江蘇豐縣地區(qū)富士蘋果果實礦質(zhì)元素與品質(zhì)的相關(guān)性及通徑分析

王磊彬 陳興望 李天宇

摘要：以江蘇省豐縣大沙河果園及周邊地區(qū)35個果園的富士蘋果（Malus pumila Mill）為研究材料，測定果實7個品質(zhì)特性和果實礦質(zhì)元素含量，利用相關(guān)分析和通徑分析，篩選影響果實品質(zhì)的關(guān)鍵礦質(zhì)元素，為提高蘋果果實品質(zhì)、減少生理病害和合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，果實礦質(zhì)元素對單果質(zhì)量的直接影響大小順序為鐵（Fe）>銅（Cu）>鉀（K）>鈣（Ca）>錳（Mn）>氮（N）>鋅（Zn）>磷（P）>鎂（Mg）;對果形指數(shù)的影響順序為P>K>Cu>Ca>Zn>N>Mg>Mn>Fe;對硬度的影響順序為Mg>K>Fe>Cu>Mn>Ca>N>Zn>P;對可滴定酸的影響順序為K>N>P>Cu>Mn>Fe>Mg>Ca>Zn;對可溶性固形物的影響順序為Mg>K>Cu>Ca>Mn>P>N>Zn>Fe;對可溶性糖的影響順序為Mg>P>Cu>Ca>Zn>Fe>Mn>K>N;對維生素C的影響順序為Mg>N>Zn>K>Cu>Mn>Fe>Ca>P。研究表明，蘋果果實品質(zhì)形成是各種礦質(zhì)元素協(xié)同調(diào)控的結(jié)果，果實中礦質(zhì)元素N、P、K、Mg等對果實品質(zhì)形成的影響較大。

關(guān)鍵詞：蘋果;礦質(zhì)營養(yǎng);果實品質(zhì);相關(guān)分析;通徑分析

中圖分類號： S661.101 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）07-0146-06

我國是世界上蘋果栽培面積最大的國家，2014年我國蘋果種植面積約為222.15萬hm2，占世界蘋果種植面積的45%以上[1]。目前，我國蘋果的產(chǎn)量居世界第1位，但是單位面積產(chǎn)量比較低，不到法國、南非等發(fā)達國家的1/2，居世界第39位[2]。我國蘋果質(zhì)量跟不上產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有關(guān)調(diào)查表明，2012年我國蘋果優(yōu)果率為40%，精品果占10%，功能性精品果不到2%[3]。徐州豐縣地區(qū)作為江蘇富士蘋果生產(chǎn)的主要基地，自20世紀50年代末黃河故道地區(qū)開始種植蘋果[4]，在豐縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中占有重要地位。蘋果作為農(nóng)民收入的重要來源，長期以來，由于不均衡施肥等管理不到位，嚴重影響了蘋果的產(chǎn)量與品質(zhì)，制約著蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，探討富士蘋果果實品質(zhì)形成的關(guān)鍵礦質(zhì)元素，可為合理施肥、減少生理病害提供科學(xué)依據(jù)，對改善蘋果果實品質(zhì)有重要意義。

張立新等對旱地蘋果果實的研究表明，果實礦質(zhì)營養(yǎng)不僅能反映果園土壤的肥力水平、吸收利用率和礦質(zhì)營養(yǎng)狀況，還能反映樹體營養(yǎng)狀況及果實品質(zhì)情況，同時還與蘋果生理病害密切相關(guān)[5]。薛曉芳等對23種棗果實礦質(zhì)元素含量的研究發(fā)現(xiàn)，同一種礦質(zhì)元素在不同品種中的含量差異較大，各元素含量差異造成了果實品質(zhì)差異[6]。目前，許多學(xué)者對蘋果營養(yǎng)診斷進行了研究[7-10]，但都是通過簡單分析相關(guān)性，不能明確影響果實品質(zhì)的關(guān)鍵營養(yǎng)元素，且受地區(qū)、品種及栽培管理水平等因素影響較大。通徑分析能將1個相關(guān)系數(shù)根據(jù)其成因分成多個組成部分，更加清楚各個因素對效應(yīng)產(chǎn)生的直接作用和間接作用，在農(nóng)業(yè)科研方面多有應(yīng)用[11]。本試驗采集了豐縣35個果園的富士蘋果，通過相關(guān)分析和通經(jīng)分析，研究果實品質(zhì)與礦質(zhì)元素含量間的關(guān)系，以期篩選影響果實品質(zhì)的關(guān)鍵礦質(zhì)元素，為果園合理施肥與優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與處理

試驗材料取自江蘇省豐縣地區(qū)3個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的35個富士蘋果生產(chǎn)果園，樹齡為15～25年，株行距為4 m×5 m。該地區(qū)地處暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，日照充足，年平均氣溫在15 ℃左右，平均降水量約為730 mm，無霜期達 200 d 左右[12]。土壤為沙壤土，質(zhì)地疏松，土層深厚，透氣性強。土壤pH值達8以上，有機質(zhì)含量為10.25 g/kg，全氮（N）含量為0.73 g/kg，全磷（P）含量為0.83 g/kg，全鉀（K）含量為18.32 g/kg[13]。

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株樹，在樹冠中上部東、南、西、北4個方位隨機采集4個果實，每個果園取16個果實，帶回實驗室測定分析[8，14]。

1.2 指標測定

1.2.1 果實品質(zhì)的測定 果實的單果質(zhì)量用百分之一電子天平測定。果實縱、橫徑用數(shù)顯游標卡尺測定，果形指數(shù)=縱徑/橫徑;硬度和可溶性固形物含量分別用GY-4型數(shù)顯式水果硬度計和手持式糖度計PAL-1直接測定，選取每個果實對稱的2點進行測定[15];果實可滴定酸含量采用NaOH滴定法[16]測定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[17]測定;維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[15]測定。

1.2.2 果實礦質(zhì)元素的測定 果實采集并清洗后，取每個樣本所有果實的部分果樣放在信封中，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，存放在自封袋中，于陰涼干燥處保存[18]。果實全氮含量經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，用AA3連續(xù)流動分析儀[19]測定。果實中磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、錳（Mn）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、銅（Cu）、鋅（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[20-21]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010、SPSS 20.0軟件及回歸相關(guān)多元分析（2017）方法進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、相關(guān)性分析和通徑分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同果園富士蘋果果實品質(zhì)與礦質(zhì)元素營養(yǎng)分析

如表1所示，因豐縣35個不同富士蘋果果園在施肥管理方面的差異性，導(dǎo)致果實中維生素C含量、糖酸比、固酸比、可滴定酸含量及可溶性糖含量的變異系數(shù)很大，而單果質(zhì)量、果形指數(shù)、硬度和可溶性固形物含量的變異系數(shù)較小。這說明果園管理對果實維生素C含量、糖酸比、可溶性糖含量等品質(zhì)具有較大的影響。

如表2所示，豐縣35個不同果園的果實礦質(zhì)元素含量因不同的管理水平存在一定的差異。果實礦質(zhì)元素變異系數(shù)在9.51%～46.57%之間，變化很大，且以Zn和Fe的變異系數(shù)較大，Mn次之，Mg最小。大量礦質(zhì)元素中，K含量最高，其次是N、Ca、P，Mg元素含量最低。微量礦質(zhì)元素中，F(xiàn)e含量最高，Cu含量次之，Mn和Zn含量相對較低。

2.2 富士蘋果果實礦質(zhì)元素與品質(zhì)之間的相關(guān)性分析

由表3可知，果實礦質(zhì)元素之間相互影響，其中果實中N、P這2種元素與Mg呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;K與Mg、Fe、Cu呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;Ca與Mg、Fe呈顯著正相關(guān)（P<0.05），Mg與Cu呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。

由表4可知，P與可溶性糖、果形指數(shù)呈顯著或極顯著負相關(guān);K、Mg、Mn與硬度呈顯著或極顯著負相關(guān);K和Mg對可溶性固形物具有顯著或極顯著的抑制作用;P、Mg、Cu對可溶性糖具有顯著的抑制作用。相反，K、Cu對可滴定酸、維生素C具有明顯的促進作用。

2.3 富士蘋果礦質(zhì)營養(yǎng)元素與果實品質(zhì)的通徑分析

直接通徑系數(shù)表示自變量對目標變量直接影響效應(yīng)的程度。間接通徑系數(shù)表示某一因子通過影響其他因子對目標變量的影響程度。因此，果實礦質(zhì)營養(yǎng)元素除了能直接影響果實品質(zhì)外，還可以通過其他礦質(zhì)元素間接影響果實品質(zhì)。通徑系數(shù)的絕對值大小表示果實礦質(zhì)元素對單果質(zhì)量的影響程度。

由表5可知，對單果質(zhì)量直接影響大小順序為Fe（0.363 7）>Cu（-0.342 6）>K（0.306 9）>Ca（-0.262 4）>Mn（0.244 4）>N（-0.189 7）>Zn（-0.137 3）>P（-0.104 9）>Mg（-0.050 0）。其中Mn、K、 Fe對單果質(zhì)量的影響為正值，Cu、Ca、N、Zn、P、Mg對單果質(zhì)量的影響為負值。對果實單果質(zhì)量間接影響最大的是Cu（0.238 3），主要通過K（0.210 8）影響單果質(zhì)量;其次是K（-0.205 9），主要通過Cu（-0.235 4）影響單果質(zhì)量。由此可知，對果實單果質(zhì)量影響較大的礦質(zhì)元素有Fe、Cu、K。

表6中富士蘋果果實礦質(zhì)元素與果形指數(shù)的通徑分析表明，直接影響果形指數(shù)的礦質(zhì)元素主要是N、P、K、Cu、Ca、Zn，影響果形指數(shù)最大的因子為P（-0.602 5），且為負值;其次為K、Cu、Ca，分別為0.188 1、0.166 9、0.154 2，為正值。Mg、Mn、Fe對果形指數(shù)的直接影響效應(yīng)較小。Ca（C4）通過間接作用對果形指數(shù)的影響最大，間接通徑系數(shù)為-0.194 7，其次為Zn（C9）、Mn（C7）、K（C3）。由此可知，對果形指數(shù)影響較大的礦質(zhì)元素為P、K、Cu、Ca、Zn和N。

表7中對富士蘋果果實礦質(zhì)元素與硬度的通徑分析表明，直接影響硬度的礦質(zhì)元素通徑系數(shù)排序為Mg>K>Fe>Cu>Mn>Ca>N>Zn>P。其中，礦質(zhì)元素Mg、K、Fe、Zn和Mn對果實硬度的直接影響為負值，N、Ca、Cu為對果實硬度的影響為正值，Mg對果實硬度的直接影響最大。間接作用表明，對果實硬度間接影響較大的因子有Cu（-0.472 0）、N（-0.336 6）、Ca（-0.234 3）、P（-0.200 5）。由此可知，對果實硬度影響較大的礦質(zhì)元素為Mg、K、Fe、N、Cu和Mn。

表8中對富士蘋果果實礦質(zhì)元素與可滴定酸的通徑分析表明，對可滴定酸直接影響較大的果實礦質(zhì)元素有K、N、Mn、Cu、Fe和P。直接通徑系數(shù)顯示，影響最大的因子為K（0.487 8），其次為N（-0.207 6）、P（-0.179 5）、Cu（0.142 5）、Mn（-0.139 7）、Fe（-0.131 6）。K和Cu對可滴定酸的直接作用為正效應(yīng)，N、P、Mn、Fe對果實可滴定酸的直接作用為負效應(yīng)。Cu和P對可滴定酸的間接作用影響較大，通徑系數(shù)分別為0.326 5和0.145 7。Fe對果實可滴定酸的間接作用為正值，Zn對可滴定酸的間接作用為負值。從間接通徑系數(shù)可知，果實中各個礦質(zhì)元素主要是通過K對果實可滴定酸含量進行間接調(diào)控，K元素是調(diào)節(jié)果實中可滴定酸的重要元素。綜合以上分析可知，對果實可滴定酸的影響作用較大的礦質(zhì)元素有K、N、P和Cu。

表9中對富士蘋果果實礦質(zhì)元素與可溶性固形物的通徑分析表明，對可溶性固形物直接影響較大的礦質(zhì)元素有Mg、K、Cu、Mn和Ca。直接通徑系數(shù)大小順序為Mg（-0.557 8）>K（-0.258 9）>Cu（0.249 4）>Ca（0.108 4）>Mn（-0.101 9）>P（-0.041 3）>N（-0.033 2）>Zn（-0.021 9）>Fe（0.016 1），其中Cu、Ca和Fe的直接影響為正值，其余礦質(zhì)元素對可溶性固形物的影響均為負值。果實礦質(zhì)元素通過間接作用對可溶性固形物影響的比較明顯，影響較大的排序為Cu（-0.410 6）>N（-0.280 2）>P（-0.240 1）>Ca（-0.180 3）>Fe（-0.136 8）>Mn（-0.136 6），Cu主要通過Mg和K對可溶性固形物進行間接調(diào)控，N通過Mg對可溶性固形物產(chǎn)生效應(yīng)。由以上結(jié)果分析可知，對可溶性固形物影響較大的礦質(zhì)元素有Mg、K、Cu、N和P。

表10中對富士蘋果果實礦質(zhì)元素與可溶性糖的通徑分析表明，對可溶性糖直接影響較大的礦質(zhì)元素有Mg（-0.329 9）、P（-0.247 4）、Cu（-0.183 8）、Ca（0.161 3）、Zn（-0.145 3）、Fe（0.141 4），對可溶性糖直接作用較大的3個元素Mg、P、Cu的影響效應(yīng)均為負值。對可溶性糖影響作用較大的礦質(zhì)元素因子有K、Ca和Mn，間接通徑系數(shù)分別為-0.297 7、-0.141 2和-0.180 8，各個礦質(zhì)元素的間接作用系數(shù)均為負值。K主要通過Cu和Mg間接影響果實中的可溶性糖，Ca主要通過Mg影響果實中可溶性糖。由此可知，影響果實可溶性糖的礦質(zhì)營養(yǎng)元素主要為K、Mn、Mg、P、Cu、Ca和Fe。

表11中對富士蘋果果實礦質(zhì)元素與維生素C的通徑分析表明，對果實維生素C含量影響較大的礦質(zhì)元素有N、K、Mg、Cu、Fe、Mn和Zn。直接通徑系數(shù)的最大的礦質(zhì)元素為Mg（-0.427 0），其次為N（-0.335 9）、Zn（-0.296 1）、K（0.207 5）、Cu（0.194 5）和Mn（0.174 3），Mg、N、Zn對果實維生素C的直接作用均為負值，K、Cu、Mn的直接作用為正值。間接作用對果實維生素C的影響大小順序為Ca（-0.213 8）>Mn（-0.197 1）>P（-0.194 8）>K（-0.158 7）>N（-0.151 8）。間接作用于維生素C的重要礦質(zhì)元素的通徑系數(shù)均為負值。果實中的Ca主要通過Mg影響果實中的維生素。所以，影響果實中維生素C的主要礦質(zhì)元素為Mg、N、Zn、Ca。

3 討論與結(jié)論

根據(jù)各礦質(zhì)元素的功能及特性，生產(chǎn)上可以針對性地進行肥料配置，平衡施肥，以提高果樹的產(chǎn)量和果實的品質(zhì)[22]。目前，對于果樹礦質(zhì)營養(yǎng)和果實品質(zhì)間關(guān)系的研究，結(jié)果差異較大，不同砧木、同一品種不同樹齡、不同地區(qū)、不同品種及不同生育期葉片礦質(zhì)營養(yǎng)存在顯著差異[23-27];Fallahi等的研究結(jié)果表明，葉片礦質(zhì)營養(yǎng)與果實品質(zhì)的相關(guān)性不強，果實營養(yǎng)分析能擴充果樹營養(yǎng)診斷[28]。顧曼如等研究認為，Zn與可溶性固形物呈負相關(guān)，與硬度和總酸呈正相關(guān)，K與硬度呈負相關(guān)[29]。宋少華等通過對陜西甜柿‘陽豐果實礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標的相關(guān)性及通徑分析得出，N、P、K、Zn和Mn是影響果實品質(zhì)最主要的礦質(zhì)元素[14]。Fallahi等認為，新紅星蘋果果實中N與果實硬度、可溶性固形物含量呈顯著負相關(guān)，Ca與果實硬度呈正相關(guān)[28]。李寶江等通過對蘋果果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)及耐貯性關(guān)系的研究表明，Zn與果實可溶性固形物呈極顯著負相關(guān);Ca、K與果實硬度呈極顯著正相關(guān)，而Mn和Cu相反[30]。徐慧等對膠東半島主要蘋果產(chǎn)區(qū)果實礦質(zhì)元素和果實品質(zhì)的相關(guān)研究表明，果實中全N、K和Fe與果肉硬度呈顯著負相關(guān)，Cu與果肉硬度和可溶性固形物呈顯著負相關(guān)[9]。

結(jié)合本試驗相關(guān)分析結(jié)果表明：果形指數(shù)與P呈顯著負相關(guān);硬度、可溶性固形物與果實礦質(zhì)元素呈負相關(guān);可滴定酸和K、Cu呈極顯著相關(guān);可溶性固形物與K呈顯著負相關(guān)，與Mg的相關(guān)性極顯著;可溶性糖和P、Mg、Cu呈顯著負相關(guān);維生素C和K、Cu呈顯著正相關(guān)。江蘇豐縣地區(qū)富士蘋果果實礦質(zhì)元素和品質(zhì)的相關(guān)研究結(jié)果與徐慧等的研究結(jié)果基本符合。通徑分析表明：果實礦質(zhì)元素對單果質(zhì)量直接影響大小順序為Fe>Cu>K>Ca>Mn>N>Zn>P>Mg;對果形指數(shù)影響的順序為P>K>Cu>Ca>Zn>N>Mg>Mn>Fe;對硬度影響的順序為Mg>K>Fe>Cu>Mn>Ca>N>Zn>P;對可滴定酸影響的順序為K>N>P>Cu>Mn>Fe>Mg>Ca>Zn;對可溶性固形物的影響順序為Mg>K>Cu>Ca>Mn>P>N>Zn>Fe;對可溶性糖的影響順序為Mg>P>Cu>Ca>Zn>Fe>Mn>K>N;對維生素C的影響順序為Mg>N>Zn>K>Cu>Mn>Fe>Ca>P。綜上所述，果實中礦質(zhì)元素N、P、K、Mg對果實品質(zhì)的形成影響較大。這與張強等的研究結(jié)果[8-9，14]存在一定的差異，不同地域土壤結(jié)構(gòu)、氣候環(huán)境因素等都有一定的差異。由此表明，江蘇豐縣地區(qū)富士蘋果品質(zhì)形成過程中受果實各種礦質(zhì)元素協(xié)同調(diào)控，在生產(chǎn)過程中可增施P、K、Cu、Mn，降低或控制N和Mg肥的施用量，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)果品的生產(chǎn)。

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