基于多项式回归分析的摩尔多瓦葡萄富硒效应

李伟 蒋代华 吴代东 白厚义 庞东 吴艳艳 黄伟华 黄永才

摘要：【目的】探討基于多项式回归分析的摩尔多瓦葡萄富硒效应，为开展广西富硒土原位生产富硒葡萄提供参考依据。【方法】以摩尔多瓦葡萄为试验材料，采用三元二次饱和D-最优设计，以石灰石粉（x1）、AM菌剂（x2）、营养调节剂（x3）为因变量，以试验结果中葡萄硒含量为自变量（y），设11个处理（处理1～处理11），经回归分析明确试验因素对葡萄硒含量的影响，优选生产富硒摩尔多瓦葡萄的外源物质施用量。【结果】施用石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂各处理（除处理1外）摩尔多瓦葡萄的硒含量比对照（CK）提高1.1～1.8倍，最高增幅达87.2%。多项式回归方程中单因素效应分析结果显示，当石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂施用量分别为2400.00、69.00和39.98 kg/ha时，摩尔多瓦葡萄硒含量最高，为11.56 μg/kg；互作效应分析结果显示，两两互作对摩尔多瓦葡萄硒含量的影响排序为x1x3>x1x2>x2x3。【结论】摩尔多瓦葡萄分别开沟施用石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂2400.00、69.00和39.98 kg/ha，其果实硒含量达富硒水平。因此，施用石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂等外源物质可作为生产富硒葡萄的新型技术手段。

关键词： 摩尔多瓦葡萄；富硒土壤；富硒葡萄；二次饱和D-最优设计；营养调节剂

中图分类号： S663.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）05-0849-05

Selenium enriched Moldova grape research based on

polynomial regression analysis

LI Wei1，2， JIANG Dai-hua1 *， WU Dai-dong 2 *， BAI Hou-yi1， PANG Dong 1， WU Yan-yan2， HUANG Wei-hua2， HUANG Yong-cai2， LIU Jie-yun2， MU Hai-fei2，

WEI Shao-long 2， HUANG Yan-fei3， LIU Yong-xian3

（1 College of Agriculture， Guangxi University， Nanning 530004， China； 2 Biotechnology Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning 530007， China； 3 Institute of Agricultural Resources and Environment，

Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning 530007， China）

Abstract：【Objective】Selenium enriched Moldova grape was researched based on polynomial regression analysis， so as to provide reference for planting selenium enriched grapes in Guangxi selenium enriched field without adding selenium substance. 【Method】Moldova grape was used as the material in experiment. With ternary quadratic saturation D-optimum design，limestone powder（x1），AM fungal inoculum（x2）， nutrient regulators（x3） as dependent variables， selenium content in grape as independent variable（y）， 11 treatments（treatment 1-11） were set to conduct regression analysis. Through the experiment， effects of experiment factors on selenium content in Moldova grape were studied， in order to determine application rates of allogenic materials for selenium enriched grapes. 【Result】In all treatments applying limestone powder， AM fungal inoculum and nutrient regulators（except treatment 1）， selenium contents in Moldova grape increased 1.1 to 1.8 times compared with CK， the maximum increasement reached 87.2%. Single factor effect results showed that selenium content in grapes was the highest when applying 2400.00 kg/ha limestone powder， 69.00 kg/ha AM fungal inoculum and 39.98 kg/ha nutrient regulators， and the selenium content in Moldova grape was 11.56 μg/kg. Interaction effects analysis indicated that effects rank of two factors interaction on Moldova grape were as follows： x1x3>x1x2>x2x3. 【Conclusion】Applying 2400.00 kg/ha limestone powder， 69.00 kg/ha AM fungal inoculum and 39.98 kg/ha nutrient regulators to Moldova grape plants， the fruits can reach selenium enriched level. Therefore， application of limestone powder， AM fungal inoculum and nutrient regulators can be utilized as a new technique for planting selenium enriched grapes.

Key words： Moldova grape； selenium enriched soil； selenium enriched grape； quadratic saturation D-optimum design； nutrient regulator

0 引言

【研究意义】广西以亚热带气候为主，属高温多雨地区，也是我国葡萄特殊优势种植区，近年来葡萄产量年均增长10%以上（白先进等，2010），栽培面积已超过2.67万ha（孙欣等，2015），以鲜食葡萄居多，品种以巨峰和夏黑为主，但这两个品种的抗病性、成花率和坐果率在广西地区表现欠佳。广西农业科学院通过引种赤霞珠、西拉、黑玫瑰、阳光玫瑰、美人指和摩尔多瓦等品种，对该地区葡萄品种结构进行调整并取得了一系列成果（周咏梅等，2015）。摩尔多瓦葡萄原产摩尔多瓦国，我国于1997年从罗马尼亚引入（张溃珍和刘焕，2015），已在广西、云南、贵州、福建、河南和宁夏等地推广种植，表现高抗葡萄霜霉病，高萌芽率，成熟晚，耐贮运，极丰产，成活率较高，有良好的发展前景（彭羽等，2010；何志山，2013）。硒是人体必需元素，具有抗氧化、抗癌、拮抗重金属等作用。广西富硒土壤面积达212多万ha，是我国多目标区域地球化学调查工作圈定的最大面积连片富硒土壤区域，已开发出富硒水稻、富硒玉米和富硒金桔果糕等（何雪梅等，2015；刘永贤等，2015），但针对葡萄富硒方面的研究较少。因此，开展摩尔多瓦葡萄富硒效应研究，既可为广西富硒葡萄研究提供参考依据，也可为广西地区硒资源开发和树立地方富硒品牌打下基础。【前人研究进展】人类对自然界中无机硒的吸收主要通过以动物、植物和微生物为载体进行富硒食品研究开发而获得，植物富硒是通过以植物为载体、施用硒肥来实现无机硒有机化进而生产富硒食品（陈彦霖和范艳丽，2008）。朱丽琴等（2007）研究表明，在不施用硒肥前提下，葡萄对硒的累积顺序为根>叶>果实，施硒条件下其累积规律为叶>根>果实。王海波等（2011）研究表明，叶面喷施硒肥后，葡萄对硒累积的顺序为叶片>果肉>叶柄，而作土施处理，其累积顺序为果肉>叶片>叶柄。陈剑侠（2013）研究发现，叶面喷硒后，硒在葡萄器官的分布表现为叶>果>根。酸性环境中土壤硒主要以四价存在，中性或碱性条件下以六价硒存在，由于六价态硒性质较稳定，通常将其视为植物主要吸收价态（张华华和康玉凡，2013）。王忠（2015）在温克葡萄盛花期和初果期喷施瓜果型锌硒葆叶面肥，生产的葡萄达富硒标准。【本研究切入点】广西地区土壤呈酸性或弱酸性，通過施用石灰、AM菌剂和营养调节剂调节其pH等理化性质以实现硒的四、六价间价态转换进而提高葡萄对硒吸收效率的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以摩尔多瓦葡萄为试验材料，以石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂为试验因素，采用三元二次饱和D-最优设计，检验广西富硒土原位生产富硒葡萄的可能性，为富硒葡萄生产提供新的研究手段。

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

试验点位于广西南宁市武鸣区双桥镇杨李新村合作葡萄试验示范基地，土壤为赤红土，pH 4.5，有机质含量33.13 g/kg，碱解氮含量400.0 mg/kg，速效磷（P2O5）含量13.2 mg/kg，速效钾（K2O）含量110.5 mg/kg，全硒含量1.0 mg/kg。

1. 2 试验材料

供试摩尔多瓦葡萄树为一年生移栽树；石灰石粉（方解石粉末）购自武鸣区石粉加工厂，其CaCO3含量在95%以上；AM（丛枝菌根真菌）菌剂由广西农业科学院微生物研究所提供，孢子量为150个/g；营养调节剂（主要成分为胡敏酸钾）制作方法由广西大学白厚义教授提供。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 试验设计 以石灰石粉（x1）、AM菌剂（x2）、营养调节剂（x3）为试验因素，参照白厚义（2003）的方法，采用三元二次饱和D-最优设计进行处理方案设计。试验因素的上、下水平及变化间距见表1，试验处理方案见表2。田间试验采用随机排列，每3株葡萄为一个小区，共11个处理（处理1～处理11），3次重复。于葡萄萌芽期，在葡萄树种植穴两边开沟，将各处理所施物料与5.0 kg土混合均匀后施于沟中填土掩埋，按常规田间管理方法进行管理。以按常规方法施肥（底肥）为对照（CK）。

1. 3. 2 测定方法 土壤pH采用pH计测定（水土比为1∶1），有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定，速效磷采用NH4F-HCl比色法测定，速效钾采用火焰光度法测定，全硒含量参考瞿建国等（1998）的方法进行测定；葡萄全硒含量参考国家标准GB/T 5009.93-2003进行测定。

1. 4 统计分析

试验数据采用Excel 2007进行统计，采用SAS 9.2进行多项式回归分析和差异显著性检验，采用Qbasic进行摩尔多瓦葡萄硒含量寻优。

2 结果与分析

2. 1 多项式回归方程的构建及差异显著性检测结果

2. 1. 1 多项式回归方程的建立 表3为不同水平石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂处理下的葡萄硒含量，以x1、x2和x3 3个因素编码值为控制变量，葡萄硒含量为依变量（y），经回归分析得到三元二次多项式回归方程：

y =11.55352 - 0.17479x1 + 0.76398x2 + 0.07329x3 +

0.85746x1x2-0.85134x1x3-0.04591x2x3-0.72185x12-

1.77310x22-1.97152x32 ①

2. 1. 2 多项式回归方程的差异显著性检测结果 经SAS 9.2运算得R=0.770>R0.01=0.514，F=3.61>F0.01=3.26，方程达极显著差异水平，说明进行多项式回归分析得到的三元二次多项式回归方程拟合度高，能反映各试验因素与葡萄硒含量间的效应关系，石灰石粉、AM菌剂、营养调节剂与葡萄含硒量相关极显著（P<0.01）。

从表3还可看出，除处理1外，其余处理葡萄的硒含量分别比CK提高1.1～1.8倍。其中，处理5即石灰石粉、营养调节剂和AM菌剂分别为300.00、68.66和46.72 kg/ha的硒含量最高，为11.29 μg/kg，比CK高87.2%，而处理1即石灰石粉、营养调节剂和AM菌剂分别为300.00、15.00和4.95 kg/ha时，葡萄中硒含量最低，为5.51 μg/kg，比CK低8.06%，说明石灰石粉、营养调节剂、AM菌剂不同配比方案对土壤硒生物有效性影响较大。

2. 2 多项式回归方程的单因素效应分析结果

将多项式回归方程进行降维可得到以下3个单因素效应回归方程yi（i=1，2，3）（1代表石灰石粉，2代表AM菌剂，3代表营养调节剂）：

y1=11.55352-0.17479x1-0.72185x12②

y2=11.55352+0.76398x2-1.77310x22③

y3=11.55352+0.07329x3-1.97152x32④

分别令yi为0，然后分别对x求导可得：x1=-0.121，x2=0.215，x3=0.018。

上述单因素效应回归方程中，一次项系数绝对值0.76398>0.17479>0.07329，即各因素作用的排序依次为x2>x1>x3，将表3中相应编码值代入单因素回归方程式中计算，产生各因素对产量的单效应图（图1）。由图1可看出，x1、x2和x3在编码水平为[-1，0]时，葡萄硒含量随着各因素施用量的增加而增高；在编码水平为[0，1]时，葡萄含硒量随各因素施入量增加而逐渐降低。在石灰石粉的效应中，编码水平为-1、[-1，0]和1时，对应的pH分别为6.3～6.5、6.5～7.0和7.0～7.4。说明摩尔多瓦葡萄对硒吸收的土壤pH适宜范围为6.5～7.0。

x1、x2和x3在编码水平分别为-0.121、0.215和0.018时葡萄硒含量最高，分别为11.56、11.64和11.55 μg/kg，此3组硒含量均达富硒标准，且编码值均趋于0，说明试验设计梯度合理有效。

2. 3 多项式回归方程的两因素交互效应分析结果

对三元二次多项式回归方程采用降维法得到二元二次多项式回归方程：

y12=11.55352-0.17479x1+0.76398x2+0.85746x1x2-

0.72185x12-1.77310x22 ⑤

y13=11.55352-0.17479x1+0.07329x3-0.85134x1x3-

0.72185x12-1.97152x32 ⑥

y23=11.55352+0.76398x2+0.07329x3-0.04591x2x3-

1.77310x22-1.97152x32 ⑦

2. 3. 1 x1与x2的交互效应分析 将各编码（-1、-0.2912、0、0.1925、1）代入方程式⑤得到x1与x2的交互效应（表4）。由表4可看出，当x1与x2处于低量（-1、-1）时葡萄硒含量最低（9.32 μg/kg），随着x1和x2用量增加，葡萄硒含量也逐渐增加，当x1和x2用量增加至（0.1925、0.1925）时，葡萄硒含量最高（11.61 μg/kg）；当x1和x2用量继续增加时，硒含量反而下降；x1和x2的组合为（0、0.1925）时，硒含量达最高（11.63 μg/kg）。

2. 3. 2 x1与x3的交互效应分析 将各编码（-1、-0.2912、0、0.1925、1）代入方程式⑥得到x1與x3的交互效应（表5）。由表5可看出，当x1和x3处于低量（-1、-1）时，葡萄硒含量最低（8.11 μg/kg），随着x1和x3用量增加，葡萄硒含量也逐渐增加，当增加至（0、0）时，葡萄的硒含量达最高（11.55 μg/kg）；当x1和x3用量继续增加时，硒含量反而下降，且下降至最低含量（9.96 μg/kg）；当x1和x3组合为（0、0）时，摩尔多瓦葡萄的硒含量最高（11.55 μg/kg），石灰石粉与营养调节剂的互作效应最大。

2. 3. 3 x2与x3的交互效应分析 将各编码（-1、-0.2912、0、0.1925、1）代入方程式⑦得到x2与x3的交互效应（表6）。由表6可看出，当x2和x3处于低量（-1、-1）时，葡萄硒含量最低（6.93 μg/kg）；随着x2和x3用量增加，葡萄硒含量也逐渐增加，当增加至（0.1925、0.1925）时，葡萄硒含量较高（11.57 μg/kg）；当x2和x3用量继续增加时，硒含量反而下降（降至7.16 μg/kg）；而x2和x3组合为（0、0.1925）时，硒含量最高（11.63 μg/kg）。说明AM菌剂与营养调节剂分别为60.00和46.72 kg/ha时，二者的互作效应最大。

借助Qbasic进行寻优，获得摩尔多瓦葡萄最高硒含量即y为11.56 μg/kg时石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂3个试验因素对应的编码为0（2400.00 kg/ha）、0.2（69.00 kg/ha）和0（39.98 kg/ha）。

3 讨论

本研究寻优结果显示，摩尔多瓦葡萄最高硒含量为11.56 μg/kg，达到陈剑侠等（2013）推荐的富硒葡萄硒含量（10.00～100.00 μg/kg）水平，且比陈剑侠（2013）对夏黑葡萄喷施加康硒富硒叶面肥的处理结果（硒含量为11.20 μg/kg）略高，表明通过改变富硒土壤理化性质能提高葡萄对硒的吸收效率，克服富硒土壤补充外源硒导致硒过量的风险，也说明直接以施用外源物质改变富硒土壤理化性质作为新型富硒手段具有可行性。本研究中摩尔多瓦葡萄硒含量提高了1.1～1.8倍，低于王忠（2015）对温克葡萄叶面喷施瓜果型锌硒葆的硒含量，因此，今后仍需对富硒土壤开展原位富硒葡萄有关作用机理、外源物质优化组配等方面的探究。

pH是影響硒生物有效性的因素之一，不同pH对其影响也各不相同，因为硒在不同酸性条件下所表现的价态不同（酸性条件下硒主要以四价态形式存在，碱性条件下主要以六价态存在），植物对不同价态硒的吸收能力也不同。廖金凤（1999）研究表明，pH为2～3时，粘粒对硒的吸附量最大，而后随着pH的升高而减少，当pH为6～8时，基本趋于稳定。在本研究对石灰石粉单因素效应的分析中，摩尔多瓦硒含量总体表现为低—高—低的凸型抛物线变化，该曲线各段对应的pH分别为6.3～6.5、6.5～7.0和7.0～7.4。李娇娇等（2012）研究表明，pH为6时豆瓣菜的含硒量远高于pH为7时的含硒量，本研究结果与其不同，可能是由于物种类型差异所造成。

4 结论

摩尔多瓦葡萄分别开沟施用石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂2400.00、69.00和39.98 kg/ha，其果实硒含量达11.56 μg/kg，处于富硒水平。因此，施用石灰石粉、AM菌剂和营养调节剂等外源物质可作为生产富硒葡萄的新型技术手段。

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（责任编辑 思利华）