生物菌肥对柑橘果实品质的影响

汤国雄，丁 宁，李明星，邱忠平*，冯 明，李 红，杨晨辉

（1西南交通大学生命科学与工程学院，成都610031；2中铁二局中心医院，成都610081；3成都千汇环保科技有限公司，成都610200）

柑橘（Citrusreticulata）为芸香科柑橘属植物，资源丰富，品种繁多，经过4 000多年栽培、选择，已成为人们最受欢迎的水果之一［1］。柑橘果实富含糖分、维生素、矿物质等营养物质，其中的非营养性生理活性成分对一些疾病也具有很好的防控作用［2］。柑橘在生长过程中，果树根长且密，结果量多，挂果时间长，对土壤养分消耗量大，合理施肥是提高柑橘产量和改善品质的有效途径。在传统栽培过程中，果农为追求高产，过量施用化肥、农药以及膨大剂类激素，使得果实在生长过程中大量掠夺树体生长所需营养，造成树体变弱，柑橘果实营养成分降低、口感差和农药残留等问题［3］。因此，减少化肥农药施用并保障土壤肥力，提高柑橘产量和品质是目前急需解决的问题。

农用生物菌肥的应用可有效减少化肥农药的施用，降低环境污染，修复土壤污染，增加土壤肥力，进而提高农作物产量，改善农产品品质［4-5］。研究发现，与常规施肥相比，生物菌肥在促进作物增产和提升营养品质方面效果显著［6-8］。本研究通过田间试验，探讨施用生物菌肥对柑橘果实品质的影响，以期为生物菌肥的进一步开发利用和有机农产品的生产提供一定的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年在四川省成都市蒲江县某绿色果园进行。蒲江县位于川西平原西南，亚热带季风湿润气候，是国家级生态环境建设示范区，也是柑橘最佳栽培适应区［9］。试验地土壤为黄壤土，容重和孔隙度分别为1.08和59.25%，土壤 pH 5.13，电导率0.30 mS/cm，土壤有机质27.70 g/kg，土壤全氮含量694 mg/kg，碱解氮含量51.61 mg/kg，速效磷含量38.66 mg/kg，速效钾含量32.30 mg/kg。

1.2 试验材料

生物菌肥为本课题组自主研发，包含多种植物根际促生菌（Plant growth promoting rhizobacteria，PGPR），具有固氮、解磷、解钾、促生等多种作用，有效活菌数≥5亿个/g；供试复合肥为贵州蓝天宝丰复合肥料（N-P2O5-K2O为16-6-18）。

1.3 试验设计

随机选取果园内60棵树形良好，处于萌芽生长期的柑橘树，设置3个处理，分别为施用生物菌肥（处理Ⅰ）、复合肥（处理Ⅱ）和对照（CK），每组选取20棵果树。生物菌肥处理为每棵柑橘树喷洒用水稀释100倍的0.5 kg生物菌肥菌液，其中柑橘树体喷洒0.2 kg，根部土壤喷洒0.3 kg；复合肥处理为施用0.5 kg复合肥于每棵柑橘树根部土壤中；对照为用0.5 kg清水进行根部喷洒。每隔30 d对柑橘进行相同处理，其他肥水管理和农事管理不变，待柑橘果实成熟后，对不同处理的果实进行随机采摘，于4℃冰箱保存。

1.4 测定方法

各处理随机挑选100个柑橘称果重，取平均值，随机挑选其中20个称重后去皮，捣碎成泥浆状进行指标测定，每个指标测定5个平行样。VC采用紫外分光光度法测定，总酚、果胶、酸度、蛋白质、纤维素、总糖和脂肪分别采用福林酚法、比色法、滴定法、G-250考玛斯亮蓝法［10］、酸性洗涤剂法、3，5-二硝基水杨酸法［11］和索氏提取法测定［12］，各指标均以百分比表示。以糖酸比表示柑橘果实口感情况。

1.5 数据分析方法

使用Excel 2007软件建立数据系统。模糊分析法参考文献［13］。主成分分析采用SPSS 20.0软件，对不同组别的柑橘果实品质进行主成分分析，得到原始数据相关系数矩阵的特征值、方差贡献率及累计方差贡献率，提取主成分进行分析［14］。得到各主成分Fi（i＝1，2，…，m）关于原变量Xj（j＝1，2，…，n）的表达式，即系数Aij（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）的计算公式（1）：

式（1）中：Bij为因子载荷，λi为对应特征值。

各成分表达式（2）：

以及主成分综合模型式（3）：

模糊数学分析法是根据模糊数学隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学法对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价［9］。主成分分析法是数学上对数据降维的一种方法，以最少的信息丢失为前提，将众多的原有变量综合成较少几个综合指标，并已得到广泛应用的分析方法［10］。

2 结果与分析

2.1 不同处理的柑橘果实营养成分

如表1所示，各处理柑橘果实在品质方面均差异显著（P＜0.05）。处理Ⅰ、处理Ⅱ、CK的柑橘平均果重分别为200.00 g、175.00 g、160.00 g，且处理Ⅰ果实色泽、均匀度均优于其他2个处理，表明生物菌肥可有效促进柑橘果实的生长，同时对果实色泽和均匀度均有改善作用。处理Ⅰ柑橘果实糖酸比为3.65，较处理Ⅱ（2.13）和CK（1.39）分别高71.4%和162.6%，表明处理Ⅰ的柑橘果实在口感品质方面较好。处理Ⅰ的柑橘果实总酚、VC、果胶、蛋白质及脂肪较处理Ⅱ、CK分别高8.7%和25.0%、2.3%和12.5%、73.20%和0.65%、24.3%和26.6%、1 100%和140%，表明微生菌肥可有效改善柑橘果实的抗氧化物质及营养物质含量。

表1 不同处理的柑橘果实营养成分Table 1 Nutrient components of citrus fruits w ith different treatments

2.2 模糊数学分析法评判

将表1中各营养指标数据进行极值标准化处理，根据公式R＝（rij）和rij＝（Xij-minij）/（maxij-minij）构成模糊转化矩阵，权重计算采用标准离差法，结果见表2。综合评判结果取等权和加权的平均值来评判不同处理的优劣，按照数值越大测试样品综合情况越好的标准进行评判，结果表明（表3）：评判值结果为处理Ⅰ（0.876）＞处理Ⅱ（0.392）＞CK（0.197）。可见，施用生物菌肥可有效提升柑橘果实的品质。

表2 柑橘果实模糊转换矩阵RTable 2 Fuzzy transformation matrix R of citrus fruits

表3 模糊综合评判结果Table3 Fuzzy comprehensive evaluation results

2.3 主成分分析法评判

对所测成分进行主成分分析表明（表4），第一主成分特征值为5.946，方差贡献率为74.324%，代表了不同处理柑橘果实品质全部性状74.324%的信息；第二主成分特征值为2.054，方差贡献率为25.676%，代表了全部性状25.676%的信息。这2个主成分的累积贡献率已达到100%，可以全面反映柑橘果实的综合性状，所以确定主成分个数为2个，作为分析不同处理柑橘果实品质的主要因子。

表4 柑橘果实主成分特征值及贡献率Table 4 Characteristic value and contribution rate of principal components of citrus fruits

按式（1）计算柑橘果实品质的载荷权数，主要反映对应指标对主成分的影响大小及方向。由表5可知，第一主成分载荷权数较大的有蛋白质、糖酸比和平均果重，分别为0.995、0.985、0.974，且均对第一主成分产生正影响，而粗纤维（-0.884）对第一主成分产生负影响，但对第二主成分产生正影响；第二主成分载荷权数最大为总酚（-0.927），与蛋白质（-0.105）、脂肪（-0.497）对第二主成分均产生负影响，对第一主成分产生正影响。

表5 柑橘果实品质载荷矩阵Table 5 Load matrix of citrus fruit quality

以每个主成分对应特征值所占提取主成分总特征值之和的比值为权重，将2个主成分综合即得到主成分综合模型式（4）。

根据主成分综合模型即可计算主成分值。由表6可知，柑橘果实综合得分为处理Ⅰ（69.25）＞处理Ⅱ（60.22）＞CK（54.83），与模糊分析法所得结果排序一致，表明施用生物菌肥对柑橘果实品质的提升具有明显的效果。

表6 不同处理柑橘果实主成分分值和综合得分Table 6 Scores of principal components and comprehensive scores of citrus fruits of different treatments

3 讨论与结论

在相同的生长条件下，生物菌肥的施用对于提升柑橘果实的外在品质、抗氧化物质含量以及营养物质含量均具有显著的效果。主要原因可能为：（1）生物菌肥的叶面喷洒可提升植物叶片的光合作用及抗病虫害能力，进而提升柑橘果实品质。生物菌肥中的光合菌可有效提高叶片光化学反应速率，弥补根部施肥的缺陷［15-16］。另外，生物菌肥中的芽孢杆菌等功能微生物可以促进植物叶片营养元素含量的提高，代谢后产生的植物生长激素，如赤霉素和细胞分裂素对植物生长有促生作用［5，17］。本研究中柑橘平均果重施用生物菌肥较施用复合肥处理和对照分别提高了14.3%和25.0%，与陈隆升等［18］对油茶施用生物菌肥得到的结果相似。生物菌肥中含有的大量微生物还可促进有益微生物繁殖，并分泌出能杀灭有害微生物的抗菌素，有效防止和减轻柑橘树体的病害，使树体生长良好，为高品质柑橘的生产提供有利条件。（2）生物菌肥喷洒到土壤中，可有效改善土壤品质，促进植物对营养物质的吸收进而提升柑橘果实品质。生物菌肥中含有的根瘤菌类、自生和联合固氮菌类微生物可以固定空气中的氮素。解磷菌、解钾菌以及芽孢杆菌类等微生物通过降解协同作用可有效提高土壤中有效磷和有效钾含量，增加土壤肥力，促进作物根系生长，提升作物根系活力，为作物的营养吸收提供保障，这与褚长彬等［3］研究结果一致。生物菌肥中的微生物在代谢过程中会产生大量的次生代谢产物、胞外多糖等有机生长物质，可促进土壤团粒结构的形成，消除因施用复合肥引起的土壤板结［19］，提高土壤保水保肥能力［16］。生物菌肥中的微生物还可联合分解有机物和动植物残体，释放大量养分以增强土壤肥力，还可分解土壤中残余的杀虫剂和除草剂等农药，减少化学药品对土壤的毒害作用，进而全面提高土壤质量［5，20-21］。

生物菌肥处理的柑橘平均果重和糖酸比较复合肥处理和对照分别高14.3%和25.0%、71.40%和162.6%；生物菌肥处理的柑橘果实总酚、VC等抗氧化物质含量分别比复合肥处理和对照高8.7%和25.0%、2.3%和12.5%；生物菌肥处理的柑橘果实果胶、蛋白质及脂肪含量较复合肥处理和对照分别高73.2%和0.65%、24.3%和26.6%、1 100%和140%。采用模糊数学分析法和主成分分析法对柑橘果实品质进行综合分析，所得结果一致，均为生物菌肥处理＞复合肥处理＞对照，表明生物菌肥对柑橘果实品质具有显著的提升作用。