冰糖橙果園土壤養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)關(guān)系的多元分析及優(yōu)化方案①

曹 勝，周衛(wèi)軍，劉 沛，譚 潔，宋 彪

冰糖橙果園土壤養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)關(guān)系的多元分析及優(yōu)化方案①

曹 勝，周衛(wèi)軍*，劉 沛，譚 潔，宋 彪

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長沙 410128)

對湖南省74個(gè)冰糖橙果園土壤礦質(zhì)養(yǎng)分和果實(shí)品質(zhì)含量進(jìn)行測定分析，運(yùn)用R和LINGO軟件多元統(tǒng)計(jì)分析篩選了影響果實(shí)品質(zhì)因子的主要土壤養(yǎng)分因子，探明了果實(shí)品質(zhì)最佳時(shí)的土壤養(yǎng)分優(yōu)化方案。研究結(jié)果表明，調(diào)查果園中超過86.20% 的樣點(diǎn)果園土壤pH處于酸性至強(qiáng)酸性環(huán)境，65.52% 的果園土壤缺鈣，75.86% 的果園缺鎂，82.76% 的果園缺硼。冰糖橙果實(shí)品質(zhì)是多個(gè)土壤養(yǎng)分因子綜合作用的結(jié)果，偏最小二乘回歸分析表明對冰糖橙單果質(zhì)量影響較大的因子為土壤堿解氮、交換性鈣；果形指數(shù)主要受土壤有效磷、有效銅、有效鋅和pH影響；可溶性固形物含量主要受有機(jī)質(zhì)、有效銅、有效鋅和pH影響；可滴定酸含量主要受土壤速效鉀、有效硼和pH的影響；Vc含量主要受土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、交換性鎂和pH的影響。線性規(guī)劃求解出pH為5.50 ~ 6.50、有機(jī)質(zhì)含量大于39.68 g/kg、堿解氮為169.17 ~ 170.41 mg/kg、有效磷34.50 mg/kg、速效鉀158.95 ~ 160.88 mg/kg、交換性鈣1 954.69 mg/kg、交換性鎂123.81 mg/kg、有效鐵468.31 mg/kg、有效錳96.09 mg/kg、有效銅1.73 mg/kg、有效鋅10.93 mg/kg、有效硼0.33 ~ 0.85 mg/kg時(shí)，冰糖橙果實(shí)品質(zhì)最佳。調(diào)節(jié)土壤酸堿度，增施有機(jī)肥，及時(shí)補(bǔ)充鈣、鎂和硼肥是今后果實(shí)品質(zhì)管理的關(guān)鍵。

冰糖橙；土壤養(yǎng)分；果實(shí)品質(zhì)；多元統(tǒng)計(jì)分析；優(yōu)化方案

冰糖橙屬蕓香科柑橘屬常綠喬木，是普通甜橙的一個(gè)優(yōu)良芽變品種。永興縣是湖南省冰糖橙主產(chǎn)區(qū)，現(xiàn)有冰糖橙栽培面積4 330 hm2，素有“冰糖橙之鄉(xiāng)”的美稱，是全國唯一的“中國優(yōu)質(zhì)冰糖橙基地重點(diǎn)縣”[1]。土壤是柑橘生產(chǎn)的基礎(chǔ)，土壤養(yǎng)分和肥力狀況直接影響柑橘的產(chǎn)量和品質(zhì)，篩選影響果實(shí)品質(zhì)的主要土壤養(yǎng)分障礙因子，才能有針對性地為優(yōu)質(zhì)果品生產(chǎn)提供指導(dǎo)[2]。近年來，國內(nèi)外果樹工作者對芒果[3]、蘋果[4]、獼猴桃[5]等果園土壤理化性狀與果實(shí)品質(zhì)的關(guān)系已進(jìn)行大量的報(bào)道。對柑橘而言，主要種植在南方酸性土壤上，由于長期大量施用化肥，特別是生理酸性肥料，加上酸沉降等外部環(huán)境的影響，導(dǎo)致柑橘園土壤養(yǎng)分失衡、土壤酸化嚴(yán)重，柑橘生長環(huán)境變劣、營養(yǎng)吸收受阻、果實(shí)品質(zhì)下降等問題。礦質(zhì)元素參與植物有機(jī)體代謝和調(diào)節(jié)機(jī)體酶活性，是果樹生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)提高的物質(zhì)基礎(chǔ)。馬小川等[6]分析了湖南省不同緯度溫州蜜柑園果實(shí)礦質(zhì)養(yǎng)分變化規(guī)律及需肥特點(diǎn)，表明多數(shù)果園土壤有效養(yǎng)分處于缺失狀態(tài)，果實(shí)鉀含量受緯度的影響；張涓涓等[7]認(rèn)為，土壤中諸多因子直接影響江西省馬家柚的生長發(fā)育和品質(zhì)表現(xiàn)，土壤pH、有機(jī)質(zhì)和有效銅含量顯著影響果實(shí)可溶性固形物含量和出汁率；鮑江峰等[8]研究表明，湖北省紐荷爾臍橙果實(shí)可溶性固形物含量與土壤有效磷和速效鉀含量存在顯著線性關(guān)系。上述研究為篩選冰糖橙果實(shí)品質(zhì)的影響因子提供了參考，但關(guān)于湖南冰糖橙果實(shí)營養(yǎng)與土壤養(yǎng)分的關(guān)系以及優(yōu)質(zhì)果品的土壤養(yǎng)分適宜方案鮮見報(bào)道，而這正是指導(dǎo)柑橘園土肥管理、明確改善果實(shí)品質(zhì)的關(guān)鍵因素。于2017—2018年對湖南省永興縣74個(gè)冰糖橙的柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分及果實(shí)品質(zhì)含量進(jìn)行采樣測試分析，明確了柑橘園土壤養(yǎng)分豐缺狀況，查明了影響柑橘園果實(shí)品質(zhì)提升的土壤養(yǎng)分限制因子，通過應(yīng)用偏最小二乘回歸與線性規(guī)劃方法定量化探討冰糖橙果實(shí)品質(zhì)含量豐富的土壤養(yǎng)分優(yōu)化方案，為果樹多自變量、多因變量關(guān)系的變量篩選提供方法，為指導(dǎo)湖南省柑橘園科學(xué)施肥、果樹營養(yǎng)診斷提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2017年11月至2018年12月，在湖南省永興縣冰糖橙果園選擇74個(gè)典型的柑橘園定點(diǎn)調(diào)查和采樣(圖1)，本次調(diào)查以甜橙為研究對象，主栽品種為冰糖橙((L.) Osbeck)，砧木為枳殼((L.) Raf.)，樹齡15 ~ 30 a，株行距為3 m × 4 m，柑橘園0 ~ 40 cm土層的土壤容重為 1.22 ~ 1.64 g/cm3、孔隙度為38.11% ~ 53.96%、硬度為25.40 ~ 46.40 kg/cm2。在果實(shí)成熟期同時(shí)采集土壤和果實(shí)樣，每個(gè)果園按照S型布點(diǎn)法隨機(jī)選取5株樹，每株為1個(gè)取樣小區(qū)，用土鉆采集距樹冠滴水線內(nèi)側(cè)10 cm位置0 ~ 40 cm土層土壤樣品，混合均勻后，按四分法分取1 kg左右土樣于室內(nèi)自然風(fēng)干，分別過2 mm和0.149 mm篩，測定土壤養(yǎng)分。在土壤取樣樹的樹冠四周隨機(jī)取8個(gè)果實(shí)，每個(gè)果園共取果實(shí)40個(gè)左右，帶回實(shí)驗(yàn)室測定果實(shí)品質(zhì)。

1.2 測定指標(biāo)與方法

土壤養(yǎng)分測定：重鉻酸鉀容量法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮；氟化銨–碳酸氫鈉–鹽酸浸提–鉬銻抗比色法測定土壤有效磷；乙酸銨浸提–火焰光度法測定土壤速效鉀；乙酸銨浸提–電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤交換性鈣和鎂；DTPA浸提–電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中的鐵、錳、銅和鋅含量；沸水–EDTA–電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP–MS，Agilent 7900，USA)測定土壤有效硼；電位法測定土壤pH[9]。

果實(shí)品質(zhì)測定：百分之一天平稱量單果質(zhì)量，數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量果形橫縱徑，TZ-62手持折光儀測定可溶性固形物含量，0.1 mol/L NaOH中和滴定法測定可滴定酸含量，0.01 mol/L碘液測定柑橘果實(shí)Vc含量，固酸比為果實(shí)的可溶性固形物含量與可滴定酸含量之比[10]。

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013(美國，微軟公司)和R語言(新西蘭，奧克蘭大學(xué))統(tǒng)計(jì)分析，LINGO 11 軟件進(jìn)行土壤養(yǎng)分優(yōu)化方案求解。

2 結(jié)果與分析

2.1 柑橘園土壤和樹體營養(yǎng)狀況

2.1.1 土壤養(yǎng)分 通過對土壤養(yǎng)分分析，明確果園土壤肥力狀況，并查明樹體營養(yǎng)狀況的土壤養(yǎng)分限制因子，是果樹營養(yǎng)診斷的重要輔助手段。參照柑橘園土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，研究結(jié)果(表1)顯示，湖南省柑橘園土壤養(yǎng)分含量差異較大，有機(jī)質(zhì)含量在15.00 ~ 30.00 g/kg的樣點(diǎn)比例達(dá)到65.52%，堿解氮含量大于100.00 mg/kg的占100.00%，有效磷含量大于 15.00 mg/kg的占65.52%，速效鉀含量大于100.00 mg/kg的占82.76%，有效鋅含量大于1.00 mg/kg的占96.55%；鐵、錳、銅含量處于高量水平的果園占比分別為86.21%、37.93% 和72.41%，果園養(yǎng)分差異較大；樣點(diǎn)果園中65.52% 的果園土壤缺鈣，75.86% 的果園土壤缺鎂，82.76% 的果園土壤缺硼。柑橘園0 ~ 40 cm土層土壤pH平均值為4.30，pH≤5.5處于酸性至強(qiáng)酸性環(huán)境的樣點(diǎn)果園占86.20%，而適宜柑橘生長的土壤pH 5.5 ~ 6.5的果園僅占6.90%。

2.1.2 果實(shí)品質(zhì) 從冰糖橙品質(zhì)測定數(shù)據(jù)可知，果園間果實(shí)可滴定酸含量和固酸比差異較大，果形指數(shù)和可溶性固形物含量差異較小(表2)。果實(shí)單果質(zhì)量，Vc、可溶性固形物、可滴定酸含量和固酸比平均值分別為137.17 g、693.7mg/L、134.1 mg/g、4.6 mg/g和32.79%，符合國家甜橙水果質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 426—2012)[13]。與永興縣冰糖橙果實(shí)品質(zhì)含量比較，曾柏全等[14]報(bào)道的湖南洪江成熟期冰糖橙果實(shí)中的可溶性固形物、可滴定酸和Vc含量平均值分別只有109.8 mg/g、5.5 mg/g和465.8 mg/L；周先艷等[15]研究的云南新平縣冰糖橙果實(shí)中的可溶性固形物、可滴定酸含量和固酸比分別只有103.0 mg/g、6.4 mg/g 和16.87，說明了永興縣近幾年開展的柑橘園土壤改良培肥后，果實(shí)品質(zhì)水平有了較大提高。

表1 柑橘園土壤養(yǎng)分概況及豐缺評價(jià)

表2 柑橘園果實(shí)品質(zhì)概況

2.2 柑橘園果實(shí)品質(zhì)與土壤養(yǎng)分含量關(guān)系

2.2.1 土壤養(yǎng)分指標(biāo)間的相關(guān)性 果園土壤養(yǎng)分間各因素的關(guān)系十分復(fù)雜，元素間存在協(xié)同與拮抗作用。從表3可知，除土壤pH、交換性鈣和交換性鎂外，土壤有機(jī)質(zhì)含量與其他指標(biāo)均呈正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)較大的為有效磷(0.38*)、有效鋅(0.73**)、有效硼(0.59**)，說明提高土壤有機(jī)質(zhì)含量可以有效提高土壤中各礦質(zhì)元素的含量；土壤pH與交換性鈣(0.91**)、交換性鎂(0.74**)呈極顯著正相關(guān)，說明湖南冰糖橙果園土壤pH酸化是導(dǎo)致果樹缺鈣和缺鎂的主要障礙因子。此外，土壤礦質(zhì)元素含量間相關(guān)性顯著的還有土壤交換性鈣與交換性鎂(0.71**)，有效鐵與有效磷(0.62**)、有效銅(0.67**)，有效鋅與有效銅(0.53**)、有效硼(0.43*)。

表3 土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性

注：= 74，** 和 * 表示相關(guān)性分別達(dá)<0.01和<0.05顯著水平(皮爾遜相關(guān)分析)，下表同。

2.2.2 果實(shí)品質(zhì)與土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性 果園土壤養(yǎng)分與樹體營養(yǎng)水平間的關(guān)系比較復(fù)雜，有時(shí)候土壤養(yǎng)分含量并不高，而果樹中有充足的營養(yǎng)；相反，高的土壤養(yǎng)分含量又不能滿足對樹體的營養(yǎng)供應(yīng)。從土壤養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)間的相關(guān)關(guān)系(表4)可知，果園土壤養(yǎng)分含量與果實(shí)品質(zhì)含量相關(guān)性較弱，可能是因?yàn)橥寥鲤B(yǎng)分主要影響植株的其他器官，進(jìn)而間接影響果實(shí)品質(zhì)。本研究中相關(guān)性顯著的僅有土壤堿解氮與單果質(zhì)量(–0.43*)、果形指數(shù)(0.43*)，土壤有效磷與果形指數(shù)(–0.57**)，速效鉀與可滴定酸(0.56**)、固酸比(–0.49**)，交換性鈣與單果質(zhì)量(0.48**)，有效鐵與果形指數(shù)(–0.40*)，土壤有效硼與可溶性固形物(0.41*)。不同土壤養(yǎng)分因子與果實(shí)品質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù)差異較大，即便同一養(yǎng)分對果實(shí)不同品質(zhì)參數(shù)的影響也不相同，而簡單的相關(guān)分析不包括自變量之間的相互作用，因此在單一因子分析的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析。

表4 果實(shí)品質(zhì)與土壤養(yǎng)分相關(guān)性

2.3 影響果實(shí)品質(zhì)的土壤養(yǎng)分因子篩選及回歸方程的建立

土壤養(yǎng)分與冰糖橙品質(zhì)的關(guān)系屬于多自變量和多因變量間的關(guān)系，應(yīng)用偏最小二乘回歸方法，將土壤養(yǎng)分因子作為自變量，果實(shí)品質(zhì)因子作為因變量，建立土壤養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)的回歸方程以及篩選影響冰糖橙果實(shí)品質(zhì)含量的土壤養(yǎng)分因子，對回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，均達(dá)到顯著性差異水平，表明建立的方程穩(wěn)定可靠。從表5可知，在果實(shí)品質(zhì)() 與土壤養(yǎng)分()的正態(tài)總體中，單果質(zhì)量主要受堿解氮和交換性鈣影響，果形指數(shù)主要受堿解氮、有效銅、有效鋅和土壤pH的影響，可溶性固形物含量主要受有機(jī)質(zhì)、有效銅、有效鋅和土壤pH的影響，可滴定酸含量主要受速效鉀、有效硼和土壤pH的影響，Vc含量主要受有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、交換性鎂和土壤pH的影響，固酸比主要受速效鉀含量的影響。綜上表明，柑橘果實(shí)品質(zhì)的含量直接受相應(yīng)土壤有效養(yǎng)分含量的影響，建議通過提高土壤pH，根據(jù)果實(shí)需肥特性選取養(yǎng)分配比合適的肥料，可直接顯著提高果實(shí)品質(zhì)。

注：1有機(jī)質(zhì)，2堿解氮，3有效磷，4速效鉀，5交換性鈣，6交換性鎂，7有效鐵，8有效錳，9有效銅，10有效鋅，11有效硼，12pH。

2.4 果園土壤養(yǎng)分含量優(yōu)化方案

為了進(jìn)一步探明果實(shí)品質(zhì)最佳時(shí)的土壤養(yǎng)分含量的適宜范圍，在果實(shí)品質(zhì)()與土壤養(yǎng)分()正態(tài)總體中，以果實(shí)某一品質(zhì)最大值(max)為目標(biāo)函數(shù)(A)，果實(shí)其余品質(zhì)指標(biāo)與土壤養(yǎng)分、pH為約束條件(B)，建立求解各果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)最大時(shí)的線性規(guī)劃方程組。當(dāng)求解某一果實(shí)品質(zhì)因子最大時(shí)，確保其他果實(shí)品質(zhì)因素達(dá)到優(yōu)質(zhì)，同時(shí)給定土壤養(yǎng)分因子一定的約束范圍。本研究中果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)約束值下限為湖南省永興縣74個(gè)典型的柑橘園果實(shí)品質(zhì)平均值，土壤養(yǎng)分因子約束值以調(diào)查果園最大值為上限，下限為調(diào)查果園平均值，土壤pH選擇適宜冰糖橙生長的范圍5.5 ~ 6.5。

果實(shí)品質(zhì)與土壤養(yǎng)分線性規(guī)劃方程組，以果實(shí)單果質(zhì)量最大值(max1)為例：

max1=295.060–1.1372+0.0035(A)

0.032+0.0042–0.0359+0.01110+0.09212≥0.95 (B)

8.982+0.0761–0.9689+0.21110+0.93512≥13.41

0.210+0.0014+0.26211+0.10812≤0.46

43.401+0.6101–0.1173+0.0424–0.0576+3.56712≥69.37

45.339–0.0784≥32.79

其中，24.57≤1≤39.68；169.17≤2≤177.81；34.50≤3≤99.83；158.95≤4≤372.56；789.15≤5≤1954.69；123.81≤6≤391；106.49≤7≤468.31；25.37≤8≤96.09；1.73≤9≤3.79；3.76≤10≤10.93；0.33≤11≤0.85；5.5≤12≤6.5。

應(yīng)用相同的方法，可建立求解果實(shí)中果形指數(shù)最大值(max2)、可溶性固形物最大值(max3)、可滴定酸最小值(min4)、Vc最大值(max5)和固酸比最大值(max6)的線性規(guī)劃方程。從表6可知，當(dāng)柑橘園土壤酸堿度和養(yǎng)分范圍：pH 5.50 ~ 6.50、有機(jī)質(zhì)含量39.68 g/kg、堿解氮169.17 ~ 170.41 mg/kg、有效磷34.50 mg/kg、速效鉀158.95 ~ 160.88 mg/kg、交換性鈣1 954.69 mg/kg、交換性鎂123.81 mg/kg、有效鐵468.31 mg/kg、有效錳96.09 mg/kg、有效銅1.73 mg/kg、有效鋅10.93 mg/kg、有效硼0.33 ~ 0.85 mg/kg時(shí)，冰糖橙果實(shí)品質(zhì)最佳：單果質(zhì)量138.58 g、果形指數(shù)1.37、可溶性固形物含量187.1 mg/g、可滴定酸含量4.6 mg/g、Vc含量864.5 mg/L、固酸比32.94。

表6 果實(shí)品質(zhì)最佳的土壤養(yǎng)分含量和pH

注：單果質(zhì)量單位g，可溶性固形物單位mg/g，可滴定酸單位mg/g，Vc含量單位mg/L。

3 討論

3.1 柑橘園土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀特征

果園土壤養(yǎng)分間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的協(xié)同、拮抗作用，相互作用的同時(shí)又共同影響果樹根系養(yǎng)分的吸收。馬小川等[6]和曹勝等[16]分別利用典型相關(guān)分析方法研究了溫州蜜柑果實(shí)礦質(zhì)養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分的關(guān)系，揭示了影響不同果實(shí)礦質(zhì)元素的土壤養(yǎng)分因子。但國內(nèi)外鮮見關(guān)于“冰糖橙”果園土壤養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)的多元分析及優(yōu)質(zhì)果園土壤養(yǎng)分優(yōu)化方案的報(bào)道。本研究參照魯劍巍[11]、沈兆敏和劉煥東[12]制定的養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，對湖南省永興縣冰糖橙主產(chǎn)區(qū)74個(gè)柑橘園土壤營養(yǎng)狀況和果實(shí)品質(zhì)展開系統(tǒng)調(diào)查，研究結(jié)果表明永興縣超過86.20% 的樣點(diǎn)果園土壤pH≤5.5，處于酸性至強(qiáng)酸性環(huán)境，這可能與柑橘栽培過程中果農(nóng)長期偏施化肥有關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，國外豐產(chǎn)果園有機(jī)質(zhì)甚至高達(dá)20 ~ 60 g/kg，本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)不僅可以調(diào)節(jié)土壤營養(yǎng)成分，還能直接影響果實(shí)品質(zhì)的提高。調(diào)查顯示近幾年果農(nóng)對于有機(jī)肥的施用意識普遍提高，在柑橘果園養(yǎng)分管理時(shí)，常施用菜枯、桐麩和畜禽糞等有機(jī)物料代替化肥使用，同時(shí)果園生草還田、修剪還田等措施也是近代果園土壤管理制度的變化趨勢。合理施用堿性有機(jī)肥能夠調(diào)節(jié)土壤酸堿性，改善土壤肥力。吳志丹等[17]通過連續(xù)5 a田間定位試驗(yàn)研究配施有機(jī)肥茶園土壤pH的變化狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)0 ~ 20 cm土層土壤pH提高了0.27 ~ 1.05。鄧小華等[18]研究發(fā)現(xiàn)石灰+生物有機(jī)肥協(xié)同改良酸性煙田土壤，不僅可以緩解土壤酸性，還可提高土壤容重和有機(jī)質(zhì)含量。南方酸性土壤中發(fā)生缺鈣、缺鎂的現(xiàn)象較為普遍，這可能與湖南亞熱帶氣候地區(qū)土壤風(fēng)化和淋溶作用強(qiáng)烈有關(guān)，當(dāng)土壤pH下降時(shí)土壤中正電荷增加，對鈣和鎂等養(yǎng)分離子的吸附量顯著減少[19]。部分柑橘園土壤微量元素鐵、錳和銅含量處于高量水平，這可能是因?yàn)楦涕俨∠x害防治時(shí)大量使用銅制劑、波爾多液和代森錳鋅等殺菌劑引起局部的土壤含量過高問題。另外，柑橘園施肥時(shí)忽視硼肥的補(bǔ)充也是造成土壤缺硼的重要原因。

3.2 柑橘園果實(shí)品質(zhì)與土壤養(yǎng)分關(guān)系

對柑橘進(jìn)行營養(yǎng)診斷時(shí)，有必要將果實(shí)品質(zhì)診斷與土壤營養(yǎng)診斷相結(jié)合，比較二者的異同點(diǎn)可以找出施肥中存在的問題。本文對冰糖橙果園12種土壤理化性質(zhì)和6個(gè)果實(shí)品質(zhì)因子進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，運(yùn)用pearson相關(guān)性分析土壤養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)間關(guān)系，研究結(jié)果表明兩者之間的相關(guān)性非常弱，各指標(biāo)間關(guān)系比較復(fù)雜，而僅用簡單的相關(guān)分析不夠全面，需要應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)一步研究其相關(guān)性。偏最小二乘回歸是一種新型的多元統(tǒng)計(jì)分析方法，包括了多元線性回歸分析、典型相關(guān)分析和主成分分析，主要研究的是多因變量對多自變量的回歸建模。國內(nèi)外學(xué)者[20-22]應(yīng)用偏最小二乘回歸方法在果樹方面研究了土壤養(yǎng)分、葉片養(yǎng)分和果實(shí)品質(zhì)特性之間的相互關(guān)系，研究認(rèn)為土壤養(yǎng)分是果樹生長的基礎(chǔ)，土壤中某種養(yǎng)分含量不但對植株吸收該種養(yǎng)分產(chǎn)生直接的影響，同時(shí)還會(huì)影響到樹體對其他養(yǎng)分的吸收，從而顯示出土壤中養(yǎng)分與果實(shí)中養(yǎng)分元素間關(guān)系的復(fù)雜性。本研究應(yīng)用偏最小二乘回歸方法獲得了影響湖南冰糖橙果實(shí)品質(zhì)的土壤養(yǎng)分限制因子，回歸方程的系數(shù)可以判斷出變量對果實(shí)品質(zhì)影響的正負(fù)效應(yīng)和重要程度，研究指出果園土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效銅、有效鋅含量和土壤pH是今后果園土壤管理的重點(diǎn)，與前人對蘋果[23]、獼猴桃[5]和越橘[24]等的研究結(jié)果較一致。

3.3 柑橘園土壤養(yǎng)分優(yōu)化方案

施肥是柑橘栽培中的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，“以果定肥、因土補(bǔ)肥”是柑橘優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的營養(yǎng)保證[25]。本研究通過線性規(guī)劃法定量獲得湖南省冰糖橙果園果實(shí)品質(zhì)含量最佳的土壤養(yǎng)分含量優(yōu)化方案，把理論計(jì)算出的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂和有效硼等12項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)的最優(yōu)閾值，與目前調(diào)查的果園土壤養(yǎng)分實(shí)測值進(jìn)行比較，分析存在的關(guān)鍵問題，進(jìn)而指導(dǎo)柑橘施肥。柑橘果實(shí)品質(zhì)最優(yōu)時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)和交換鈣含量均取最大值，說明提高這些養(yǎng)分指標(biāo)含量能直接影響果實(shí)品質(zhì)的提高。土壤堿解氮含量除果實(shí)單果質(zhì)量取最低值169.17 mg/kg，其余果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)均取170.41 mg/kg，調(diào)查果園中50%土壤堿解氮低于優(yōu)化閾值；速效鉀含量除可滴定酸和固酸比取最低值158.95 mg/kg，其余果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)均取160.88 mg/kg，而60.00% 土壤速效鉀含量低于優(yōu)化值；有效磷和交換性鎂均取下限值34.50和123.81 mg/kg，56.66% 土壤缺磷和70.00% 缺鎂；土壤有效硼除果實(shí)的可滴定酸含量取最低值0.33 mg/kg，其余果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)均取最大值0.85 mg/kg，60.00% 果園土壤缺硼。與蘇婷婷等[26]基于重慶市104個(gè)果園土壤養(yǎng)分平均值相比，本優(yōu)化方案中土壤堿解氮、有效磷和速效鉀偏高，交換性鈣、交換性鎂和有效硼偏低，有效鐵、錳、銅和鋅相當(dāng)，可能與果園土壤條件、氣候條件、樹種和樹齡等因素有關(guān)。由于本研究是根據(jù)現(xiàn)有的柑橘園土壤養(yǎng)分和果實(shí)品質(zhì)的調(diào)查資料進(jìn)行理論計(jì)算結(jié)果，還需要根據(jù)不同地區(qū)果園土壤養(yǎng)分水平進(jìn)行田間驗(yàn)證與調(diào)整，最終量化配方施肥，避免“一刀切”的管理模式。

4 結(jié)論

湖南永興冰糖橙品質(zhì)整體優(yōu)良，但可滴定酸含量差異較大。被調(diào)查果園土壤普遍呈酸性，土壤養(yǎng)分肥力總體偏低且分布不平衡，土壤交換性鈣、交換性鎂和有效硼含量嚴(yán)重不足。偏最小二乘回歸方法篩選出了影響果實(shí)品質(zhì)的土壤養(yǎng)分因子，線性回歸定量求解出了果園果實(shí)品質(zhì)最佳時(shí)的土壤養(yǎng)分、pH優(yōu)化方案。同一果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)受到多個(gè)土壤養(yǎng)分因子的共同作用且影響大小不一，盲目地施肥不僅造成浪費(fèi)、污染環(huán)境，還對果樹造成毒害作用，導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)下降，因此在果園土壤養(yǎng)分管理中應(yīng)根據(jù)果實(shí)品質(zhì)的需肥特性科學(xué)合理施肥。

[1] 吳倩, 付威賓, 胡成, 等. 麻陽冰糖橙果園營養(yǎng)狀況與果實(shí)品質(zhì)狀況分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2017, 33(6): 97–103.

[2] Kumar S, Awasthi O P, Dubey A K, et al. Root morphology and the effect of rootstocks on leaf nutrient acquisition of Kinnow mandarin (Citrus nobilis Loureiro × Citrus reticulata Blanco)[J]. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 2018, 93(1): 100–106.

[3] 蘭子漢, 姚智, 陳瑞州, 等. 陵水芒果園土壤養(yǎng)分、pH與果實(shí)礦質(zhì)營養(yǎng)的狀況分析[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào), 2018, 39(3): 426–432.

[4] 張強(qiáng), 魏欽平, 劉旭東, 等. 北京昌平蘋果園土壤養(yǎng)分、pH與果實(shí)礦質(zhì)營養(yǎng)的多元分析[J]. 果樹學(xué)報(bào), 2011, 28(3): 377–383.

[5] 黃春輝, 曲雪艷, 劉科鵬, 等. ‘金魁’獼猴桃園土壤理化性狀、葉片營養(yǎng)與果實(shí)品質(zhì)狀況分析[J]. 果樹學(xué)報(bào), 2014, 31(6): 1091–1099.

[6] 馬小川, 盧曉鵬, 張子木, 等. 湖南省不同緯度溫州蜜柑園土壤和葉片營養(yǎng)及果實(shí)品質(zhì)分析[J]. 果樹學(xué)報(bào), 2018, 35(4): 423–432.

[7] 張涓涓, 楊莉, 劉德春, 等. 馬家柚果實(shí)品質(zhì)與土壤、葉片、果實(shí)礦質(zhì)養(yǎng)分的相關(guān)性分析[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 37(5): 811–818.

[8] 鮑江峰, 夏仁學(xué), 彭抒昂, 等. 湖北省紐荷爾臍橙園土壤營養(yǎng)狀況及其對果實(shí)品質(zhì)的影響[J]. 土壤, 2006, 38(1): 75–80.

[9] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版, 2010.

[10] 李玲. 植物生理學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2009.

[11] 魯劍巍. 湖北省柑橘園土壤—植物養(yǎng)分狀況與柑橘平衡施肥技術(shù)研究[D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2003.

[12] 沈兆敏, 劉煥東. 柑橘營養(yǎng)與施肥[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2013.

[13] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部. 綠色食品-柑橘類水果: NY/T 426-2012. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2012.

[14] 曾柏全, 甘霖, 熊興耀, 等. 冰糖橙和冰糖臍橙的性狀研究[J]. 廣西園藝, 2006, 17(2): 3–4.

[15] 周先艷, 朱春華, 李進(jìn)學(xué), 等. 云南冰糖橙果實(shí)礦質(zhì)營養(yǎng)與品質(zhì)及產(chǎn)量的關(guān)系[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2018, 44(4): 382–387.

[16] 曹勝, 歐陽夢云, 周衛(wèi)軍, 等. 湖南溫州蜜柑果實(shí)礦質(zhì)養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分、pH的多元分析與模擬[J]. 果樹學(xué)報(bào), 2019, 36(8): 1029–1039.

[17] 吳志丹, 江福英, 尤志明, 等. 連續(xù)5年配施有機(jī)肥茶園土壤活性鋁含量變化狀況[J]. 土壤, 2019, 51(6): 1070–1077.

[18] 鄧小華, 黃杰, 楊麗麗, 等. 石灰、綠肥和生物有機(jī)肥協(xié)同改良酸性土壤并提高煙草生產(chǎn)效益[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2019, 25(9): 1577–1587.

[19] 李華東, 白亭玉, 鄭妍, 等. 土壤施鈣對芒果果實(shí)鉀、鈣、鎂含量及品質(zhì)的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2014(6): 76–80.

[20] 劉同祥, 龔榜初, 徐陽, 等. ‘次郎’甜柿土壤養(yǎng)分、葉片養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)的多元分析及優(yōu)化方案[J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2017, 30(5): 812–822.

[21] Casero T, Benavides A L, Recasens I. Interrelation between fruit mineral content and pre-harvest calcium treatments on‘golden smoothee’apple quality[J]. Journal of Plant Nutrition, 2009, 33(1): 27–37.

[22] 張強(qiáng), 李民吉, 周貝貝, 等. 兩大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)‘富士’蘋果園土壤養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)關(guān)系的多變量分析[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 28(1): 105–114.

[23] 張東, 趙娟, 韓明玉, 等. 黃土高原富士蘋果葉片礦質(zhì)養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)相關(guān)性分析[J]. 園藝學(xué)報(bào), 2014, 41(11): 2179–2187.

[24] 白永超, 衛(wèi)旭芳, 陳露, 等. 篤斯越橘果實(shí)、葉片礦質(zhì)元素和土壤肥力因子與果實(shí)品質(zhì)的多元分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(1): 170–181.

[25] 曹勝, 歐陽夢云, 周衛(wèi)軍, 等. 湖南省柑橘園土壤營養(yǎng)狀況及其對葉片養(yǎng)分的影響[J]. 土壤, 2019, 51(4): 665–671.

[26] 蘇婷婷, 周鑫斌, 徐墨赤, 等. 重慶市柑橘園土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀研究[J]. 土壤, 2017, 49(5): 897–902.

Multivariate Analysis and Optimization of Relationship Between Soil Nutrients and Fruit Quality in(L.) Osbeck Orchard

CAO Sheng, ZHOU Weijun*, LIU Pei, TAN Jie, SONG Biao

(College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Soil mineral nutrients and fruit qualities of 74Osbeck orchards in the main producing areas of Hunan Province were investigated and analyzed in order to explore the effects of soil nutrients on fruit quality, find out the problems in soil nutrients, and provide reference for guiding scientific fertilization to improve fruit quality. The multivariate statistical analysis of R and LINGO software were used to screen the main soil nutrient factors affecting fruit quality, and the optimal soil nutrient optimization plan was found with the best fruit quality. The results showed that more than 86.20% of the orchard soils were acidic to strong acid, 65.52%, 75.86% and 82.76% of the orchard soils were deficient in exchangeable Ca, Mg, and available B. The fruit quality ofOsbeck was the result of the combined action of multiple soil nutrient factors. Partial least squares regression analysis showed that the factors that have greater impact on the fruit mass ofOsbeck were soil alkaline N and exchangeable Ca. The fruit shape index was mainly affected by soil available P, Cu, Zn and pH.Total soluble solid content mainly affected by soil organic matter, available Cu, Zn and pH. Titratable acid content mainly affected by soil available K, B and pH. Vc content mainly affected by soil organic matter, available P, K, Mg and pH. The linear programming solution found that the quality ofOsbeck was the best with pH of 5.50–6.50, soil organic matter content greater than 39.68 g/kg, alkaline nitrogen within 169.17–170.41 mg/kg, effective phosphorus of 34.50 mg/kg, available potassium within 158.95–160.88 mg/kg, exchangeable calcium of 1 954.69 mg/kg, exchangeable magnesium of 123.81 mg/kg, effective iron of 468.31 mg/kg, effective manganese of 96.09 mg/kg, effective copper of 1.73 mg/kg, effective zinc of 10.93 mg/kg, effective boron of 0.33–0.85 mg/kg. Adjusting soil pH, adding organic fertilizer, timely supplying Ca, Mg and B fertilizers are key to fruit quality management in the future.

Osbeck; Soil nutrition; Fruit quality; Multivariate statistical analysis; Optimum proposal

S666

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.01.013

曹勝, 周衛(wèi)軍, 劉沛, 等. 冰糖橙果園土壤養(yǎng)分與果實(shí)品質(zhì)關(guān)系的多元分析及優(yōu)化方案. 土壤, 2021, 53(1): 97–104.

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(柑橘)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)基金(CARS-27)資助。

(wjzh0108@163.com)

曹勝(1991—)，男，湖南長沙人，博士研究生，主要從事土地/土壤環(huán)境過程及模擬研究。E-mail: 513173361@qq.com