產地綠竹筍品質及土壤養分的主成分與典型相關分析

鄭 蓉

（福建省林業科學研究院，福建 福州 350012）

由于遺傳基因與環境因素的互作性，定量評價一種植物的某些性狀往往較為困難，環境因子對植物生產力及品質性狀影響的定量研究一直是林業工作者研究的熱點。國內外大量研究結果指出，氣候和土壤因素是影響作物品質的重要因素[1-2]。土壤作為生態系統中物質和能量交換的重要場所，植物生長過程所需水分和營養絕大部分是通過根系從土壤中吸收，土壤因子也影響著植物的生長和品質[3-5]。綠竹Dendrocalamopsis oldhami是中國南方重要筍用竹種，鮮筍品質優良，深受海內外人士的青睞，綠竹產量和品質與栽培環境條件密切相關，但迄今對于綠竹筍品質與土壤養分狀況之間的研究尚缺乏相關報道。為此，本研究結合不同產地綠竹資源調查與分析基礎上，應用主成分、典型相關分析方法研究綠竹筍品質綜合性狀及其與土壤養分的相關性，探討影響綠竹筍品質的土壤主要養分因子，旨在為綠竹優質高產的土壤培肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究根據綠竹栽培區內主產地（包括福建的福安、尤溪、永泰、永春、漳平、同安、漳州、龍巖，浙江的鳳嶺、蒼南、岱底、龍湖）共12個產地調查的原始數據，其中，土壤pH值（x1），堿解氮（x2，mg·kg-1）， 全氮（x3， g·kg-1）， 有效磷（x4， mg·kg-1）， 速效鉀（x5， mg·kg-1）和有機質（x6， g·kg-1）。 鮮筍主要質量指標： 水解氨基酸總量（y1， g·kg-1）， 還原糖（y2， g·kg-1）， 水溶性總糖（y3， g·kg-1）， 粗蛋白質（y4， g·kg-1），水分（y5， %）， 總灰分（y6， %）， 粗纖維（y7， g·kg-1）。 有關產地概況及取樣調查分析方法見文獻[6-7]。

1.2 統計分析

1936年，Hotelling將復相關分析推廣到多個隨機變量與多個隨機變量之間的相關關系的討論中，提出了典型相關分析。其基本原理是為研究2組變量x1，x2，…，xr和y1，y2，…，ys之間的相關關系，分別選取若干有代表性的變量組成有代表性的綜合指標。通過研究這2組綜合指標之間的相關關系，來代替這2組變量間的相關關系，這些綜合指標即為典型變量。本研究將綠竹12個產地土壤養分、鮮筍營養成分的原始數據分成2組，土壤養分指標記為 X=（x1，x2，x3，x4，x5，x6）′，鮮筍品質性狀記為Y=（y1，y2，y3，y4，y5，y6，y7）′。首先進行鮮筍品質性狀的主成分分析，再開展土壤養分對鮮筍品質影響的典型分析。采用DPS 6.55數據處理系統進行主成分與典型相關分析。

2 結果與分析

2.1 綠竹鮮筍品質性狀的主成分分析

已有研究表明：綠竹鮮筍主要營養成分之間存在一定的依存或制約關系[7]，這決定了在筍品質性狀分析時存在可能的信息重疊，因此，通過主成分分析的綜合指標，首先來評價各產地綠竹筍的綜合品質性狀。

主成分的特征根和貢獻率是選擇主成分的依據。將鮮筍的7項質量指標轉化成7個主成分，求算相關矩陣的特征值和貢獻率（表1）。分析結果顯示：前3個主分量所構成的信息量占總信息量的84.658%，前5個主分量占總信息量的98.114%。選擇主分量數為5時，計算各養分的特征向量（表1）。第1主分量主要反映了還原糖、水溶性總糖質量分數，它們的權重系數分別為0.5204和0.4945。第2主分量主要反映了水分，系數為0.5596。第3主分量反映是蛋白質與總灰分，系數分別為0.6776和0.5838。第4主分量是氨基酸質量分數，系數為0.6505。第5主分量代表是粗纖維質量分數，系數為0.5659。由此分析，綠竹鮮筍的還原糖、水溶性總糖質量分數最能綜合反映出筍營養品質狀況，其次為水分、蛋白質、總灰分，然后為氨基酸及粗纖維。

表1 主成分的貢獻率及特征向量Table1 Contribution rates and eigenvectors of principal components

2.2 綠竹筍品質與土壤養分的典型相關分析

首先，將鮮筍品質與土壤養分之間的相關系數矩陣列于表2。從表2可知：土壤養分指標和筍品質性狀的相關系數在-0.688至0.631，大部分指標間屬中等正相關或負相關。x1（pH值）與y2（還原糖），y3（水溶性總糖），y6（總灰分），y7（粗纖維）之間的相關性達顯著水平，其中，x1與y2，y3具有正相關，其相關系數分別為0.631和0.576，當土壤pH值升高，鮮筍還原糖、水溶性總糖呈現增高變化，而x1與y7，y6呈負相關，其相關系數分別為-0.688和-0.594，即隨著土壤pH值升高，鮮筍粗纖維、總灰分呈現降低的趨勢；x5（速效鉀）與y7（粗纖維）也表現出顯著負相關，相關系數為-0.603。

表2 土壤養分與筍養分品質的相關系數Table2 Correlation coefficients between soil nutrients and quality characters of bamboo shoot

其次，對筍品質與土壤養分的2組變量進行典型相關分析，利用卡方檢驗，可得到5組典型變量相關性，結果列于表3。由表3可得：當取α=0.05，只有第1組典型相關系數達0.01的顯著水平，而其他4組典型變量均未達顯著性水平，由此對第1對典型變量進行分析，用2組原始指標線性表達典型變量的系數建立的典型模型為：土壤養分指標的第1典型變量U1=0.6670 x1+0.1049 x2-0.2273 x3+0.0160 x4-0.3222 x5+0.6233 x6；筍營養成分的第1典型變量V1=0.1911 y1-0.3891 y2+0.1930 y3+0.3176 y4+0.4895 y5-0.5345 y6-0.3856 y7。

表3 典型相關系數Table3 Canonical correlation coefficients

由于原始變量的測量單位不一致，如果直接比較可能影響分析效果，考慮使用標準化的典型系數。即用標準化指標線性表達典型變量的系數為U1=0.62897x*1-0.14134x*2-0.52370x*3+0.09684x*4-0.07808x*5+0.54285x*6， V1=-0.06109y*1-0.60798y*2+0.59086y*3+0.27482y*4+0.32508y*5-0.29459y*6-0.09766y*7。 其中： x*i（i=1， 2， 3， 4， 5， 6）， y*j（j=1， 2， 3， 4， 5， 6， 7）為相應的樣本標準化變量。

由U1中各標準化典型系數表明，各土壤養分指標對U1的相對作用大小依次為x*1（pH值）＞x*6（有機質）＞ x*3（全氮）＞ x*2（水解氮）＞x*4（有效磷）＞x*5（速效鉀）， 其中， x*2， x*3， x*5是負作用， 且 x*4，x*5上的系數小于0.1，作用較小，因此，U1近似地看成是x*1（pH值）和x*3（全氮）和x*6（有機質）的加權差，以x*1上的權重稍大一些，說明土壤中pH值、有機質升高將有利于提高鮮筍的綜合品質，但同時全氮的增加會下降鮮筍品質。

由V1中各變量的標準化系數得出，綠竹鮮筍品質指標對V1的相對作用大小依次為y*2（還原糖）＞y*3（水溶性總糖）＞y*5（水分）＞y*6（總灰分）＞y*4（粗蛋白質）＞y*7（粗纖維）＞y*1（水解氨基酸總量）， 其中y*2，y*6，y*7是負作用，且y*1，y*7系數小于0.1，作用最小，因此，V1近似地看成是y*2（還原糖）和y*3（水溶性總糖），y*5（水分）的加權差，由于x*1與y*2相關系數為正值，而y*2典型變量的系數為負值，表明y*2為一個抑制變量。由此說明，在一定范圍內提高土壤中pH值、有機質質量分數，不僅對提高鮮筍中水溶性總糖有明顯的作用，而且可適當增加水分，但會引起還原糖的下降。

綜上分析，典型相關系數平方（0.9999）表明：第1典型變量之間的共享方差為接近100.0%。即土壤養分指標與筍品質之間1對典型相關系數達1%顯著水平，其中來自土壤養分指標的第1典型變量U1的x*1（pH值）、x*3（全氮）和x*6（有機質）具有較好的預測能力，但只有筍主要養分指標中的y*2（還原糖），y*3（水溶性總糖），y*5（水分）可被對方變量的第1典型變量V1所預測，因此，這些指標可分別作為今后不同產地綠竹土壤養分與筍品質關系分析的顯著性指標。

3 討論與小結

研究認為：在氣候因素相似的情況下，土壤類型、質地和肥力水平等就成為決定作物品質優劣的重要因素，并且土壤因子也影響加工品質，最終決定其產品的用途[8-10]。由于受到水分與極端氣溫的影響，綠竹目前主要栽培產區處于亞熱帶南部與南亞熱帶地區，氣候環境條件大致相似，但在紅壤、砂壤土等不同土壤上栽培的綠竹，其鮮筍產量與品質都存在一些差異[7]。

本研究表明：通過綠竹鮮筍品質性狀的主成分分析，將6項筍主要營養品質性狀轉化為前3個主成分。這3個主成分提供了原性狀84.568%的信息，可以作為鮮筍品質性狀的綜合指標。通過前3個主分量分析得出，綠竹鮮筍還原糖、水溶性總糖首先綜合反映了筍營養品質狀況，其次為水分，第3為蛋白質和總灰分。

通過筍品質性狀與土壤養分指標典型相關分析得出，土壤中營養物質的水平在一定程度上影響到竹筍品質的表現。研究表明：土壤養分指標與筍品質性狀之間第1對典型相關系數達1%顯著水平，即土壤pH值、有機質質量分數對鮮筍品質具有較明顯促進作用，土壤全氮則對鮮筍品質具有一定抑制作用。分析其原因，首先，土壤pH值對鮮筍品質的影響最大，這是因為它直接影響到土壤養分的有效性，決定多種元素在土壤中的形態與溶解性，而目前人工栽培綠竹林分長期使用化肥引起土壤酸化現象極為普遍，直接影響到土壤肥力狀況；其次，土壤有機質對改善鮮筍品質方面也有良好作用，這與有機質是土壤硫、鈣、鐵、鎂以及微量元素的重要來源有關[11-12]，并且有機質對果實品質方面有改善作用[13]；但是，在土壤養分水平較高的情況下，全氮、堿解氮的提高將不利于鮮筍品質的改善。有研究指出：過量的氮會減少植株光合產物的的分配量，降低脫落酸和和吲哚乙酸的比值，加大蔗糖代謝相關酶的活性，最終造成果實含糖量的減少[14]。施氮量過多，也會引起小麥Triticum aestivum等作物氮素的積累，并使籽粒產量和籽粒蛋白質含量降低[15]。因此，在綠竹林地施用氮肥應注意其負面效應，避免過量施用氮肥，造成不必要的浪費和影響。土壤養分對筍品質的作用效應主要表現為對鮮筍中還原糖、水溶性總糖與水分的影響。在一定范圍內，改善栽培土壤相關性狀（pH值、有機質）將利于提高鮮筍中水溶性總糖與水分，但可能對還原糖下降也有明顯作用。

在當今竹林栽培正處于傳統施肥技術向現代化施肥技術的轉變階段，開展綠竹專用復合肥的研制，探索因地制宜的施肥技術和配方比例，對促進綠竹生長，提高產量和品質具有重要作用。今后將進一步開展定量相關分析，研究高品質綠竹鮮筍的最適栽培土壤pH值、土壤有機質和全氮的質量分數。

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