土壤養分與北冰紅山葡萄果實品質間的典型相關性分析

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.02.011

摘" 要：【目的】分析北冰紅葡萄果實營養品質與土壤養分間的關系，為選擇北冰紅葡萄適宜栽培區提供參考依據。

【方法】選取新疆4個不同生境的8個果園樣點，測定果實品質和土壤養分因子，采用典型相關分析和冗余分析其相關性。

【結果】8個樣地的土壤養分與果實品質指標變異系數分別為6.147%～40.476%、3.674%～11.895%，其中pH與總糖的變異系數最小。土壤養分中速效磷、速效鉀、陽離子交換量與可溶性固形物、單寧、總糖、總酚、果穗重、單果重和單株產量間呈正相關；土壤中速效氮和陽離子交換量與花色苷、果穗重和單果產量間呈正相關；土壤中有機質與總酚呈負相關；果品中總酸與土壤中全氮呈正相關，與速效鉀呈負相關。4對典型變量分別解釋了土壤養分和果實品質組內的75.500%和94.900%的信息，組間72.100%和92.100%的信息；焉耆縣、溫宿縣與烏魯木齊市的葡萄果實品質綜合典型變量較高。

【結論】不同生境下，北冰紅葡萄園中土壤養分各指標間含量存在較大的差異，而果實品質各指標間差異較小，土壤pH與果實總糖差異不顯著。新疆釀酒葡萄產區中焉耆縣、溫宿縣與烏魯木齊市的土壤環境更有利于北冰紅營養物質的積累，對提高北冰紅果實品質作用明顯。

關鍵詞：葡萄；土壤養分；果實品質；典型相關性

中圖分類號：S661.1；S606+.2"""" 文獻標志碼：A""" 文章編號：1001-4330（2024）02-0355-10

收稿日期（Received）：

2023-06-21

基金項目：

新疆維吾爾自治區重點研發計劃項目（2022B02045-2-3）；新疆維吾爾自治區“三農”骨干人才培養項目（2022SNGGNT084）

作者簡介：

王季姣（2001-），女，河南駐馬店人，碩士研究生，研究方向為森林培育，（E-mail）2419371483@qq.com

通訊作者：

潘越（1990-），男，新疆烏魯木齊人，助理研究員，碩士，研究方向為林木遺傳育種和果樹栽培學，（E-mail）18690187637@163.com

王世偉（1984-），男，新疆烏魯木齊人，教授，博士，研究方向為森林培育，（E-mail）wsw850204@163.com

0" 引 言

【研究意義】山葡萄（Vitis amurensis）為葡萄屬中最抗寒的一個種［1］，果實可釀造干型、半干和甜型葡萄酒，在極為苛刻的地理環境下可釀造冰葡萄酒［2］。北冰紅作為山葡萄雜種后代，枝條可耐-27℃低溫，具有較強的抗寒性和抗病性，其漿果品質優、含糖量較高，現廣泛栽培于我國東北、華北、西北等冬季較寒冷地區［3］。新疆自然條件得天獨厚，種植的釀酒葡萄品質優良，是我國葡萄酒釀造大區，葡萄原酒年產量達20×104 t，占我國葡萄原酒生產總量的50%左右［4］。新疆已初步形成了天山北麓、焉耆盆地、伊犁河谷和吐哈盆地四大葡萄酒產區，種植面積占到新疆釀酒葡萄種植總面積的88.47%，其中天山北麓和焉耆盆地的釀酒葡萄種植面積占全區釀酒葡萄總面積的76.39%，栽培面積在新疆占有絕對優勢［5］。新疆釀酒葡萄品種多為歐亞種葡萄（Vitis vinifera），2019年以來，從東北陸續引進10余個山葡萄品種，已初步篩選出4～5個適應當地氣候環境的山葡萄品種［6-7］。四大葡萄產區生境不同，導致不同產區山葡萄果實品質出現較大差異。綜合分析果實品質與土壤養分間的關系，對選擇山葡萄在新疆的適宜栽培區有重要意義。【前人研究進展】張歡等［8］對軟籽石榴果園通過最小二乘回歸分析發現土壤pH值會對除單果質量和果實VC含量外的大部分果實品質產生影響，而有效磷含量對果實品質影響較小。萬盛等［9］對新疆灰棗果品與土壤養分的研究發現，棗果可溶性糖含量主要受土壤速效鉀含量和pH值的影響，總酚含量主要受土壤有機質、堿解氮、速效磷含量和pH值的影響。李澤涵等［10］對新疆伊犁、和碩和石河子的土壤、葡萄葉、葡萄果實與葡萄酒礦物質元素含量進行了研究，結果發現可通過分析葡萄葉、果酒和果實中的礦物質對產區信息加以區分。張靜文等［11］在研究赤霞珠葡萄土壤養分與果實品質關系時發現，壤土葡萄園單果質量、總糖、可溶性固形物高于黏土葡萄園，增加土壤有機質含量可提高果實品質。【本研究切入點】

果實品質與土壤養分含量之間存在密切的關系，只有在養分含量維持在適宜的區間范圍內，才會提升果實品質，土壤養分偏高或偏低都對果實品質不利。關于山葡萄的研究多集中在栽培技術對果實品質的影響方面［12-14］，對土壤養分含量與果實品質間的研究未見報道。此外，多數分析方法主要針對某項果實品質指標的主要土壤養分指標進行分析和篩選，研究方法集中于相關性、回歸和主成分分析，此類方法僅考慮到多個變量同某一變量間的關系，而未分析一組變量同另一組變量的內在聯系。因此需分析北冰紅葡萄果實營養品質與土壤養分間的關系。【擬解決的關鍵問題】試驗基于典型相關性分析4個不同山葡萄產區土壤養分含量與果實品質間的關系，研究影響山葡萄果實品質的土壤主要養分因子，為新疆篩選山葡萄適宜種植區提供理論參考。

1" 材料與方法

1.1" 材 料

試驗區設在新疆釀酒葡萄主要產區天山北麓生態區域烏魯木齊市、瑪納斯縣，該區域地勢平坦，屬中溫帶半干屬溫帶半干旱大陸性氣候，年平均降水量253.75～286.1 mm，地勢平坦，4～9月平均日照數1 761.44～1 841.46 h，年平均無霜期168～179 d；伊犁河谷生態區域（伊犁哈薩克自治州察布查爾縣），該區域屬于大陸性北溫帶溫和干旱氣候，年平均降水量206 mm，4～9月平均日照數1 801 h，無霜期182 d；焉耆盆地生態區域（巴音郭楞蒙古自治州和碩縣、焉耆縣）位于天山南麓，屬中溫帶干旱性大陸氣候，年平均降水量102.2～119.76 mm，4～9月平均日照數1 746.17～1 784.41 h，年平均無霜期176～209 d；環塔里木盆地生態區域（阿克蘇地區溫宿縣）位于塔里木盆地西北緣，屬典型的大陸性氣候，年平均降水量不足100 mm，4～9月平均日照數1 947.7 h，無霜期205～219 d。

采用單蔓傾斜龍干形（“廠”形架式），灌溉方式為溝灌，施肥方式為穴施。于2021年9月1日～30日采集不同生境果園的土壤樣品，按照對角線采集土層深度為10～30 cm的土壤樣品，將采集到的同一個果園內，相同對角線上的土樣混合均勻置于于同一自封袋內，并編號。土樣帶回試驗室風干、過濾后備用。表1

1.2" 方 法

1.2.1" 試驗設計

在采集土樣的葡萄園中隨機選取15株長勢一致的北冰紅作為一組重復，共設置3次重復，合計45株，每株摘取陰面與陽面上、中、下部各一穗，保證所取山葡萄穗形整齊一致、無病蟲害，混合后帶皮壓榨成汁，并用紗布過濾保存，冷藏備用以釀造冰紅葡萄酒［15］。

1.2.2" 指標測定

1.2.2.1" 土壤養分

土壤樣品的測定、分析均參照國家相關標準，采取重鉻酸鉀容量法測定有機質含量

；采用堿解擴散法測定速效氮含量；采用原子吸收分光光度計法測定速效磷含量；

采用NH4OAC浸提；火焰光度法測定速效鉀含量；土壤陽離子交換量按照龐春燕［16］方法測定。表2

1.2.2.2" 北冰紅山葡萄果實品質理化

總糖含量的測定參考葡萄酒果酒通用分析法中的斐林試劑滴定法（GB/T 15038-2006）測定，總酸含量的測定參考葡萄酒果酒通用分析法中的氫氧化鈉滴定法（GB/T15038-2006）測定；可溶性固形物含量的測定參照水果、蔬菜制品—可溶性固形物含量的測定—折射儀法（GB/T12295-1990）；總花色苷測定采用HPLC液相色譜法；單寧采用甲基纖維素沉淀法測定。每個樣地隨機選取成熟度一致的9穗北冰紅葡萄，用電子天平稱量果穗質量，取其平均值，果穗重（g）；再從中隨機選取60粒葡萄，其中后取平均值，單果重以g顯示；單株產量=總穗數×果穗重。表3

1.3" 數據處理

采用Micosoft Excel 2016軟件進行數據整理并制圖，使用SPSS 21.0軟件對待測數據進行S-W正態性檢測，并對數據進行典型相關性分析和冗余分析。

對各原始數據結果進行標準化處理，并進行正態化轉換。因研究對象單項指標的統計量為16個（48行lt;50行），即所研究的樣本為小樣本，采用S-W正態性檢測法進行分析，P值大于0.05的土壤指標和北冰紅果實品質指標共有9個。

標準化數據=（原始值-平均值）/標準差。

典型相關性：將北冰紅葡萄園土壤養分指標視作一組綜合變量（u），通過有機質（x1）、pH（x2）、全氮（x3）、速效氮（x4）、速效磷（x5）、速效鉀（x6）和陽離子交換率（x7）的測定結果構建線性方程；同時將北冰紅果實品質指標視作一組綜合變量（v），通過可溶性固形物（y1）、花色苷（y2）、單寧（y3）、總酸（y4）、總糖（y5）、總酚（y6）、果穗重（y7）、單果重（y8）和單株產量（y9）的測定結果構建線性方程。

2" 結果與分析

2.1" 北冰紅葡萄園土壤養分及果實品質

研究表明，其變異系數范圍在5.937%～38.988%，其中，pH的變異系數較小，低于20.000%，而速效鉀的變異程度最大，速效磷和速效鉀次之，土壤養分各指標間含量在不同生境葡萄園間差異較大。北冰紅葡萄果實品質，其變異系數范圍在3.674%～11.895%，其中總糖變異程度最小，不同葡萄園果實總糖含量差異不顯著。表2，表3

不同采樣地土壤各養分指標之間具有較大差異，焉耆盆地生態區域的有機質含量、pH和速效氮含量最高，分別為1.504%、8.200和96.337 mg/kg；天山北麓生態區域全氮、速效鉀和陽離子交換量含量最高，分別達830.000 mg/kg、271.754 mg/kg和7.714 cmol/kg；伊犁河谷生態區域速效磷含量最高，達28.162 mg/kg。表4

2.2" 果園土壤養分與葡萄品質的典型相關性

2.2.1" 果園土壤養分指標和北冰紅果實品質指標間典型相關系數的顯著性檢驗

研究表明，提取出4對典型變量，其相關性達到顯著或極顯著水平，符合開展典型相關性分析的試驗要求。表5

2.2.2" 土壤養分指標和北冰紅果實品質指標間典型變量間的關系

研究表明，利用標準化的典型系數創建典型相關模型qi和si，分別表示土壤養分指標和北冰紅果實品質指標，并計算原始變量與典型變量間的相關系數ri。

第Ⅰ對典型變量如下：

u1=0.285x1+0.192x2+0.165x3+0.246x4+0.546x5+0.577x6-0.392x7.（1）

v1=0.733y1-0.399y2+0.102y3-0.281y4+0.175y5+0.530y6+0.920y7-0.506y8-0.273y9.（2）

從第Ⅰ對典型變量（u1，v1）可知，u1速效磷（x5）、速效鉀（x6）、陽離子交換量（x7）間呈正相關，相關系數分別為0.739、0.784、0.621。v1與可溶性固形物、單寧、總糖、總酚、果穗重、單果重、單株產量均呈較高的正相關。在一定限度內，隨著土壤中速效磷、速效鉀、陽離子交換量的增加，北冰紅果品可溶性固形物、單寧、總糖、總酚、果穗重、單果重、單株產量增加。

第Ⅱ對典型變量如下：

u2=-0.255x1-0.166x2+0.029x3+0.395x4-0.593x5-0.309x6+0.967x7.（3）

v2=-0.635y1+0.989y2+0.240y3+0.166y4+0.088y5-1.573y6-0.172y7+0.470y8+0.731y9 。（4）

從第Ⅱ對典型變量（u2，v2）可知，u2與速效氮（x3）、陽離子交換量有機質（x7）間相關性呈正相關，相關系數分別為0.651、0.699 9。v2與花色苷（y2）、單果重（y8）、單株產量（y9）呈正相關性，相關系數分別為0.596、0.496、0.501。該線性組合表明，在一定限度內，北冰紅中的花色苷含量、單果重和單株產量隨著土壤中速效氮、陽離子交換量的增加而增大。

第Ⅲ對典型變量如下：

u3=0.392x10.299x2-0.128x3+0.894x4-0.511x5+0.666x6-1.367x7 .（5）

v3=1.168y1-0.491y2+0.424y3+0.788y4-0.352y5-1.564y6+1.555y7-1.092y8-0.615y9.（6）

從第Ⅲ對典型變量（u3，v3）可知，u3與土壤有機質（x1）間呈正相關，相關系數為0.631。v3與總酚（y6）之間呈負相關，相關系數為-0.449。該線性組合表明，在一定限度內，北冰紅中的總酚含量隨著土壤中有機質的增加而減少。

第Ⅳ對典型變量如下：

u4=-0.117x1+0.268x2-1.026x3-0.484x4-0.813x5+0.960x6+0.602x7.（7）

v4=0.300y1+0.720y2+1.268y3-2.004y4-0.549y5-0.394y6+2.329y7-2.461y8+0.748y9 .（8）

從第Ⅳ對典型變量（u4，v4）可知，u4與土壤全氮（x3）間呈的負相關，與速效鉀（x6）呈正相關，相關系數分別為-0.408、0.390。v4與北冰紅中的總酸（y4）的含量呈的負相關，相關系數為-0.406。在一定限度內，隨著土壤中全氮的下降，或速效鉀的增加，北冰紅中的總酸含量減少。表6，表7

2.2.3" 土壤養分指標和北冰紅果實品質指標典型冗余

研究表明，在土壤養分指標中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ對典型變量分別解釋組內變差34.600%、21.900%、12.400%、6.600%的信息量，并解釋另一組（果實品質）34.000%、21.300%、11.600%、5.200%的信息量。在果實品質指標中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ對典型變量分別解釋組內變差70.000%、15.500%、6.300%、3.100%，并解釋土壤養分68.700%、15.100%、5.800%、2.500%的信息量。土壤養分指標共解釋自身變異的75.500%的信息和72.100%的果實品質指標信息，果實品質指標共解釋自身變異的94.900%的信息和92.100%的土壤養分指標的信息，兩組變量組內和組間的關系較密切。表8

2.2.4" 4對典型變量的坐標點分布

研究表明，隨著土壤養分綜合典型變量（u）的增加，果實品質綜合典型變量（v）逐漸上升，呈正相關，土壤養分含量的提升有利于北冰紅根系對養分的吸收，進而促進果實品質含量的提高。R2值均為0.267，呈現出較好的線性相關；R2=-0.028和R2=-0.118的R2值較小，則不能很好地反應出兩組指標間的關系。樣點1果實品質綜合典型變量最高，v1為425.536，其次為樣點2，樣點8和樣點7，v1分別為419.022、411.442、411.035；樣點8果實品質綜合典型變量最高，v1為-723.803，其次是樣點1、樣點7和樣點6，v1分別為-748.142、-753.262、-771.306。天山北麓烏魯木齊（樣點1）、環塔里木盆地溫宿縣（樣點8）和焉耆盆地焉耆縣（樣點7）的土壤養分對于北冰紅果實營養物質的累積與品質的提升具有促進作用。圖1

3" 討 論

3.1

適宜的土壤養分對提高釀酒葡萄的質量有促進作用，可以有效地促進葡萄果實中營養物質的累積，果園土壤養分之間關系復雜，元素間存在協同與拮抗作用［17-18］。引種到新疆的北冰紅在生長適應過程中受風土條件差異較為明顯，果實品質特征會以不同形式展現出來，使兩者之間的關系變得復雜和更加密切［19］。試驗結果表明，不同生境的葡萄園的土壤養分指標間除pH值外，其他指標均差異較大，變異系數在5.937%～38.988%，各果園樹體對土壤營養元素吸收存在一定差異。

3.2

目前，土壤養分與果實品質間的研究運用簡單相關性分析和多元分析方法的較多，但分析所得的結果存在較大差異。典型相關分析可以彌補以上兩種分析的不足，延伸兩組變量間的相互依賴的關系，可以更好的探討多變量之間相關關系［20-22］。Szcs等［23］通過喬納金蘋果的施肥試驗結果表明，土壤速效磷和速效鉀含量與產量呈正相關。Yan等［24］對蘋果園的土壤養分與果實品質的研究表明土壤速效磷、鉀、鈣、鎂含量有利于蘋果果實品質的提高。研究通過典型相關分析得出，土壤速效磷、速效鉀和陽離子交換量對果實可溶性固形物、單寧、總糖、總酚，果穗重、單果重和單株產量均呈較高的正相關，與可溶性固形物的相關性最高，相關系數為0.930，與相關研究者在石榴［25］、柑橘［26］上的研究結果一致，土壤速效磷、速效鉀和陽離子交換量對北冰紅果實品質的影響較大。徐麗等［27］研究表明，速效氮和速效鉀對核桃堅果品質的影響最明顯，合理增施氮肥和鉀肥可以明顯提高核桃果實品質。研究結果表明，土壤速效氮對果實花色苷、單果重和單株產量具有促進作用，能夠直接影響山葡萄的抗病、色澤和風味［28-29］。土壤速效鉀能較快的被植物所吸收，增加漿果中的糖度，是反應土壤肥力高低的指標之一［30］。研究中，土壤速效鉀對總酸具有抑制作用，適量施用鉀肥可以降低果實酸度，提高果實品質，與前人研究結果相吻合。

汪慧等［31］將無霜期及生長季的干燥度作為新疆釀酒葡萄氣候區劃的重要指標，發現新疆釀酒葡萄的優良產區包含天山北麓生態區域的石河子市、瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市，焉耆盆地生態區域的巴侖臺、庫米什；優質產區包括天山北麓生態區域的烏魯木齊市，焉耆盆地生態區域的察布查爾縣、和碩縣、焉耆縣，環塔里木盆地生態區域的溫宿縣，與試驗研究中基于土壤養分指標得出北冰紅果實品質的最優適生區為烏魯木齊市、溫宿縣和焉耆縣的結果大致相同。試驗僅通過土壤養分這一要素作為北冰紅優生區的評判依據，今后應結合有效積溫、光熱系數和活動積溫等氣候要素對北冰紅的適宜栽培區做進一步劃分。

4" 結 論

土壤養分中速效磷、速效鉀、陽離子交換量與可溶性固形物、單寧、總糖、總酚、果穗重、單果重和單株產量間呈正相關；土壤中速效氮和陽離子交換量與花色苷、果穗重和單果產量間呈正相關；土壤中有機質與總酚呈負相關；果品中總酸與土壤中全氮呈正相關，與速效鉀呈負相關。典型冗余分析總共解釋土壤養分和果品自身變異的75.500%和94.900%，并解釋72.100%和92.100%對另一組（果實品質）的信息量，兩組指標內部與指標間密切相關。焉耆縣、環塔里木盆地溫宿縣與天山北麓烏魯木齊的土壤養分環境更適宜北冰紅的種植。

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Canonical correlation analysis of soil nutrients and the quality of Beibinghong grape juice

WANG Jijiao1，2， PAN Yue2， WANG Shiwei1， HAN Zhengwei2，MA Yong1，2，HU Haifang3， WANG Baoqing4

（1." College of Forestry and Landscape Architecture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China; 2. Institute of Landscaping， Xinjiang Academy of Forestry， Urumqi 830000， China; 3. Jiamu National Key Forest Seed Breeding Base in Wensu， Xinjiang Academy of Forestry Sciences， Wensu Xinjiang 843100， China; 4. Aksu National Observation and Research Station of Chinese Forest Ecosystem， Wensu Xinjiang 843100， China）

Abstract：【Objective】 To analyze the relationship between soil nutrients and fruit quality of Vitis amurensis Rupr.Beibinghong vineyard in the hope of providing reference for selecting suitable cultivation areas for the grage Beibinghong.

【Methods】" Eight sample sites representing four different habitats of Vitis amurensis Rupr.orchard in Xinjiang were selected to determine fruit quality and soil nutrient factors， and the relationships between them were analyzed using typical correlation and redundancy analyses.

【Results】" The overall coefficients of variation for each indicator of soil nutrients and fruit quality in the eight sample plots ranged from 6.147% to 40.476% and 3.674% to 11.895%， respectively， with the smallest coefficients of variation for pH and total sugar.The relationship between soil available P， available K， cation exchange capacity and fruit total soluble， tannin， totan sugar， total phenols， panicle weight， single fruit weight， individual yield were positively correlated；the relationship between soil alkali-hydrolyzable、cation exchange capacity and fruit anthocyanin，Single fruit weight， individual yield were positively correlated；the relationship between soil organic matter and fruittotal phenols was negatively correlated; Fruit total acids was significantly and positively correlated with soil total nitrogen， and negatively correlated with available K.4 pairs of typical variables explained 75.500% and 94.900% of the information within the soil nutrient and fruit quality groups and 72.100% and 92.100% of the information between the groups; Combined with the coordinate map of typical variables， the ecological area distribution of Yanqi Basin and the northern foot of Tianshan Mountains were relatively concentrated.

【Conclusion】 There were significant differences in the content of soil nutrients between the different 'Beibinghong' fruit orchards， while the differences between the indicators of fruit quality were small， and the differences between soil pH and total fruit candies were not significant; the effect of soil nutrients on fruit quality was significant and correlated with it. The soil environment in Yanqi County、Wensu County and in Urumqi in the wine grape producing areas of Xinjiang is more favourable to the accumulation of nutrients in Beibinghong， which has a significant effect on improving the quality of the 'Beibinghong' fruit.

Key words：grape; soil nutrients; fruit quality; canonical correlation analysis

Fund projects：Key R amp; D Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region（2022B02045-2-3）；Autonomous Region \"Three Rural\" Backbone Talent Training Project（2022SNGGNT084）

Correspondence author： PAN Yue（1990-）， male， from Urumqi， Xinjiang. research associate， M.D， research field：tree genetic breeding and fruit cultivation（E-mail）18690187637@163.com

WANG Shiwei（1984-）， male， from Urumqi Xinjiang， professor， Ph.D， research field：forest cultivation research（E-mail）wsw850204@163.com