江蘇豐縣地區(qū)豐縣“富士”蘋果生產(chǎn)園葉片礦質(zhì)營養(yǎng)元素適宜值的研究

王磊彬，陳興望，李天宇，施 洋，王三紅，高志紅，渠慎春

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，江蘇 南京 210095)

蘋果(Maluspumilamill)屬于薔薇科，多年生落葉喬木，富含多種礦質(zhì)元素，是四大水果之冠[1]。徐州豐縣地區(qū)作為江蘇蘋果生產(chǎn)的主要基地，屬于中國四大產(chǎn)區(qū)之一的黃河故道產(chǎn)區(qū)，廣泛種植“富士”蘋果，生產(chǎn)出的“富士”蘋果爽口多汁、甜脆味美、風(fēng)味濃郁，深受消費者喜愛[2]。果樹的葉片作為樹體生長、果實生長發(fā)育所需營養(yǎng)“源”，同時,礦質(zhì)元素是果樹生長、發(fā)育和果實品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[3,4]。因此，葉片礦質(zhì)元素直接影響了產(chǎn)量及果實品質(zhì)的形成。任何一種或幾種礦質(zhì)元素缺少都會引起相應(yīng)的缺素病害，而元素含量過高或者過量吸收均會導(dǎo)致果樹營養(yǎng)元素的失調(diào)，引起特有的生理病害[5-8]。所以，適宜的葉片礦質(zhì)元素水平不僅能有效避免一些生理病害，還能促進優(yōu)質(zhì)果品的生產(chǎn)。礦質(zhì)營養(yǎng)分析和診斷技術(shù)是生產(chǎn)上精確施肥的前提。果樹營養(yǎng)診斷包括葉片營養(yǎng)分析、土壤分析、生理生化測定以及果樹外觀鑒定等方法[9]。葉片礦質(zhì)元素能較為靈敏地反映土壤肥力狀況，且可以代表樹體的營養(yǎng)水平[10]。

許多研究者以果樹葉片營養(yǎng)分析為主，土壤分析為輔，對果樹生長狀況進行了營養(yǎng)診斷。路超等[11]通過相關(guān)性分析研究了山東蘋果園果實品質(zhì)指標及葉片營養(yǎng)與土壤營養(yǎng)元素間的關(guān)系；Quaggio[12]對柑橘采用偏最小二乘回歸分析了葉片和果實礦質(zhì)元素間的關(guān)系；還有許多研究者采用主成分分析對蘋果[13]、桃[14]、棗[15]、獼猴桃[16]、甜柿[17]等各種果樹果實品質(zhì)進行綜合分析和評價。由于各個地區(qū)的氣候因素、成土因素及管理手段不同，葉片礦質(zhì)營養(yǎng)與果實品質(zhì)分析結(jié)果差別較大。因此，在不同地區(qū)應(yīng)用同一葉片礦質(zhì)營養(yǎng)標準進行營養(yǎng)診斷是不合理的。河北[18]、河南[19]、陜西[20]、山東[21]、遼寧[22]等蘋果生產(chǎn)區(qū)確定了各個地區(qū)葉片營養(yǎng)診斷標準。在本研究中，連續(xù)兩年對江蘇豐縣35個不同蘋果生產(chǎn)園葉片礦質(zhì)營養(yǎng)和果實品質(zhì)進行分析，測定了葉片中9種礦質(zhì)元素和果實單果重、可溶性糖、可溶性固形物等7種果實品質(zhì)指標，通過主成分分析對果實各項指標進行了綜合評價，并分類統(tǒng)計得到優(yōu)質(zhì)“富士”果園葉片礦質(zhì)元素適宜值，從而為當?shù)毓麑嵠焚|(zhì)指標評價與葉片營養(yǎng)診斷提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

試驗材料采自江蘇省豐縣大沙河、宋樓和梁寨3個鎮(zhèn)的35個“富士”蘋果生產(chǎn)果園，該區(qū)域土壤以沙土為主，pH在8以上，質(zhì)地疏松，土層深厚[23]。年平均氣溫在15 ℃左右，1月平均氣溫零度以下，7月平均氣溫超過25 ℃，年均降水量730 mm，年均無霜期200 d左右[24]。供試果樹為15～25年生，株行距為 4 m×5 m；于2015年10月下旬、2016年10月下旬果實成熟期，每個果園隨機選取4棵樹，分別在樹冠東、西、南、北方位各取2片葉片(中部、外膛新稍的第7或8片成熟葉片)，在樹冠中上部東、南、西、北四個方位采集4個果實。每個果園共取32片葉子，16個果實，帶回實驗室待分析[17,25]。

1.2 測定項目與方法

果實單果重用百分之一電子天平測定。果實內(nèi)在品質(zhì)測定：縱橫徑用數(shù)顯游標卡尺測定，果型指數(shù)=縱徑/橫徑；硬度用GY-4型數(shù)顯式水果硬度計測定；可溶性固形物含量采用日本ATAGO愛宕數(shù)字手持式糖度計PAL-1測定，取每個果實的對稱兩點測定[26]；采用NaOH滴定法測定果實可滴定酸含量[27]；采用蒽酮比色法測定果實中可溶性糖含量[28]；維生素C采用2-6二氯酚靛酚滴定法測定[26]。

葉片、果實采集后，經(jīng)過自來水—0.1%洗滌劑溶液—自來水—去離子水—去離子水—去離子流程清洗，然后將葉樣和每個樣本所有果實的部分果樣置于烘箱中，105 ℃恒溫殺青10 min，再降至80 ℃烘干，用不銹鋼粉碎機粉碎，存放在自封袋于陰涼干燥處保存[29]。樣本全氮含量經(jīng)H2SO4-H202消煮，用AA3連續(xù)流動分析儀測定[30]。樣本P、K、Ca、Mn、Mg、Fe、Cu、Zn元素含量經(jīng)HNO3-HCLO4混酸消煮，用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP)測定[31-32]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

主成分分析前，將果實品質(zhì)數(shù)據(jù)進行Min-max 標準化：單果重、果形指數(shù)、硬度、可溶性固形物、可溶性糖、維生素C按照公式(1)，可滴定酸按照公式(2)。采用SPSS20.0軟件進行主成分分析，綜合得分Dn根據(jù)公式(3)得到。

(1)

(2)

(3)

式中，Xni表示果實品質(zhì)第n個樣品第i個指標原始測定結(jié)果；yni表示第n個樣品第i個指標標準化后的結(jié)果；Xmaxi表示第i個指標原始測定結(jié)果最大值；Xmini表示第i個指標原始測定結(jié)果最小值；Pnj表示第n個樣品第j個主成分得分值；Qj表示第j個主成分的貢獻率，m表示積累貢獻率超過85%時前幾個主成分的個數(shù)；Dn為第n個樣品的綜合得分值[15-16]。

采用SPSS20.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果園果實品質(zhì)概況

表1為測定的35個果園的果實品質(zhì)情況。由表可知，果形指數(shù)都在0.8以上，為近圓形；果園平均硬度為7.3 kg/cm2，變異系數(shù)為10%；可滴定酸含量為0.21%，變異系數(shù)為14.29；可溶性固形物平均為13.07%，最高達到了15.34%；可溶性糖平均含量為8.89%，變異系數(shù)為13.84%；所調(diào)查的35個果園果實品質(zhì)特性中，維生素C變異系數(shù)最高，為21.96%；固酸比為63.77，糖酸比為44.21。所測量各個指標中衡量品質(zhì)的標準不同：可溶性糖、維生素C、可溶性固形物含量越高越好；果形指數(shù)越接近1越好；可滴定酸越少越好；單果越重越好；硬度大耐儲存，不便于進行評價。因此，結(jié)合主成分分析將果實的多個指標轉(zhuǎn)化為一個綜合指標對果實品質(zhì)進行評價分析。

表1 “富士”果園果實品質(zhì)分析

2.2 “富士”果園葉片礦質(zhì)營養(yǎng)與果實品質(zhì)的相關(guān)性分析

“富士”蘋果果實品質(zhì)與葉片礦質(zhì)元素相關(guān)性分析如表2。結(jié)果顯示，果實單果重與葉片礦質(zhì)元素Fe、Mn兩個元素呈負相關(guān)，與其他元素呈正相關(guān)；果形指數(shù)與Zn呈極顯著負相關(guān)，與Fe呈顯著負相關(guān)；硬度與葉片多個礦質(zhì)元素相關(guān)性都達到了顯著水平，與Ca呈顯著負相關(guān)，與N、Cu和Zn相關(guān)性達到了極顯著負相關(guān)，和Fe、Mg元素相關(guān)性較小；可滴定酸與Fe呈顯著負相關(guān)；可溶性固形物與N、Zn均呈顯著負相關(guān)；可溶性糖與Zn呈顯著負相關(guān)，與N達到了極顯著負相關(guān)；果實中的維生素C與Ca呈顯著正相關(guān)，和其他礦質(zhì)元素間未達到顯著水平。

表2 “富士”葉片礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)相關(guān)性分析

*代表 0.05 水平，**代表 0.01 水平。*significant at 0.05 level,**significant at 0.01 level.

2.3 “富士”蘋果果實品質(zhì)主成分分析

對“富士”蘋果果實品質(zhì)各項指標進行主成分分析(表3)。由表可以得出，第一個主成分貢獻率為39.57%，前4個主成分累計貢獻率達到了85.12%，即前4個主成分所含信息占總體信息的85.12%，前四個就已經(jīng)滿足分析條件[33]。由表3中特征向量可以看出，第一個主成分主要是硬度、可溶性固形物、可溶性糖、維生素C的信息；第二個主成分主要是單果重、果形指數(shù)、可滴定酸的信息；第三個主成分主要是可滴定酸、維生素C的信息；第四個主成分主要是單果重和維生素C的信息；第五個主成分主要是可滴定酸的信息；第六個主成分主要是可溶性固形物的信息；第七個主成分主要是是硬度的信息；其中，單果重在第二、第四主成分中都出現(xiàn)，可滴定酸在第二、第三和第五主成分中出現(xiàn)，Vc在第一主成分、第三主成分和第四主成分中出現(xiàn)。以上結(jié)果均說明，單果重、可滴定酸和維生素C等3個指標在“富士”果實品質(zhì)評價中是非常重要的。

表3 “富士”蘋果7個主成分的特征向量、特征值、貢獻率及累計貢獻率

2.4 “富士”蘋果果實品質(zhì)進行綜合評價

由于各個主成分貢獻率不同，主成分分析雖在一定程度上簡化品質(zhì)評價指標的數(shù)量，但不能精準地評價蘋果的綜合品質(zhì)。所以對果實品質(zhì)進行評價的同時，應(yīng)結(jié)合貢獻率，注重各主成分間的側(cè)重關(guān)系。計算出各主成分的得分值如表4，并以貢獻率為權(quán)重，以前5個主成分分值和貢獻率積的累加和為綜合得分Dn。根據(jù)Dn大小不同由低到高依次為:12、17、18、5、11、23、20、8、10、16、22、15、19、9、7、24、26、2、13、14、1、35、4、6、25、34、3、21、27、32、28、29、33、31和30(表5)。

表4 主成分分值與權(quán)重之積累加和

1～35為采集材料的果園，36為35個果園果實品質(zhì)的平均值。

1-35 is the orchard of collecting materials,and the 36 is the average value of fruit quality of 35 orchards.

2.5 “富士”優(yōu)質(zhì)果園葉片營養(yǎng)適宜值的確定

根據(jù)“富士”果園樣品的綜合分值對果園生產(chǎn)水平劃分，將綜合得分低于35個果園平均果實品質(zhì)得分的果園(12、17、18、5、11、23、20、8、10、16、22、15、19、9、7、24、26、2、13)劃為普通果園，而綜合得分高于平均果實品質(zhì)得分的果園(14、1、35、4、6、25、34、3、21、27、32、28、29、33、31、30)劃為優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)果園。得到了19個普通“富士”果園，16個優(yōu)質(zhì)“富士”生產(chǎn)果園。對普通蘋果生產(chǎn)園和優(yōu)質(zhì)果園葉片礦質(zhì)元素和果實品質(zhì)進行分類統(tǒng)計分析，得到優(yōu)質(zhì)果園的果實品質(zhì)概況(表5)和普通果園果實品質(zhì)概況(表6)及優(yōu)質(zhì)果園葉片礦質(zhì)營養(yǎng)情況(表7)。從表5和6得出，優(yōu)質(zhì)果園果實品質(zhì)各個指標均優(yōu)于普通果園的果實品質(zhì)。由優(yōu)質(zhì)“富士”果園確定豐縣地區(qū)“富士”蘋果葉片礦質(zhì)元素含量范圍為：N(14.93～17.74 g/kg)、P(0.77～1.02 g/kg)、K(10.29～13.43 g/kg)、Ca(12.45～17.88 g/kg)、Mg(2.52～4.00 g/kg)、Fe(274.15～493.68 mg/kg)、Mn(40.82～98.85 mg/kg)、Cu(85.36～354.26 mg/kg)、Zn(39.55～83.76 mg/kg)。

表5 優(yōu)質(zhì)果園果實品質(zhì)

表6 普通“富士”果園果實品質(zhì)

表7 優(yōu)質(zhì)“富士”生產(chǎn)果園的葉礦質(zhì)元素含量分析

2.6 江蘇地區(qū)蘋果葉片礦質(zhì)元素適宜值特點

與國內(nèi)外蘋果葉片標準值相比(表8)，江蘇豐縣地區(qū)蘋果葉片礦質(zhì)元素適宜含量表現(xiàn)出N、P偏低，F(xiàn)e和Mn水平高；其他礦質(zhì)元素適宜值與國內(nèi)外標準值基本一致。這主要與當?shù)氐耐寥罋夂蛱攸c以及長期的栽培管理方式有關(guān)。

表8 江蘇蘋果葉片適宜礦質(zhì)元素含量與國內(nèi)外標準值的比較

“—”表示沒有該元素的含量適宜值?！?indicates that there is no suitable content of the element.

3 結(jié)論與討論

主成分分析可以在不損失或很少損失原有信息的前提下，將原來個數(shù)較多而彼此相關(guān)的指標轉(zhuǎn)化為新的個數(shù)較少且彼此獨立或相關(guān)性較小的綜合指標[35]。由于測定的原始指標是不同的，其計量單位也不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的綱也就不一致。因此，需要對原始指標進行合理轉(zhuǎn)化。通過主成分分析，第一個主成分貢獻率為39.57%，前4個主成分累計貢獻率達到了85.12%。所以，通過前4個主成分對地區(qū)“富士”蘋果進行綜合評價，評價結(jié)果由低到高依次為：12、17、18、5、11、23、20、8、10、16、22、15、19、9、7、24、26、2、13、14、1、35、4、6、25、34、3、21、27、332、28、29、33、31和30。

在不受外界因素影響下的條件下，同一物種葉片礦質(zhì)元素含量是較為接近的，但在確定蘋果葉片礦質(zhì)元素適宜值時，由于各國及各個地區(qū)自然條件、所選物種以及栽培習(xí)慣等不同，造成了各個地區(qū)標準值的差異[18-22,34]。Hadavand[36]對4種不同栽培密度蘋果的樹體產(chǎn)量、果實品質(zhì)及葉片礦質(zhì)元素含量調(diào)查得出，種植密度顯著影響果實縱橫經(jīng)、可溶性固形物、果實干物質(zhì)等品質(zhì)性狀，影響葉片中氮和鐵的含量；Lim[37]通過4年對榴蓮研究表明葉中營養(yǎng)元素含量與季節(jié)變化密切相關(guān)，葉片中的N在七月最低而P在果實成熟期最低；Ikinci[38]的研究表明不同砧木對梨果實產(chǎn)量、果實品質(zhì)和礦質(zhì)元素吸收有較大的影響。因此在進行葉片營養(yǎng)診斷時，應(yīng)多方面考慮診斷時期、自然條件、品種和栽培管理水平等。

本研究得到優(yōu)質(zhì)果園果實品質(zhì)各個指標均高于普通果園的果實品質(zhì)，通過對高品質(zhì)果園的葉片分析，以產(chǎn)量和品質(zhì)為依據(jù)確定江蘇豐縣地區(qū)“富士”蘋果葉片適宜礦質(zhì)元素含量范圍為：N(14.93～17.74 g/kg)、P(0.77～1.02 g/kg)、K(10.29～13.43 g/kg)、Ca(12.45 ～17.88 g/kg)、Mg(2.52～4.00 g/kg)、Fe(274.15～493.68 mg/kg)、Mn(40.82～98.85 mg/kg)、Cu(85.36～354.26 mg/kg)、Zn(39.55～83.76 mg/kg)。本研究得到的適宜值與國內(nèi)外各地區(qū)標準值相比，江蘇豐縣地區(qū)“富士”蘋果葉片適宜含量表現(xiàn)出N、P偏低，F(xiàn)e和Mn水平高；其他礦質(zhì)元素適宜含量與國內(nèi)外標準值基本一致。得到蘋果果實商品成熟期葉片9 種葉片礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量的適宜值，為江蘇地區(qū)“富士”通過葉片分析指導(dǎo)施用施肥提供理論。

致謝：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院王三紅副教授、高志紅教授對研究給予了指導(dǎo)，謹致謝意!

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