有機肥和菌肥對庫爾勒香梨果實品質(zhì)及香氣的影響

童盼盼，王龍，張亞若，袁海波，盧治文，劉園，張紅艷，徐娟，吳翠云，4，王江波，4

1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，阿拉爾 843300； 2.塔里木大學(xué)南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，阿拉爾843300；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/園藝植物生物學(xué)教育部重點實驗室，武漢 430070；4.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室，阿拉爾 843300；

梨是薔薇科(Rosaceae)梨屬(PyrusL.)植物，多年生落葉果樹，梨果汁多味甜，皮薄酥脆，是我國最受消費者喜愛的主要水果之一[1]。我國是梨的起源中心之一，其種質(zhì)資源較為豐富，生產(chǎn)上大面積栽培的秋子梨、砂梨和白梨均原產(chǎn)于我國。庫爾勒香梨(Pyrussinkiangensis)屬白梨系統(tǒng)，作為新疆的特色水果，近年來其種植面積不斷增加，產(chǎn)業(yè)不斷壯大，導(dǎo)致果農(nóng)為了追求產(chǎn)量，對庫爾勒香梨進行不合理施肥，造成庫爾勒香梨樹體營養(yǎng)元素失衡，嚴重影響了香梨果實品質(zhì)，制約了產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

近年來，生物有機肥、有機菌肥等土壤環(huán)境親和型肥料逐漸引起人們重視。其中，有機肥含有植物生長所需的大量元素和微量元素，而生物菌肥則在復(fù)合肥的基礎(chǔ)上增加了有益微生物。生物菌肥不僅能給植物提供生長發(fā)育所需的養(yǎng)分，而且其所含的微生物還能夠通過自身的生命活動分解土壤中的有機物和礦物質(zhì)，構(gòu)建植物與土壤之間互利共生的關(guān)系[2]。關(guān)于施用有機肥和配方施肥對土壤及香梨品質(zhì)的影響已作了初步研究[3-5]，但施用不同有機肥和菌肥對庫爾勒香梨果實品質(zhì),特別是香氣風(fēng)味品質(zhì)影響的研究尚無報道。本研究通過隨機區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)置施用不同類型有機肥、菌肥處理，測定庫爾勒香梨果實品質(zhì)在不同處理下的變化，探討有機肥、菌肥對庫爾勒香梨果實品質(zhì)的影響，旨在為制定高品質(zhì)庫爾勒香梨的栽培技術(shù)措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以新疆阿拉爾市9團庫爾勒香梨為試材，選取具有代表性及地勢平整的低肥力果園為試驗地，該試驗地處北緯40°61′，東經(jīng)81°34′，平均海拔1 100 m，晝夜溫差大，降水稀少，光照時間長，土壤為沙壤土。于2004年建園，樹體定植16 a，株行距4 m×6 m。其樹體生長結(jié)果良好，樹勢較為均一，無大小年和病蟲害現(xiàn)象。

1.2 試驗處理

1)施肥處理。處理1：CK，不施肥處理；處理2：F1，復(fù)合肥(N+P2O5+K2O≥48%，施1 kg)；處理3：F2，黃腐酸鉀有機肥(N+P2O5+K2O≥13%，施3 kg)+復(fù)合肥(施1 kg)；處理4：F3，海藻酸沖施有機肥(K2O≥100 g/L，施3 kg)+復(fù)合肥(施1 kg)；處理5：F4，高腐殖酸有機肥(N+P2O5+K2O≥37%，施3 kg)+復(fù)合肥(施1 kg)；處理6：F5，微生物菌劑肥005(枯草芽孢桿菌2億/g，施3 kg)+復(fù)合肥(施1 kg)；處理7：F6，生物有機菌肥(枯草芽孢桿菌0.2億/g，施3 kg)+復(fù)合肥(施1 kg)；處理8：F7，微生物菌劑珍菌沃(地衣芽孢桿菌3億/g，施3 kg)+復(fù)合肥(施1 kg)。

2)施肥時期及方法。采取隨機區(qū)組設(shè)計，共8個區(qū)組，每組5棵樹；于2018年秋季采收后的11月初，在樹冠投影外圍東、南、西、北4個方向各挖長1 m、寬30 cm、深40 cm的施肥溝，將混勻后的肥料均勻施入4個坑內(nèi)，并充分與土壤混合均勻。

3)采樣時期及處理。于2019年9月中旬果實成熟期(花期結(jié)束后150 d)采收果實樣品，從樹冠外圍中部東、南、西、北4個方向隨機采摘10個大小均勻、著色及成熟度大體一致、無病蟲害和機械損傷的成熟果實，并保留完整果柄。將果實樣品及時帶回實驗室用自來水、去離子水沖洗干凈，并用不銹鋼刀剔除果皮置于-80 ℃冰箱保存；部分果肉切成小塊置于-80 ℃冰箱保存，部分果肉切成薄片，放入烘箱80 ℃烘干至無水分備用。

1.3 指標(biāo)測定

1)果實單果質(zhì)量及果形指數(shù)的測定。每處理取50個果實用百分之一電子天平稱量，單果質(zhì)量取平均值。每處理50個果實用電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測量其縱徑、橫徑，依次取平均值。計算果形指數(shù)，果形指數(shù)=果實縱徑/果實橫徑。

2)果實硬度的測定。用GY-3手握式果實硬度計進行硬度測定，每處理50個果實，測量時在果實赤道線均勻測定4個位置的硬度，依次取平均值。

3)果實可溶性固形物含量測定。用PAL-1數(shù)顯糖度計進行測定。每處理50個果實在其陰面和陽面各取一處進行測定，依次取平均值。

4)果實可溶性糖含量測定。參照楊哲[6]的方法，使用蒽酮比色法對果實可溶性糖含量進行測定。

5)果實有機酸含量測定。參照楊哲[6]的方法，使用酸堿中和滴定法對果實有機酸含量進行測定。糖酸比=可溶性糖/有機酸。

6)果皮花青素含量測定。參照Yuan等[7]的方法，使用pH示差法對果實有機酸含量進行測定。

7)果皮葉綠素含量測定。參照施澤彬[8]的方法，使用浸提法對果實葉綠素含量進行測定。

8)果實礦質(zhì)元素含量測定。由武漢科艾樂檢測科技有限公司對備用烘干至無水分的香梨果實薄片使用燃燒法和ICP法測定果實礦質(zhì)元素含量。

9)果實香氣含量測定。參照劉園等[9]的方法，使用固相微萃取結(jié)合GC-MS方法對果實揮發(fā)性物質(zhì)進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

使用Excel 2010軟件對調(diào)查數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用SPSS 25進行方差分析，TBtools作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機肥、菌肥對庫爾勒香梨果實外在品質(zhì)的影響

由圖1可知，不同施肥處理下果實單果質(zhì)量均與CK具有顯著差異，其中以F6處理的平均單果質(zhì)量最大，達到了123.99 g，與CK相比提高了9.9%。果實果形指數(shù)增大，表示果實外形越偏向長圓形，不同施肥處理的果形指數(shù)分布范圍在1.17～1.25，其中以F3處理最高，且與其他施肥處理具有顯著差異，而F1、F4處理的果形指數(shù)與CK無顯著差異。花青素是重要的抗氧化活性物質(zhì)，不同施肥處理的果皮花青素含量均高于CK，其中F6處理的香梨果皮花青素含量最高，達到4.83 μg/g。葉綠素是果皮中的一種色素物質(zhì)，其含量變化反映果實的成熟情況，不同施肥處理的葉綠素含量范圍在0.044～0.049 mg/g，其中F1處理達到最高，而F5處理最低。

圖中不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05)，下圖同。Lowercase letters represent significant differences (P<0.05)，the same as below.

2.2 不同有機肥、菌肥對庫爾勒香梨果實內(nèi)在品質(zhì)的影響

由圖2可知，施肥處理影響果實硬度，F(xiàn)6處理的果實硬度最高，與CK具有顯著差異，而其他處理的果實硬度與CK無顯著差異。不同施肥處理的果實可溶性固形物、可溶性糖含量均高于CK，其中以F6處理的可溶性固形物、可溶性糖含量最高，比CK處理提高了6.14%、23.14%，且均與其他處理達到顯著差異。不同施肥處理下有機酸含量與CK相比均有不同程度下降，其中F5處理的有機酸含量最低，與CK相差0.26倍。不同施肥處理的果實固酸比、糖酸比均高于CK，其中F3處理的固酸比、糖酸比最高，其次為F5處理，且F3、F5處理與其他處理具有顯著差異。

圖2 不同施肥處理下庫爾勒香梨果實硬度(A)、可溶性固形物(B)、可溶性糖(C)、有機酸(D)、固酸比(E)和糖酸比(F)的變化

2.3 不同有機肥、菌肥對庫爾勒香梨果實礦質(zhì)元素的影響

對不同施肥處理的香梨果實礦質(zhì)元素進行測定，結(jié)果(圖3)顯示，除Zn元素以外，不同施肥處理的礦質(zhì)元素含量均高于CK。F1處理的大量元素和微量元素含量整體低于其他施肥處理，且大量元素中Ca含量顯著低于CK。F2、F3、F4處理的Fe、Cu含量均高于其他施肥處理，其中F2處理的N、P含量、F3處理的K含量和F4處理的Mn含量顯著高于CK及其他施肥處理。F5、F6、F7處理的Ca含量顯著高于其他施肥處理，但其Zn含量均處于最低水平。

圖3 不同施肥處理下庫爾勒香梨果實礦質(zhì)元素的變化

2.4 不同有機肥、菌肥對庫爾勒香梨果實香氣種類及含量的影響

采用GC-MS法對庫爾勒香梨果實揮發(fā)性物質(zhì)進行鑒定。在庫爾勒香梨果實中共鑒定出39種揮發(fā)性物質(zhì)并經(jīng)內(nèi)標(biāo)法進行相對定量，得到各物質(zhì)含量(圖4、表1)，共包括醇類物質(zhì)9種、醛類物質(zhì)7種、酯類物質(zhì)6種、烷烴物質(zhì)11種、萜烯類物質(zhì)5種和芳烴類物質(zhì)1種。醛類是該方法鑒定出的主要香氣種類，而己醛、乙酸己酯為主要的物質(zhì)成分。不同施肥處理與CK相比能有效提高香梨果實中各個香氣種類含量，其中F3處理的果實各個香氣種類含量均高于其他施肥處理，并且其果實香氣含量最高，達到4 706.93 μg/kg。由熱圖4可知，不同施肥處理的果實香氣物質(zhì)多為紅色和淡紅色，而CK多為藍色和淡藍色，表明不同施肥處理的果實香氣物質(zhì)含量整體高于CK。不同施肥處理與CK相比均增加了3種香氣物質(zhì)，分別為醇類物質(zhì)9-癸烯醇、醛類物質(zhì)2,6,10-三甲基-9-十一烯醛、烷烴物質(zhì)壬癸烷。F3處理的香氣物質(zhì)含量基本高于其他施肥處理及CK，說明F3處理能有效提高庫爾勒香梨香氣物質(zhì)及種類含量。

圖4 不同施肥處理下庫爾勒香梨果實香氣物質(zhì)含量的變化

表1 不同施肥處理下庫爾勒香梨果實香氣成分及占比 Table 1 The proportion of Korla pear fruit aroma components in different fertilization treatments

2.5 庫爾勒香梨果實品質(zhì)與礦質(zhì)元素相關(guān)性

由表2可知，香梨果實品質(zhì)指標(biāo)與礦質(zhì)元素之間存在密切關(guān)系。P與單果質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.75；K與果形指數(shù)、香氣呈極顯著正相關(guān)，與可溶性糖、糖酸比呈顯著正相關(guān)，與有機酸呈顯著負相關(guān)；Fe與可溶性固形物、可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與單果質(zhì)量、糖酸比呈顯著正相關(guān)；B與單果質(zhì)量、果形指數(shù)、硬度、可溶性糖、固酸比、糖酸比均呈顯著正相關(guān)，而與有機酸呈顯著負相關(guān)；Cu與單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性糖呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.71、0.75、0.77。

表2 不同施肥處理下庫爾勒香梨果實品質(zhì)與礦質(zhì)元素的相關(guān)性分析 Table 2 Correlation analysis between fruit quality and mineral elements of Korla pear

2.6 不同有機肥、菌肥對庫爾勒香梨果實品質(zhì)影響的主成分分析

對不同有機肥、菌肥處理的果實品質(zhì)指標(biāo)進行主成分分析得到主成分特征值、貢獻率和累積貢獻率(表3)。結(jié)果顯示，第1主成分特征值為7.492，代表8種施肥處理的12個果實品質(zhì)指標(biāo)62.43%的信息；第2主成分特征值為2.017，代表8種施肥處理的12個果實品質(zhì)指標(biāo)16.811%的信息；第3主成分特征值為0.96，代表8種施肥處理的12個果實品質(zhì)指標(biāo)8.003%的信息；前3個主成分累計方差貢獻率為87.244%，說明這3個主成分反映了原始變量87.244%的信息。因此，提取前3個主成分代替原12個果實品質(zhì)指標(biāo)對不同施肥處理果實品質(zhì)進行評價。對不同施肥處理評價的指標(biāo)由最初的12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。

表3 不同施肥處理果實中各個品質(zhì)

2.7 施用不同有機肥、菌肥的綜合評價

由于各主成分的貢獻率不同，對不同施肥處理進行綜合評價，結(jié)合主成分的貢獻率，可以更好地協(xié)調(diào)各主成分之間的側(cè)重關(guān)系。以果實品質(zhì)指標(biāo)的主成分特征向量(表4)為權(quán)重構(gòu)建3個主成分的表達函數(shù)式：

P1=0.3043X1+0.3169X2+0.1533X3+0.3014X4+

0.3493X5-0.3081X6+0.3105X7+0.3446X8+

0.2371X9+0.1196X10+0.3214X11+0.2944X12

P2=0.0481X1-0.0054X2-0.3092X3+0.0153X4+

0.0513X5+0.3193X6-0.3063X7-0.2058X8+

0.4397X9+0.6366X10+0.0827X11+0.2352X12

P3=0.1904X1-0.2416X2+0.7626X3+0.1212X4+

0.0526X5+0.1992X6-0.1709X7-0.1140X8+

0.4104X9-0.1057X10-0.2026X11-0.0647X12

在以上3個表達式中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11和X12分別為標(biāo)準(zhǔn)化的單果質(zhì)量、果形指數(shù)、硬度、可溶性固形物、可溶性糖、有機酸、固酸比、糖酸比、花青素、葉綠素、礦質(zhì)元素和香氣含量。以各個主成分對應(yīng)的方差貢獻率為權(quán)重，由主成分得分和對應(yīng)的權(quán)重線性加權(quán)求和得到綜合評價函數(shù)：

綜合得分P=(0.624/0.872)P1+(0.168/0.872)P2+(0.080/0.872)P3

根據(jù)主成分綜合得分模型，可計算出不同施肥處理對果實品質(zhì)影響的綜合得分和排序(表5)，綜合得分由高到低依次為：F3>F6>F7>F5>F2>F1>F4>CK。

表4 果實品質(zhì)指標(biāo)的主成分特征向量 Table 4 Principal component characteristic vector of fruit quality index

表5 不同施肥處理的主成分分析得分、綜合得分及排序 Table 5 Principal component analysis score,comprehensive score and ranking of spraying different foliar fertilizer

3 討 論

3.1 施用有機肥、菌肥對果實品質(zhì)的影響

施肥可以改善土壤的理化性狀，有助于釋放固定在土壤中的養(yǎng)分，提高植株根系活力，改善果實品質(zhì)[10]。本研究中，與單施復(fù)合肥和不施肥對照相比，施用不同有機肥、菌肥均整體提高了果實外在、內(nèi)在品質(zhì)，尤其能顯著增加果實單果質(zhì)量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、固酸比和糖酸比，并能顯著降低有機酸含量。其中海藻酸沖施有機肥和生物有機菌肥處理的果實品質(zhì)均顯著高于其他處理和對照，說明施用液體有機肥比固體有機肥見效快，同樣在復(fù)合肥的基礎(chǔ)上加施菌肥能促進生物菌肥中的微生物分解土壤中的有機物和礦物質(zhì)，對提高果實風(fēng)味及內(nèi)在品質(zhì)具有明顯效果，這與王世明[11]和勾真真等[ 12]在減少化肥施用的基礎(chǔ)上，復(fù)合肥配合施用有機肥、生物菌肥可以提高單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性固形物、可溶性糖含量，并能有效改善果實品質(zhì)、促進植株生長的研究結(jié)果基本一致。而靳馮芝[13]研究發(fā)現(xiàn)華農(nóng)配方肥和生物有機肥能顯著提高南豐蜜橘果實中可溶性固形物和可滴定酸含量。本研究結(jié)果與其有些不同，初步推測由于本試驗地晝夜溫差大，日照時數(shù)充足，樹體對肥料的吸收利用率不同而導(dǎo)致有機酸含量積累出現(xiàn)差異，具體原因還需進一步研究。

3.2 不同有機肥、菌肥對果實礦質(zhì)元素和香氣的影響

植物體內(nèi)礦質(zhì)元素的豐缺狀況對果樹生長發(fā)育影響較大[14]。本研究對不同施肥處理的香梨果實礦質(zhì)元素進行測定發(fā)現(xiàn)，單施復(fù)合肥不如施用有機肥、菌肥效果好，并且單施復(fù)合肥不能調(diào)節(jié)樹體整體的營養(yǎng)水平，這與陳橋偉[15]和李水祥[16]研究發(fā)現(xiàn)有機肥替代部分化肥可提高果實N、P、K、Ca、Mg、B含量的結(jié)果基本一致。本研究還發(fā)現(xiàn)施用有機肥、菌肥不利于果實中Zn含量的積累，但有利于提高果實中其他礦質(zhì)元素含量，初步推測有機肥、菌肥中含有的某些微生物能促進梨樹對礦質(zhì)元素的吸收，但與Zn元素具有拮抗作用，而導(dǎo)致果實中大部分礦質(zhì)元素含量的增加，其生理機制還有待進一步研究。

香氣是庫爾勒香梨重要的風(fēng)味品質(zhì)，通過GC-MS法對施肥處理的庫爾勒香梨果實揮發(fā)性物質(zhì)進行鑒定，發(fā)現(xiàn)醛類是該方法鑒定出的主要香氣種類，己醛、乙酸己酯則為主要的物質(zhì)成分。施用有機肥、菌肥不但能增加果實香氣含量，還能增加其香氣物質(zhì)種類，其中液體有機肥海藻酸能有效促進果實香氣物質(zhì)的合成，初步推測由于有機肥、菌肥營養(yǎng)元素豐富全面，在施用有機肥、菌肥后，庫爾勒香梨整體營養(yǎng)水平提高，果實代謝活躍，部分揮發(fā)性物質(zhì)加速合成，同時果實合成新的揮發(fā)性物質(zhì)，香氣物質(zhì)種類增加，這可能是在有機肥、菌肥處理中鑒定出部分新物質(zhì)的主要原因。涂俊凡等[17]研究發(fā)現(xiàn)庫爾勒香梨果實香氣以醛類物質(zhì)為主，其中己醛、2-己烯醛和乙酸己酯含量較高，分析確定為庫爾勒香梨果實的特征香氣成分。本研究中施用有機肥、菌肥并不能直接改變香梨果實特征香氣種類，但施用海藻酸沖施有機肥能大幅度提高香梨果實特征香氣中己醛、2-己烯醛和乙酸己酯含量。目前認為果實香氣物質(zhì)的生物合成主要有3種途徑，即脂肪酸途徑、氨基酸途徑和萜類途徑[18]，而海藻酸沖施有機肥主要由天然海藻加工制成，富含各種無機元素、氨基酸、脂肪酸等，初步推測海藻酸在果實的生長發(fā)育中提供了更多的香氣合成前體，進而導(dǎo)致特征香氣物質(zhì)大量合成。魏樹偉等[19]研究發(fā)現(xiàn)鴨梨果實中乙酸己酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯含量在施用有機肥后達到最高，而己醛、乙酸乙酯未檢測到。本研究結(jié)果與其并不一致，推測可能是試驗樣品、方法或地域?qū)е碌牟町悾憷婀麑嵪銡獬煞值淖兓瘷C制及其影響因素有待進一步研究。

綜上，施用有機肥、菌肥均整體提高了果實外在、內(nèi)在品質(zhì)，尤其能顯著增加果實單果質(zhì)量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、固酸比、糖酸比和大部分礦質(zhì)元素含量，并能顯著降低有機酸含量。不同有機肥、菌肥處理不僅有效提高了果實香氣種類及物質(zhì)含量，而且均增加了3種香氣物質(zhì)，分別為醇類物質(zhì)9-癸烯醇、醛類物質(zhì)2,6,10-三甲基-9-十一烯醛和烷烴物質(zhì)壬癸烷。通過對施肥處理的香梨果實品質(zhì)進行主成分分析，得出海藻酸沖施有機肥和生物有機菌肥施用效果最優(yōu)。