产地绿竹笋品质及土壤养分的主成分与典型相关分析

郑 蓉

（福建省林业科学研究院，福建 福州 350012）

由于遗传基因与环境因素的互作性，定量评价一种植物的某些性状往往较为困难，环境因子对植物生产力及品质性状影响的定量研究一直是林业工作者研究的热点。国内外大量研究结果指出，气候和土壤因素是影响作物品质的重要因素[1-2]。土壤作为生态系统中物质和能量交换的重要场所，植物生长过程所需水分和营养绝大部分是通过根系从土壤中吸收，土壤因子也影响着植物的生长和品质[3-5]。绿竹Dendrocalamopsis oldhami是中国南方重要笋用竹种，鲜笋品质优良，深受海内外人士的青睐，绿竹产量和品质与栽培环境条件密切相关，但迄今对于绿竹笋品质与土壤养分状况之间的研究尚缺乏相关报道。为此，本研究结合不同产地绿竹资源调查与分析基础上，应用主成分、典型相关分析方法研究绿竹笋品质综合性状及其与土壤养分的相关性，探讨影响绿竹笋品质的土壤主要养分因子，旨在为绿竹优质高产的土壤培肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究根据绿竹栽培区内主产地（包括福建的福安、尤溪、永泰、永春、漳平、同安、漳州、龙岩，浙江的凤岭、苍南、岱底、龙湖）共12个产地调查的原始数据，其中，土壤pH值（x1），碱解氮（x2，mg·kg-1）， 全氮（x3， g·kg-1）， 有效磷（x4， mg·kg-1）， 速效钾（x5， mg·kg-1）和有机质（x6， g·kg-1）。 鲜笋主要质量指标： 水解氨基酸总量（y1， g·kg-1）， 还原糖（y2， g·kg-1）， 水溶性总糖（y3， g·kg-1）， 粗蛋白质（y4， g·kg-1），水分（y5， %）， 总灰分（y6， %）， 粗纤维（y7， g·kg-1）。 有关产地概况及取样调查分析方法见文献[6-7]。

1.2 统计分析

1936年，Hotelling将复相关分析推广到多个随机变量与多个随机变量之间的相关关系的讨论中，提出了典型相关分析。其基本原理是为研究2组变量x1，x2，…，xr和y1，y2，…，ys之间的相关关系，分别选取若干有代表性的变量组成有代表性的综合指标。通过研究这2组综合指标之间的相关关系，来代替这2组变量间的相关关系，这些综合指标即为典型变量。本研究将绿竹12个产地土壤养分、鲜笋营养成分的原始数据分成2组，土壤养分指标记为 X=（x1，x2，x3，x4，x5，x6）′，鲜笋品质性状记为Y=（y1，y2，y3，y4，y5，y6，y7）′。首先进行鲜笋品质性状的主成分分析，再开展土壤养分对鲜笋品质影响的典型分析。采用DPS 6.55数据处理系统进行主成分与典型相关分析。

2 结果与分析

2.1 绿竹鲜笋品质性状的主成分分析

已有研究表明：绿竹鲜笋主要营养成分之间存在一定的依存或制约关系[7]，这决定了在笋品质性状分析时存在可能的信息重叠，因此，通过主成分分析的综合指标，首先来评价各产地绿竹笋的综合品质性状。

主成分的特征根和贡献率是选择主成分的依据。将鲜笋的7项质量指标转化成7个主成分，求算相关矩阵的特征值和贡献率（表1）。分析结果显示：前3个主分量所构成的信息量占总信息量的84.658%，前5个主分量占总信息量的98.114%。选择主分量数为5时，计算各养分的特征向量（表1）。第1主分量主要反映了还原糖、水溶性总糖质量分数，它们的权重系数分别为0.5204和0.4945。第2主分量主要反映了水分，系数为0.5596。第3主分量反映是蛋白质与总灰分，系数分别为0.6776和0.5838。第4主分量是氨基酸质量分数，系数为0.6505。第5主分量代表是粗纤维质量分数，系数为0.5659。由此分析，绿竹鲜笋的还原糖、水溶性总糖质量分数最能综合反映出笋营养品质状况，其次为水分、蛋白质、总灰分，然后为氨基酸及粗纤维。

表1 主成分的贡献率及特征向量Table1 Contribution rates and eigenvectors of principal components

2.2 绿竹笋品质与土壤养分的典型相关分析

首先，将鲜笋品质与土壤养分之间的相关系数矩阵列于表2。从表2可知：土壤养分指标和笋品质性状的相关系数在-0.688至0.631，大部分指标间属中等正相关或负相关。x1（pH值）与y2（还原糖），y3（水溶性总糖），y6（总灰分），y7（粗纤维）之间的相关性达显著水平，其中，x1与y2，y3具有正相关，其相关系数分别为0.631和0.576，当土壤pH值升高，鲜笋还原糖、水溶性总糖呈现增高变化，而x1与y7，y6呈负相关，其相关系数分别为-0.688和-0.594，即随着土壤pH值升高，鲜笋粗纤维、总灰分呈现降低的趋势；x5（速效钾）与y7（粗纤维）也表现出显著负相关，相关系数为-0.603。

表2 土壤养分与笋养分品质的相关系数Table2 Correlation coefficients between soil nutrients and quality characters of bamboo shoot

其次，对笋品质与土壤养分的2组变量进行典型相关分析，利用卡方检验，可得到5组典型变量相关性，结果列于表3。由表3可得：当取α=0.05，只有第1组典型相关系数达0.01的显著水平，而其他4组典型变量均未达显著性水平，由此对第1对典型变量进行分析，用2组原始指标线性表达典型变量的系数建立的典型模型为：土壤养分指标的第1典型变量U1=0.6670 x1+0.1049 x2-0.2273 x3+0.0160 x4-0.3222 x5+0.6233 x6；笋营养成分的第1典型变量V1=0.1911 y1-0.3891 y2+0.1930 y3+0.3176 y4+0.4895 y5-0.5345 y6-0.3856 y7。

表3 典型相关系数Table3 Canonical correlation coefficients

由于原始变量的测量单位不一致，如果直接比较可能影响分析效果，考虑使用标准化的典型系数。即用标准化指标线性表达典型变量的系数为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）为相应的样本标准化变量。

由U1中各标准化典型系数表明，各土壤养分指标对U1的相对作用大小依次为x*1（pH值）＞x*6（有机质）＞ x*3（全氮）＞ x*2（水解氮）＞x*4（有效磷）＞x*5（速效钾）， 其中， x*2， x*3， x*5是负作用， 且 x*4，x*5上的系数小于0.1，作用较小，因此，U1近似地看成是x*1（pH值）和x*3（全氮）和x*6（有机质）的加权差，以x*1上的权重稍大一些，说明土壤中pH值、有机质升高将有利于提高鲜笋的综合品质，但同时全氮的增加会下降鲜笋品质。

由V1中各变量的标准化系数得出，绿竹鲜笋品质指标对V1的相对作用大小依次为y*2（还原糖）＞y*3（水溶性总糖）＞y*5（水分）＞y*6（总灰分）＞y*4（粗蛋白质）＞y*7（粗纤维）＞y*1（水解氨基酸总量）， 其中y*2，y*6，y*7是负作用，且y*1，y*7系数小于0.1，作用最小，因此，V1近似地看成是y*2（还原糖）和y*3（水溶性总糖），y*5（水分）的加权差，由于x*1与y*2相关系数为正值，而y*2典型变量的系数为负值，表明y*2为一个抑制变量。由此说明，在一定范围内提高土壤中pH值、有机质质量分数，不仅对提高鲜笋中水溶性总糖有明显的作用，而且可适当增加水分，但会引起还原糖的下降。

综上分析，典型相关系数平方（0.9999）表明：第1典型变量之间的共享方差为接近100.0%。即土壤养分指标与笋品质之间1对典型相关系数达1%显著水平，其中来自土壤养分指标的第1典型变量U1的x*1（pH值）、x*3（全氮）和x*6（有机质）具有较好的预测能力，但只有笋主要养分指标中的y*2（还原糖），y*3（水溶性总糖），y*5（水分）可被对方变量的第1典型变量V1所预测，因此，这些指标可分别作为今后不同产地绿竹土壤养分与笋品质关系分析的显著性指标。

3 讨论与小结

研究认为：在气候因素相似的情况下，土壤类型、质地和肥力水平等就成为决定作物品质优劣的重要因素，并且土壤因子也影响加工品质，最终决定其产品的用途[8-10]。由于受到水分与极端气温的影响，绿竹目前主要栽培产区处于亚热带南部与南亚热带地区，气候环境条件大致相似，但在红壤、砂壤土等不同土壤上栽培的绿竹，其鲜笋产量与品质都存在一些差异[7]。

本研究表明：通过绿竹鲜笋品质性状的主成分分析，将6项笋主要营养品质性状转化为前3个主成分。这3个主成分提供了原性状84.568%的信息，可以作为鲜笋品质性状的综合指标。通过前3个主分量分析得出，绿竹鲜笋还原糖、水溶性总糖首先综合反映了笋营养品质状况，其次为水分，第3为蛋白质和总灰分。

通过笋品质性状与土壤养分指标典型相关分析得出，土壤中营养物质的水平在一定程度上影响到竹笋品质的表现。研究表明：土壤养分指标与笋品质性状之间第1对典型相关系数达1%显著水平，即土壤pH值、有机质质量分数对鲜笋品质具有较明显促进作用，土壤全氮则对鲜笋品质具有一定抑制作用。分析其原因，首先，土壤pH值对鲜笋品质的影响最大，这是因为它直接影响到土壤养分的有效性，决定多种元素在土壤中的形态与溶解性，而目前人工栽培绿竹林分长期使用化肥引起土壤酸化现象极为普遍，直接影响到土壤肥力状况；其次，土壤有机质对改善鲜笋品质方面也有良好作用，这与有机质是土壤硫、钙、铁、镁以及微量元素的重要来源有关[11-12]，并且有机质对果实品质方面有改善作用[13]；但是，在土壤养分水平较高的情况下，全氮、碱解氮的提高将不利于鲜笋品质的改善。有研究指出：过量的氮会减少植株光合产物的的分配量，降低脱落酸和和吲哚乙酸的比值，加大蔗糖代谢相关酶的活性，最终造成果实含糖量的减少[14]。施氮量过多，也会引起小麦Triticum aestivum等作物氮素的积累，并使籽粒产量和籽粒蛋白质含量降低[15]。因此，在绿竹林地施用氮肥应注意其负面效应，避免过量施用氮肥，造成不必要的浪费和影响。土壤养分对笋品质的作用效应主要表现为对鲜笋中还原糖、水溶性总糖与水分的影响。在一定范围内，改善栽培土壤相关性状（pH值、有机质）将利于提高鲜笋中水溶性总糖与水分，但可能对还原糖下降也有明显作用。

在当今竹林栽培正处于传统施肥技术向现代化施肥技术的转变阶段，开展绿竹专用复合肥的研制，探索因地制宜的施肥技术和配方比例，对促进绿竹生长，提高产量和品质具有重要作用。今后将进一步开展定量相关分析，研究高品质绿竹鲜笋的最适栽培土壤pH值、土壤有机质和全氮的质量分数。

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