不同栽培密度和鉀鈉離子處理對(duì)基質(zhì)培番茄產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

陳 義 鄒 豪 孫麗萍 田永強(qiáng) 高麗紅*

（1中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2北京市園林科學(xué)研究院綠化植物育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100102）

目前，我國(guó)蔬菜生產(chǎn)不僅實(shí)現(xiàn)了周年均衡供應(yīng)，而且種類也豐富多樣。由于蔬菜產(chǎn)量已經(jīng)能夠自給自足，產(chǎn)品品質(zhì)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)（彭慧 等，2006）。蔬菜產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)不僅受作物自身遺傳因素的影響，而且受外界因素，如氣候條件、栽培方式、水肥管理等的影響（何偉明 等，2010；劉浩 等，2011）。因此，通過(guò)改良栽培方式和水肥管理，可有效提高蔬菜產(chǎn)品品質(zhì)（樊懷福 等，2011）。

番茄是我國(guó)栽培面積最大的蔬菜作物之一，通過(guò)無(wú)土栽培獲得高品質(zhì)番茄是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題。諸多研究表明，根區(qū)鹽分組成與濃度是調(diào)控果實(shí)風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)鍵（魯少尉 等，2012）。無(wú)土栽培時(shí)根區(qū)鹽分調(diào)控主要通過(guò)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液中的離子實(shí)現(xiàn)。由于NaCl和KCl成本低廉且調(diào)控效果好，目前已成為高品質(zhì)栽培中主要的營(yíng)養(yǎng)液離子調(diào)節(jié)物質(zhì)。向營(yíng)養(yǎng)液中添加Na+，不僅能夠提高番茄果實(shí)中的風(fēng)味物質(zhì)含量（Auerswald &Matsuzoe，1999），而且可以增加蔗糖和檸檬酸的含量（Zushi et al.，2015）。此外，提高營(yíng)養(yǎng)液中K+的濃度，可顯著提升番茄果實(shí)中類胡蘿卜素、番茄紅素和抗壞血酸的含量（Trudel &Ozbun，1971；Almeselmani et al.，2010）。盡管如此，在Na+和K+調(diào)控番茄品質(zhì)方面，尚缺乏綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)和系統(tǒng)的比較研究。

除營(yíng)養(yǎng)液離子調(diào)控外，栽培方式也是影響無(wú)土栽培番茄品質(zhì)的關(guān)鍵因素。有研究表明，隨著栽培密度的增加，番茄植株的坐果率下降，且果實(shí)VC含量下降（雷喜紅 等，2015）。但目前大多數(shù)與栽培密度有關(guān)的研究主要聚焦在植株生長(zhǎng)和果實(shí)產(chǎn)量方面，對(duì)果實(shí)品質(zhì)的關(guān)注度不夠。鑒于此，本試驗(yàn)研究了不同栽培密度下Na+和K+處理對(duì)基質(zhì)培番茄生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并提出一個(gè)綜合評(píng)價(jià)番茄果實(shí)品質(zhì)的指數(shù)，以期為番茄高品質(zhì)栽培提供理論依據(jù)和實(shí)踐支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年9月至2019年2月在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)科學(xué)園日光溫室中進(jìn)行。供試番茄品種為京采6號(hào)（北京現(xiàn)代農(nóng)夫種苗科技有限公司）。試驗(yàn)植株定植于長(zhǎng)、寬分別為65 cm和30 cm的栽培槽中，采用潮汐灌溉系統(tǒng)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)灌溉。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)包含6個(gè)栽培槽（間距12 cm）。每2個(gè)栽培槽中間有1條寬150 cm的過(guò)道。2018年9月14日番茄苗五葉一心時(shí)定植，3穗果摘心。栽培基質(zhì)為草炭、蛭石、珍珠巖（體積比2∶1∶1）復(fù)配基質(zhì)。試驗(yàn)設(shè)置栽培密度（3.8、5.0株·m-2）和營(yíng)養(yǎng)液離子處理（CK、Na+和K+）2個(gè)因素，共包括6個(gè)處理（表1）。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)包括2個(gè)栽培槽。當(dāng)每個(gè)栽培槽分別定植6株或8株番茄苗時(shí)，其栽培密度分別為3.8株·m-2或5.0株·m-2。在苗期至番茄轉(zhuǎn)色期，采用日本山崎番茄配方營(yíng)養(yǎng)液管理；進(jìn)入番茄轉(zhuǎn)色期后，10月9日開始進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液離子處理。Na+和K+處理主要通過(guò)向營(yíng)養(yǎng)液添加NaCl和KCl實(shí)現(xiàn)。

表1 栽培密度和營(yíng)養(yǎng)液離子處理

1.2 測(cè)試項(xiàng)目與方法

1.2.1 植株形態(tài)指標(biāo) 在營(yíng)養(yǎng)液離子處理1個(gè)月后，測(cè)定番茄植株的株高、莖粗和葉面積。株高采用鋼卷尺測(cè)量；莖粗采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量。選擇第1穗果上部的第2片葉，采用鋼卷尺測(cè)量其葉長(zhǎng)和葉寬，計(jì)算其實(shí)際葉面積LA（Blanco &Folegatti，2003）。

式中，L和W分別表示葉長(zhǎng)和葉寬。

1.2.2 果實(shí)產(chǎn)量指標(biāo) 果實(shí)成熟后，采收并分別測(cè)定小區(qū)所有植株的第1、2、3穗果的單穗果實(shí)產(chǎn)量，剔除沒有商品性的畸形果后相加獲得小區(qū)總產(chǎn)量。此外，記錄果實(shí)個(gè)數(shù)，并采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定果實(shí)橫徑與縱徑。

1.2.3 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo) 果實(shí)成熟后，采收并測(cè)定第1、2穗果的果實(shí)品質(zhì)。采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定抗壞血酸（VC）含量，蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量，酸堿滴定法測(cè)定有機(jī)酸含量，采用水楊酸法測(cè)定硝酸鹽含量，采用磺胺比色法測(cè)定亞硝酸鹽含量，采用高精度數(shù)顯糖度計(jì)（CNT95）測(cè)定可溶性固形物含量。果實(shí)品質(zhì)的具體測(cè)定方法參見李合生（2000）。

1.3 番茄果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)TQI（tomato quality index）的計(jì)算

1.3.1 指標(biāo)的線性轉(zhuǎn)換 鑒于各品質(zhì)指標(biāo)的單位不同，首先對(duì)所有品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后各指標(biāo)的數(shù)值均介于0～1之間。無(wú)量綱轉(zhuǎn)換采用線性得分法（D’ Hose et al.，2014）?；趯?duì)人體健康的影響，將品質(zhì)指標(biāo)分為“有益”與“有害”兩大類：“有益”指標(biāo)主要包括可溶性固形物、可溶性糖、有機(jī)酸、VC和糖酸比，其數(shù)值表現(xiàn)為“越高越好”；“有害”指標(biāo)主要包括硝酸鹽和亞硝酸鹽，其數(shù)值表現(xiàn)為“越低越好”。參考D’ Hose等（2014）的方法，對(duì)于“有益”指標(biāo)，采用公式T=（y-m）/（s-m）進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于“有害”指標(biāo)，采用公式T=1-（y-m）/（s-m）進(jìn)行計(jì)算。其中，T為指標(biāo)得分值；y表示實(shí)際測(cè)量值；s和m分別表示每個(gè)品質(zhì)指標(biāo)所測(cè)得的最大值和最小值。

1.3.2 品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)TQI的計(jì)算 采用直接加和法，通過(guò)公式計(jì)算獲得番茄果實(shí)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)TQI。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與整理，采用SPSS Statistics 22.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析，顯著后使用Tukey法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較（顯著性水平為P＜0.05）。采用SPSS Statistics 22.0軟件，運(yùn)用線性回歸分析和皮爾遜相關(guān)法衡量TQI對(duì)各單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的表征效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培密度和離子處理對(duì)番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表2可知，栽培密度僅顯著影響了葉面積，而對(duì)株高、莖粗及株高/莖粗無(wú)顯著影響；離子處理對(duì)所有測(cè)試的生長(zhǎng)指標(biāo)均無(wú)顯著影響。這一結(jié)果說(shuō)明，適度栽培密度和營(yíng)養(yǎng)液離子調(diào)控并不影響植株的正常生長(zhǎng)。此外，栽培密度×離子處理互作顯著影響了葉面積。具體來(lái)看，Na+-5.0處理與Na+-3.8處理相比，較高的栽培密度對(duì)葉面積有抑制作用；而在CK或K+處理?xiàng)l件下，栽培密度對(duì)葉面積無(wú)顯著影響。葉面積是影響葉片光合作用和植株生長(zhǎng)的重要因素。因此，為了不影響植株正常生長(zhǎng)，特定的離子（如Na+）處理需要與適宜的栽培密度相配套。

2.2 不同栽培密度和離子處理對(duì)番茄果實(shí)大小、個(gè)數(shù)與產(chǎn)量的影響

由表3可知，栽培密度對(duì)果實(shí)縱徑、橫徑、個(gè)數(shù)及所有產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)均無(wú)顯著影響，說(shuō)明適度栽培密度調(diào)控不會(huì)對(duì)果實(shí)和產(chǎn)量造成不利影響。離子處理僅顯著影響了果實(shí)縱徑。具體來(lái)看，與CK-5.0處理相比，Na+-3.8處理的果實(shí)縱徑顯著增加。這一結(jié)果說(shuō)明，低栽培密度配合Na+處理，有利于果實(shí)的縱向生長(zhǎng)。此外，栽培密度×離子處理互作對(duì)所有果實(shí)及產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)均無(wú)顯著影響。

表2 不同栽培密度和離子處理對(duì)番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

表3 不同栽培密度和離子處理對(duì)番茄果實(shí)大小、個(gè)數(shù)與產(chǎn)量的影響

2.3 不同栽培密度和離子處理對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

由表4可知，在相同處理下，對(duì)人體“有益”的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)（包括可溶性糖、有機(jī)酸、糖酸比、可溶性固形物和VC）均表現(xiàn)為第2穗果的含量高于第1穗果，說(shuō)明第2穗果是生產(chǎn)高品質(zhì)番茄的關(guān)鍵。雙因素分析表明，栽培密度對(duì)兩穗果的各項(xiàng)“有益”品質(zhì)指標(biāo)均無(wú)顯著影響，而離子處理顯著影響了第1穗果的所有“有益”品質(zhì)指標(biāo)和第2穗果除有機(jī)酸外的其余指標(biāo)。此外，栽培密度×離子處理互作顯著影響了第1穗果的有機(jī)酸和糖酸比。對(duì)第1穗果而言，其可溶性糖、可溶性固形物、有機(jī)酸、糖酸比與VC的最高值分別出現(xiàn)在CK-3.8、CK-3.8、CK-5.0、K+-5.0和K+-3.8處理下，而第2穗果分別出現(xiàn)在K+-3.8、K+-3.8、K+-5.0、K+-3.8和K+-3.8處理下。這一結(jié)果說(shuō)明，在3.8株·m-2與高K+營(yíng)養(yǎng)液條件下，第2穗果可獲得較高的品質(zhì)。

表4 不同栽培密度和離子處理對(duì)“有益”番茄果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的影響

由表5可知，在相同處理下，第2穗果的硝酸鹽含量低于第1穗果，而亞硝酸鹽含量在果穗間表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。雙因素分析表明，栽培密度對(duì)兩穗果的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均無(wú)顯著影響，而離子處理顯著影響了第2穗果的亞硝酸鹽含量，栽培密度×離子處理互作顯著影響了第1穗果的亞硝酸鹽含量。對(duì)第1穗果而言，其硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的最低值分別出現(xiàn)在K+-3.8和CK-3.8處理，而第2穗果均出現(xiàn)在CK-5.0處理。值得注意的是，所有果實(shí)的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限量值（茄果類蔬菜：硝酸鹽440 mg·kg-1，亞硝酸鹽4 mg·kg-1）。

為了綜合評(píng)價(jià)番茄果實(shí)的品質(zhì)，構(gòu)建了品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)TQI。由圖1-A可知，TQI與“有益”指標(biāo)可溶性糖、有機(jī)酸、糖酸比、可溶性固形物和VC均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），而與“有害”指標(biāo)亞硝酸鹽呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.001）。雖然硝酸鹽與TQI無(wú)顯著相關(guān)性，但由于硝酸鹽不受處理的影響（表5），因此它并不影響TQI的可靠性。這些結(jié)果表明，TQI可很好地表征各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，能夠用于綜合評(píng)價(jià)番茄果實(shí)的整體品質(zhì)。鑒于此，進(jìn)一步比較了不同栽培密度和離子處理對(duì)TQI的影響（圖1-B）。雙因素分析表明，栽培密度對(duì)兩穗果的TQI均無(wú)顯著影響，而離子處理顯著影響了第2穗果的TQI。對(duì)第2穗果而言，K+-3.8和K+-5.0處理均表現(xiàn)出較高的TQI。由于K+-3.8和K+-5.0并不影響番茄產(chǎn)量（表3），綜合考慮各單項(xiàng)指標(biāo)（表4），K+-3.8處理下第2穗果可獲得較高的綜合品質(zhì)水平。

表5 不同栽培密度和離子處理對(duì)番茄果實(shí)硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的影響 mg·kg-1

圖1 各品質(zhì)指標(biāo)與TQI的相關(guān)性（A）及不同處理對(duì)TQI的影響（B）

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同栽培密度對(duì)番茄的株高、莖粗、產(chǎn)量均沒有影響，只有葉面積表現(xiàn)出隨密度升高變小的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)為3穗果后摘心，且大行距種植，栽培密度增加并不影響植株冠層的光照環(huán)境，更適宜維系番茄植株的生長(zhǎng)。與本試驗(yàn)結(jié)果相反，何娜等（2019）發(fā)現(xiàn)番茄植株株高隨著種植密度增加呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而莖粗、葉面積則呈減小趨勢(shì)。黃文等（2018）也發(fā)現(xiàn)了同樣的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)樯鲜鲅芯繛楦咚胝?，密度增加?huì)使得植株間出現(xiàn)明顯的互相遮擋情況。

與土壤種植相比，無(wú)土栽培可通過(guò)調(diào)控營(yíng)養(yǎng)液的陽(yáng)、陰離子比例、元素化學(xué)形式，及鹽濃度來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)品器官中的生物活性化合物（Borgognone et al.，2016；Lucini et al.，2016）。諸多研究表明，適宜的營(yíng)養(yǎng)液鹽分調(diào)控可有效提高蔬菜產(chǎn)品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的組成與含量（Tomasi et al.，2015；Colla et al.，2018；Kyriacou &Rouphael，2018）。本試驗(yàn)中，營(yíng)養(yǎng)液中添加Na+并沒有提高番茄果實(shí)的品質(zhì)，這與前人的研究結(jié)果并不一致（魯少尉 等，2012）。一般來(lái)說(shuō)，Na+常被作為一種脅迫因子，其主要影響與脅迫相關(guān)的物質(zhì)，如番茄紅素、酚類物質(zhì)等。與Na+不同，K+參與重要的植物生理生化過(guò)程，如光合作用、細(xì)胞滲透壓、蛋白質(zhì)與淀粉形成等（寧秀娟 等，2011）。本試驗(yàn)中，K+處理提高了番茄第2穗果實(shí)中的可溶性糖、可溶性固形物、VC等物質(zhì)的含量，這與前人的研究結(jié)果一致（寧秀娟 等，2011；王亮亮 等，2018）。

值得關(guān)注的是，栽培密度與離子處理互作顯著影響了第1穗果實(shí)的有機(jī)酸、糖酸比、亞硝酸鹽含量，而對(duì)第2穗果實(shí)相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)的影響不大，這可能是因?yàn)榉阎仓陮?duì)生長(zhǎng)環(huán)境逐漸適應(yīng)的結(jié)果。第1穗果實(shí)發(fā)育過(guò)程高密度和離子互作對(duì)植株產(chǎn)生了輕度脅迫，所以番茄果實(shí)品質(zhì)發(fā)生了相應(yīng)改變，隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)，在第2穗果實(shí)發(fā)育時(shí)植株對(duì)脅迫已經(jīng)適應(yīng)，所以沒有表現(xiàn)出品質(zhì)的顯著變化。盡管如此，第2穗果可溶性糖、可溶性固形物、有機(jī)酸、糖酸比與VC的最高值分別出現(xiàn)在K+-3.8、K+-3.8、K+-5.0、K+-3.8和K+-3.8處理下，第2穗果在3.8株·m-2與高K+營(yíng)養(yǎng)液條件下可獲得最高的TQI。由于第2穗果是生產(chǎn)高品質(zhì)番茄的關(guān)鍵，在實(shí)際生產(chǎn)中，控制栽培密度為3.8株·m-2同時(shí)采用高K+營(yíng)養(yǎng)液灌溉，可在穩(wěn)產(chǎn)條件下獲得更高的番茄品質(zhì)。綜上，在3.8株·m-2栽培密度下提高營(yíng)養(yǎng)液中的K+濃度，能夠在不影響產(chǎn)量的同時(shí)顯著增加番茄果實(shí)的綜合品質(zhì)。