庆阳地区烟富3号苹果园土壤营养与果实品质的相关性分析

Correlation analysis between soil nutrition and fruit quality of Yanfu 3 apple orchard in Qingyang area

摘要

目的 明确黄土高原旱作区烟富3号苹果园土壤营养状况与果实品质的关系，为果园配方施肥提供参考。 方法 以庆阳地区的12个烟富3号果园为研究对象，测定了土壤营养和果实品质等指标，应用典型相关性分析和回归分析，筛选影响果实品质的主要土壤养分因子。 结果 不同果园苹果果实的果糖、蔗糖、葡萄糖、山梨糖醇、花青素、维生素C、可滴定酸含量和糖酸比之间存在显著差异；果园土壤有机质、矿质元素含量、pH与苹果果实品质指标之间存在显著或极显著相关性，其中土壤有机质、全铁、全锌、全钾、全磷与果实可溶性固形物、糖类物质、维生素C、花青素含量、硬度及单果质量间存在显著或极显著相关性。 结论 苹果果实品质指标受不同土壤营养因子的影响，其中果园土壤有机质和全钾含量是影响庆阳地区烟富3号果实品质最重要的土壤因子。

Abstract

Objective The objective of this study was to clarify the relationship between soil nutrient status and fruit quality of Yanfu 3 apple orchard in the upland area of Loess Plateau. Method In the study，the soil nutrients of apple orchards in Qingyang area and fruit quality of 12 Yanfu 3 apple were measured，and the main soil nutrient factors affecting fruit quality were screened out by canonical correlation analysis and regression analysis. Result The results showed that there were significant differences in fructose，sucrose，glucose，sorbitol，anthocyanin，vitamin C，titratable acid，and sugar acid ratio among apple fruits in different orchards.There was a significant or extremely significant correlation between orchard soil organic matter，mineral element content，pH，and apple fruit quality indexes. Among them，there was a significant or extremely significant correlation between soil organic matter，total iron，total zinc，total potassium，total phosphorus，and fruit soluble solids，sugars，vitamin C，anthocyanin content，hardness and single fruit weight. Conclusion Our study suggests that the fruit quality index of Yanfu 3 orchard in Qingyang area is affected by different soil nutrient factors，among which soil organic matter and total potassium content are the most important soil factors affecting fruit quality.

关键词

烟富3号苹果 / 土壤养分 / 果实品质 / 相关性分析 / 回归分析

Key words

Yanfu 3 apple / soil nutrient / fruit quality / correlation analysis / regression analysis

黄土高原是全球最大的优质苹果集中连片栽植区，栽植面积和产量均占全球的25%以上，庆阳市地处陇东黄土高原沟壑区，是西北黄土高原地区主要的优质苹果生产基地，探讨苹果园土壤营养与果实品质间的关系对指导果园合理施肥、提高果实品质、保持果园可持续生产等具有重要理论意义和实践应用价值^［1-4］。彭福田等^［5］研究了渤海湾产区不同产量水平苹果园氮、磷、钾营养特点，认为随着土壤碱解氮、有效磷、速效钾的增高，产量水平随之提高；李保国等^［6］研究了渤海湾产区太行山片麻岩区新垦苹果园土壤营养与果实品质的关系，认为在多种营养因素相互作用下对果实内在品质影响最大的土壤因素是铁和速效钾，其次是锌和全磷；Bennewitz等^［7］研究了智利南部安迪索尔地区的钙、钾和镁肥对乔纳金苹果产量、品质的影响，认为应考虑经常在土壤中施用钙、镁和钾，以确保果实的生长、产量和品质。国内外学者在果园土壤养分含量与果实品质的关系方面做了大量工作，但在西北黄土高原苹果优势产区的相关研究相对较少。本研究对黄土高原苹果优势产区庆阳地区的烟富3号苹果园土壤营养成分和果实品质进行调查，分析果园土壤有机质含量和矿质元素含量特征，并对不同果园苹果果实品质进行评价。

本研究对庆阳地区12个烟富3号果园的12种土壤因子和12个果实品质进行相关性分析，并建立了回归方程，旨在了解果园土壤营养状况及对果实品质的影响，确定影响果实品质的关键土壤因子，为黄土高原苹果园合理施肥、提高果实品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验区概况

西北黄土高原苹果优势区是中国优质红富士苹果适生区，庆阳市地处陇东黄土高原沟壑区，土层深厚，气候温和，雨量适中，光照充足，昼夜温差大，自然条件得天独厚，非常适宜于苹果等果树生产，庆阳地处E 106°20′~108°45′，N 35°15′~37°10′，地形北高南低，海拔在885~2 082 m之间，年平均气温8~12 ℃。

1.1.2 土壤样品

试验材料取自甘肃省庆阳市不同县（区）的12个果园，在每个果园随机选取3株树，为3个生物学重复，在每株树的东、南、西、北4个方位以树体主干为中心在1.0~1.2 m处用土钻钻取0~100 cm土层的土样，剔除石块、枝条等残留物后装入自封袋中，迅速带回实验室，风干后研磨并过1.0 mm筛待测。测定土壤中矿质元素、有机质、盐含量及pH值等指标。

1.1.3 果实样品

在每个果园选择3株树，为3个生物学重复，每株树上各采集成熟度和大小相对一致的新鲜果实3个，采摘后低温运回实验室，立即进行测定。果园编号及采样地详见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 土壤营养状况的测定

土壤各项指标测定方法参照文献^［8-10］。土壤有机质含量采用重铬酸钾滴定法测定；氮含量用凯氏定氮法测定；磷含量用钼锑比色法测定；用FP6410型火焰光度计测定钾含量；土壤pH是将土壤和水在烧杯中按照1∶2.5比例混合，采用pHS-3C型酸度计测定。土壤含盐量采用残渣烘干-质量法测定，铁、锰、铜、锌、钙、镁元素含量的测定用德国耶拿ZEEnit 700原子吸收光仪^［11-12］。

1.2.2 果实品质的测定

单果质量在电子天平上称量，记录每个果实的质量，取其平均值；果肉硬度用国产GY-4数显型果实硬度计测定；可溶性固形物含量使用国产TZ-62手持折光仪测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可滴定酸含量采用NaOH滴定法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定；花青素含量采用盐酸-甲醇法测定；总酚含量采用福林-肖卡法测定；单宁含量采用福林-丹尼斯法测定^［13-16］。果实糖组分与含量采用Waters Acquity Arc高效液相色谱仪及Empower 数据处理系统（美国 Waters 公司），参照闫忠业等^［17］的方法测定。

1.2.3 数据分析

用Excel 2010软件对12个果园土壤养分因子和果实品质数据进行计算，用SPSS 19.0软件对果园土壤养分因子和果实品质数据进行Duncan’s多重比较显著性分析、相关性分析和多元回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同果园土壤营养状况分析

2.1.1 不同果园土壤有机质、含盐量、pH及大量元素分析

果园土壤有机质、盐量、pH及大量元素含量的测定结果（表2）显示：果园之间，土壤有机质含量、全氮含量、全钾含量及含盐量的变异系数均超过10%，各果园之间差异显著，但全磷含量、pH的变异系数均较小，果园之间差异性不显著；有机质是土壤养分的重要来源，试验果园G6的土壤有机质含量为20.19 g/kg，G5果园的土壤有机质含量仅为9.75 g/kg；氮素是保证植物正常生长的必需营养元素之一，也是制约土壤肥力的主要因素，12个果园中G6果园的氮含量最高，为5.20 g/kg，是氮含量最低G4果园的1.5倍；钾素作为果树所必需的大量矿质营养元素之一，在影响果实品质等方面发挥着重要作用，各果园土壤钾含量的范围为1.61~2.49 g/kg；12个果园的土壤pH值集中在7.54~8.23，果园土壤整体偏碱性；土壤含盐量在1.17~1.87 g/kg。

2.1.2 不同果园土壤微量元素分析

果园土壤微量元素含量的测定结果（表3）显示，果园之间土壤全铜、全钙含量的变异系数均超过10%，各果园之间差异显著，全铁、全锰、全锌及全镁含量等土壤因子的变异系数均较小，果园之间差异不显著；试验果园土壤铜含量范围为6.79~9.88 g/kg；钙是植物生长必需的营养元素，试验果园土壤全钙含量在36.51~60.15 mg/kg，且G3果园的土壤全钙含量最高，G9果园含量最低。

2.2 不同果园苹果果实品质分析

2.2.1 不同果园苹果果实糖酸品质分析

由苹果果实品质测定结果（表4）可知，不同果园苹果果实中的果糖、蔗糖、葡萄糖、山梨糖醇、可滴定酸含量和糖酸比的变异系数均大于10%，果园之间差异性显著；可溶性糖含量的变异系数相对较小，果园之间差异不显著；不同果园苹果果实糖含量均表现为果糖含量>蔗糖含量>葡萄糖含量>山梨糖醇含量；果实果糖含量在30.50~60.72 mg/g，且G7果园果实果糖含量最高。12个果园中G6果园果实的蔗糖、葡萄糖、山梨糖醇的含量均显著高于其他果园，分别为37.07、21.92、5.61 mg/g；G7果园可溶性糖含量最高，为15.2%；果园间果实可滴定酸含量的范围为0.3%~0.4%，最高值为最低值的1.52倍，差异显著；除了糖、酸的含量，果实糖酸比在很大程度上会影响果实风味。由表4可以看出，G6果园果实的糖酸比最高为48.03，而G5果园果实的糖酸比仅为27.93。

2.2.3 不同果园苹果果实主要品质分析

由苹果果实品质测定数据（表5）可知，不同果园苹果果实中的花青素、维生素C含量的变异系数均大于10%，果园之间差异显著；可溶性固形物含量、硬度及单果质量的差异系数相对较小，果园之间差异不显著； 12个果园中G6果园果实的维生素C的含量均显著高于其他果园，为5.30 mg/g；苹果着色是评价果实品质的重要外观因素，着色好坏与花青素含量直接相关，G7果园果实花青素含量最高，为1.29 mg/g，G5果园果实花青素含量最低，仅为0.66 mg/g。

2.3 不同果园土壤指标与苹果果实品质指标的相关性分析

对不同果园的土壤指标与苹果果实品质指标进行相关性分析（表6），结果表明，土壤有机质含量同果实蔗糖含量、葡萄糖含量、山梨糖醇含量、硬度及可溶性糖含量之间均呈极显著正相关性，与果糖、花青素、维生素C及可溶性固形物含量之间呈显著正相关性，其相关系数较大的为葡萄糖含量（R²=0.825）、硬度（R²=0.822）；土壤全氮含量与硬度呈极显著正相关性，与花青素及可溶性糖含量呈显著正相关性，但与其他品质指标相关性不显著；土壤全磷含量与葡萄糖含量、山梨糖醇含量、硬度及可溶性糖含量呈极显著正相关性，与果糖、蔗糖及可溶性固形物含量呈显著正相关性；土壤全钾含量与果实山梨糖醇含量、花青素含量及果实硬度呈极显著正相关，与蔗糖含量、葡萄糖含量、单果质量及可溶性固形物含量呈显著正相关性；全铁、全锰、全铜、全锌、全镁含量与大部分果实品质指标均存在极显著正相关性，相关系数较大的有：全铁含量与蔗糖含量（R²=0.799）、与硬度（R²=0.884）；全锰含量与葡萄糖含量（R²=0.728）、与花青素含量（R²=0.731）；全铜含量与葡萄糖含量（R²=0.778）、与山梨糖醇含量（R²=0.708）；全锌含量与葡萄糖含量（R²=0.878）、与可溶性糖含量（R²=0.759）；全镁含量与花青素含量（R²=0.780）、硬度（R²=0.717）；全钙含量与果实花青素含量呈显著正相关性，但与其他果实品质相关性不显著；土壤含盐量与花青素含量及硬度均呈极显著负相关（R²分别为-0.770、-0.754），说明一些果园土壤的含盐量是影响果实对土壤营养吸收利用的主要障碍因子。

2.4 不同果园土壤指标与苹果果实品质指标的回归分析

土壤养分因子与果实品质指标之间的关系复杂，而简单的相关性分析不能完全反映与因变量之间的实际关系，因此需要通过多元统计分析进一步探究。本研究中以土壤养分因子：有机质含量（x₁）、全氮含量（x₂）、全磷含量（x₃）、全钾含量（x₄）、全铁含量（x₅）、全锰含量（x₆）、全铜含量（x₇）、全锌含量（x₈）、全钙含量（x₉）、全镁含量（x₁₀）、pH（x₁₁）、含盐量（x₁₂）为一个总体；苹果果实品质：果糖含量（y₁）、蔗糖含量（y₂）、葡萄糖含量（y₃）、山梨糖醇含量（y₄）、花青素含量（y₅）、抗坏血酸含量（y₆）、硬度（y₇）、单果质量（y₈）、可溶性固形物含量（y₉）、可溶性糖含量（y₁₀）、可滴定酸含量（y₁₁）为另一个总体，进行多元线性回归分析，并建立了土壤养分因子与果实品质的回归方程（表7），回归方程检验均达到显著性水平，表明建立的方程稳定可靠。从回归方程可以看出，果糖、山梨糖醇及维生素C含量均受土壤有机质含量的影响；蔗糖及可溶性固形物含量主要受土壤全铁含量的影响；葡萄糖含量主要受土壤全磷及全锌含量的影响；花青素含量、硬度及单果质量主要受土壤全钾含量的影响；可溶性糖含量主要受土壤全磷含量的影响。因此，研究结果进一步说明这12个果园的土壤有机质及全钾含量是影响果实综合品质的重要土壤养分因子。

3 讨论

果实外观品质包括单果质量、硬度等，果实内在品质主要由糖、酸、维生素等构成，果实的外观和内在品质是鉴定苹果商品经济价值好坏的重要因素之一^［18-19］。果实品质与果品的商品经济价值有直接关系，通过土壤营养状况及果实品质的研究分析，可以发现果园管理中存在的问题^［20-21］。土壤是植物生长的基础，其物理性质、养分含量、养分比例关系和水分状况等直接影响果树根系对养分和水分的吸收利用，进而影响植株的营养生长、花芽形成、产量和品质^［22-25］。庆阳地区烟富3号果园的土壤大多偏碱性，土壤养分状况较好，果实品质优良，但58.3%果园土壤有机质、全铁含量，50%果园土壤全钾、全钙含量低于12个果园间的平均值；58.3%果实维生素C含量，50%果实可溶性固形物、可溶性糖、葡萄糖、山梨糖醇、花青素含量、硬度及单果质量低于12个果园间的平均值。土壤营养状况对果实的丰产优质意义重大，低含量的土壤有机质、全钾、全铁、全钙限制苹果品质的提高，加大相应肥料的用量，对提高果园土壤肥力，提升果实品质意义重大。

本研究对庆阳地区12个烟富3号果园的12种土壤因子和12个果实品质指标进行关联分析，运用相关性分析研究土壤养分与果实品质间的关系，研究结果表明两者之间有较强的相关性，各指标间关系复杂，果园土壤各营养因子与大部分果实品质指标之间存在显著或极显著相关性，不同果实品质受土壤养分的影响程度不同。国内外学者在此方面已做了大量研究^［26-27］。张强等^［28］通过对苹果园土壤养分与果实品质关系的分析发现，土壤有机质含量与果实单果质量、可溶性固形物含量均呈正相关性。在本试验研究结果与前人一致，果实可溶性固形物含量及单果质量均与土壤有机质含量呈显著正相关性。黄春辉等^［29］通过对金魁猕猴桃园土壤理化性状与果实品质状况的分析，认为土壤速效钾、有效镁含量与果实硬度呈显著正相关。本试验研究结果与前人基本一致，土壤全钾含量与果实硬度呈极显著正相关性，但土壤全镁的含量与果实硬度间相关性不显著。本研究认为，土壤养分与果实品质间的关系错综复杂，仅用简单的相关分析不能说明土壤养分与果实矿质元素间的复杂关系，需要借助回归分析方法进行进一步的研究。

不同土壤因子对不同果实品质指标的影响不同，应用多元回归分析与相关性分析筛选出来的土壤因子存在差异，因此，在土壤营养与果实品质关系的研究中仅用简单的相关分析不够全面，需要采用多元分析方法，才能探究果实土壤因子与果实品质之间的关系。国内外学者在此方面已做了大量研究^［30-32］。张强等^［33］利用偏最小二乘回归多元分析研究了黄土高原富士苹果园土壤养分与果实品质的关系，认为影响苹果果实可溶性固形物含量的主要土壤因子是有效钙、碱解氮含量。而本研究认为，庆阳地区烟富3号果园增加土壤全铁含量是提高果实可溶性固形物含量的主要养分管理措施。陈美艳等^［34］通过多元统计分析研究了东红猕猴桃果园土壤养分与果实品质的关系，认为果实可溶性糖和可滴定酸含量受到土壤有机质含量的影响。本试验中，土壤有机质含量越高时，果实果糖、山梨糖醇及维生素的含量越高。鲍江峰等^［35］研究了湖北省纽荷尔脐橙园土壤营养状况及其对果实品质的影响，认为土壤有效磷和速效钾含量显著地影响纽荷尔脐橙果实可溶性固形物含量，土壤pH值、碱解氮和速效钾含量显著影响果实可滴定酸含量和果皮亮度值。本试验中，土壤有全钾含量越高时，果实花青素含量越高，果实硬度及单果质量的值越大；土壤全磷含量越高时，果实葡萄糖和可溶性糖含量越高。可以看出，不同产区、不同品种果园间，各土壤因子对果实品质的影响存在较大差异，这与采样地点、时间、当地施肥管理方式不同等原因密切相关，果园的施肥管理方式应根据当地的土壤状况调整施肥配方，进而提高果实的品质。

4 结论

土壤营养因子与果实品质之间存在显著或极显著相关性，同一果实品质受多个土壤营养因子的影响，提高果园土壤有机质和全钾含量，可有效提升庆阳地区烟富3号苹果园土壤营养状况，从而使果实品质得到改善。

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基金资助

国家自然科学基金项目(31860530)

甘肃省高等学校产业支撑引导项目(2019C11)