產(chǎn)地綠竹筍品質(zhì)及土壤養(yǎng)分的主成分與典型相關(guān)分析

鄭 蓉

（福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012）

由于遺傳基因與環(huán)境因素的互作性，定量評價一種植物的某些性狀往往較為困難，環(huán)境因子對植物生產(chǎn)力及品質(zhì)性狀影響的定量研究一直是林業(yè)工作者研究的熱點。國內(nèi)外大量研究結(jié)果指出，氣候和土壤因素是影響作物品質(zhì)的重要因素[1-2]。土壤作為生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量交換的重要場所，植物生長過程所需水分和營養(yǎng)絕大部分是通過根系從土壤中吸收，土壤因子也影響著植物的生長和品質(zhì)[3-5]。綠竹Dendrocalamopsis oldhami是中國南方重要筍用竹種，鮮筍品質(zhì)優(yōu)良，深受海內(nèi)外人士的青睞，綠竹產(chǎn)量和品質(zhì)與栽培環(huán)境條件密切相關(guān)，但迄今對于綠竹筍品質(zhì)與土壤養(yǎng)分狀況之間的研究尚缺乏相關(guān)報道。為此，本研究結(jié)合不同產(chǎn)地綠竹資源調(diào)查與分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用主成分、典型相關(guān)分析方法研究綠竹筍品質(zhì)綜合性狀及其與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性，探討影響綠竹筍品質(zhì)的土壤主要養(yǎng)分因子，旨在為綠竹優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的土壤培肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究根據(jù)綠竹栽培區(qū)內(nèi)主產(chǎn)地（包括福建的福安、尤溪、永泰、永春、漳平、同安、漳州、龍巖，浙江的鳳嶺、蒼南、岱底、龍湖）共12個產(chǎn)地調(diào)查的原始數(shù)據(jù)，其中，土壤pH值（x1），堿解氮（x2，mg·kg-1）， 全氮（x3， g·kg-1）， 有效磷（x4， mg·kg-1）， 速效鉀（x5， mg·kg-1）和有機質(zhì)（x6， g·kg-1）。 鮮筍主要質(zhì)量指標： 水解氨基酸總量（y1， g·kg-1）， 還原糖（y2， g·kg-1）， 水溶性總糖（y3， g·kg-1）， 粗蛋白質(zhì)（y4， g·kg-1），水分（y5， %）， 總灰分（y6， %）， 粗纖維（y7， g·kg-1）。 有關(guān)產(chǎn)地概況及取樣調(diào)查分析方法見文獻[6-7]。

1.2 統(tǒng)計分析

1936年，Hotelling將復(fù)相關(guān)分析推廣到多個隨機變量與多個隨機變量之間的相關(guān)關(guān)系的討論中，提出了典型相關(guān)分析。其基本原理是為研究2組變量x1，x2，…，xr和y1，y2，…，ys之間的相關(guān)關(guān)系，分別選取若干有代表性的變量組成有代表性的綜合指標。通過研究這2組綜合指標之間的相關(guān)關(guān)系，來代替這2組變量間的相關(guān)關(guān)系，這些綜合指標即為典型變量。本研究將綠竹12個產(chǎn)地土壤養(yǎng)分、鮮筍營養(yǎng)成分的原始數(shù)據(jù)分成2組，土壤養(yǎng)分指標記為 X=（x1，x2，x3，x4，x5，x6）′，鮮筍品質(zhì)性狀記為Y=（y1，y2，y3，y4，y5，y6，y7）′。首先進行鮮筍品質(zhì)性狀的主成分分析，再開展土壤養(yǎng)分對鮮筍品質(zhì)影響的典型分析。采用DPS 6.55數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行主成分與典型相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠竹鮮筍品質(zhì)性狀的主成分分析

已有研究表明：綠竹鮮筍主要營養(yǎng)成分之間存在一定的依存或制約關(guān)系[7]，這決定了在筍品質(zhì)性狀分析時存在可能的信息重疊，因此，通過主成分分析的綜合指標，首先來評價各產(chǎn)地綠竹筍的綜合品質(zhì)性狀。

主成分的特征根和貢獻率是選擇主成分的依據(jù)。將鮮筍的7項質(zhì)量指標轉(zhuǎn)化成7個主成分，求算相關(guān)矩陣的特征值和貢獻率（表1）。分析結(jié)果顯示：前3個主分量所構(gòu)成的信息量占總信息量的84.658%，前5個主分量占總信息量的98.114%。選擇主分量數(shù)為5時，計算各養(yǎng)分的特征向量（表1）。第1主分量主要反映了還原糖、水溶性總糖質(zhì)量分數(shù)，它們的權(quán)重系數(shù)分別為0.5204和0.4945。第2主分量主要反映了水分，系數(shù)為0.5596。第3主分量反映是蛋白質(zhì)與總灰分，系數(shù)分別為0.6776和0.5838。第4主分量是氨基酸質(zhì)量分數(shù)，系數(shù)為0.6505。第5主分量代表是粗纖維質(zhì)量分數(shù)，系數(shù)為0.5659。由此分析，綠竹鮮筍的還原糖、水溶性總糖質(zhì)量分數(shù)最能綜合反映出筍營養(yǎng)品質(zhì)狀況，其次為水分、蛋白質(zhì)、總灰分，然后為氨基酸及粗纖維。

表1 主成分的貢獻率及特征向量Table1 Contribution rates and eigenvectors of principal components

2.2 綠竹筍品質(zhì)與土壤養(yǎng)分的典型相關(guān)分析

首先，將鮮筍品質(zhì)與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)矩陣列于表2。從表2可知：土壤養(yǎng)分指標和筍品質(zhì)性狀的相關(guān)系數(shù)在-0.688至0.631，大部分指標間屬中等正相關(guān)或負相關(guān)。x1（pH值）與y2（還原糖），y3（水溶性總糖），y6（總灰分），y7（粗纖維）之間的相關(guān)性達顯著水平，其中，x1與y2，y3具有正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.631和0.576，當(dāng)土壤pH值升高，鮮筍還原糖、水溶性總糖呈現(xiàn)增高變化，而x1與y7，y6呈負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.688和-0.594，即隨著土壤pH值升高，鮮筍粗纖維、總灰分呈現(xiàn)降低的趨勢；x5（速效鉀）與y7（粗纖維）也表現(xiàn)出顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.603。

表2 土壤養(yǎng)分與筍養(yǎng)分品質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Table2 Correlation coefficients between soil nutrients and quality characters of bamboo shoot

其次，對筍品質(zhì)與土壤養(yǎng)分的2組變量進行典型相關(guān)分析，利用卡方檢驗，可得到5組典型變量相關(guān)性，結(jié)果列于表3。由表3可得：當(dāng)取α=0.05，只有第1組典型相關(guān)系數(shù)達0.01的顯著水平，而其他4組典型變量均未達顯著性水平，由此對第1對典型變量進行分析，用2組原始指標線性表達典型變量的系數(shù)建立的典型模型為：土壤養(yǎng)分指標的第1典型變量U1=0.6670 x1+0.1049 x2-0.2273 x3+0.0160 x4-0.3222 x5+0.6233 x6；筍營養(yǎng)成分的第1典型變量V1=0.1911 y1-0.3891 y2+0.1930 y3+0.3176 y4+0.4895 y5-0.5345 y6-0.3856 y7。

表3 典型相關(guān)系數(shù)Table3 Canonical correlation coefficients

由于原始變量的測量單位不一致，如果直接比較可能影響分析效果，考慮使用標準化的典型系數(shù)。即用標準化指標線性表達典型變量的系數(shù)為U1=0.62897x*1-0.14134x*2-0.52370x*3+0.09684x*4-0.07808x*5+0.54285x*6， V1=-0.06109y*1-0.60798y*2+0.59086y*3+0.27482y*4+0.32508y*5-0.29459y*6-0.09766y*7。 其中： x*i（i=1， 2， 3， 4， 5， 6）， y*j（j=1， 2， 3， 4， 5， 6， 7）為相應(yīng)的樣本標準化變量。

由U1中各標準化典型系數(shù)表明，各土壤養(yǎng)分指標對U1的相對作用大小依次為x*1（pH值）＞x*6（有機質(zhì)）＞ x*3（全氮）＞ x*2（水解氮）＞x*4（有效磷）＞x*5（速效鉀）， 其中， x*2， x*3， x*5是負作用， 且 x*4，x*5上的系數(shù)小于0.1，作用較小，因此，U1近似地看成是x*1（pH值）和x*3（全氮）和x*6（有機質(zhì)）的加權(quán)差，以x*1上的權(quán)重稍大一些，說明土壤中pH值、有機質(zhì)升高將有利于提高鮮筍的綜合品質(zhì)，但同時全氮的增加會下降鮮筍品質(zhì)。

由V1中各變量的標準化系數(shù)得出，綠竹鮮筍品質(zhì)指標對V1的相對作用大小依次為y*2（還原糖）＞y*3（水溶性總糖）＞y*5（水分）＞y*6（總灰分）＞y*4（粗蛋白質(zhì)）＞y*7（粗纖維）＞y*1（水解氨基酸總量）， 其中y*2，y*6，y*7是負作用，且y*1，y*7系數(shù)小于0.1，作用最小，因此，V1近似地看成是y*2（還原糖）和y*3（水溶性總糖），y*5（水分）的加權(quán)差，由于x*1與y*2相關(guān)系數(shù)為正值，而y*2典型變量的系數(shù)為負值，表明y*2為一個抑制變量。由此說明，在一定范圍內(nèi)提高土壤中pH值、有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，不僅對提高鮮筍中水溶性總糖有明顯的作用，而且可適當(dāng)增加水分，但會引起還原糖的下降。

綜上分析，典型相關(guān)系數(shù)平方（0.9999）表明：第1典型變量之間的共享方差為接近100.0%。即土壤養(yǎng)分指標與筍品質(zhì)之間1對典型相關(guān)系數(shù)達1%顯著水平，其中來自土壤養(yǎng)分指標的第1典型變量U1的x*1（pH值）、x*3（全氮）和x*6（有機質(zhì)）具有較好的預(yù)測能力，但只有筍主要養(yǎng)分指標中的y*2（還原糖），y*3（水溶性總糖），y*5（水分）可被對方變量的第1典型變量V1所預(yù)測，因此，這些指標可分別作為今后不同產(chǎn)地綠竹土壤養(yǎng)分與筍品質(zhì)關(guān)系分析的顯著性指標。

3 討論與小結(jié)

研究認為：在氣候因素相似的情況下，土壤類型、質(zhì)地和肥力水平等就成為決定作物品質(zhì)優(yōu)劣的重要因素，并且土壤因子也影響加工品質(zhì)，最終決定其產(chǎn)品的用途[8-10]。由于受到水分與極端氣溫的影響，綠竹目前主要栽培產(chǎn)區(qū)處于亞熱帶南部與南亞熱帶地區(qū)，氣候環(huán)境條件大致相似，但在紅壤、砂壤土等不同土壤上栽培的綠竹，其鮮筍產(chǎn)量與品質(zhì)都存在一些差異[7]。

本研究表明：通過綠竹鮮筍品質(zhì)性狀的主成分分析，將6項筍主要營養(yǎng)品質(zhì)性狀轉(zhuǎn)化為前3個主成分。這3個主成分提供了原性狀84.568%的信息，可以作為鮮筍品質(zhì)性狀的綜合指標。通過前3個主分量分析得出，綠竹鮮筍還原糖、水溶性總糖首先綜合反映了筍營養(yǎng)品質(zhì)狀況，其次為水分，第3為蛋白質(zhì)和總灰分。

通過筍品質(zhì)性狀與土壤養(yǎng)分指標典型相關(guān)分析得出，土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的水平在一定程度上影響到竹筍品質(zhì)的表現(xiàn)。研究表明：土壤養(yǎng)分指標與筍品質(zhì)性狀之間第1對典型相關(guān)系數(shù)達1%顯著水平，即土壤pH值、有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)對鮮筍品質(zhì)具有較明顯促進作用，土壤全氮則對鮮筍品質(zhì)具有一定抑制作用。分析其原因，首先，土壤pH值對鮮筍品質(zhì)的影響最大，這是因為它直接影響到土壤養(yǎng)分的有效性，決定多種元素在土壤中的形態(tài)與溶解性，而目前人工栽培綠竹林分長期使用化肥引起土壤酸化現(xiàn)象極為普遍，直接影響到土壤肥力狀況；其次，土壤有機質(zhì)對改善鮮筍品質(zhì)方面也有良好作用，這與有機質(zhì)是土壤硫、鈣、鐵、鎂以及微量元素的重要來源有關(guān)[11-12]，并且有機質(zhì)對果實品質(zhì)方面有改善作用[13]；但是，在土壤養(yǎng)分水平較高的情況下，全氮、堿解氮的提高將不利于鮮筍品質(zhì)的改善。有研究指出：過量的氮會減少植株光合產(chǎn)物的的分配量，降低脫落酸和和吲哚乙酸的比值，加大蔗糖代謝相關(guān)酶的活性，最終造成果實含糖量的減少[14]。施氮量過多，也會引起小麥Triticum aestivum等作物氮素的積累，并使籽粒產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量降低[15]。因此，在綠竹林地施用氮肥應(yīng)注意其負面效應(yīng)，避免過量施用氮肥，造成不必要的浪費和影響。土壤養(yǎng)分對筍品質(zhì)的作用效應(yīng)主要表現(xiàn)為對鮮筍中還原糖、水溶性總糖與水分的影響。在一定范圍內(nèi)，改善栽培土壤相關(guān)性狀（pH值、有機質(zhì)）將利于提高鮮筍中水溶性總糖與水分，但可能對還原糖下降也有明顯作用。

在當(dāng)今竹林栽培正處于傳統(tǒng)施肥技術(shù)向現(xiàn)代化施肥技術(shù)的轉(zhuǎn)變階段，開展綠竹專用復(fù)合肥的研制，探索因地制宜的施肥技術(shù)和配方比例，對促進綠竹生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用。今后將進一步開展定量相關(guān)分析，研究高品質(zhì)綠竹鮮筍的最適栽培土壤pH值、土壤有機質(zhì)和全氮的質(zhì)量分數(shù)。

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