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氨基酸、维生素C、粗纤维、粗蛋白质和可溶性糖是人体不可或缺的营养成分，参与体内重要的生命活动和代谢过程，而矿质元素是组成激素、维生素、蛋白质和多种酶的重要组成部分[1]，在人体保健方面起着重要作用。竹笋作为中国的传统佳肴，已有2500多年的食用和栽培历史，其味道鲜美、口感清脆、营养丰富而深受人们喜爱，被誉为最受欢迎的五大保健食品之一。中国是世界上最大的竹笋生产国和消费国，每年有大量的竹笋及其相关产品远销海外。其中，毛竹Phyllostachys edulis笋产量居竹笋产量之首，含蛋白质类、纤维类、糖类、多种矿质元素和氨基酸等人体所需的营养物质，毛竹笋具有高纤维、高氮、高矿质、低脂肪、低糖等营养特点[2-4]，符合现代社会人们对饮食健康和食品质量的追求，具有很好的市场前景。目前，竹笋品质的研究主要集中在营养动态[5-6]、存储包装方式[7-8]以及经营措施[9-10]对竹笋营养成分的影响。其中，大量研究表明：施肥能显著影响竹笋的产量[10-11]和笋体中的氨基酸、蛋白质和脂肪等营养物质的含量[9, 12]。近年来，随着工农业生产和人类活动强度的增加，工业活动的密集化，如化石燃料燃烧、氮肥施用、畜禽养殖等人为活动的剧增，致使氮排放量不断攀升，大气中活性氮持续升高，氮沉降已从发达地区迅速发展到全球范围，极大地干扰了氮循环[13]。中国的氮沉降情况愈加严重，仅次于欧洲和美国，为全球第三大氮沉降区[14]。中国亚热带地区的平均氮沉降量已达30.00 kg·hm−2·a−1[15]，最大氮沉降量已达51.56 kg·hm−2·a−1，而且还有进一步增加的趋势[16]。中国亚热带地区也是毛竹林的主要分布区，毛竹林面积达443万hm2，约占全国竹林面积的70%，毛竹是该区域重要的森林资源和南方山区农民经济收入的重要来源[17]。目前研究表明：氮沉降对毛竹林的土壤酶活性[18]、毛竹叶片化学计量、养分重吸收及凋落叶养分归还[19]等方面都有显著影响，这些变化是否会影响竹笋营养成分含量，进而改变其品质，尚未可知。为此，本研究以毛竹笋为研究对象，通过人工施氮模拟大气氮沉降的方法，研究氮沉降对毛竹笋品质的影响，以期为在日益增强的大气氮沉降下毛竹笋可持续经营提供新的参考。
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研究区位于浙江省杭州市临安区青山湖街道青山笋材两用毛竹林样地(30°14′N，119°42′E)，该区处于中亚热带季风气候区的北缘，雨水充足，气候温润，四季分明。年平均降水量1 420 mm，年平均气温15.6 ℃，最高和最低气温分别为41.7 ℃和−13.3 ℃。年均日照约1 847 h，年均无霜期约230 d。土壤类型属于黄土壤，低山丘陵地貌，海拔100~300 m。研究地毛竹林采用集约经营模式，隔年采伐4 a以上的老竹，现存立竹主要是4龄竹(2016年)和2龄竹(2018年)。每年7−8月垦复除去林下的灌木和杂草，9月撒施450 kg·hm−2复合肥，施肥后翻耕30 cm，使之与表层土壤均匀混合。林地的林分和表层土壤(0~20 cm)初始特征见表1[20]。
表 1 毛竹林分和表层土壤(0~20 cm)特征
Table 1. Original characteristics of the Ph. edulis plantation and surface soil(0−20 cm)
处理 密度/
(株·hm−2)胸径/
cm土壤密度/
(g·cm−3)土壤有机碳/
(mg·g−1)土壤全氮/
(mg·g−1)土壤全磷/
(mg·g−1)土壤pH 对照(ck) 3 362±309 10.16±0.13 0.97±0.07 23.73±0.24 1.11±0.04 0.52±0.01 4.46±0.01 低氮(N30) 3 408±382 10.31±0.32 0.98±0.04 22.56±1.17 1.17±0.09 0.57±0.05 4.43±0.04 高氮(N60) 3 208±187 10.76±0.59 1.00±0.05 23.15±1.74 1.21±0.12 0.54±0.03 4.48±0.08 说明：数值为均值±标准差 -
采用典型样方法，在毛竹林内设立9个20 m×20 m典型样地，样地之间设置20 m以上的缓冲间隔区。以中国亚热带地区平均大气氮沉降量(30 kg·hm−2·a−1)和未来增加趋势为依据[21]，设置3个氮沉降处理，分别为对照(0 kg·hm−2·a−1，ck)、低氮(30 kg·hm−2·a−1，N30)和高氮(60 kg·hm−2·a−1，N60)，各处理重复3次。2013年1月至2019年4月，每月进行模拟氮沉降处理，全年12次。处理方法为在10 L水中加入各样地所需的相应质量的硝酸铵(NH4NO3)，采用电动背式喷雾器将配好溶液均匀地喷洒在样地上；对照组采用同样的方法喷洒等质量的水，以减少外加水因素带来的误差影响。
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于2019年4月在毛竹林样地采挖大小适中，出土高度约3~5 cm的毛竹笋，要求其整体形态特征明显、饱满健壮、笋体完整，每个样地各采集5个春笋，将笋箨上的泥土和杂物清理干净，装入放有冰袋的恒温采集箱，带回实验室用于分析检测。将新鲜春笋去除掉笋壳和竹篼，选取其中可食的鲜嫩部分切成块状，采用四分法取样，在(130±2) ℃的烘箱中杀青10 min后，放入(60±1) ℃干燥机中烘干，粉碎后过60目筛，放入干燥器中保存以供竹笋营养成分测定。
氨基酸采用氨基酸分析仪测定[9]；维生素C用稀酸提取，高效液相色谱法测定[22]；粗纤维的测定参照国标GB/T 5009.10−2003《植物类食品中粗纤维的测定》，采用酸碱洗涤法；粗蛋白质采用凯氏定氮法测定[23]；可溶性糖采用硫酸苯酚法测定[24]；矿质元素采用硝酸-高氯酸(HNO3-HClO4)湿法消化法，消化液用火焰原子吸收光谱法测定[25]。
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采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)分析不同氮沉降强度下毛竹笋中氨基酸、维生素C、粗纤维、粗蛋白质、可溶性糖和矿质元素差异；用SPSS 19.0进行统计分析；用Origin 2018作图。所有数据均为平均值±标准差。
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由表2可知：氮沉降对毛竹鲜笋的总氨基酸、必需氨基酸和甜味氨基酸的质量分数均有显著提高作用(P＜0.05)，分别增加了45.03%~54.08%、33.66%~35.64%和96.50%~106.50%；而毛竹鲜笋的鲜味氨基酸、苦味氨基酸和芳香类氨基酸的质量分数分别在高氮下显著增加了20.43%、15.83%和21.21%(P＜0.05)，低氮下显著降低63.44%、11.15%和27.27%(P＜0.05)。同时，不同氮沉降水平下，毛竹鲜笋的必需、鲜味、甜味、苦味和芳香类氨基酸比例变化较大，氮沉降对毛竹鲜笋中氨基酸比例具有显著影响(P＜0.05)。其中甜味氨基酸比例在氮添加下显著增加34.02%~35.54%(P＜0.05)，而氮沉降对必需氨基酸、鲜味氨基酸、苦味氨基酸和芳香类氨基酸比例均有显著降低作用(P＜0.05)，分别降低7.84%~11.96%、21.92%~74.80%、24.79%~38.76%和21.30%~49.80%。
表 2 不同氮沉降水平下毛竹笋不同类型氨基酸质量分数及比例
Table 2. Contents and proportions of different types of amino acids under different nitrogen(N) deposition
氮处理 必需氨基酸 鲜味氨基酸 甜味氨基酸 苦味氨基酸 芳香类氨基酸 总氨基酸 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)对照(ck) 4.04±0.16 Bb 22.57 0.93±0.03 Eb 5.20 2.00±0.10 Db 11.17 2.78±0.11 Cb 15.53 1.32±0.02 Eb 7.37 17.90±0.61 Ab 低氮(N30) 5.40±0.21 Ba 20.80 0.34±0.02 Ec 1.31 3.93±0.18 Ca 15.14 2.47±0.14 Dc 9.51 0.96±0.07 Ec 3.70 25.96±1.10 Aa 高氮(N60) 5.48±0.25 Ba 19.87 1.12±0.04 Da 4.06 4.13±0.14 Ca 14.97 3.22±0.35 Ca 11.68 1.60±0.08 Da 5.80 27.58±1.27 Aa 说明：同列不同小写字母表示不同氮沉降水平对各氨基酸影响差异显著(P＜0.05)，同行不同大写字母表示相同氮沉降水平对各氨基 酸影响差异显著(P＜0.05) -
氮沉降对毛竹笋营养成分的影响显著(图1)。随氮沉降增加，维生素C和粗蛋白质质量分数均先下降而后升高，而粗纤维和可溶性糖质量分数则均呈先升高而下降趋势，且各处理毛竹笋的粗蛋白质、可溶性糖并无显著差异(P＞0.05)。毛竹笋维生素C质量分数不同处理间则差异显著(P＜0.05)，而高氮沉降毛竹笋粗纤维质量分数与对照并无显著差异(P＞0.05)，且均显著高于低氮沉降处理(P＜0.05)。
图 1 不同氮沉降水平下毛竹笋维生素C、粗纤维、粗蛋白质和可溶性糖质量分数
Figure 1. Contents of vitamin C, crude fiber, crude protein and soluble sugar under different nitrogen (N) deposition
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由图2可知：毛竹笋不同矿质元素质量分数差异较大，且对氮沉降的响应不同。其中：钾最高，硒最低。氮沉降对钾和锌无显著影响(P＞0.05)，但却显著提高了硒(83.15%~100.33%)、铁(69.57%~77.91%)和钠(26.22%~28.16%)(P＜0.05)质量分数，显著降低了铜(18.19%~24.72%)(P＜0.05)质量分数。同时，锰、钙和镁质量分数在低氮处理下显著增加(P＜0.05)，在高氮处理下显著降低(P＜0.05)。与对照相比，在低氮处理下锰、钙和镁质量分数均显著提高(P＜0.05)，分别提高61.67%、17.45%和10.08%，而高氮处理下锰和钙质量分数分别降低14.22%、30.32%。
图 2 不同氮沉降水平下毛竹笋矿质元素的质量分数
Figure 2. Contents of mineral elements under different nitrogen (N) deposition
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本研究毛竹笋中共检测出18种氨基酸，其中赖氨酸(Lys)、苯丙氨酸(Phe)、蛋氨酸(Met)、苏氨酸(Thr)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)和缬氨酸(Val)为人体必需氨基酸。氮沉降显著提高毛竹笋中总氨基酸和必需氨基酸的质量分数，这与施肥[9, 26]和施氮肥[26]的研究效果相同。
环境因素会影响竹笋中总氨基酸质量分数，其中对氨基酸影响最大的因素为氮素供应水平[27]。氮素是植物体内氨同化和氨基酸合成的重要来源，是植物生理生化过程的重要营养物质[28]。土壤中的氮元素增加，为植物体合成氨基酸提供了丰富的氮源[9]。因此，氮沉降增加了毛竹笋中总氨基酸和必需氨基酸的质量分数，能够促进人体氨基酸平衡，减少因氨基酸失衡所造成的代谢紊乱、机体抵抗力下降等问题[29]。此外，氨基酸种类、含量和比例对竹笋中蛋白质种类和含量有一定影响，从而影响竹笋的品质[30]。其中，鲜味氨基酸(天冬氨酸和谷氨酸)和芳香类氨基酸(苯丙氨酸和酪氨酸)[31]质量分数在高氮处理下显著增加，说明过量氮沉降能提高毛竹笋的鲜味，使得竹笋的食用风味更好。苦味氨基酸(缬氨酸、异亮氨基酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸)[31]质量分数及比例在低氮下显著降低，而甜味氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸)[31]质量分数及比例在氮沉降下显著增加，表明适度的氮沉降有利于降低竹笋的苦涩味，增加甜味，从而提升其口感。
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维生素C在增强体液免疫和细胞免疫方面具有显著功效，还能用来预防感冒、延缓衰老和防治冠心病等[29]；粗纤维是影响竹笋食用口感的重要指标，在改善肠胃功能、降低血糖和胆固醇含量、防治肠癌和高脂血症等方面也具有重要作用[9]；蛋白质在竹笋干物质组成中含量较高，同时也是生物体的主要组成部分和人体必需营养物质[32]；可溶性总糖是评价竹笋品质的重要指标[33]，也是人体能源物质的重要组成部分。
氮增加不仅有利于蔬菜、作物植株的生长发育，而且对提高果实产量、可溶性糖和蛋白质等营养成分、降低硝酸盐积累具有重要作用，从而改善植株的品质[24]。而土壤中氮素供应过高时，在硝化细菌的作用下会转化成硝酸根离子(
${\rm{NO}}_3^{-} $ )被蔬菜、作物等吸收。在植物体内积累过量硝酸盐，会对植物自身生长造成危害或品质下降，人们食用后也会对健康造成潜在的危害[34]。本研究发现：氮沉降促进了粗纤维和可溶性糖的积累，但降低了维生素C的质量分数。氮沉降下竹笋中粗纤维增加，与施肥促进粗纤维积累的研究结果相同[9]。膳食纤维作为“第七类营养素”，具有提高人体耐糖程度，降低胆固醇和刺激肠胃蠕动的作用[35-36]。氮沉降增加膳食纤维有助于改善竹笋品质。施肥促进竹笋中总糖的提高[37]，其原因可能是竹子的光合作用因氮增加而增强，从而增加了运往笋体的糖分，使得笋体内的总糖提高[26]。氮沉降使竹笋中维生素C总体下降，但高氮下维生素C较低氮相比呈显著提高。其原因可能是，氮沉降使土壤中铵态氮(
${\rm{NH}}_4^{+} $ -N)、硝态氮(${\rm{NO}}_3^{-} $ -N)离子显著提高，同时也会导致土壤中离子失衡，使得硫酸根离子(${\rm{SO}}_4^{2-} $ )、氯离子(Cl−)、磷酸一氢根离子(${\rm{HPO}}_4^{2-} $ )积累，从而对竹笋维生素C的合成产生了一定的抑制作用，这与部分蔬菜的研究结果一致[38]。而离子浓度过高时，植物细胞离子通道会出现饱和现象，相关离子通道开放比率下降[39]。随着氮沉降水平的提高，土壤中${\rm{SO}}_4^{2-} $ 、Cl−、${\rm{HPO}}_4^{2-} $ 等离子浓度增加可能会使毛竹根系吸收这些离子的通道开放比率下降，从而降低其对竹笋中维生素C的抑制，故高氮下维生素C较低氮显著提高。 -
毛竹笋中这些元素含量之间存在明显差异，且对氮增加的响应不同，而人体中元素的缺乏和过量可导致多种疾病。氮沉降显著提高了硒、铁和钠质量分数，显著降低了铜质量分数；锰、钙和镁质量分数在低氮下增加，在高氮下降低。硒的缺乏会造成克山病和大骨节病，而氮沉降提高毛竹笋中硒质量分数，这使得人们通过食用同等质量毛竹笋摄入的硒更多，降低了患克山病和大骨节病的可能性；铁是造血元素，其含量的提高有助于食用者减少贫血、免疫力低、无力、头痛等问题[40]；钠元素缺乏会使人出现恶心、食欲不振、心率加快、肌肉痉挛等反应[40]，氮沉降对其含量的提高，有利于人体健康；成人每日可耐受铜的最高摄入量为8.0 mg·d−1[29]。本研究发现：氮沉降显著降低了毛竹笋中铜质量分数，因而可以降低铜过量所引起的黄疸肝炎、肝硬化、肠胃炎、癌症、Wilson病等疾病可能性[40]。氮沉降会影响土壤养分，同时影响土壤中钙离子、镁离子、钠离子和钾离子等盐基离子[41]。竹笋中不同矿质元素的变化可能与此相关，从而影响笋体内矿质元素含量，而元素间存在拮抗作用，所以不同矿质元素变化不同。
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氮沉降显著增加了毛竹笋中总氨基酸、必需氨基酸、甜味氨基酸、粗纤维、硒、铁和钠的质量分数，显著降低了铜的质量分数，表明氮沉降提高毛竹笋的部分营养成分，可在一定程度上促进毛竹笋口感和营养品质的改善，有利于人体保健。
Effects of nitrogen application on nutritional components of Phyllostachys edulis shoot
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摘要:
目的 探讨氮沉降对毛竹Phyllostachys edulis笋品质的影响，为竹笋品质改善和人体保健提供理论依据。 方法 通过人工喷氮模拟氮沉降方法，研究了3种不同水平的氮沉降[0 kg·hm−2·a−1(对照)、30 kg·hm−2·a−1(低氮，N30)和60 kg·hm−2·a−1(高氮，N60)]对毛竹笋不同氨基酸、营养成分(维生素C、粗纤维、粗蛋白质、可溶性糖)和矿质元素质量分数的影响。 结果 氮沉降对毛竹笋营养品质和矿质元素影响显著，氮沉降显著增加了总氨基酸、必需氨基酸和甜味氨基酸的质量分数(P＜0.05)，高氮沉降显著提高了鲜味、苦味和芳香类氨基酸的质量分数(P＜0.05)，而低氮沉降则相反；同时，氮沉降显著提高了毛竹笋中甜味氨基酸比例(P＜0.05)，显著降低了必需、鲜味、苦味和芳香类氨基酸比例(P＜0.05)；氮沉降显著降低了毛竹笋中维生素C质量分数(P＜0.05)，但却提高了粗纤维质量分数，对粗蛋白质和可溶性糖质量分数影响不显著；氮沉降显著提高了硒、铁和钠(P＜0.05)质量分数，显著降低了铜(P＜0.05)质量分数，低氮沉降显著增加了锰、钙和镁(P＜0.05)质量分数，而高氮沉降则相反。 结论 适度的氮沉降对毛竹笋营养成分有一定的提升作用，有利于竹笋品质的改善和人体保健。图2表2参41 Abstract:Objective This paper aims to explore the effects of N deposition on Phyllostachys edulis shoots and provide theoretical basis for improving bamboo shoot quality and human health. Method A field experiment was conducted in a subtropical Ph. edulis plantation and the effects of three different levels of simulated N deposition (control: 0 kg·hm−2·a−1, N30: 30 kg·hm−2·a−1, and N60: 60 kg·hm−2·a−1) on the contents of amino acids, nutrients (vitamin C, crude fiber, crude protein, and soluble sugar) and mineral elements in Ph. edulis shoots were studied. Result N deposition significantly affected the nutrient quality and mineral elements of Ph. edulis shoots. Nitrogen deposition significantly increased the contents of total amino acids, essential amino acids, and sweet amino acids (P＜0.05). High N deposition (N60) significantly increased the contents of umami amino acids, bitter amino acids, and aromatic amino acids (P＜0.05), while low nitrogen deposition (N30) had the opposite effect. Nitrogen deposition significantly increased the proportion of sweet amino acids (P＜0.05), but significantly decreased the proportion of essential amino acids, umami amino acids, bitter amino acids, and aromatic amino acids (P＜0.05), and significantly reduced vitamin C content(P＜0.05) but increased crude fiber content, and had no significant effect on the content of crude protein and soluble sugar. Nitrogen deposition significantly increased the contents of Se, Fe and Na but significantly decreased the content of Cu (P＜0.05). Low N deposition (N30) significantly increased Mn, Ca and Mg contents, while the N60 treatment was the opposite(P＜0.05). Conclusion Moderate N deposition has a certain promotion effect on nutritional components of Ph. edulis shoots, which is conducive to the improvement of bamboo shoot quality and human health. [Ch, 2 fig. 2 tab. 41 ref.] -
Key words:
- botany /
- nitrogen deposition /
- Phyllostachys edulis shoot /
- nutritional components /
- mineral elements /
- health food
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除黑龙江、吉林、内蒙古和新疆4省(区)外，中国其余省(区、市)都有竹类生长和分布。据第8次(2009−2013年)森林资源清查，中国竹林面积达601 万hm2，占中国森林面积的3%，占世界竹林面积约20%[1]。在廊道旁、公园、古寺庙、风景区等地方种植竹子以增加景观优质性，是园林配置的一部分。竹林分布广，面积大，因此需要考虑竹林保护与防火等问题。有些竹种具有一定的防火能力，被作为防火植物使用，如毛竹Phyllostachys edulis、雷竹Ph. praecox等[2-3]。对于竹子的燃烧性能方面国内外研究较少，但是在森林可燃物的燃烧性和抗火性方面，国内外都进行了大量研究[4-9]。李树华等[10]认为：在火灾危险带种植刚竹Ph. sulphurea等植物可以减缓火势蔓延。钟安建等[11]对南昌城区15种园林树种的抗火性进行研究，认为珊瑚树Viburnum odoratissimum抗火性能最强，桂花Osmanthus fragrans抗火性能最差。金钱荣等[12]将木荷Schima superba选为防火功能较强的行道绿化树种。李世友等[13]对20种园林绿化植物的鲜枝叶进行燃烧试验及燃烧性排序。何忠华等[14]对12种园林树种的抗火性进行了综合评价，认为乐昌含笑Michelia chapensis抗火性最强。森林植物叶燃烧性研究方法可以为竹叶研究提供借鉴。张雨瑶等[15]对11种园林木本植物的新叶片和2种对比植物老活叶片进行了垂直燃烧实验，认为鹅掌楸Liriodendron chinense等燃烧性较强。氧指数试验法主要用于测定聚合材料的阻燃性能，如对于各种纺织品[16]、玻璃纤维增强塑料[17]、聚氯乙烯(PVC)管[18]、橡胶[19]等阻燃性能的测定，在森林可燃物研究方面的应用较少。本研究对17种园林竹鲜叶进行燃烧性比较，旨在分析园林竹鲜叶的易燃性差异，为竹林保护与防火提供依据。
1. 材料与方法
1.1 样品采集
以17种园林竹为研究对象(括号中数字为样品代号)，车筒竹Bambusa sinospinosa (1)、慈竹Neosinocalamus affinis (2)、灰金竹Phyllostachys nigra var. henonis (3)、灰香竹Chimonocalamus pallens (4)、料慈竹B. distegia (5)、龙竹Dendrocalamus giganteus (6)、绵竹B. intermedia (7)、青皮竹B. textilis (8)、沙罗单竹Schizostachyum funghomii (9)、秀叶箭竹Fargesia yuanjiangensis (10)、小佛肚竹B. ventricosa (11)、孝顺竹B. multiplex (12)、野龙竹D. semiscandens (13)、椅子竹D. bambusoides (14)、油竹B. surrecta (15)、云南甜龙竹D. hamiltonii (16)、紫竹Ph. nigra (17)。以5种常见易燃园林绿化用木本植物的老叶作对比，即阴香Cinnamomum burmanni (18)、桂花Osmanthus fragrans (19)、滇润楠Machilus yunnanensis (20)、蓝桉Eucalyptus globulus (21)、云南樟C. glanduliferum (22)。所有植物均栽植于西南林业大学校园内。由于新叶含水率呈动态变化，而老叶含水率相对稳定且易燃，故选老叶为实验样品。取叶时，选多株、不同枝条上外形和大小相似、质量相近的多片竹叶，于防火期采集健康的完整分枝，立刻带回实验室。
1.2 实验方法
采集同枝条上的老叶，分为2组，分别进行燃烧实验和含水率测定。燃烧实验前测定鲜叶质量、叶脉长度并在白纸上勾绘出鲜叶外形，实验在高浓度医用氧条件下进行，点火气体为丙烷气。将竹叶叶尖朝上、叶柄朝下放入试件夹中，点火器火焰长度为10~15 mm，从上朝下点火，用秒表记录竹叶燃烧时间。每种鲜叶重复6次实验。含水率(H)测定采用105 ℃烘干恒量法，取相对含水率。实验采用JF-3型氧指数测定仪进行。
1.3 数据获取及计算方法
叶片单位面积质量(W)、绝对线速率(V1)、绝对面积损失速率(V2)、绝对质量损失速率(V3)、相对线速率(V4)、相对面积损失速率(V5)和相对质量损失速率(V6)参照李世友等[6]、张雨瑶等[15]、郑永波等[20]和苏文静等[21]方法进行。
1.4 数据处理
运用SPSS 18.0软件，以平均V1、V2、V3、V4、V5、V6等6个指标进行因子分析，得到22种植物鲜叶的燃烧性能得分并排序。根据燃烧性能得分，应用聚类分析法划分等级。采用因子分析法对数据进行标准化处理，通过KMO值和Bartlett球体检验提取公因子，利用旋转法使因子变量更具有可解释性，计算因子变量得分。
2. 结果与分析
2.1 含水率、单位面积质量及燃烧速率
由表1可知：22种植物鲜叶的含水率和单位面积质量均差别较大，5种木本植物鲜叶单位面积质量均大于竹叶。单位面积质量最小、含水率较小的秀叶箭竹，燃烧速率最大。单位面积质量最大、含水率较大的云南樟，燃烧速率最小。含水率最大、单位面积质量较小的椅子竹，燃烧速率较小。含水率最小、单位面积质量中等的车筒竹，燃烧速率接近最大值。由此可见：鲜叶燃烧速率与单位面积质量、平均含水率有关。
表 1 22种植物鲜叶的含水率、单位面积质量及燃烧速率Table 1 Moisture content, mass per unit area and burning rate of fresh leaves of 22 plants speices代号 H/% W/(g·m−2) 绝对燃烧速率 相对燃烧速率 V1/(cm·s−1) V2/(cm2·s−1) V3/(g·s−1) V4/(%·s−1) V5/(%·s−1) V6/(%·s−1) 1 40.51 146 1.079 0.863 0.012 8.667 8.667 8.667 2 56.99 56 1.349 2.087 0.012 8.566 8.566 8.566 3 51.86 104 0.552 0.541 0.005 6.882 6.882 6.882 4 55.12 104 0.697 0.402 0.004 6.954 6.954 6.954 5 43.84 116 0.642 1.283 0.014 3.140 3.140 3.140 6 58.91 96 0.421 1.320 0.012 2.140 2.140 2.140 7 53.07 92 0.425 0.644 0.006 3.450 3.450 3.450 8 56.73 58 0.981 1.316 0.008 6.820 6.820 6.820 9 42.93 66 1.245 1.486 0.010 7.600 7.600 7.600 10 44.08 53 1.194 1.058 0.006 9.450 9.450 9.450 11 44.27 87 1.171 1.885 0.016 7.583 7.583 7.583 12 46.07 70 0.849 1.040 0.007 7.040 7.040 7.040 13 56.83 70 0.858 2.177 0.016 4.200 4.200 4.200 14 58.97 72 0.520 0.737 0.005 4.700 4.700 4.700 15 55.34 102 0.216 0.345 0.004 1.500 1.500 1.500 16 58.79 84 0.546 1.579 0.013 2.660 2.660 2.660 17 43.15 94 0.521 0.604 0.006 5.140 5.140 5.140 18 52.36 190 0.330 0.977 0.018 2.967 2.967 2.967 19 47.55 322 0.316 0.747 0.037 4.200 3.020 4.400 20 49.12 230 0.173 0.486 0.011 1.767 1.767 1.767 21 46.93 483 0.146 0.228 0.011 0.883 0.883 0.883 22 52.21 185 0.118 0.544 0.010 0.983 1.000 0.983 2.2 数据的标准化处理
由于所获得数据数值不同，单位不同，无法进行比较和计算，因此需要进行无量纲化处理。使用SPSS软件对数据进行标准化处理，结果如表2所示。
表 2 22种植物鲜叶燃烧性评价指标无量纲化后得分Table 2 Fresh leaf combustibility of 22 plants species evaluation index dimensionless points代号 V1 V2 V3 V4 V5 V6 1 1.108 53 −0.270 53 0.134 17 1.396 29 1.403 15 1.393 99 2 1.809 85 1.895 67 0.134 17 1.359 08 1.366 27 1.356 76 3 −0.260 34 −0.840 40 −0.849 73 0.738 69 0.751 40 0.735 89 4 0.116 30 −1.086 40 −0.990 29 0.765 21 0.777 69 0.762 44 5 −0.026 57 0.472 77 0.415 28 −0.639 89 −0.614 88 −0.643 72 6 −0.600 61 0.538 25 0.134 17 −1.008 29 −0.980 00 −1.012 41 7 −0.590 22 −0.658 11 −0.709 17 −0.525 68 −0.501 69 −0.529 43 8 0.853 98 0.531 17 −0.428 06 0.715 85 0.728 77 0.713 03 9 1.539 71 0.832 03 −0.146 95 1.003 20 1.013 56 1.000 61 10 1.407 24 0.074 57 −0.709 17 1.684 76 1.689 04 1.682 67 11 1.347 50 1.538 17 0.696 40 0.996 94 1.007 35 0.994 34 12 0.511 11 0.042 72 −0.568 62 0.796 90 0.809 09 0.794 14 13 0.534 49 2.054 95 0.696 40 −0.249 38 −0.227 85 −0.252 92 14 −0.343 46 −0.493 52 −0.849 73 −0.065 17 −0.045 29 −0.068 58 15 −1.133 09 −1.187 28 −0.990 29 −1.244 07 −1.213 68 −1.248 36 16 −0.275 92 0.996 62 0.274 72 −0.816 72 −0.790 14 −0.820 69 17 −0.340 86 −0.728 90 −0.709 17 0.096 92 0.115 36 0.093 65 18 −0.836 98 −0.068 78 0.977 51 −0.703 62 −0.678 05 −0.707 50 19 −0.873 34 −0.475 83 3.648 09 −0.249 38 −0.658 70 −0.179 18 20 −1.244 78 −0.937 74 −0.006 39 −1.145 71 −1.116 19 −1.149 92 21 −1.314 91 −1.394 34 −0.006 39 −1.471 38 −1.438 96 −1.475 84 22 −1.387 64 −0.835 09 −0.146 95 −1.434 54 −1.396 24 −1.438 97 2.3 KMO值和Bartlett球体检验
因子分析法并不能适用于任何情况，只有当样品数量大于评价指标数量时，才能得出KMO值和Bartlett球体检验结果，判断原始数据是否能够进行因子分析。对标准化后的数据进行KMO值和Bartlett球体检验，结果KMO值为0.625＞0.500，Bartlett检验接近0，说明指标具有相关性，适合做因子分析。
2.4 公因子提取
由表3可知：特征值大于1的公因子有2个，累积方差贡献率达到了89.623%，因此可用来描述22种园林植物鲜叶的燃烧性。
表 3 解释的总方差表Table 3 Interpretation of the total variance table成分 初始特征值 提取载荷平方和 旋转载荷平方和 总计 方差百分比/% 累积/% 总计 方差百分比/% 累积/% 总计 方差百分比/% 累积/% 1 4.114 68.567 68.567 4.114 68.567 68.567 4.084 68.070 68.070 2 1.263 21.056 89.623 1.263 21.056 89.623 1.293 21.553 89.623 3 0.591 9.843 99.466 4 0.031 0.515 99.981 5 0.001 0.019 100.000 6 1.887×10−8 3.145×10−7 100.000 2.5 因子旋转
采用最大方差法(varimax)进行因子旋转，目的是使公因子的相对负荷的方差之和最大，且保持原公共因子的正交性和公共方差总和不变。使每个因子的最大载荷变量数量最小，以简化对因子的解释。利用SPSS软件进行旋转，得到表4因子载荷矩阵。主成分1在绝对线速率(V1)、相对线速率(V4)、相对面积损失速率(V5)、相对质量损失速率(V6)上的载荷系数较大，体现了燃烧性能(f1)。主成分2在绝对面积损失速率(V2)、绝对质量损失速率(V3)的载荷系数较大，体现了燃烧性能(f2)。
表 4 旋转后因子载荷矩阵Table 4 Rotated factor load matrix评价指标 主成分 评价指标 主成分 1 2 1 2 V1 0.949 0.227 V4 0.981 −0.014 V2 0.480 0.718 V5 0.990 −0.600 V3 −0.224 0.850 V6 0.979 −0.007 2.6 计算因子得分
运用SPSS软件得出因子得分系数矩阵(表5)，因子得分模型可表示为：
表 5 因子得分系数矩阵Table 5 Component score coefficient matrix评价指标 主成分 评价指标 主成分 1 2 1 2 V1 0.224 0.125 V4 0.245 −0.066 V2 0.079 0.538 V5 0.250 −0.102 V3 −0.103 0.680 V6 0.244 −0.060 f1=0.224x1+0.079x2−0.103x3+0.245x4+0.250x5+0.244x6；
f2=0.125x1+0.538x2+0.680x3−0.066x4−0.102x5−0.060x6。
其中：xi为V1~V6的数值标准化后的数据，将表2的相关变量相应的代入上式中即得到22种植物鲜叶燃烧性公因子得分。再以各公因子的方差百分比作为权数计算22种植物鲜叶燃烧性综合评价得分。计算公式为：
F= λ1f1+ λ2f2=0.685 67f1+0.210 56f2。
其中：F为22种植物鲜叶的燃烧性能得分，λi为第i个公因子的方差百分比。得分大于0，说明该植物鲜叶的燃烧性能大于22种植物鲜叶燃烧性能的平均水平，反之则比较差；得分越高代表燃烧性能越好。
各植物鲜叶燃烧性能的最后得分及排名如表6所示。由表6可知：5种木本植物得分均小于0，且有2种燃烧性能得分排名最后，说明5种木本植物鲜叶的燃烧性能均低于平均水平。22种植物鲜叶的燃烧性能从大到小的顺序依次为慈竹、小佛肚竹、秀叶箭竹、沙罗单竹、车筒竹、青皮竹、孝顺竹、野龙竹、灰香竹、灰金竹、桂花、料慈竹、紫竹、椅子竹、云南甜龙竹、阴香、龙竹、绵竹、滇润楠、油竹、云南樟、蓝桉。其中，慈竹得分最高，说明最易燃，油竹得分最低，说明最难燃，但较云南樟、蓝桉易燃。具体来看，油竹的含水率较大、单位面积质量较大，在17种竹类中得分最低。秀叶箭竹含水率较小、单位面积质量最小，得分排在前列。蓝桉含水率较大、单位面积质量最大，得分排在最后。进一步说明了鲜叶的燃烧速率与单位面积质量、平均含水率有关。
表 6 22种植物鲜叶的燃烧性能得分及排序Table 6 Combustibility property score and rank of fresh leaves of 22 plants species代号 f1 f2 F 排序 代号 f1 f2 F 排序 1 1.245 11 −0.234 50 0.804 5 12 0.767 30 −0.482 73 0.424 7 2 1.546 36 1.026 31 1.276 1 13 0.031 05 1.700 27 0.379 8 3 0.510 85 −1.232 08 0.091 10 14 −0.072 37 −0.873 29 −0.233 14 4 0.609 57 −1.418 80 0.119 9 15 −1.157 88 −1.172 78 −1.041 20 5 −0.478 60 0.676 99 −0.186 12 16 −0.608 56 0.871 97 −0.234 15 6 −0.844 15 0.532 83 −0.467 17 17 0.014 46 −0.940 74 −0.188 13 7 −0.494 31 −0.792 39 −0.506 18 18 −0.807 66 0.681 30 −0.410 16 8 0.808 52 −0.063 17 0.541 6 19 −0.878 34 2.210 90 −0.137 11 9 1.168 40 0.310 35 0.866 4 20 −1.192 01 −0.405 70 −0.903 19 10 1.638 70 −0.650 80 0.987 3 21 −1.483 82 −0.585 92 −1.141 22 11 1.089 91 1.240 98 1.009 2 22 −1.412 53 −0.399 00 −1.053 21 2.7 聚类分析
应用SPSS软件对17种竹叶的燃烧性能得分进行聚类分析，由图1所示：17种园林竹鲜叶的燃烧性划为易燃和较易燃2个等级。其中，慈竹、小佛肚竹、秀叶箭竹、沙罗单竹、车筒竹、青皮竹、孝顺竹、野龙竹、灰香竹、灰金竹等易燃；料慈竹、紫竹、椅子竹、云南甜龙竹、龙竹、绵竹、油竹等较易燃。
3. 结论与讨论
对17种园林竹和5种易燃木本植物鲜叶燃烧性6个指标的因子分析可知：各植物得分差距较大，最高分与最低分之间相差2.417，说明22种植物鲜叶的燃烧性差距较大。与5种园林木本植物相比，竹叶均为易燃叶。料慈竹、椅子竹、云南甜龙竹、龙竹、紫竹、绵竹和油竹的鲜叶燃烧性能相对较低，尤其是油竹，比桂花、阴香和滇润楠还难燃。绝对线速率(V1)、相对线速率(V4)、相对面积损失速率(V5)和相对质量损失速率(V6)对其燃烧性影响较大。基于17种竹的燃烧性能得分，SPSS聚类分析将其划为易燃和较易燃2个等级，其中易燃竹种10种，较易燃竹种7种。
鲜叶的燃烧性受自身理化性质和生态学、生物学特性等多因素的综合影响。昆明地区旱季降雨稀少，园林竹浇水较为频繁，浇水周期、浇水量和浇水次数对竹叶的含水率造成一定影响。施肥也会影响竹子生理性能。研究表明施氮肥会提高大豆Glycine max的脂肪含量[22-23]；不同磷含量培养液处理下植株幼苗的株高、茎叶生物量和总生物量差异极其显著[24]；不同磷源处理下云南松Pinus yunnanensis幼苗体内磷含量明显不同[25]。施肥对植物化学成份的影响一定程度上也影响其燃烧性。本研究中的竹叶样品采自竹下较低部位；竹子受自身生长因素及光照等外部因素影响，不同空间部位的竹叶生长发育不均衡，也会导致竹叶不同的理化性质和生态学特性。以后的研究中，要尽量减少人工经营措施对实验取样的干扰，并且考虑不同空间部位对竹叶的作用，使样品更具有代表性。本研究根据竹叶的燃烧速率来分析燃烧性，而没有分析理化性质、生态学特性等对燃烧性的影响。因此，以上鲜叶的燃烧性排序及分类是在特定条件下得出的，能否适用于其他条件还需要进一步验证。
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图 1 不同氮沉降水平下毛竹笋维生素C、粗纤维、粗蛋白质和可溶性糖质量分数
Figure 1 Contents of vitamin C, crude fiber, crude protein and soluble sugar under different nitrogen (N) deposition
图 2 不同氮沉降水平下毛竹笋矿质元素的质量分数
Figure 2 Contents of mineral elements under different nitrogen (N) deposition
表 1 毛竹林分和表层土壤(0~20 cm)特征
Table 1. Original characteristics of the Ph. edulis plantation and surface soil(0−20 cm)
处理 密度/
(株·hm−2)胸径/
cm土壤密度/
(g·cm−3)土壤有机碳/
(mg·g−1)土壤全氮/
(mg·g−1)土壤全磷/
(mg·g−1)土壤pH 对照(ck) 3 362±309 10.16±0.13 0.97±0.07 23.73±0.24 1.11±0.04 0.52±0.01 4.46±0.01 低氮(N30) 3 408±382 10.31±0.32 0.98±0.04 22.56±1.17 1.17±0.09 0.57±0.05 4.43±0.04 高氮(N60) 3 208±187 10.76±0.59 1.00±0.05 23.15±1.74 1.21±0.12 0.54±0.03 4.48±0.08 说明：数值为均值±标准差 
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表 2 不同氮沉降水平下毛竹笋不同类型氨基酸质量分数及比例
Table 2. Contents and proportions of different types of amino acids under different nitrogen(N) deposition
氮处理 必需氨基酸 鲜味氨基酸 甜味氨基酸 苦味氨基酸 芳香类氨基酸 总氨基酸 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)比例/% 质量分数/
(mg·g−1)对照(ck) 4.04±0.16 Bb 22.57 0.93±0.03 Eb 5.20 2.00±0.10 Db 11.17 2.78±0.11 Cb 15.53 1.32±0.02 Eb 7.37 17.90±0.61 Ab 低氮(N30) 5.40±0.21 Ba 20.80 0.34±0.02 Ec 1.31 3.93±0.18 Ca 15.14 2.47±0.14 Dc 9.51 0.96±0.07 Ec 3.70 25.96±1.10 Aa 高氮(N60) 5.48±0.25 Ba 19.87 1.12±0.04 Da 4.06 4.13±0.14 Ca 14.97 3.22±0.35 Ca 11.68 1.60±0.08 Da 5.80 27.58±1.27 Aa 说明：同列不同小写字母表示不同氮沉降水平对各氨基酸影响差异显著(P＜0.05)，同行不同大写字母表示相同氮沉降水平对各氨基 酸影响差异显著(P＜0.05)
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