基于多項式回歸分析的摩爾多瓦葡萄富硒效應

李偉 蔣代華 吳代東 白厚義 龐東 吳艷艷 黃偉華 黃永才

摘要：【目的】探討基于多項式回歸分析的摩爾多瓦葡萄富硒效應，為開展廣西富硒土原位生產(chǎn)富硒葡萄提供參考依據(jù)?！痉椒ā恳阅柖嗤咂咸褳樵囼灢牧?，采用三元二次飽和D-最優(yōu)設計，以石灰石粉（x1）、AM菌劑（x2）、營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑（x3）為因變量，以試驗結果中葡萄硒含量為自變量（y），設11個處理（處理1～處理11），經(jīng)回歸分析明確試驗因素對葡萄硒含量的影響，優(yōu)選生產(chǎn)富硒摩爾多瓦葡萄的外源物質(zhì)施用量。【結果】施用石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑各處理（除處理1外）摩爾多瓦葡萄的硒含量比對照（CK）提高1.1～1.8倍，最高增幅達87.2%。多項式回歸方程中單因素效應分析結果顯示，當石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑施用量分別為2400.00、69.00和39.98 kg/ha時，摩爾多瓦葡萄硒含量最高，為11.56 μg/kg；互作效應分析結果顯示，兩兩互作對摩爾多瓦葡萄硒含量的影響排序為x1x3>x1x2>x2x3?！窘Y論】摩爾多瓦葡萄分別開溝施用石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑2400.00、69.00和39.98 kg/ha，其果實硒含量達富硒水平。因此，施用石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑等外源物質(zhì)可作為生產(chǎn)富硒葡萄的新型技術手段。

關鍵詞： 摩爾多瓦葡萄；富硒土壤；富硒葡萄；二次飽和D-最優(yōu)設計；營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑

中圖分類號： S663.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）05-0849-05

Selenium enriched Moldova grape research based on

polynomial regression analysis

LI Wei1，2， JIANG Dai-hua1 *， WU Dai-dong 2 *， BAI Hou-yi1， PANG Dong 1， WU Yan-yan2， HUANG Wei-hua2， HUANG Yong-cai2， LIU Jie-yun2， MU Hai-fei2，

WEI Shao-long 2， HUANG Yan-fei3， LIU Yong-xian3

（1 College of Agriculture， Guangxi University， Nanning 530004， China； 2 Biotechnology Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning 530007， China； 3 Institute of Agricultural Resources and Environment，

Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning 530007， China）

Abstract：【Objective】Selenium enriched Moldova grape was researched based on polynomial regression analysis， so as to provide reference for planting selenium enriched grapes in Guangxi selenium enriched field without adding selenium substance. 【Method】Moldova grape was used as the material in experiment. With ternary quadratic saturation D-optimum design，limestone powder（x1），AM fungal inoculum（x2）， nutrient regulators（x3） as dependent variables， selenium content in grape as independent variable（y）， 11 treatments（treatment 1-11） were set to conduct regression analysis. Through the experiment， effects of experiment factors on selenium content in Moldova grape were studied， in order to determine application rates of allogenic materials for selenium enriched grapes. 【Result】In all treatments applying limestone powder， AM fungal inoculum and nutrient regulators（except treatment 1）， selenium contents in Moldova grape increased 1.1 to 1.8 times compared with CK， the maximum increasement reached 87.2%. Single factor effect results showed that selenium content in grapes was the highest when applying 2400.00 kg/ha limestone powder， 69.00 kg/ha AM fungal inoculum and 39.98 kg/ha nutrient regulators， and the selenium content in Moldova grape was 11.56 μg/kg. Interaction effects analysis indicated that effects rank of two factors interaction on Moldova grape were as follows： x1x3>x1x2>x2x3. 【Conclusion】Applying 2400.00 kg/ha limestone powder， 69.00 kg/ha AM fungal inoculum and 39.98 kg/ha nutrient regulators to Moldova grape plants， the fruits can reach selenium enriched level. Therefore， application of limestone powder， AM fungal inoculum and nutrient regulators can be utilized as a new technique for planting selenium enriched grapes.

Key words： Moldova grape； selenium enriched soil； selenium enriched grape； quadratic saturation D-optimum design； nutrient regulator

0 引言

【研究意義】廣西以亞熱帶氣候為主，屬高溫多雨地區(qū)，也是我國葡萄特殊優(yōu)勢種植區(qū)，近年來葡萄產(chǎn)量年均增長10%以上（白先進等，2010），栽培面積已超過2.67萬ha（孫欣等，2015），以鮮食葡萄居多，品種以巨峰和夏黑為主，但這兩個品種的抗病性、成花率和坐果率在廣西地區(qū)表現(xiàn)欠佳。廣西農(nóng)業(yè)科學院通過引種赤霞珠、西拉、黑玫瑰、陽光玫瑰、美人指和摩爾多瓦等品種，對該地區(qū)葡萄品種結構進行調(diào)整并取得了一系列成果（周詠梅等，2015）。摩爾多瓦葡萄原產(chǎn)摩爾多瓦國，我國于1997年從羅馬尼亞引入（張潰珍和劉煥，2015），已在廣西、云南、貴州、福建、河南和寧夏等地推廣種植，表現(xiàn)高抗葡萄霜霉病，高萌芽率，成熟晚，耐貯運，極豐產(chǎn)，成活率較高，有良好的發(fā)展前景（彭羽等，2010；何志山，2013）。硒是人體必需元素，具有抗氧化、抗癌、拮抗重金屬等作用。廣西富硒土壤面積達212多萬ha，是我國多目標區(qū)域地球化學調(diào)查工作圈定的最大面積連片富硒土壤區(qū)域，已開發(fā)出富硒水稻、富硒玉米和富硒金桔果糕等（何雪梅等，2015；劉永賢等，2015），但針對葡萄富硒方面的研究較少。因此，開展摩爾多瓦葡萄富硒效應研究，既可為廣西富硒葡萄研究提供參考依據(jù)，也可為廣西地區(qū)硒資源開發(fā)和樹立地方富硒品牌打下基礎?！厩叭搜芯窟M展】人類對自然界中無機硒的吸收主要通過以動物、植物和微生物為載體進行富硒食品研究開發(fā)而獲得，植物富硒是通過以植物為載體、施用硒肥來實現(xiàn)無機硒有機化進而生產(chǎn)富硒食品（陳彥霖和范艷麗，2008）。朱麗琴等（2007）研究表明，在不施用硒肥前提下，葡萄對硒的累積順序為根>葉>果實，施硒條件下其累積規(guī)律為葉>根>果實。王海波等（2011）研究表明，葉面噴施硒肥后，葡萄對硒累積的順序為葉片>果肉>葉柄，而作土施處理，其累積順序為果肉>葉片>葉柄。陳劍俠（2013）研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴硒后，硒在葡萄器官的分布表現(xiàn)為葉>果>根。酸性環(huán)境中土壤硒主要以四價存在，中性或堿性條件下以六價硒存在，由于六價態(tài)硒性質(zhì)較穩(wěn)定，通常將其視為植物主要吸收價態(tài)（張華華和康玉凡，2013）。王忠（2015）在溫克葡萄盛花期和初果期噴施瓜果型鋅硒葆葉面肥，生產(chǎn)的葡萄達富硒標準。【本研究切入點】廣西地區(qū)土壤呈酸性或弱酸性，通過施用石灰、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)其pH等理化性質(zhì)以實現(xiàn)硒的四、六價間價態(tài)轉換進而提高葡萄對硒吸收效率的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】以摩爾多瓦葡萄為試驗材料，以石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑為試驗因素，采用三元二次飽和D-最優(yōu)設計，檢驗廣西富硒土原位生產(chǎn)富硒葡萄的可能性，為富硒葡萄生產(chǎn)提供新的研究手段。

1 材料與方法

1. 1 試驗地概況

試驗點位于廣西南寧市武鳴區(qū)雙橋鎮(zhèn)楊李新村合作葡萄試驗示范基地，土壤為赤紅土，pH 4.5，有機質(zhì)含量33.13 g/kg，堿解氮含量400.0 mg/kg，速效磷（P2O5）含量13.2 mg/kg，速效鉀（K2O）含量110.5 mg/kg，全硒含量1.0 mg/kg。

1. 2 試驗材料

供試摩爾多瓦葡萄樹為一年生移栽樹；石灰石粉（方解石粉末）購自武鳴區(qū)石粉加工廠，其CaCO3含量在95%以上；AM（叢枝菌根真菌）菌劑由廣西農(nóng)業(yè)科學院微生物研究所提供，孢子量為150個/g；營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑（主要成分為胡敏酸鉀）制作方法由廣西大學白厚義教授提供。

1. 3 試驗方法

1. 3. 1 試驗設計 以石灰石粉（x1）、AM菌劑（x2）、營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑（x3）為試驗因素，參照白厚義（2003）的方法，采用三元二次飽和D-最優(yōu)設計進行處理方案設計。試驗因素的上、下水平及變化間距見表1，試驗處理方案見表2。田間試驗采用隨機排列，每3株葡萄為一個小區(qū)，共11個處理（處理1～處理11），3次重復。于葡萄萌芽期，在葡萄樹種植穴兩邊開溝，將各處理所施物料與5.0 kg土混合均勻后施于溝中填土掩埋，按常規(guī)田間管理方法進行管理。以按常規(guī)方法施肥（底肥）為對照（CK）。

1. 3. 2 測定方法 土壤pH采用pH計測定（水土比為1∶1），有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，速效磷采用NH4F-HCl比色法測定，速效鉀采用火焰光度法測定，全硒含量參考瞿建國等（1998）的方法進行測定；葡萄全硒含量參考國家標準GB/T 5009.93-2003進行測定。

1. 4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行統(tǒng)計，采用SAS 9.2進行多項式回歸分析和差異顯著性檢驗，采用Qbasic進行摩爾多瓦葡萄硒含量尋優(yōu)。

2 結果與分析

2. 1 多項式回歸方程的構建及差異顯著性檢測結果

2. 1. 1 多項式回歸方程的建立 表3為不同水平石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑處理下的葡萄硒含量，以x1、x2和x3 3個因素編碼值為控制變量，葡萄硒含量為依變量（y），經(jīng)回歸分析得到三元二次多項式回歸方程：

y =11.55352 - 0.17479x1 + 0.76398x2 + 0.07329x3 +

0.85746x1x2-0.85134x1x3-0.04591x2x3-0.72185x12-

1.77310x22-1.97152x32 ①

2. 1. 2 多項式回歸方程的差異顯著性檢測結果 經(jīng)SAS 9.2運算得R=0.770>R0.01=0.514，F(xiàn)=3.61>F0.01=3.26，方程達極顯著差異水平，說明進行多項式回歸分析得到的三元二次多項式回歸方程擬合度高，能反映各試驗因素與葡萄硒含量間的效應關系，石灰石粉、AM菌劑、營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑與葡萄含硒量相關極顯著（P<0.01）。

從表3還可看出，除處理1外，其余處理葡萄的硒含量分別比CK提高1.1～1.8倍。其中，處理5即石灰石粉、營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑和AM菌劑分別為300.00、68.66和46.72 kg/ha的硒含量最高，為11.29 μg/kg，比CK高87.2%，而處理1即石灰石粉、營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑和AM菌劑分別為300.00、15.00和4.95 kg/ha時，葡萄中硒含量最低，為5.51 μg/kg，比CK低8.06%，說明石灰石粉、營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑、AM菌劑不同配比方案對土壤硒生物有效性影響較大。

2. 2 多項式回歸方程的單因素效應分析結果

將多項式回歸方程進行降維可得到以下3個單因素效應回歸方程yi（i=1，2，3）（1代表石灰石粉，2代表AM菌劑，3代表營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑）：

y1=11.55352-0.17479x1-0.72185x12②

y2=11.55352+0.76398x2-1.77310x22③

y3=11.55352+0.07329x3-1.97152x32④

分別令yi為0，然后分別對x求導可得：x1=-0.121，x2=0.215，x3=0.018。

上述單因素效應回歸方程中，一次項系數(shù)絕對值0.76398>0.17479>0.07329，即各因素作用的排序依次為x2>x1>x3，將表3中相應編碼值代入單因素回歸方程式中計算，產(chǎn)生各因素對產(chǎn)量的單效應圖（圖1）。由圖1可看出，x1、x2和x3在編碼水平為[-1，0]時，葡萄硒含量隨著各因素施用量的增加而增高；在編碼水平為[0，1]時，葡萄含硒量隨各因素施入量增加而逐漸降低。在石灰石粉的效應中，編碼水平為-1、[-1，0]和1時，對應的pH分別為6.3～6.5、6.5～7.0和7.0～7.4。說明摩爾多瓦葡萄對硒吸收的土壤pH適宜范圍為6.5～7.0。

x1、x2和x3在編碼水平分別為-0.121、0.215和0.018時葡萄硒含量最高，分別為11.56、11.64和11.55 μg/kg，此3組硒含量均達富硒標準，且編碼值均趨于0，說明試驗設計梯度合理有效。

2. 3 多項式回歸方程的兩因素交互效應分析結果

對三元二次多項式回歸方程采用降維法得到二元二次多項式回歸方程：

y12=11.55352-0.17479x1+0.76398x2+0.85746x1x2-

0.72185x12-1.77310x22 ⑤

y13=11.55352-0.17479x1+0.07329x3-0.85134x1x3-

0.72185x12-1.97152x32 ⑥

y23=11.55352+0.76398x2+0.07329x3-0.04591x2x3-

1.77310x22-1.97152x32 ⑦

2. 3. 1 x1與x2的交互效應分析 將各編碼（-1、-0.2912、0、0.1925、1）代入方程式⑤得到x1與x2的交互效應（表4）。由表4可看出，當x1與x2處于低量（-1、-1）時葡萄硒含量最低（9.32 μg/kg），隨著x1和x2用量增加，葡萄硒含量也逐漸增加，當x1和x2用量增加至（0.1925、0.1925）時，葡萄硒含量最高（11.61 μg/kg）；當x1和x2用量繼續(xù)增加時，硒含量反而下降；x1和x2的組合為（0、0.1925）時，硒含量達最高（11.63 μg/kg）。

2. 3. 2 x1與x3的交互效應分析 將各編碼（-1、-0.2912、0、0.1925、1）代入方程式⑥得到x1與x3的交互效應（表5）。由表5可看出，當x1和x3處于低量（-1、-1）時，葡萄硒含量最低（8.11 μg/kg），隨著x1和x3用量增加，葡萄硒含量也逐漸增加，當增加至（0、0）時，葡萄的硒含量達最高（11.55 μg/kg）；當x1和x3用量繼續(xù)增加時，硒含量反而下降，且下降至最低含量（9.96 μg/kg）；當x1和x3組合為（0、0）時，摩爾多瓦葡萄的硒含量最高（11.55 μg/kg），石灰石粉與營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑的互作效應最大。

2. 3. 3 x2與x3的交互效應分析 將各編碼（-1、-0.2912、0、0.1925、1）代入方程式⑦得到x2與x3的交互效應（表6）。由表6可看出，當x2和x3處于低量（-1、-1）時，葡萄硒含量最低（6.93 μg/kg）；隨著x2和x3用量增加，葡萄硒含量也逐漸增加，當增加至（0.1925、0.1925）時，葡萄硒含量較高（11.57 μg/kg）；當x2和x3用量繼續(xù)增加時，硒含量反而下降（降至7.16 μg/kg）；而x2和x3組合為（0、0.1925）時，硒含量最高（11.63 μg/kg）。說明AM菌劑與營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑分別為60.00和46.72 kg/ha時，二者的互作效應最大。

借助Qbasic進行尋優(yōu)，獲得摩爾多瓦葡萄最高硒含量即y為11.56 μg/kg時石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑3個試驗因素對應的編碼為0（2400.00 kg/ha）、0.2（69.00 kg/ha）和0（39.98 kg/ha）。

3 討論

本研究尋優(yōu)結果顯示，摩爾多瓦葡萄最高硒含量為11.56 μg/kg，達到陳劍俠等（2013）推薦的富硒葡萄硒含量（10.00～100.00 μg/kg）水平，且比陳劍俠（2013）對夏黑葡萄噴施加康硒富硒葉面肥的處理結果（硒含量為11.20 μg/kg）略高，表明通過改變富硒土壤理化性質(zhì)能提高葡萄對硒的吸收效率，克服富硒土壤補充外源硒導致硒過量的風險，也說明直接以施用外源物質(zhì)改變富硒土壤理化性質(zhì)作為新型富硒手段具有可行性。本研究中摩爾多瓦葡萄硒含量提高了1.1～1.8倍，低于王忠（2015）對溫克葡萄葉面噴施瓜果型鋅硒葆的硒含量，因此，今后仍需對富硒土壤開展原位富硒葡萄有關作用機理、外源物質(zhì)優(yōu)化組配等方面的探究。

pH是影響硒生物有效性的因素之一，不同pH對其影響也各不相同，因為硒在不同酸性條件下所表現(xiàn)的價態(tài)不同（酸性條件下硒主要以四價態(tài)形式存在，堿性條件下主要以六價態(tài)存在），植物對不同價態(tài)硒的吸收能力也不同。廖金鳳（1999）研究表明，pH為2～3時，粘粒對硒的吸附量最大，而后隨著pH的升高而減少，當pH為6～8時，基本趨于穩(wěn)定。在本研究對石灰石粉單因素效應的分析中，摩爾多瓦硒含量總體表現(xiàn)為低—高—低的凸型拋物線變化，該曲線各段對應的pH分別為6.3～6.5、6.5～7.0和7.0～7.4。李嬌嬌等（2012）研究表明，pH為6時豆瓣菜的含硒量遠高于pH為7時的含硒量，本研究結果與其不同，可能是由于物種類型差異所造成。

4 結論

摩爾多瓦葡萄分別開溝施用石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑2400.00、69.00和39.98 kg/ha，其果實硒含量達11.56 μg/kg，處于富硒水平。因此，施用石灰石粉、AM菌劑和營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑等外源物質(zhì)可作為生產(chǎn)富硒葡萄的新型技術手段。

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（責任編輯 思利華）