未来我国水果产业发展将由数量扩展型向质量效益型转变[1]。提高水果的品质是决定我国水果在国内外市场上竞争力强弱的关键。平和县被誉为“世界柚乡、中国柚都”,福建省全县蜜柚种植面积达4.33万hm2,年产量达120多万t。琯溪蜜柚产业化程度高,是当地农民的主要经济收入来源。因而,构建科学的果实品质评价的体系显得尤为重要。目前主要采用果实横径和单果质量等指标作为蜜柚品质优劣分级的标准。然而,果实品质的构成因素较多,不同的品质因素存在着密切的相关性和相对独立性[2,3]。因此,探求果实品质评价中的主要影响因子,构建科学的果实品质评价体系,对果实品质进行综合评价显得尤其重要。然而,对于琯溪蜜柚果实品质指标的综合评价以及评价方法的建立等研究尚未见报道。因子分析是一种多指标综合评价的方法,将多个观测指标转化为少数几个相互独立的新指标,再根据各样品的因子得分进行综合评价的一种多元统计方法,常被用于果实品质综合评价。马庆华等[2]对因子分析的方法进一步改进,采用隶属函数法对果实品质各项指标数据进行转化后再进行因子分析,这使得品质评价结果更加客观、合理。
矿质营养是影响果实品质的一个重要因素,如何通过合理施肥来提高果实品质是果树营养研究的重要方面。果树营养诊断是果树现代化生产的重要手段,已经在果树营养诊断上得到广泛的应用[4,5,6]。1973年,Beaufils[7]提出诊断施肥综合
法,简称DRIS（diagnosis and recommendation integrated system）,之后DRIS方法被成功应用到苹果、柑橘和梨等果树上[8,9,10,11,12,13],推动了果树营养诊断的发展。然而,以往的营养诊断指标大多是建立在以产量为目标的基础上[8,9,10,11,12,13,14,15],以改善优质高产为目标的营养诊断标准研究较为罕见。近年来,由于果农长期不合理施用化肥导致琯溪蜜柚果实品质下降,出现果肉木栓化等现象[16]。本研究通过大样本采样分析,运用因子分析法探求琯溪蜜柚果实评价中的主要影响因子以及对不同区域和不同土壤类型果园的果实品质进行综合评价,确定高产优质果树叶片养分元素适宜含量,并采用诊断施肥综合法（DRIS）对蜜柚果园进行营养诊断研究,以期为指导琯溪蜜柚的科学施肥和实现优质高产提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 材料及采样时间 本研究于2011年9—10月,通过随机抽样的方法选取当地常规管理条件下具代表性的蜜柚果园,树龄为10~15 a,样品总数为302个,按照产量水平高低分为高产（>75 kg/株）、低产（<75 kg/株）。
1.1.2 采样果园分布 采样果园覆盖平和县10个主要的蜜柚主产乡镇,主要的土壤类型为山地红壤和水稻土。根据自然生产条件的相似性将平和蜜柚主产区分为东半县和西半县。其中,东半县包括文峰镇、山格镇、小溪镇、坂仔镇、南胜镇和国强乡6个乡镇;西半县包括九峰镇、崎岭乡、霞寨镇和芦溪镇4个乡镇。
1.1.3 采样方法 每个果园采用“Z”形法选取长势基本一致的5株,土壤样品采用10点取样法（每棵树取两点）,采集树冠投影处0~40 cm土层混合土样;与取土样相同的果树上,于树冠外围中部各向,采集生长中等的营养性春梢顶部第2~3片叶,每株采集20片,共组成100片叶为1个样品。在果实完全成熟时,与取土样和叶片样品相同的果树上,每株取1个代表性的果实,共组成5个果实为一个样品。
1.1.4 采样前处理 叶片样品按照0.2%盐酸、清水、去离子水的顺序冲洗干净后,在105 ℃下杀青30~60 min,随后在65~75 ℃下烘干至恒重,不锈钢电磨粉碎后,混合装袋备用。
1.2 方法
表1 不同类型果园土壤的基本养分性状Tab. 1 Basic soil properties of different ‘Guanximiyou’ pummelo orchards |
| 区域 Regions | 土壤类型 Soil types | pH | 有机质 Organic matter /(g·kg-1) | 碱解氮 Hydroly- zale N /(mg·kg-1) | 速效磷 Available P /(mg·kg-1) | 速效钾 Available K /(mg·kg-1) | 交换性钙 Exchangeable Ca /(mg·kg-1) | 交换性镁 Exchange- able Mg /(mg·kg-1) | 有效硫 Avail- able S /(mg·kg-1) | 有效锌 Available Zn /(mg·kg-1) | 交换性锰 Exchange- able Mn /(mg·kg-1) | 水溶性硼 Water soluble B /(mg·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 东半县 The east county | 山地红壤 Hilly red soil | 4.34±0.44 | 23.7±7.95 | 103±33 | 182±161 | 221±112 | 509±324 | 60.4±49.7 | 58.3±25.9 | 5.20±3.72 | 14.3±22.5 | 0.69±0.58 |
| 水稻土 Paddy soil | 4.45±0.54 | 24.1±7.19 | 98±30 | 242±180 | 203±117 | 499±347 | 56.1±62.5 | 42.7±24.0 | 6.10±3.80 | 10.5±12.0 | 0.56±0.75 | |
| 西半县 The west county | 山地红壤 Hilly red soil | 4.24±0.40 | 22.2±7.79 | 115±44 | 179±163 | 234±117 | 470±233 | 57.4±41.8 | 58.8±20.6 | 5.81±4.66 | 12.0±15.3 | 0.97±0.91 |
| 水稻土 Paddy soil | 4.40±0.45 | 22.7±7.01 | 99±28 | 163±112 | 189±101 | 556±468 | 52.0±34.8 | 49.0±18.8 | 5.75±4.49 | 10.3±9.6 | 0.97±0.57 | |
| 全县 Whole county | 4.34±0.45 | 23.3±7.71 | 105±36 | 187±161 | 218±113 | 503±326 | 58.2±48.4 | 55.3±24.4 | 5.53±4.05 | 12.8±18.7 | 0.77±0.71 |
Note: Values are given as mean ± standard deviation. | |
注：表中数据为平均值±标准差。 |
叶片样品用H2SO4-H2O2消煮后,用凯氏定氮法测定氮,钒钼蓝比色法测定磷含量;叶片S由HNO3-H2ClO4消煮后用X射线荧光光谱法测定;叶片K、Ca、Mg、Mn和Zn由1 mol/L的盐酸浸提,用原子吸收分光光度法测定;B采用姜黄素比色法[17]测定。
果实品质指标中单果重使用电子天平测定,可食率=汁胞鲜重/果实总鲜重×100%,可溶性固形物采用折光计法,总糖采用蒽酮比色法,粒化率=单个果实中开裂瓣数/总瓣数×100%,可滴定酸（以苹果酸计）依照酸度计法,Vc含量采用2,6-二氯靛酚滴定法测定,固酸比=可溶性固形物含量/可滴定酸含量[17]。
1.3 数据处理
应用Microsoft Excel 2013软件进行表格绘制,应用SPSS 21.0软件进行数据的统计分析,采用LSD单因素方差分析和差异显著性分析。
按照马庆华等[2]建立的方法对9个琯溪蜜柚品质相关指标进行因子分析和综合评价。因子分析前,使用隶属函数法对数据进行转化：正相关指标（单果重、可实率、可溶性固形物、固酸比、总糖和Vc含量）依据公式 1,负相关指标（粒化率、开裂瓣数和可滴定酸）依据公式 2。使用SPSS 21.0软件进行因子分析,得到各样品的公因子分值Fjn,综合分值Dn的计算以相应公因子的贡献率Ej为权重,通过公式3得到。
Uin=(Xin -Ximin)/(Ximax-Ximin)
U′in=1-(Xin -Ximin)/(Ximax-Ximin)
${{D}_{n}}=\sum\nolimits_{j=1}^{m}{{{F}_{jn}}\times }{{E}_{j}}$
Uin和U′in分别指第n个样品第i个指标的原始数据经转化后的隶属函数值;Xin指第n个样品第i个指标的原始测定结果;Ximax和Ximin分别指样品组中第i个指标的最大和最小值;Dn为因子分析法得到的各样品果实品质的综合分值;Fjn为第n个样品第j个特征根>1的公因子的分值;m为特征根>1的公因子的个数;Ej为第j个公因子的方差贡献率。
诊断施肥综合法（DRIS）相关指数的计算按照标准方法进行[5]。
2 结果与分析
2.1 琯溪蜜柚果实品质的因子分析与综合评价
表2 琯溪蜜柚9个品质性状的因子分析Tab. 2 Factor analysis of 9 quantitative characters of ‘Guanximiyou’ pummelo fruit quality |
| 性状 Characters | 第1公因子 Factor 1 | 第2公因子 Factor 2 | 第3公因子 Factor 3 |
|---|---|---|---|
| 固酸比TSS/TA | 0.87 | 0.40 | 0.20 |
| 可溶性固形物 Total soluble solids (TSS) | 0.83 | 0.30 | -0.14 |
| 总糖Total sugar | 0.70 | 0.26 | -0.34 |
| 粒化率Fruit granulation | -0.55 | 0.79 | 0.05 |
| 开裂瓣数Juice sac granulated segments | -0.56 | 0.78 | 0.03 |
| 可滴定酸 Titratable acidity (TA) | 0.58 | 0.36 | 0.52 |
| 单果重 Fresh weight per fruit | 0.06 | -0.34 | 0.49 |
| 可实率Edible rate | 0.53 | -0.17 | 0.23 |
| 维生素C含量Vc content | 0.37 | -0.01 | -0.62 |
| 特征根 Eigenvalues | 3.31 | 1.82 | 1.14 |
| 贡献率Contribution/% | 36.8 | 20.3 | 12.7 |
| 累积贡献率 Cumulative contribution/% | 36.8 | 57.1 | 69.7 |
根据3个主因子的贡献率和因子得分Fi,即可建立琯溪蜜柚果实品质综合评价的数学模型：D=（36.8×F1+20.3×F2+12.7×F3）/69.7。利用该模型计算各个果实品质性状的综合得分,根据各个果实品质性状的综合得分计算不同区域的土壤类型上的果实品质综合得分。从表3可知,果实品质性状综合得分由高到低的顺序依次为东半县山地红壤区、东半县水稻土区、西半县山地红壤区和西半县水稻土区。该结果表明,东半县的果实品质要优于西半县,山地红壤的果实品质要优于水稻土,而这主要取决于第1公因子的差异。
表3 不同类型果园琯溪蜜柚果实品质的各公因子得分、综合得分与优良排序Tab. 3 Scores of principal factors, synthetical scores and comparison of fruit quality of different ‘Guanximiyou’ pummelo orchards |
| 区域 Regions | 土壤类型 Soil types | 第1公因子 Factor 1 | 第2公因子 Factor 2 | 第3公 因子 Factor 3 | 综合得分 Synthetical scores | 优良排序 Rank ordering |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 东半县 The east county | 山地红壤Hilly red soil | 0.18 | -0.03 | -0.08 | 0.07 | 1 |
| 水稻土Paddy soil | 0.01 | 0.05 | -0.11 | 0.00 | 2 | |
| 西半县 The west county | 山地红壤Hilly red soil | -0.18 | 0.01 | 0.17 | -0.06 | 3 |
| 水稻土Paddy soil | -0.49 | 0.04 | 0.20 | -0.21 | 4 |
2.2 优质高产柚树叶片养分元素适宜含量
按照果树产量高低（将产量>75 kg/plant的定为高产）和品质优劣（将品质综合得分>0的列为优质果）分成普通果园（n=222）和优质高产（n=80）2类果园,分析不同类型果园的叶片营养状况（表4）。总体上,各类果园在大量养分元素上差异不大,主要表现为中微量元素上的差别。其中,高产优质果园的叶片Mg、Zn和B的含量较普通果园高,而Ca和Mn的含量相对较低。就变异系数而言,普通果园的叶片养分元素的变异系数要大于高产优质果园。
表4 不同类型柚园叶片各元素含量情况Tab. 4 The content of leaf element of different ‘Guanximiyou’ pummelo orchards |
| 元素 Element | 普通果园 Common orchards | 优质高产 High-quality and high-yield orchards | ||
|---|---|---|---|---|
| 平均值±标准差 Mean±SD | 变异系数 Coefficient of variation | 平均值±标准差 Mean±SD | 变异系数 Coefficient of variation | |
| N/% | 2.51±0.20a | 7.96 | 2.51±0.19a | 7.67 |
| P/% | 0.14±0.02a | 11.5 | 0.14±0.02a | 10.6 |
| K/% | 1.55±0.21a | 13.6 | 1.53±0.18a | 12.0 |
| Ca/% | 3.13±0.75a | 23.9 | 3.03±0.60b | 19.9 |
| Mg/% | 0.35±0.10b | 27.4 | 0.36±0.07a | 18.7 |
| S/% | 0.34±0.05a | 14.7 | 0.34±0.04a | 12.4 |
| Mn /(mg·kg-1) | 89.6±88.7a | 99.2 | 68.7±52.4b | 76.3 |
| Zn/(mg·kg-1) | 35.2±7.4a | 20.9 | 36.5±5.9a | 16.3 |
| B/(mg·kg-1) | 71.8±33.8a | 47.7 | 74.0±34.8a | 47.0 |
Note: Different lowercase letters showed significant differences in different orchards (P<0.05). | |
注：不同小写字母表示不同果园间差异显著（P<0.05）。 |
2.3 琯溪蜜柚叶片营养DRIS诊断
根据DRIS营养诊断法,依据高产优质果园叶片养分含量平均值作为参比值。对每个诊断参数进行高产优质果园组（参比值组）与普通果园组差异显著性分析,每组参数（如N/P和P/N）只选择差异最显著的一个作为重要参数,叶片营养DRIS诊断所选的重要参数为：N/Ca、N/Mg、S/N、Mn/N、Zn/N、N/B、P/Ca、P/Mg、Mn/P、Zn/P、P/B、K/Ca、K/Mg、Mn/K、K/Zn、K/B、Ca/Mg、S/Ca、Mn/Ca、Zn/Ca、Ca/B、S/Mg、Mn/Mg、Zn/Mg、Mg/B、Mn/S、S/Zn、S/B、Mn/Zn、B/Mn、Zn/B。
分别对不同区域和土壤类型果园叶片养分含量进行诊断,其诊断结果见表5。平和县琯溪蜜柚果园叶片养分含量需肥顺序为Mg>Zn>B>N> Ca>P>S>K>Mn,表明最缺乏的元素是Mg、Zn和B,其次是N和Ca,其他元素较不缺乏。然而,不同区域和土壤类型上有所差异,其中,东半县山地红壤果园叶片养分含量需肥顺序为B>Mg>Ca>Zn>N>P>K>S>Mn,表明最缺乏的元素是B、Mg和Ca,其次是Zn和N,其他元素较不缺乏;东半县水稻土果园叶片养分含量需肥顺序为Mg>N>P>S>K>B>Zn>Mn>Ca,表明最缺乏的元素是Mg、N、P,其次是Zn和N,其他元素较不缺乏;西半县山地红壤果园叶片养分含量需肥顺序为Zn>Ca>Mg>P>N>S>K>B>Mn,表明最缺乏的元素是Zn、Ca、Mg,其次是P和N,其他元素较不缺乏;西半县水稻土果园叶片养分含量需肥顺序为Zn>K>S>P>N>B>Mg>Mn>Ca,表明最缺乏的元素是Zn、K、S,其次是P和N,其他元素较不缺乏。东半县山地红壤、东半县水稻土、西半县山地红壤和西半县水稻土果园营养不平衡指数NII分别为709、1123、665、1723,表明东半县的营养平衡状况优于西半县,而山地红壤果园要优于水稻土。
表5 不同类型柚园叶片 DRIS 诊断指数及需肥顺序Tab. 5 Leaf DRIS indices and order of nutrient requirements of different ‘Guanximiyou’ pummelo orchards |
| 区域 Regions | 土壤类型 Soil types | 元素Element | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | P | K | Ca | Mg | S | Mn | Zn | B | NII | 需肥顺序 Order of nutrient requirements | ||
| 东半县 The east county | 山地红壤Hilly red soil | 67 | 119 | 127 | -182 | -236 | 148 | 206 | 43 | -291 | 709 | B>Mg>Ca>Zn>N>P>K>S>Mn |
| 水稻土Paddy soil | -186 | -156 | -135 | 632 | -453 | -148 | 414 | 78 | -45 | 1123 | Mg>N>P>S>K>B>Zn>Mn>Ca | |
| 西半县 The west county | 山地红壤Hilly red soil | 65 | 35 | 125 | -119 | -14 | 75 | 225 | -532 | 140 | 665 | Zn>Ca>Mg>P>N>S>K>B>Mn |
| 水稻土Paddy soil | -182 | -225 | -298 | 673 | 263 | -270 | 642 | -747 | 145 | 1723 | Zn>K>S>P>N>B>Mg>Mn>Ca | |
| 全县 Whole County | 10 | 32 | 55 | 14 | -171 | 54 | 284 | -156 | -121 | 448 | Mg>Zn>B>N>Ca>P>S>K>Mn | |
3 讨论
琯溪蜜柚果实品质综合评价表明,平和东半县果园的果实品质要优于西半县,山地红壤果园的果实品质要优于水稻土,而这主要取决于第1公因子的差异（表3）。本研究的相关数据也表明,东半县果园果实的固酸比（13.0）要高于西半县（12.6）;山地红壤果园果实的固酸比（12.9）也要高于水稻土（12.6,数据未列出）。这表明,琯溪蜜柚果实品质一方面受到区域的自然气候条件的影响,东半县蜜柚果园的平均海拔高度要明显低于西半县（两区域果园的平均海拔高度分别为225 m和418 m,数据未列出）,因而东半县具有较为充足的光照和良好的热量条件,这可能是东半县果实品质更优的原因[3];另一方面,果实品质也受到土壤条件的影响。本研究发现,山地红壤的土壤养分含量要比水稻土丰富：山地红壤的碱解氮、有效钾、土壤交换性钙、土壤交换性镁、土壤有效硫和交换性锰及水溶性硼含量均高于水稻土（表1）,这是山地红壤果园果实品质高于水稻土果园的另一重要原因。
营养元素适宜标准的建立是蜜柚开展合理施肥的重要依据,为实现高产优质奠定基础。以往以高产为目标制定的营养诊断标准尚不能很好满足未来水果产业发展的需求。由于农民盲目追求高产,长期大量施用以氮磷钾为主的化学肥料,由于不平衡施肥导致琯溪蜜柚果园土壤酸化,造成果实品质下降,出现果肉木栓化现象[16, 20]。本文以高产优质为目标,提出琯溪蜜柚生产的叶片元素含量的适宜范围：N 2.15%~2.80%,P 0.12%~ 0.17%,K 1.25%~1.85%,Ca 2.10%~4.25%,Mg 0.25%~0.55%,S 0.25%~0.40%,Mn 20~145 mg/kg,Zn 25~50 mg/kg,B 35~135 mg/kg。与前人提出的营养诊断标准[15]（以高产为目标）相比,该诊断标准中的叶片氮、磷、钾的适宜范围略低,而钙、镁、锌、硼等略高于庄伊美提出的标准,锰相差不大。这表明要实现蜜柚产量和品质的协调提高需要注重中微量营养元素的补充。
叶片DRIS诊断表明（表5）,平和琯溪蜜柚果园要进一步提高果实品质需要特别注重Mg、Zn、B、N和Ca等元素的补充,该诊断结果与近年来大量的土壤测试结果相吻合[17, 21]。黄绿林[21]报道结果表明,平和县果园土壤交换性镁、交换性钙和有效硼缺乏的比例分别占到79.1%、89.8%和89.3%,而土壤有效锌含量中下比例者也占到67.2%,成为柚果品质提升的重要限制因素。同时Zn的缺乏也与元素间的相互作用有关,Mg和Zn之间具有协同作用,缺Mg会加重Zn的缺乏[22];土壤较高的有效磷含量（平均为124.0 mg/kg）[21]导致P和Zn的拮抗作用可能是Zn缺乏的另一重要因素[23]。然而,不同区域和土壤类型上的营养缺乏情况差异较大,东半县山地红壤果园最缺乏的元素是B、Mg和Ca,东半县水稻土果园最缺乏的元素是Mg、N和P,西半县山地红壤果园缺乏的元素是Zn、Ca和Mg,西半县水稻土果园叶最缺乏的元素是Zn、K和S。此外,从果园营养不平衡指数 NII 来看,东半县的营养平衡状况优于西半县,而山地红壤果园要优于水稻土（表5）,表明西半县和水稻土具有较大的增产提质空间,这与前面果实品质综合分析的结果相一致（表3）。因此,为满足人们对果实品质的更高要求,亟需根据新的营养诊断标准和区域的差异性调整施肥策略,发展具有区域针对性的施肥管理策略,减少区域间的变异,实现琯溪蜜柚产量和品质的协同提高,促进琯溪蜜柚产业的可持续发展。