江苏丰县地区富士苹果果实矿质元素与品质的相关性及通径分析

王磊彬 陈兴望 李天宇

摘要：以江苏省丰县大沙河果园及周边地区35个果园的富士苹果（Malus pumila Mill）为研究材料，测定果实7个品质特性和果实矿质元素含量，利用相关分析和通径分析，筛选影响果实品质的关键矿质元素，为提高苹果果实品质、减少生理病害和合理施肥提供科学依据。结果发现，果实矿质元素对单果质量的直接影响大小顺序为铁（Fe）>铜（Cu）>钾（K）>钙（Ca）>锰（Mn）>氮（N）>锌（Zn）>磷（P）>镁（Mg）;对果形指数的影响顺序为P>K>Cu>Ca>Zn>N>Mg>Mn>Fe;对硬度的影响顺序为Mg>K>Fe>Cu>Mn>Ca>N>Zn>P;对可滴定酸的影响顺序为K>N>P>Cu>Mn>Fe>Mg>Ca>Zn;对可溶性固形物的影响顺序为Mg>K>Cu>Ca>Mn>P>N>Zn>Fe;对可溶性糖的影响顺序为Mg>P>Cu>Ca>Zn>Fe>Mn>K>N;对维生素C的影响顺序为Mg>N>Zn>K>Cu>Mn>Fe>Ca>P。研究表明，苹果果实品质形成是各种矿质元素协同调控的结果，果实中矿质元素N、P、K、Mg等对果实品质形成的影响较大。

关键词：苹果;矿质营养;果实品质;相关分析;通径分析

中图分类号： S661.101  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）07-0146-06

我国是世界上苹果栽培面积最大的国家，2014年我国苹果种植面积约为222.15万hm2，占世界苹果种植面积的45%以上[1]。目前，我国苹果的产量居世界第1位，但是单位面积产量比较低，不到法国、南非等发达国家的1/2，居世界第39位[2]。我国苹果质量跟不上产业的发展，有关调查表明，2012年我国苹果优果率为40%，精品果占10%，功能性精品果不到2%[3]。徐州丰县地区作为江苏富士苹果生产的主要基地，自20世纪50年代末黄河故道地区开始种植苹果[4]，在丰县农业经济中占有重要地位。苹果作为农民收入的重要来源，长期以来，由于不均衡施肥等管理不到位，严重影响了苹果的产量与品质，制约着苹果产业的发展。因此，探讨富士苹果果实品质形成的关键矿质元素，可为合理施肥、减少生理病害提供科学依据，对改善苹果果实品质有重要意义。

张立新等对旱地苹果果实的研究表明，果实矿质营养不仅能反映果园土壤的肥力水平、吸收利用率和矿质营养状况，还能反映树体营养状况及果实品质情况，同时还与苹果生理病害密切相关[5]。薛晓芳等对23种枣果实矿质元素含量的研究发现，同一种矿质元素在不同品种中的含量差异较大，各元素含量差异造成了果实品质差异[6]。目前，许多学者对苹果营养诊断进行了研究[7-10]，但都是通过简单分析相关性，不能明确影响果实品质的关键营养元素，且受地区、品种及栽培管理水平等因素影响较大。通径分析能将1个相关系数根据其成因分成多个组成部分，更加清楚各个因素对效应产生的直接作用和间接作用，在农业科研方面多有应用[11]。本试验采集了丰县35个果园的富士苹果，通过相关分析和通经分析，研究果实品质与矿质元素含量间的关系，以期筛选影响果实品质的关键矿质元素，为果园合理施肥与优质生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与处理

试验材料取自江苏省丰县地区3个乡（镇）的35个富士苹果生产果园，树龄为15～25年，株行距为4 m×5 m。该地区地处暖温带半湿润季风气候区，四季分明，日照充足，年平均气温在15 ℃左右，平均降水量约为730 mm，无霜期达 200 d 左右[12]。土壤为沙壤土，质地疏松，土层深厚，透气性强。土壤pH值达8以上，有机质含量为10.25 g/kg，全氮（N）含量为0.73 g/kg，全磷（P）含量為0.83 g/kg，全钾（K）含量为18.32 g/kg[13]。

于2015年10月下旬、2016年10月下旬果实成熟期，每个果园随机选取4株树，在树冠中上部东、南、西、北4个方位随机采集4个果实，每个果园取16个果实，带回实验室测定分析[8，14]。

1.2 指标测定

1.2.1 果实品质的测定 果实的单果质量用百分之一电子天平测定。果实纵、横径用数显游标卡尺测定，果形指数=纵径/横径;硬度和可溶性固形物含量分别用GY-4型数显式水果硬度计和手持式糖度计PAL-1直接测定，选取每个果实对称的2点进行测定[15];果实可滴定酸含量采用NaOH滴定法[16]测定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[17]测定;维生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[15]测定。

1.2.2 果实矿质元素的测定 果实采集并清洗后，取每个样本所有果实的部分果样放在信封中，于烘箱中105 ℃恒温杀青10 min，再降至80 ℃烘干，用不锈钢粉碎机粉碎，存放在自封袋中，于阴凉干燥处保存[18]。果实全氮含量经H2SO4-H2O2消煮，用AA3连续流动分析仪[19]测定。果实中磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、锰（Mn）、镁（Mg）、铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）元素含量经HNO3-HCLO4混酸消煮，用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP）测定[20-21]。

1.3 数据处理

采用Excel 2010、SPSS 20.0软件及回归相关多元分析（2017）方法进行数据统计、相关性分析和通径分析。

2 结果与分析

2.1 不同果园富士苹果果实品质与矿质元素营养分析

如表1所示，因丰县35个不同富士苹果果园在施肥管理方面的差异性，导致果实中维生素C含量、糖酸比、固酸比、可滴定酸含量及可溶性糖含量的变异系数很大，而单果质量、果形指数、硬度和可溶性固形物含量的变异系数较小。这说明果园管理对果实维生素C含量、糖酸比、可溶性糖含量等品质具有较大的影响。

如表2所示，丰县35个不同果园的果实矿质元素含量因不同的管理水平存在一定的差异。果实矿质元素变异系数在9.51%～46.57%之间，变化很大，且以Zn和Fe的变异系数较大，Mn次之，Mg最小。大量矿质元素中，K含量最高，其次是N、Ca、P，Mg元素含量最低。微量矿质元素中，Fe含量最高，Cu含量次之，Mn和Zn含量相对较低。

2.2 富士苹果果实矿质元素与品质之间的相关性分析

由表3可知，果实矿质元素之间相互影响，其中果实中N、P这2种元素与Mg呈显著正相关（P<0.05）;K与Mg、Fe、Cu呈极显著正相关（P<0.01）;Ca与Mg、Fe呈显著正相关（P<0.05），Mg与Cu呈极显著正相关（P<0.01）。

由表4可知，P与可溶性糖、果形指数呈显著或极显著负相关;K、Mg、Mn与硬度呈显著或极显著负相关;K和Mg对可溶性固形物具有显著或极显著的抑制作用;P、Mg、Cu对可溶性糖具有显著的抑制作用。相反，K、Cu对可滴定酸、维生素C具有明显的促进作用。

2.3 富士苹果矿质营养元素与果实品质的通径分析

直接通径系数表示自变量对目标变量直接影响效应的程度。间接通径系数表示某一因子通过影响其他因子对目标变量的影响程度。因此，果实矿质营养元素除了能直接影响果实品质外，还可以通过其他矿质元素间接影响果实品质。通径系数的绝对值大小表示果实矿质元素对单果质量的影响程度。

由表5可知，对单果质量直接影响大小顺序为Fe（0.363 7）>Cu（-0.342 6）>K（0.306 9）>Ca（-0.262 4）>Mn（0.244 4）>N（-0.189 7）>Zn（-0.137 3）>P（-0.104 9）>Mg（-0.050 0）。其中Mn、K、 Fe对单果质量的影响为正值，Cu、Ca、N、Zn、P、Mg对单果质量的影响为负值。对果实单果质量间接影响最大的是Cu（0.238 3），主要通过K（0.210 8）影响单果质量;其次是K（-0.205 9），主要通过Cu（-0.235 4）影响单果质量。由此可知，对果实单果质量影响较大的矿质元素有Fe、Cu、K。

表6中富士苹果果实矿质元素与果形指数的通径分析表明，直接影响果形指数的矿质元素主要是N、P、K、Cu、Ca、Zn，影响果形指数最大的因子为P（-0.602 5），且为负值;其次为K、Cu、Ca，分别为0.188 1、0.166 9、0.154 2，为正值。Mg、Mn、Fe对果形指数的直接影响效应较小。Ca（C4）通过间接作用对果形指数的影响最大，间接通径系数为-0.194 7，其次为Zn（C9）、Mn（C7）、K（C3）。由此可知，对果形指数影响较大的矿质元素为P、K、Cu、Ca、Zn和N。

表7中对富士苹果果实矿质元素与硬度的通径分析表明，直接影响硬度的矿质元素通径系数排序为Mg>K>Fe>Cu>Mn>Ca>N>Zn>P。其中，矿质元素Mg、K、Fe、Zn和Mn对果实硬度的直接影响为负值，N、Ca、Cu为对果实硬度的影响为正值，Mg对果实硬度的直接影响最大。间接作用表明，对果实硬度间接影响较大的因子有Cu（-0.472 0）、N（-0.336 6）、Ca（-0.234 3）、P（-0.200 5）。由此可知，对果实硬度影响较大的矿质元素为Mg、K、Fe、N、Cu和Mn。

表8中对富士苹果果实矿质元素与可滴定酸的通径分析表明，对可滴定酸直接影响较大的果实矿质元素有K、N、Mn、Cu、Fe和P。直接通径系数显示，影响最大的因子为K（0.487 8），其次為N（-0.207 6）、P（-0.179 5）、Cu（0.142 5）、Mn（-0.139 7）、Fe（-0.131 6）。K和Cu对可滴定酸的直接作用为正效应，N、P、Mn、Fe对果实可滴定酸的直接作用为负效应。Cu和P对可滴定酸的间接作用影响较大，通径系数分别为0.326 5和0.145 7。Fe对果实可滴定酸的间接作用为正值，Zn对可滴定酸的间接作用为负值。从间接通径系数可知，果实中各个矿质元素主要是通过K对果实可滴定酸含量进行间接调控，K元素是调节果实中可滴定酸的重要元素。综合以上分析可知，对果实可滴定酸的影响作用较大的矿质元素有K、N、P和Cu。

表9中对富士苹果果实矿质元素与可溶性固形物的通径分析表明，对可溶性固形物直接影响较大的矿质元素有Mg、K、Cu、Mn和Ca。直接通径系数大小顺序为Mg（-0.557 8）>K（-0.258 9）>Cu（0.249 4）>Ca（0.108 4）>Mn（-0.101 9）>P（-0.041 3）>N（-0.033 2）>Zn（-0.021 9）>Fe（0.016 1），其中Cu、Ca和Fe的直接影响为正值，其余矿质元素对可溶性固形物的影响均为负值。果实矿质元素通过间接作用对可溶性固形物影响的比较明显，影响较大的排序为Cu（-0.410 6）>N（-0.280 2）>P（-0.240 1）>Ca（-0.180 3）>Fe（-0.136 8）>Mn（-0.136 6），Cu主要通过Mg和K对可溶性固形物进行间接调控，N通过Mg对可溶性固形物产生效应。由以上结果分析可知，对可溶性固形物影响较大的矿质元素有Mg、K、Cu、N和P。

表10中对富士苹果果实矿质元素与可溶性糖的通径分析表明，对可溶性糖直接影响较大的矿质元素有Mg（-0.329 9）、P（-0.247 4）、Cu（-0.183 8）、Ca（0.161 3）、Zn（-0.145 3）、Fe（0.141 4），对可溶性糖直接作用较大的3个元素Mg、P、Cu的影响效应均为负值。对可溶性糖影响作用较大的矿质元素因子有K、Ca和Mn，间接通径系数分别为-0.297 7、-0.141 2和-0.180 8，各个矿质元素的间接作用系数均为负值。K主要通过Cu和Mg间接影响果实中的可溶性糖，Ca主要通过Mg影响果实中可溶性糖。由此可知，影响果实可溶性糖的矿质营养元素主要为K、Mn、Mg、P、Cu、Ca和Fe。

表11中对富士苹果果实矿质元素与维生素C的通径分析表明，对果实维生素C含量影响较大的矿质元素有N、K、Mg、Cu、Fe、Mn和Zn。直接通径系数的最大的矿质元素为Mg（-0.427 0），其次为N（-0.335 9）、Zn（-0.296 1）、K（0.207 5）、Cu（0.194 5）和Mn（0.174 3），Mg、N、Zn对果实维生素C的直接作用均为负值，K、Cu、Mn的直接作用为正值。间接作用对果实维生素C的影响大小顺序为Ca（-0.213 8）>Mn（-0.197 1）>P（-0.194 8）>K（-0.158 7）>N（-0.151 8）。间接作用于维生素C的重要矿质元素的通径系数均为负值。果实中的Ca主要通过Mg影响果实中的维生素。所以，影响果实中维生素C的主要矿质元素为Mg、N、Zn、Ca。

3 讨论与结论

根据各矿质元素的功能及特性，生产上可以针对性地进行肥料配置，平衡施肥，以提高果树的产量和果实的品质[22]。目前，对于果树矿质营养和果实品质间关系的研究，结果差异较大，不同砧木、同一品种不同树龄、不同地区、不同品种及不同生育期叶片矿质营养存在显著差异[23-27];Fallahi等的研究结果表明，叶片矿质营养与果实品质的相关性不强，果实营养分析能扩充果树营养诊断[28]。顾曼如等研究认为，Zn与可溶性固形物呈负相关，与硬度和总酸呈正相关，K与硬度呈负相关[29]。宋少华等通过对陕西甜柿‘阳丰果实矿质元素与品质指标的相关性及通径分析得出，N、P、K、Zn和Mn是影响果实品质最主要的矿质元素[14]。Fallahi等认为，新红星苹果果实中N与果实硬度、可溶性固形物含量呈显著负相关，Ca与果实硬度呈正相关[28]。李宝江等通过对苹果果实矿质元素与果实品质及耐贮性关系的研究表明，Zn与果实可溶性固形物呈极显著负相关;Ca、K与果实硬度呈极显著正相关，而Mn和Cu相反[30]。徐慧等对胶东半岛主要苹果产区果实矿质元素和果实品质的相关研究表明，果实中全N、K和Fe与果肉硬度呈显著负相关，Cu与果肉硬度和可溶性固形物呈显著负相关[9]。

结合本试验相关分析结果表明：果形指数与P呈显著负相关;硬度、可溶性固形物与果实矿质元素呈负相关;可滴定酸和K、Cu呈极显著相关;可溶性固形物与K呈显著负相关，与Mg的相关性极顯著;可溶性糖和P、Mg、Cu呈显著负相关;维生素C和K、Cu呈显著正相关。江苏丰县地区富士苹果果实矿质元素和品质的相关研究结果与徐慧等的研究结果基本符合。通径分析表明：果实矿质元素对单果质量直接影响大小顺序为Fe>Cu>K>Ca>Mn>N>Zn>P>Mg;对果形指数影响的顺序为P>K>Cu>Ca>Zn>N>Mg>Mn>Fe;对硬度影响的顺序为Mg>K>Fe>Cu>Mn>Ca>N>Zn>P;对可滴定酸影响的顺序为K>N>P>Cu>Mn>Fe>Mg>Ca>Zn;对可溶性固形物的影响顺序为Mg>K>Cu>Ca>Mn>P>N>Zn>Fe;对可溶性糖的影响顺序为Mg>P>Cu>Ca>Zn>Fe>Mn>K>N;对维生素C的影响顺序为Mg>N>Zn>K>Cu>Mn>Fe>Ca>P。综上所述，果实中矿质元素N、P、K、Mg对果实品质的形成影响较大。这与张强等的研究结果[8-9，14]存在一定的差异，不同地域土壤结构、气候环境因素等都有一定的差异。由此表明，江苏丰县地区富士苹果品质形成过程中受果实各种矿质元素协同调控，在生产过程中可增施P、K、Cu、Mn，降低或控制N和Mg肥的施用量，以实现优质果品的生产。

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