全膜壟作側(cè)播栽培模式下主要旱作馬鈴薯品種營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價

朱永永，趙貴賓，熊春蓉，岳云，趙小文，邊彩燕

(甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州 730020)

馬鈴薯是茄科(Solanaceae)茄屬(Solanum)的草本植物，原產(chǎn)于南美洲的秘魯和玻利維亞交界處的“的的喀喀湖”盆地中心地區(qū)[1]。甘肅省是馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)，2016年種植面積70萬hm2，總產(chǎn)鮮薯1165萬噸。馬鈴薯是保障甘肅省糧食安全的重要作物，也是脫貧增收的重要產(chǎn)業(yè)。近年來隨著人們生活水平的提高，對馬鈴薯的營養(yǎng)品質(zhì)要求越來越高。因此，探討栽培技術(shù)對馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的影響至關(guān)重要。

全膜壟作側(cè)播栽培技術(shù)已成為甘肅省馬鈴薯栽培的主要技術(shù)，而且面積逐年擴大。目前，對全膜壟作側(cè)播馬鈴薯的研究主要集中在水熱效應(yīng)、水分利用率和效益等方面[2-4]，而有關(guān)全膜壟作側(cè)播栽培技術(shù)對馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的研究較少。為了揭示全膜壟作側(cè)播模式下甘肅省旱作區(qū)不同品種馬鈴薯的營養(yǎng)品質(zhì)， 如何提高馬鈴薯營養(yǎng)成分，適應(yīng)現(xiàn)代膳食結(jié)構(gòu)要求，本研究有針對性選用甘肅省主產(chǎn)區(qū)的9個馬鈴薯品種進行營養(yǎng)品質(zhì)分析，以期為甘肅省馬鈴薯的食用、加工、開發(fā)和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設(shè)在定西市安定區(qū)香泉鎮(zhèn)香泉村，海拔高度2 050 m，年平均降雨量380 mm，年均氣溫6.0℃，全年無霜期138天。播種前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況如表1。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗栽培品種分別為青薯9號、莊薯3號、新大坪、青薯168、隴薯6號、甘引1號、甘引2號、定薯1號和黑美人等9個馬鈴薯品種，小區(qū)面積66.7 m2，3次重復(fù)，共27個小區(qū)。

前茬種植玉米，玉米收獲后對土地進行深松、旋耕，結(jié)合旋耕，施過磷酸鈣375 kg·hm-2，尿素150 kg·hm-2，農(nóng)家肥30 000 kg·hm-2作為土壤基礎(chǔ)肥力補償。栽培方式為全膜壟作側(cè)播栽培技術(shù)，2016年3月20日頂凌覆膜，4月10日用點播器打孔點播馬鈴薯，種植密度52 500穴·hm-2。

1.3 測定方法

當(dāng)年10月15日收獲后選擇健壯、無病害的青薯9號、莊薯3號、新大坪、青薯168、隴薯6號、甘引1號、甘引2號、定薯1號和黑美人的馬鈴薯塊莖進行營養(yǎng)品質(zhì)分析。

9份馬鈴薯品種測定的營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)分別為：干物質(zhì)、粗淀粉、維生素C、粗蛋白、全鉀、鈣、鐵和鋅的含量。干物質(zhì)含量采用GB/T 8858-1988烘干恒重法測定，粗淀粉含量采用GNJ/JZX 080-2004酸水解-旋光法測定；維生素C含量采用GB/T 5009.86-2003熒光法測定；粗蛋白含量采用GB/T 5009.5-5010凱氏法測定；全鉀含量采用GB 13885-2002酸溶-火焰光度法測定；鈣含量采用GB/T 5009.92-2003原子吸收分光光度法測定；鐵含量采用GB/T 5009.90-2003原子吸收分光光度法測定；鋅含量采用GB/T 5009.14-2003原子吸收分光光度法測定。

表1 播種前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況

馬鈴薯塊莖營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法和因子分析法，根據(jù)公式(1)計算各品種單個營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，再求各品種的平均隸屬函數(shù)值[5]。

U(Xi)=(Xi-Ximin)/(Ximax-Ximin)

(1)

式中，U(Xi)指第i指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xi指第i指標(biāo)原始測定值的平均值，Ximin、Ximax為不同馬鈴薯品種中第i指標(biāo)的最小值和最大值的平均值。

根據(jù)公式(2)計算權(quán)重。

(2)

式中，Wi表示第i個公因子在所有公因子中的主要程度，Pi表示了各品種第i個公因子的貢獻率。

根據(jù)公式(3)計算綜合評價值D

D=∑[U(Xi)×Wi]， (i=1，2，3，…,n)

(3)

式中，D值為供試材料用綜合指標(biāo)評價所得的綜合評價值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2007整理、運用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)分析

2.1.1 干物質(zhì)含量 9份馬鈴薯品種干物質(zhì)含量平均為210.64 g·kg-1，變幅為175.10～257.00 g·kg-1，變異系數(shù)為12.10%。干物質(zhì)含量超過平均值的品種有4個，分別是甘引1號、甘引2號、隴薯6號和定薯1號，干物質(zhì)含量最低的是黑美人，僅為175.10 g·kg-1。

2.1.2 粗淀粉含量 9份馬鈴薯品種粗淀粉含量平均為149.88 g·kg-1，變幅為111.00～196.80 g·kg-1，變異系數(shù)為17.38%。其中甘引1號的粗淀粉含量最高，其次為甘引2號，粗淀粉含量最低的是青薯168。

2.1.3 維生素C含量 9份馬鈴薯品種維生素C含量平均為140.39 mg·kg-1，變幅為104.60～189.10 mg·kg-1之間，變異系數(shù)為18.57%。維生素C含量在140.39 mg·kg-1以上的品種有4個，分別是甘引1號、新大坪、莊薯3號和甘引2號，定薯1號的維生素C含量最低，僅為104.60 mg·kg-1。

2.1.4 粗蛋白含量 9份馬鈴薯品種粗蛋白含量平均為23.40 g·kg-1，變幅為17.50～27.20 g·kg-1，變異系數(shù)為11.07%。其中莊薯3號的粗蛋白含量最高，其次為甘引1號，粗蛋白含量最低的是青薯9號；其它品種粗蛋白含量超過23.40 g·kg-1的品種還有甘引2號、黑美人和新大坪。

2.1.5 全鉀含量 9份馬鈴薯品種全鉀含量平均為5.17 g·kg-1，變幅為4.18～5.72 g·kg-1，變異系數(shù)為9.68%。全鉀含量高于5.17 g·kg-1以上的品種分別是新大坪、青薯9號、定薯1號、隴薯6號、莊薯3號和青薯168，全鉀含量最低的是黑美人。

2.1.6 鈣含量 9份馬鈴薯品種鈣含量平均為2.02 g·kg-1，變幅為1.48～2.86 g·kg-1，變異系數(shù)為24.81%。鈣含量在2.02 g·kg-1以上的品種有4個，依次是黑美人、甘引1號、青薯9號和新大坪。

2.1.7 鐵含量 9份馬鈴薯品種鐵含量平均為63.61 mg·kg-1，變幅為 44.41～87.80 mg·kg-1，變異系數(shù)為19.48%。以黑美人的鐵含量最高，其次為青薯168，鐵含量最低的是定薯1號。

2.1.8 鋅含量 9份馬鈴薯品種鋅含量平均為22.01 mg·kg-1，變幅為15.50～28.96 mg·kg-1，變異系數(shù)為19.45%。鋅含量超過22.01 mg·kg-1的有隴薯6號、黑美人、青薯168、莊薯3號和青薯9號。

表2 不同品種馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的比較分析

2.2 不同品種馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性分析

由表3可知，干物質(zhì)與維生素C、粗蛋白和鈣正相關(guān)，其中與粗淀粉極顯著正相關(guān)，與全鉀、鐵和鋅負相關(guān)，但沒有達到顯著性差異。粗淀粉與維生素C正相關(guān)，但無顯著性；粗蛋白與鐵正相關(guān)，與全鉀、鈣和鋅負相關(guān)；鈣與鐵正相關(guān)，與鋅負相關(guān)；鐵和鋅呈正相關(guān)，但無顯著性。相關(guān)性分析表明，隨著粗淀粉含量的提高，其干物質(zhì)含量增大。

2.3 不同品種馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的因子分析

主成分的特征值和貢獻率是選擇主成分的依據(jù)。對9個馬鈴薯品種的8個營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進行因子分析(表4)。結(jié)果表明，前3個主成分的累計方差貢獻率是82.469%，即前3個主成分所含信息占總體信息的82.469%。因此提取前3個主成分代替原來8個指標(biāo)評價馬鈴薯的營養(yǎng)品質(zhì)，由初始的8個指標(biāo)降為3個彼此不相關(guān)的主成分，達到了降維的目的。主成分特征向量絕對值越大，其對該變量代表性越大。

從各指標(biāo)的系數(shù)可以看出，第1主成分中的特征值和貢獻率分別是3.165和39.568%，起主要貢獻的指標(biāo)是干物質(zhì)、粗淀粉和維生素C，特征向量分別是0.913、0.875和0.772，因此干物質(zhì)、粗淀粉和維生素C可以作為第1主成分的代表性評價指標(biāo)；第2主成分中鐵和鈣的特征向量較大，分別為0.944和0.746，均與因子2呈正相關(guān)，說明第2主成分較大時鐵和鈣的含量也較高，鐵和鈣可以作為第2主成分的代表性評價指標(biāo)；第3主成分的特征值和貢獻率分別是1.033和12.916%，粗蛋白的特征向量較大，為0.811，可以作為第3主成分的代表性評價指標(biāo)。因此，干物質(zhì)、粗淀粉、維生素C、鈣、鐵和粗蛋白可以作為評價馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的指標(biāo)。

表3 馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

注：**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。 Note: ** indicates significantly correlat at 0.01 level.

表4 馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的因子分析

2.4 不同品種馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)評價

對馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)主成分的3個公因子進一步分析，求出每個品種的3個公因子得分值(表5)。根據(jù)因子得分值，由公式(1)分別計算出9個品種所有因子的隸屬函數(shù)值U(x)(表5)，再根據(jù)各因子貢獻率大小，分別為0.396、0.299、0.129，由公式(2)計算出各因子的權(quán)重。經(jīng)計算，3個公因子的權(quán)重分別為0.479、0.364、0.157。

營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的綜合評價值(D)大小反映各品種的綜合品質(zhì)，營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的D值越大，說明該品種的品質(zhì)越好。本研究9個品種D值大小分別為：甘引1號(0.85)、莊薯3號(0.38)、新大坪(0.43)、隴薯6號(0.30)、黑美人(0.48)、青薯9號(0.40)、甘引2號(0.62)、定薯1號(0.30)、青薯168(0.19)。從這個綜合評價指標(biāo)可以看出，利用全膜壟作側(cè)播種植的9個馬鈴薯品種的營養(yǎng)品質(zhì)順序依次是甘引1號>甘引2號>黑美人>新大坪>青薯9號>莊薯3號>隴薯6號=定薯1號>青薯168。

3 結(jié)論與討論

鮮薯食用的馬鈴薯要求食味品質(zhì)好、不麻口、蛋白質(zhì)含量高、維生素C含量高、淀粉含量適中；加工馬鈴薯最主要的加工產(chǎn)品仍為炸薯條和炸薯片，二者對塊莖的品質(zhì)要求是干物質(zhì)含量為22%～25%，以及低還原糖含量；淀粉含量的高低是淀粉加工時首先考慮的指標(biāo)[1]。因此，用單一指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地反映各品種營養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)良，必須運用多個指標(biāo)進行綜合評價。

表5 9個馬鈴薯品種的公因子得分值C(x)、隸屬函數(shù)U(x)和綜合評價值D

目前，利用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價的研究較多[6-8]。由于評價營養(yǎng)品質(zhì)的指標(biāo)較多，如果直接利用這些指標(biāo)來進行綜合評價營養(yǎng)品質(zhì)則會對結(jié)果造成偏差。因此僅用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價也存在一定局限性。結(jié)合因子分析法可以較為科學(xué)地對各品種的營養(yǎng)品質(zhì)進行評價。因子分析是把多個相關(guān)變量綜合成少數(shù)幾個綜合變量來研究各方面信息的多元統(tǒng)計方法，再根據(jù)各因子得分及各因子所對應(yīng)的方差貢獻率計算綜合得分[9]。通過對9個不同品種馬鈴薯的8個營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的測定，利用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法，結(jié)合因子分析對其營養(yǎng)品質(zhì)進行了綜合評價，試驗研究結(jié)果表明，通過全膜壟作側(cè)播栽培技術(shù)種植的不同品種的馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)構(gòu)成存在著差異。得出9個馬鈴薯品種的營養(yǎng)品質(zhì)順序依次是甘引1號>甘引2號>黑美人>新大坪>青薯9號>莊薯3號>隴薯6號=定薯1號>青薯168。

不同品種馬鈴薯的營養(yǎng)品質(zhì)在組成上的差異除了受本身的遺傳和生理特性影響以外，還受到種植地區(qū)的栽培技術(shù)、土壤環(huán)境和氣候等因素的影響。馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)劣和產(chǎn)量的高低對馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尤為重要。馬鈴薯的干物質(zhì)、粗淀粉、維生素C、粗蛋白、鈣、鐵、鋅等營養(yǎng)物質(zhì)含量是重要的品質(zhì)指標(biāo)。提高干物質(zhì)、粗淀粉、維生素C、鐵、鋅等相關(guān)營養(yǎng)物質(zhì)的含量，是品質(zhì)育種的主要技術(shù)指標(biāo)，同時也為優(yōu)質(zhì)栽培提供參考依據(jù)[10]。從測定結(jié)果可以看出，9個測定品種的鈣、鐵、鋅、維生素C和粗淀粉含量變異幅度較大，變異系數(shù)分別達到24.81%、19.48%、19.45%、18.57%和17.38%；干物質(zhì)、粗蛋白和全鉀含量的變異幅度較小，變異系數(shù)為12.10%、11.07%和9.68%。說明可以利用鈣、鐵、鋅、維生素C和粗淀粉含量在品種間的較大變異，提高馬鈴薯的綜合營養(yǎng)品質(zhì)。

氮磷鉀肥合理配施能有效提高塊莖內(nèi)淀粉、干物質(zhì)、蛋白質(zhì)和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)[11-13]。韓秀峰等的研究指出，通過黑色地膜覆蓋可以提高馬鈴薯淀粉含量，與不覆膜處理之間呈顯著差異，與白膜處理之間呈極顯著差異[14]。王如平等研究指出，淺旋耕覆蓋稻草栽培方式，有利于提高馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)[15]。李華研究表明，每667 m2施鋅肥3 kg能使馬鈴薯維生素C含量有明顯提高，且適當(dāng)?shù)厥╀\量使維生素C含量提高程度要大于過量施鋅[16]。

因此，通過優(yōu)化栽培方式，合理配施化學(xué)肥料以及增施微量元素肥料可以提升馬鈴薯的營養(yǎng)品質(zhì)，通過分析馬鈴薯塊莖品質(zhì)與環(huán)境因子的相互關(guān)系和作用機理，為提升甘肅省馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)提供一定的科學(xué)依據(jù)。