富硒，单一施肥方式下，叶面喷施硒肥较土壤施硒能更有效提高杭白菊花序中硒累积。

2.4 硒处理对杭白菊产量的影响

由表2可知，T、Y和T+Y处理下杭白菊单株开花量和单产量均高于CK。其中T+Y处理下杭白菊单株开花量和单产量均显著高于CK。T、Y、T+Y处理间杭白菊单株开花量、单朵花干物质量和单产量差异不显著。

图4 硒处理下杭白菊硒含量Fig. 4 Selenium content in chrysanthemum flower tea relative to treatment

表2 不同硒处理的杭白菊产量Table 2 Yield of chrysanthemum flower relative to treatment

3 讨 论

3.1 硒处理对土壤理化性质的影响及可能的原因

关于不同施硒处理对土壤理化性质的影响，赵建平[20]研究发现，活性硒元复合肥能明显降低油茶成林的土壤容重，提高土壤田间持水量，且对土壤容重的影响随硒浓度的增加呈现先增后减的趋势。本研究结果表明在不同施硒方式下，不同施硒处理对土壤容重、土壤孔隙度和土壤含水量均无显著影响，但纳米硒处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）。硒可以与黏土矿物水化分解成的Al（OH）3、Fe（OH）3等发生沉淀反应。与土壤单粒结构相比较，土壤团聚体的总孔隙度较大。本研究中硒处理后土壤容重增加、土壤孔隙度降低，可能是纳米硒施入土壤后与土壤的无定形铁、铝发生沉淀反应，导致氧化铁、氧化铝的活化度降低，胶结作用减弱，不利于土壤团粒结构形成，造成土壤孔隙度下降，土壤更加紧实，从而使得土壤贮水能力变弱。

关于不同施硒处理对土壤蔗糖酶活性的影响，樊俊等[21]研究发现，低浓度和高浓度硒酸钠、亚硒酸钠均对土壤蔗糖酶活性表现出抑制效果。而史雅静等[22]研究结果显示，低剂量有机硒对土壤蔗糖酶活性有激活作用，高剂量有机硒对土壤蔗糖酶活性的影响，随培养时间的延长而表现出先激活后抑制的变化。可见硒处理对土壤蔗糖酶活性的影响效果因硒源类型不同而存在差异。本研究中硒处理显著提高了土壤蔗糖酶活性（图1），可能是纳米硒增加了土壤微生物数量，而微生物数量的增加促进了土壤蔗糖酶的合成与分泌[23]，从而提高了土壤蔗糖酶活性；另一方面可能是根系活力提高，根系代谢增强，根系分泌物增加，促进了土壤蔗糖酶的分泌及土壤微生物的繁殖，从而提高了土壤蔗糖酶活性[24]。

本研究中不同施硒处理对土壤碱性磷酸酶活性均无显著影响；三种施硒方式相比，土壤施硒及土壤与叶面相结合施硒处理下，土壤碱性磷酸酶活性高于叶面喷施硒肥（图1）。这与许舒娴[25]关于硒处理对土壤酸性磷酸酶活性的影响研究结果一致。可能土壤中施入适量硒促进了土壤微生物数量增加[22]，从而促进了土壤碱性磷酸酶活性提高[23]。

纳米硒处理后土壤脲酶活性受到抑制；三种施硒方式相比，叶面喷施硒肥对土壤脲酶活性的抑制作用最为显著，土壤施硒及土壤与叶面相结合施硒肥处理下土壤脲酶活性显著高于叶面喷施硒肥（图2）。土壤脲酶活性的变化不仅受土壤硒含量的影响，可能与土壤微生物的数量、硒在植物体内的代谢机理及植物硒与土壤硒的互作有关。

大量研究表明，低浓度硒可促进土壤过氧化氢酶活性的提高，高浓度硒对其有抑制作用[26]。本研究中硒处理对土壤过氧化氢酶活性无显著影响；三种施硒方式相比，土壤施硒及土壤与叶面相结合施硒处理下，土壤过氧化氢酶活性高于仅叶面喷施硒肥处理下过氧化氢酶活性（图2）。土壤中过氧化氢酶的变化可能是由于土壤中施加纳米硒加强了土壤有机质的分解与腐殖质的合成过程，促进了土壤过氧化氢酶活性的提高，使得土壤施硒及土壤与叶面相结合施硒处理土壤过氧化氢酶活性高于叶面喷施硒[23]。

3.2 硒处理对杭白菊品质的影响

随着人们对硒的生物学意义越来越重视和关注，开展了大量的研究工作。高德凯等[27]认为叶面喷施富硒肥能显著提高冬枣的营养品质。邵旭日等[28]研究发现施硒量大于7 g时番茄Vc含量降低，但是施硒量在 0～7 g 时，结果却截然相反。茶菊的主要营养成分包括黄酮、绿原酸和Vc等。本研究中，硒处理后黄酮、绿原酸含量显著提高，其中Y、T+Y处理下黄酮含量显著高于T，T处理下绿原酸含量显著高于Y和T+Y（图3）。李永明[29]发现硒用量小于等于2.0 mg·kg-1时，能够提高菊花中黄酮和绿原酸含量，改善菊花的药用品质。硒处理后Vc含量显著降低，不同处理下Vc含量高低依次为：T+Y＞ Y ＞ T（图3）。王晋民等[30]研究发现随Se浓度的增加，Vc 含量下降，降幅为 7.4%～38.6%。有关硒如何影响黄酮、绿原酸和Vc含量的变化仍待进一步研究。

3.3 硒处理对杭白菊硒累积及产量的影响

研究结果表明，不同施硒方式下，杭白菊花序中硒含量均有大幅度提高（图4），纳米硒可作为有效硒源被杭白菊所吸收利用。土壤施硒、叶面喷施硒肥、土壤与叶面相结合施硒肥三种施硒方式相比，土壤与叶面相结合施硒肥杭白菊花序中硒含量最高（图4），与陈火云等[15]关于施硒方式对油菜籽粒中硒含量的研究结果一致，说明单一施硒方式处理并未使杭白菊花序对硒的吸收达到最大吸收阈值。其中，叶面喷施硒肥较土壤施硒更能有效提高杭白菊花序中硒含量，与于荣[31]的研究结果一致。其原因可能有以下两方面：其一，施入土壤的硒易被土壤有机质、土壤胶体等吸附固定，从而降低其有效性。其二，在不同施硒方式下，植物对硒的吸收转运途径不同，硒从叶面转运至花序中的过程相较通过根系吸收转运至花序的过程可能更加高效，避免了在长距离运输过程中的损失[32]。

关于不同施硒处理对杭白菊产量的影响，彭涛等[33]研究表明，适宜浓度的硒可以提高小麦的产量。殷金岩等[34]发现施用合适剂量的硒有助于提高马铃薯产量。本研究中，硒处理后提高了杭白菊单株开花量、单朵花干物质量和单产量，其中T+Y处理下杭白菊单株开花量和单产量较对照显著提高（表2）。刘芳等[35]研究表明，适宜硒浓度能够促进紫云英茎粗、根长、各部分鲜物质量和干物质量。合适浓度的外源硒可以促进植物生长发育和生理代谢，有利于茶菊产量提高。

4 结 论

以纳米硒为硒源，不同硒处理对土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量均无显著影响，不同硒处理促进了土壤蔗糖酶活性的提高，对土壤脲酶活性有抑制作用，对土壤碱性磷酸酶活性和土壤过氧化氢酶活性无显著影响；硒处理提高了杭白菊花序中黄酮、绿原酸和硒含量，Vc含量下降；硒处理均提高了杭白菊单株开花量和单产量。三种施硒方式相比，土壤与叶面相结合施硒肥处理下土壤酶活性较高、产量高、富硒效果最好。综上所述，通过外源施硒生产富硒茶菊应选择土壤与叶面相结合（T+Y）的方式。