生物菌肥對(duì)柑橘果實(shí)品質(zhì)的影響

湯國(guó)雄，丁 寧，李明星，邱忠平*，馮 明，李 紅，楊晨輝

（1西南交通大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，成都610031；2中鐵二局中心醫(yī)院，成都610081；3成都千匯環(huán)保科技有限公司，成都610200）

柑橘（Citrusreticulata）為蕓香科柑橘屬植物，資源豐富，品種繁多，經(jīng)過(guò)4 000多年栽培、選擇，已成為人們最受歡迎的水果之一［1］。柑橘果實(shí)富含糖分、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中的非營(yíng)養(yǎng)性生理活性成分對(duì)一些疾病也具有很好的防控作用［2］。柑橘在生長(zhǎng)過(guò)程中，果樹(shù)根長(zhǎng)且密，結(jié)果量多，掛果時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)土壤養(yǎng)分消耗量大，合理施肥是提高柑橘產(chǎn)量和改善品質(zhì)的有效途徑。在傳統(tǒng)栽培過(guò)程中，果農(nóng)為追求高產(chǎn)，過(guò)量施用化肥、農(nóng)藥以及膨大劑類激素，使得果實(shí)在生長(zhǎng)過(guò)程中大量掠奪樹(shù)體生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，造成樹(shù)體變?nèi)酰涕俟麑?shí)營(yíng)養(yǎng)成分降低、口感差和農(nóng)藥殘留等問(wèn)題［3］。因此，減少化肥農(nóng)藥施用并保障土壤肥力，提高柑橘產(chǎn)量和品質(zhì)是目前急需解決的問(wèn)題。

農(nóng)用生物菌肥的應(yīng)用可有效減少化肥農(nóng)藥的施用，降低環(huán)境污染，修復(fù)土壤污染，增加土壤肥力，進(jìn)而提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)［4-5］。研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，生物菌肥在促進(jìn)作物增產(chǎn)和提升營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)方面效果顯著［6-8］。本研究通過(guò)田間試驗(yàn)，探討施用生物菌肥對(duì)柑橘果實(shí)品質(zhì)的影響，以期為生物菌肥的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用和有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供一定的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年在四川省成都市蒲江縣某綠色果園進(jìn)行。蒲江縣位于川西平原西南，亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，是國(guó)家級(jí)生態(tài)環(huán)境建設(shè)示范區(qū)，也是柑橘最佳栽培適應(yīng)區(qū)［9］。試驗(yàn)地土壤為黃壤土，容重和孔隙度分別為1.08和59.25%，土壤 pH 5.13，電導(dǎo)率0.30 mS/cm，土壤有機(jī)質(zhì)27.70 g/kg，土壤全氮含量694 mg/kg，堿解氮含量51.61 mg/kg，速效磷含量38.66 mg/kg，速效鉀含量32.30 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

生物菌肥為本課題組自主研發(fā)，包含多種植物根際促生菌（Plant growth promoting rhizobacteria，PGPR），具有固氮、解磷、解鉀、促生等多種作用，有效活菌數(shù)≥5億個(gè)/g；供試復(fù)合肥為貴州藍(lán)天寶豐復(fù)合肥料（N-P2O5-K2O為16-6-18）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隨機(jī)選取果園內(nèi)60棵樹(shù)形良好，處于萌芽生長(zhǎng)期的柑橘樹(shù)，設(shè)置3個(gè)處理，分別為施用生物菌肥（處理Ⅰ）、復(fù)合肥（處理Ⅱ）和對(duì)照（CK），每組選取20棵果樹(shù)。生物菌肥處理為每棵柑橘樹(shù)噴灑用水稀釋100倍的0.5 kg生物菌肥菌液，其中柑橘樹(shù)體噴灑0.2 kg，根部土壤噴灑0.3 kg；復(fù)合肥處理為施用0.5 kg復(fù)合肥于每棵柑橘樹(shù)根部土壤中；對(duì)照為用0.5 kg清水進(jìn)行根部噴灑。每隔30 d對(duì)柑橘進(jìn)行相同處理，其他肥水管理和農(nóng)事管理不變，待柑橘果實(shí)成熟后，對(duì)不同處理的果實(shí)進(jìn)行隨機(jī)采摘，于4℃冰箱保存。

1.4 測(cè)定方法

各處理隨機(jī)挑選100個(gè)柑橘稱果重，取平均值，隨機(jī)挑選其中20個(gè)稱重后去皮，搗碎成泥漿狀進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，每個(gè)指標(biāo)測(cè)定5個(gè)平行樣。VC采用紫外分光光度法測(cè)定，總酚、果膠、酸度、蛋白質(zhì)、纖維素、總糖和脂肪分別采用福林酚法、比色法、滴定法、G-250考瑪斯亮藍(lán)法［10］、酸性洗滌劑法、3，5-二硝基水楊酸法［11］和索氏提取法測(cè)定［12］，各指標(biāo)均以百分比表示。以糖酸比表示柑橘果實(shí)口感情況。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

使用Excel 2007軟件建立數(shù)據(jù)系統(tǒng)。模糊分析法參考文獻(xiàn)［13］。主成分分析采用SPSS 20.0軟件，對(duì)不同組別的柑橘果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行主成分分析，得到原始數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，提取主成分進(jìn)行分析［14］。得到各主成分Fi（i＝1，2，…，m）關(guān)于原變量Xj（j＝1，2，…，n）的表達(dá)式，即系數(shù)Aij（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）的計(jì)算公式（1）：

式（1）中：Bij為因子載荷，λi為對(duì)應(yīng)特征值。

各成分表達(dá)式（2）：

以及主成分綜合模型式（3）：

模糊數(shù)學(xué)分析法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)法對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)［9］。主成分分析法是數(shù)學(xué)上對(duì)數(shù)據(jù)降維的一種方法，以最少的信息丟失為前提，將眾多的原有變量綜合成較少幾個(gè)綜合指標(biāo)，并已得到廣泛應(yīng)用的分析方法［10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的柑橘果實(shí)營(yíng)養(yǎng)成分

如表1所示，各處理柑橘果實(shí)在品質(zhì)方面均差異顯著（P＜0.05）。處理Ⅰ、處理Ⅱ、CK的柑橘平均果重分別為200.00 g、175.00 g、160.00 g，且處理Ⅰ果實(shí)色澤、均勻度均優(yōu)于其他2個(gè)處理，表明生物菌肥可有效促進(jìn)柑橘果實(shí)的生長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)果實(shí)色澤和均勻度均有改善作用。處理Ⅰ柑橘果實(shí)糖酸比為3.65，較處理Ⅱ（2.13）和CK（1.39）分別高71.4%和162.6%，表明處理Ⅰ的柑橘果實(shí)在口感品質(zhì)方面較好。處理Ⅰ的柑橘果實(shí)總酚、VC、果膠、蛋白質(zhì)及脂肪較處理Ⅱ、CK分別高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實(shí)的抗氧化物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量。

表1 不同處理的柑橘果實(shí)營(yíng)養(yǎng)成分Table 1 Nutrient components of citrus fruits w ith different treatments

2.2 模糊數(shù)學(xué)分析法評(píng)判

將表1中各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行極值標(biāo)準(zhǔn)化處理，根據(jù)公式R＝（rij）和rij＝（Xij-minij）/（maxij-minij）構(gòu)成模糊轉(zhuǎn)化矩陣，權(quán)重計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)離差法，結(jié)果見(jiàn)表2。綜合評(píng)判結(jié)果取等權(quán)和加權(quán)的平均值來(lái)評(píng)判不同處理的優(yōu)劣，按照數(shù)值越大測(cè)試樣品綜合情況越好的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判，結(jié)果表明（表3）：評(píng)判值結(jié)果為處理Ⅰ（0.876）＞處理Ⅱ（0.392）＞CK（0.197）。可見(jiàn)，施用生物菌肥可有效提升柑橘果實(shí)的品質(zhì)。

表2 柑橘果實(shí)模糊轉(zhuǎn)換矩陣RTable 2 Fuzzy transformation matrix R of citrus fruits

表3 模糊綜合評(píng)判結(jié)果Table3 Fuzzy comprehensive evaluation results

2.3 主成分分析法評(píng)判

對(duì)所測(cè)成分進(jìn)行主成分分析表明（表4），第一主成分特征值為5.946，方差貢獻(xiàn)率為74.324%，代表了不同處理柑橘果實(shí)品質(zhì)全部性狀74.324%的信息；第二主成分特征值為2.054，方差貢獻(xiàn)率為25.676%，代表了全部性狀25.676%的信息。這2個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到100%，可以全面反映柑橘果實(shí)的綜合性狀，所以確定主成分個(gè)數(shù)為2個(gè)，作為分析不同處理柑橘果實(shí)品質(zhì)的主要因子。

表4 柑橘果實(shí)主成分特征值及貢獻(xiàn)率Table 4 Characteristic value and contribution rate of principal components of citrus fruits

按式（1）計(jì)算柑橘果實(shí)品質(zhì)的載荷權(quán)數(shù)，主要反映對(duì)應(yīng)指標(biāo)對(duì)主成分的影響大小及方向。由表5可知，第一主成分載荷權(quán)數(shù)較大的有蛋白質(zhì)、糖酸比和平均果重，分別為0.995、0.985、0.974，且均對(duì)第一主成分產(chǎn)生正影響，而粗纖維（-0.884）對(duì)第一主成分產(chǎn)生負(fù)影響，但對(duì)第二主成分產(chǎn)生正影響；第二主成分載荷權(quán)數(shù)最大為總酚（-0.927），與蛋白質(zhì)（-0.105）、脂肪（-0.497）對(duì)第二主成分均產(chǎn)生負(fù)影響，對(duì)第一主成分產(chǎn)生正影響。

表5 柑橘果實(shí)品質(zhì)載荷矩陣Table 5 Load matrix of citrus fruit quality

以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)特征值所占提取主成分總特征值之和的比值為權(quán)重，將2個(gè)主成分綜合即得到主成分綜合模型式（4）。

根據(jù)主成分綜合模型即可計(jì)算主成分值。由表6可知，柑橘果實(shí)綜合得分為處理Ⅰ（69.25）＞處理Ⅱ（60.22）＞CK（54.83），與模糊分析法所得結(jié)果排序一致，表明施用生物菌肥對(duì)柑橘果實(shí)品質(zhì)的提升具有明顯的效果。

表6 不同處理柑橘果實(shí)主成分分值和綜合得分Table 6 Scores of principal components and comprehensive scores of citrus fruits of different treatments

3 討論與結(jié)論

在相同的生長(zhǎng)條件下，生物菌肥的施用對(duì)于提升柑橘果實(shí)的外在品質(zhì)、抗氧化物質(zhì)含量以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量均具有顯著的效果。主要原因可能為：（1）生物菌肥的葉面噴灑可提升植物葉片的光合作用及抗病蟲(chóng)害能力，進(jìn)而提升柑橘果實(shí)品質(zhì)。生物菌肥中的光合菌可有效提高葉片光化學(xué)反應(yīng)速率，彌補(bǔ)根部施肥的缺陷［15-16］。另外，生物菌肥中的芽孢桿菌等功能微生物可以促進(jìn)植物葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量的提高，代謝后產(chǎn)生的植物生長(zhǎng)激素，如赤霉素和細(xì)胞分裂素對(duì)植物生長(zhǎng)有促生作用［5，17］。本研究中柑橘平均果重施用生物菌肥較施用復(fù)合肥處理和對(duì)照分別提高了14.3%和25.0%，與陳隆升等［18］對(duì)油茶施用生物菌肥得到的結(jié)果相似。生物菌肥中含有的大量微生物還可促進(jìn)有益微生物繁殖，并分泌出能殺滅有害微生物的抗菌素，有效防止和減輕柑橘樹(shù)體的病害，使樹(shù)體生長(zhǎng)良好，為高品質(zhì)柑橘的生產(chǎn)提供有利條件。（2）生物菌肥噴灑到土壤中，可有效改善土壤品質(zhì)，促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收進(jìn)而提升柑橘果實(shí)品質(zhì)。生物菌肥中含有的根瘤菌類、自生和聯(lián)合固氮菌類微生物可以固定空氣中的氮素。解磷菌、解鉀菌以及芽孢桿菌類等微生物通過(guò)降解協(xié)同作用可有效提高土壤中有效磷和有效鉀含量，增加土壤肥力，促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)，提升作物根系活力，為作物的營(yíng)養(yǎng)吸收提供保障，這與褚長(zhǎng)彬等［3］研究結(jié)果一致。生物菌肥中的微生物在代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的次生代謝產(chǎn)物、胞外多糖等有機(jī)生長(zhǎng)物質(zhì)，可促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，消除因施用復(fù)合肥引起的土壤板結(jié)［19］，提高土壤保水保肥能力［16］。生物菌肥中的微生物還可聯(lián)合分解有機(jī)物和動(dòng)植物殘?bào)w，釋放大量養(yǎng)分以增強(qiáng)土壤肥力，還可分解土壤中殘余的殺蟲(chóng)劑和除草劑等農(nóng)藥，減少化學(xué)藥品對(duì)土壤的毒害作用，進(jìn)而全面提高土壤質(zhì)量［5，20-21］。

生物菌肥處理的柑橘平均果重和糖酸比較復(fù)合肥處理和對(duì)照分別高14.3%和25.0%、71.40%和162.6%；生物菌肥處理的柑橘果實(shí)總酚、VC等抗氧化物質(zhì)含量分別比復(fù)合肥處理和對(duì)照高8.7%和25.0%、2.3%和12.5%；生物菌肥處理的柑橘果實(shí)果膠、蛋白質(zhì)及脂肪含量較復(fù)合肥處理和對(duì)照分別高73.2%和0.65%、24.3%和26.6%、1 100%和140%。采用模糊數(shù)學(xué)分析法和主成分分析法對(duì)柑橘果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合分析，所得結(jié)果一致，均為生物菌肥處理＞復(fù)合肥處理＞對(duì)照，表明生物菌肥對(duì)柑橘果實(shí)品質(zhì)具有顯著的提升作用。