萬 勝 ,楊智鵬 ,黃 瑤 ,王 磊 ,孫 佳 ,劉豐鳴 ,張虎國 ,王利娜 ,王姝婧 ,趙 文 ,張國林 ,李建貴
(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) a. 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院;b. 資源與環(huán)境學(xué)院;c. 實(shí)習(xí)林場,新疆 烏魯木齊 830052;2. 新疆紅棗工程技術(shù)研究中心,新疆 烏魯木齊 830011;3. 新疆維吾爾自治區(qū)林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心,新疆 烏魯木齊 830099;4.新疆大學(xué),新疆 烏魯木齊 830046)
棗Ziziphus jujuba為鼠李科Rhamnaceae棗屬Zizyphus植物,紅棗原產(chǎn)于我國,迄今已有5 000多年的栽培歷史[1]。棗果含有豐富的維生素、多種微量元素和糖分。新疆是我國棗的主要產(chǎn)地,灰棗為目前主栽制干品種之一。新疆南疆88%的縣市生產(chǎn)紅棗,棗種植面積有47.3萬hm2,為我國最大的棗種植區(qū)域且植棗跨度最大的區(qū)域。南疆地域遼闊,土壤類型多樣,氣候環(huán)境復(fù)雜,生態(tài)環(huán)境差異較大,因此南疆灰棗種植區(qū)具有品質(zhì)分布多樣性的特點(diǎn)[2]。
目前,綜合評價(jià)方法被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究中,包括層次分析法[3]、模糊綜合評價(jià)法[4]、灰色關(guān)聯(lián)評價(jià)法[5]、主成分分析法[6]和因子分析法[7]等。采用層次分析法進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)評價(jià)時(shí),可以根據(jù)各評價(jià)因素對評價(jià)結(jié)果的重要性來計(jì)算出不同評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,使各評價(jià)因素在評價(jià)結(jié)果中得到充分體現(xiàn)[3]。近年來,層次分析結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度分析的方法在葡萄、油桃、蘋果、油茶等果實(shí)的品質(zhì)評價(jià)中得到應(yīng)用[5,8-11]。李慧等[12]采用灰色關(guān)聯(lián)度的方法,研究并篩選寧夏高品質(zhì)的鮮食棗;張梅等[13]采用灰色關(guān)聯(lián)度的方法,進(jìn)行了灰棗品質(zhì)的研究與評價(jià);張少博等[7]采用因子分析的方法,研究分析了新疆5種土壤類型下灰棗果實(shí)的品質(zhì)情況;袁輝等[14]采用主成分和聚類分析的方法,研究了新疆50批次不同產(chǎn)地紅棗的綜合品質(zhì)情況。關(guān)于新疆灰棗品質(zhì)的區(qū)域研究主要集中在新疆灰棗小樣本綜合品質(zhì)的對比評價(jià),有關(guān)新疆不同地區(qū)灰棗大樣本試驗(yàn)的布設(shè)和品質(zhì)性狀分析的研究鮮見報(bào)道。
本研究中以采自南疆16個(gè)主產(chǎn)縣(市)43個(gè)主產(chǎn)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、3個(gè)團(tuán)部以及1個(gè)農(nóng)場的148份灰棗作為樣品,對其感官品質(zhì)(橫縱徑、含水率、可食率、單果質(zhì)量、果形指數(shù))和營養(yǎng)品質(zhì)(糖酸比、果膠含量、粗纖維含量、蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、總酚含量、可溶性糖含量、脂肪含量、可滴定酸含量、黃酮含量)進(jìn)行測定,采用主成分分析和聚類等方法篩選出適宜綜合評價(jià)灰棗品質(zhì)的指標(biāo),在此基礎(chǔ)上運(yùn)用層次分析和灰色關(guān)聯(lián)度法建立灰棗果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)模型,旨在明確南疆不同產(chǎn)地灰棗果實(shí)品質(zhì)性狀的特點(diǎn),為灰棗品質(zhì)綜合評價(jià)和新疆棗品種結(jié)構(gòu)空間布局調(diào)整提供參考。
在沙雅縣、新和縣、庫車市、庫爾勒市、尉犁縣、若羌縣、且末縣、民豐縣、于田縣、策勒縣、洛浦縣、墨玉縣、皮山縣、阿拉爾市、阿瓦提縣、溫宿縣16個(gè)主產(chǎn)縣(市)分別選取3、3、3、3、3、3、4、3、4、3、2、3、2、2、3和3個(gè)重點(diǎn)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)),其中涉及3個(gè)團(tuán)部以及1個(gè)農(nóng)場,每個(gè)主產(chǎn)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))選取具有代表性的果園進(jìn)行采樣(表1)。采用中心五點(diǎn)法,在每個(gè)灰棗園的5株棗樹上,分別按5個(gè)方位(東、西、南、北、中)隨機(jī)采摘個(gè)頭和生長度均一致且無黑斑病、無擦傷、無破損的10個(gè)棗果,每個(gè)棗園共采摘50個(gè)棗果,混合為1份樣品,放入無菌自封袋中冷藏保存,帶回實(shí)驗(yàn)室備用,共計(jì)148份樣品。
表1 灰棗樣品數(shù)量與產(chǎn)地Table 1 The quantity and region of Huizao samples
采用考馬斯亮藍(lán)比色法[15]測定蛋白質(zhì)含量,將棗果樣品加入5 mL蒸餾水磨碎,離心,將上清液與考馬斯亮藍(lán)混合反應(yīng),在595 nm波長下測定吸光度值;采用2,4-二硝基苯肼比色法[16]測定抗壞血酸含量;采用蒽酮比色法[17]測定可溶性糖含量;采用電位滴定法[18]測定可滴定酸含量;采用鹽酸甲醇比色法[19]測定類黃酮和總酚含量;采用酸水解法[20]測定脂肪含量;采用酸堿消煮法[21]測定粗纖維含量;采用咔唑比色法[22]測定果膠含量。計(jì)算單果質(zhì)量(鮮果總質(zhì)量除以果實(shí)數(shù)量)、可食率(去果核鮮果質(zhì)量占鮮果總質(zhì)量的百分率)、含水率(干果質(zhì)量占鮮果質(zhì)量的百分率)、糖酸比(可溶性糖與可滴定酸含量的比值)。
使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,其中品質(zhì)指標(biāo)的系統(tǒng)聚類分析采用離差平方和法。
1.3.1 評價(jià)指標(biāo)的篩選
根據(jù)主成分分析中累計(jì)方差貢獻(xiàn)率的數(shù)值確定具有品質(zhì)代表性指標(biāo)的數(shù)量,然后根據(jù)聚類分析法分析結(jié)果結(jié)合品質(zhì)間的相關(guān)性篩選相應(yīng)數(shù)量的主要評價(jià)指標(biāo)。
1.3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定[14,23-24]
邀請5名本領(lǐng)域的專家,采用層次分析法中的1~9標(biāo)度法,對每組指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行賦值,并對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),計(jì)算一致性比率(CR)。
式中:CI為計(jì)算一致性指標(biāo);λmax是判斷矩陣的最大特征根;n為判斷矩陣階數(shù);RI為與n對應(yīng)的平均隨機(jī)一致性取值。
1.3.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析[10]
基于調(diào)查檢測的棗果品質(zhì)性狀設(shè)定1個(gè)“理想灰棗”作為參考,為了消除各品質(zhì)指標(biāo)的度量差異,對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理,計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ζi(k)。將灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和指標(biāo)權(quán)重代入下式中,得到加權(quán)關(guān)聯(lián)度。
式中:ζi(k)為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù);Δi(k)為第i份樣品第k個(gè)指標(biāo)無量綱化處理的測量值與理想值之間的絕對差值;ρ為分辨系數(shù),常取0.5;γi為第i份樣品的灰色關(guān)聯(lián)度;ωi(k)第i份樣品第k個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。
不同的生境致使各產(chǎn)地灰棗果實(shí)品質(zhì)存在差異,不同產(chǎn)地灰棗果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)值見表2。由表2可知,不同產(chǎn)地灰棗的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)間存在著一定差異,且各指標(biāo)差異幅度也不同。皮山縣的灰棗縱徑、橫徑最大;溫宿縣和新和縣的灰棗單果質(zhì)量較大,于田縣和若羌縣的灰棗單果質(zhì)量最低;若羌縣的灰棗果形指數(shù)較大,民豐縣的灰棗果形指數(shù)最低;溫宿縣的灰棗可食率、含水率皆大于其余產(chǎn)地的灰棗,墨玉縣的灰棗可食率和含水率最低;阿瓦提縣的灰棗可溶性糖含量最高,其余各產(chǎn)地的灰棗可溶性糖含量無顯著差異;阿拉爾市的灰棗可滴定酸含量較其余產(chǎn)地的灰棗可滴定酸含量大,庫爾勒市的灰棗可滴定酸含量最低;洛浦縣的灰棗蛋白質(zhì)含量高于其余產(chǎn)地的灰棗,其余各產(chǎn)地的灰棗蛋白質(zhì)含量無顯著差異;于田縣的灰棗維生素C含量顯著高于其余產(chǎn)地的灰棗,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.62 mg/g,其次是尉犁縣、庫爾勒市的灰棗;沙雅縣的灰棗果膠含量高于其余產(chǎn)地的灰棗,阿瓦提縣的灰棗果膠含量最低;若羌縣、且末縣、策勒縣的灰棗黃酮含量顯著高于其余產(chǎn)地的灰棗,新和縣的灰棗黃酮含量最低;洛浦縣的灰棗總酚含量高于其余產(chǎn)地的灰棗,溫宿縣灰棗總酚含量最低;庫車市的灰棗脂肪含量高于其余產(chǎn)地的灰棗;阿拉爾市的灰棗粗脂肪含量高于其余產(chǎn)地的灰棗;庫爾勒市的灰棗糖酸比最高,為387.31,其次為尉犁縣、若羌縣、且末縣的灰棗。
由表2可知,南疆灰棗果實(shí)16項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)存在不同的變異。其中,縱徑、橫徑、果形指數(shù)、可食率、可溶性糖含量、果膠含量、粗纖維含量的變異系數(shù)分別為9.93%、9.65%、8.12%、2.5%、9.68%、8.37%和17.28%,空間變異較小。其余9項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的變異系數(shù)均大于20%,這說明灰棗多數(shù)品質(zhì)指標(biāo)受產(chǎn)地影響較大。
表2 南疆不同產(chǎn)地灰棗果實(shí)的品質(zhì)性狀?Table 2 Quality traits of Huizao fruit in different producing areas of Southern Xinjiang
續(xù)表2Continuation of Table 2
南疆灰棗果實(shí)16項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析結(jié)果見表3。從表3可以看出:單果質(zhì)量與果形指數(shù)、蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、黃酮含量、總酚含量、粗纖維含量皆呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,與含水率的相關(guān)系數(shù)為0.588,呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系;棗果含水率與黃酮含量和總酚含量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.745和-0.739,呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;棗果中可滴定酸含量與糖酸比呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為-0.866;棗果中維生素C含量與黃酮含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.31;黃酮含量與總酚含量、粗纖維含量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.973和0.457;總酚含量與粗纖維含量的相關(guān)系數(shù)為0.474,呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系;脂肪含量與粗纖維含量的相關(guān)系數(shù)為-0.375,呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;棗果中粗纖維含量與糖酸比的相關(guān)系數(shù)為-0.425,呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。
2.3.1 主成分分析
將各灰棗品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,結(jié)果見表4。由表4可知,前6個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為76.051%,可以解釋大部分品質(zhì)信息。第1主成分解釋了綜合品質(zhì)信息的28.763%,主要代表含水率、黃酮含量、總酚含量和粗纖維含量;第2主成分解釋了綜合品質(zhì)信息的15.094%,主要代表縱徑、橫徑、單果質(zhì)量;第3主成分解釋了綜合品質(zhì)信息的9.554%,主要代表可滴定酸含量和糖酸比;第4、5、6主成分分別解釋了綜合品質(zhì)信息的8.279%、7.685%和6.675%,包含了其余各品質(zhì)指標(biāo)信息。
2.3.2 聚類分析
南疆灰棗果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的聚類結(jié)果如圖1所示。結(jié)合主成分分析的結(jié)果,將所有指標(biāo)聚為6類。第1類聚集了縱徑、橫徑、單果質(zhì)量、可食率、含水率;第2類聚集了果形指數(shù)、果膠;第3類聚集了可溶性糖含量;第4類聚集了可滴定酸含量、蛋白質(zhì)含量、黃酮含量、總酚含量、粗纖維含量;第5類聚集了維生素C含量;第6類聚集了糖酸比和脂肪含量。單果質(zhì)量、橫徑、縱徑可由果形指數(shù)綜合體現(xiàn),且單果質(zhì)量與含水率具有極顯著相關(guān)性,所以選擇可食率作為第1類的代表指標(biāo)。
第2類中,果形指數(shù)為商品果實(shí)的重要品質(zhì)指標(biāo)之一,因此選擇果形指數(shù)作為第2類的代表指標(biāo);第4類中,可滴定酸含量由糖酸比綜合體現(xiàn),蛋白質(zhì)含量與總酚含量、黃酮含量和粗纖維含量具有顯著相關(guān)性,因此選擇蛋白質(zhì)含量作為第4類的代表指標(biāo);糖酸比能更好地反映果實(shí)甜度,所以選擇糖酸比作為第6類的代表指標(biāo)。最終確定可食率、果形指數(shù)、可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、糖酸比作為灰棗品質(zhì)的核心評價(jià)指標(biāo)。
表3 南疆灰棗果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)?Table 3 Correlation among fruit quality indexes of Huizao in Southern Xinjiang
表4 南疆灰棗果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果Table 4 Principal component analysis results of fruit quality indexes of Huizao in Southern Xinjiang
圖1 南疆灰棗果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的聚類結(jié)果Fig. 1 Clustering result of fruit quality indexes of Huizao in Southern Xinjiang
2.3.3 權(quán)重賦予
南疆灰棗果實(shí)品質(zhì)代表指標(biāo)的判斷矩陣及權(quán)重見表5。經(jīng)計(jì)算,λmax為6.603,CR為0.09 6(<0.1,其中n=4,RI=1.26),因此該判斷矩陣具有良好的一致性。由表5可知,可食率的權(quán)重為0.075 7,果形指數(shù)的權(quán)重為0.155 2,可溶性糖含量的權(quán)重為0.196 2,蛋白質(zhì)含量的權(quán)重為0.163 7,維生素C含量的權(quán)重為0.163 7,糖酸比的權(quán)重為0.245 6,表明糖酸比對灰棗品質(zhì)的影響最大,可食率的影響相對較小。
表5 南疆灰棗果實(shí)品質(zhì)代表指標(biāo)的判斷矩陣及權(quán)重Table 5 Judgment matrix and weight of representative indexes of Huizao fruit quality in Southern Xinjiang
2.3.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析
根據(jù)灰色系統(tǒng)理論,構(gòu)造1個(gè)參考數(shù)列進(jìn)行比較。依據(jù)調(diào)查采集的棗果品質(zhì)性狀和前人的研究結(jié)果確定各棗果品質(zhì)指標(biāo)的最優(yōu)值,即參考序列(X0),可食率、蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量、維生素C含量、果形指數(shù)、糖酸比均為正向指標(biāo),值越大則各指標(biāo)越好,即取測量結(jié)果中各指標(biāo)的最大值,然后根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度法分析的前提條件,將“理想灰棗”的各指標(biāo)值作為參考序列,比較數(shù)列則是所測定的各主產(chǎn)縣(市)灰棗各指標(biāo)的平均值(表6)。
表6 南疆灰棗果實(shí)品質(zhì)代表指標(biāo)的參考序列和各產(chǎn)地均值Table 6 Reference sequence of representative indexes of fruit quality of Huizao in Southern Xinjiang and mean value of each producing area
根據(jù)計(jì)算出的關(guān)聯(lián)系數(shù),結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重,計(jì)算出南疆每個(gè)產(chǎn)地灰棗樣品的加權(quán)關(guān)聯(lián)度(表7)。按照灰色關(guān)聯(lián)度分析的原則,加權(quán)關(guān)聯(lián)度的值越大,與“理想灰棗”的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度越大,即灰棗品質(zhì)越趨于“理想灰棗”,所測灰棗品質(zhì)則越好。由表7可知,南疆不同產(chǎn)地灰棗樣品的綜合品質(zhì)由優(yōu)至劣依次為庫爾勒樣品、尉犁樣品、若羌樣品、阿瓦提樣品、且末樣品、庫車樣品、于田樣品、策勒樣品、新和樣品、民豐樣品、沙雅樣品、阿拉爾樣品、溫宿樣品、洛浦樣品、皮山樣品、墨玉樣品。
基于新疆南疆不同產(chǎn)地灰棗果實(shí)品質(zhì)性狀的地域差異性,對來自南疆16個(gè)灰棗主產(chǎn)縣(市)不同產(chǎn)地的148份灰棗果實(shí)樣品進(jìn)行品質(zhì)測定,通過差異顯著性分析,發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地間灰棗的各品質(zhì)指標(biāo)均具有顯著差異。其中含水率、單果質(zhì)量、可滴定酸含量、蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、黃酮含量、糖酸比、總酚含量、脂肪含量的變異系數(shù)均超過20%,為中度變異。將主成分分析與聚類分析相結(jié)合,篩選出可食率(X1)、果形指數(shù)(X2)、可溶性糖含量(X3)、蛋白質(zhì)含量(X4)、維生素C含量(X5)、糖酸比(X6)作為灰棗果實(shí)綜合評價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。采用灰色關(guān)聯(lián)度法建立了灰棗果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)模型Y=0.075 7X1+0.155 2X2+0.196 2X3+0.163 7X4+0.163 7X5+0.245 6X6。基于灰棗果實(shí)的品質(zhì)特征,對灰棗各品質(zhì)指標(biāo)設(shè)定優(yōu)化值,通過分析各主產(chǎn)縣(市)灰棗樣品與“理想灰棗”的品質(zhì)關(guān)聯(lián)程度,得出各縣(市)灰棗果實(shí)品質(zhì)的綜合排名,不同產(chǎn)地灰棗樣品的綜合品質(zhì)由優(yōu)至劣依次為庫爾勒樣品、尉犁樣品、若羌樣品、阿瓦提樣品、且末樣品、庫車樣品、于田樣品、策勒樣品、新和樣品、民豐樣品、沙雅樣品、阿拉爾樣品、溫宿樣品、洛浦樣品、皮山樣品、墨玉樣品。
灰棗品質(zhì)性狀受到基因、生態(tài)環(huán)境和管理措施等多種因素共同影響[2]。環(huán)境因素一般包括地形、太陽輻射強(qiáng)度、溫度、降水量及土壤基質(zhì)等[25-26]。張任等[25]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):單果質(zhì)量與平均最高溫度的相關(guān)系數(shù)為0.979,相關(guān)性極顯著,與平均年降水量的相關(guān)系數(shù)為-0.798;含水率與平均最高溫度之間的相關(guān)系數(shù)為0.908,呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系,與平均年降水量的相關(guān)系數(shù)為-0.765;可溶性糖含量與降水量、海拔、溫度的相關(guān)性極顯著,與日照時(shí)長的相關(guān)系數(shù)為0.912,呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;可滴定酸含量僅與溫度呈顯著負(fù)相關(guān);糖酸比、維生素C含量及脂肪含量與氣象因子的相關(guān)性均不顯著。庫爾勒市、尉犁縣、若羌縣均位于巴音郭楞蒙古自治州,分別屬歐亞大陸暖濕帶干旱氣候、暖溫帶大陸性荒漠氣候以及大陸溫帶干旱半干旱氣候,其中庫爾勒市緯度較高,最為明顯的氣候特征為日照時(shí)間充沛,太陽輻射強(qiáng),降雨量稀少,年平均氣溫10~15 ℃,但夏季極端高溫可達(dá)40 ℃,使得蒸發(fā)量大,晝夜溫差、濕差均較大。庫爾勒適宜灰棗生長,有利于棗果中糖等營養(yǎng)物質(zhì)的積累[26]。周美麗[27]對庫爾勒地區(qū)5年生青棗的年生長進(jìn)行了監(jiān)測和分析,發(fā)現(xiàn)灰棗樹果實(shí)產(chǎn)量達(dá)到9 316.20 kg/hm2,果實(shí)營養(yǎng)成分的含量較高。本研究中,庫爾勒市灰棗的糖酸比高于其他主產(chǎn)縣(市),蛋白質(zhì)含量、維生素C含量均位于前列,風(fēng)味品質(zhì)最好,排在首位。
本研究中確定可食率、果形指數(shù)、可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、糖酸比作為灰棗品質(zhì)的核心評價(jià)指標(biāo)。段卞慧等[28]采用主成分分析法,從鮮食棗品種的16個(gè)品質(zhì)性狀指標(biāo)中,篩選出可溶性糖含量、維生素C含量、蛋白質(zhì)含量、果形指數(shù)、糖酸比、含水率和單果質(zhì)量作為主要評價(jià)指標(biāo),與本研究結(jié)果相似,但本研究中所篩選的指標(biāo)缺少單果質(zhì)量,增加了可食率,這可能與研究方法、樣本量、測定指標(biāo)有關(guān)。根據(jù)不同的品質(zhì)需求,品質(zhì)評價(jià)應(yīng)更加多元化,構(gòu)建不同的品質(zhì)評價(jià)模型是下一步研究的方向。