黃沙基質(zhì)水肥一體化對(duì)番茄產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

劉聰聰，黃春燕，王登偉

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆建設(shè)設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】黃沙透氣、透水性好，采用黃沙基質(zhì)袋種植技術(shù)，灌溉方式易采用少量、多次的滴灌方式。設(shè)定黃沙基質(zhì)含水量是關(guān)鍵，水分過高，番茄植株徒長，營養(yǎng)生長旺盛，最終影響到番茄的生殖生長，產(chǎn)量與品質(zhì)均會(huì)降低；相反，缺水會(huì)造成果實(shí)表皮加厚，口感品質(zhì)降低。根據(jù)番茄生長的需水規(guī)律，須合理的制定出黃沙基質(zhì)的含水量。EC值可表示種植基質(zhì)中的可溶性離子的總濃度和反映植株需肥情況。試驗(yàn)中水肥一體化技術(shù)的核心在于根據(jù)植株對(duì)營養(yǎng)元素的需要，將肥料溶液精確、定量的滴灌在根系附近，借助傳感器測(cè)定與傳輸出EC值參數(shù)，以表征黃沙基質(zhì)內(nèi)離子的濃度，即基質(zhì)內(nèi)肥料營養(yǎng)的狀況，根據(jù)設(shè)定參數(shù)選擇性供給，影響植株的生長與發(fā)育。EC值過高可溶性鹽類會(huì)使植物受到損傷或造成植株根系的死亡，過低會(huì)導(dǎo)致植株生長營養(yǎng)不良使產(chǎn)量品質(zhì)下降，設(shè)置合理的EC值區(qū)間顯得尤為重要。正常的EC值范圍在1.0～2.5 mS/cm。番茄單果重是構(gòu)成番茄產(chǎn)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，試驗(yàn)以番茄的第3穗果為樣本，測(cè)試番茄的單果重?？扇苄怨绦挝锖俊⒎鸭t素和VC是表征番茄營養(yǎng)品質(zhì)重要的指標(biāo)。風(fēng)味價(jià)值與外觀品相均是影響效益的關(guān)鍵。為了使評(píng)價(jià)更加合理、準(zhǔn)確、可靠的評(píng)價(jià)3個(gè)番茄品系營養(yǎng)風(fēng)味價(jià)值與品相價(jià)值，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)可溶性固形物、番茄紅素含量、VC含量、總糖含量、總酸含量和糖酸比6項(xiàng)營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)與果形指數(shù)、單果重2項(xiàng)外觀品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。黃沙是一種優(yōu)質(zhì)種植基質(zhì)，具有良好應(yīng)用推廣前景。水肥一體化技術(shù)可根據(jù)各生育時(shí)期內(nèi)植株生長發(fā)育需要精準(zhǔn)供水供肥，為番茄提供良好生長發(fā)育環(huán)境并節(jié)約農(nóng)業(yè)成本與人力投入。袋式黃沙基質(zhì)水肥一體化模式是一種創(chuàng)新番茄種植的模式，使經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保節(jié)能達(dá)到統(tǒng)一，推動(dòng)設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展，為進(jìn)一步規(guī)?；l(fā)展沙漠綠洲農(nóng)業(yè)提供實(shí)踐?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】我國沙漠總面積約71.29×104hm2，但沙漠開發(fā)利用有較多空白[1-6]。甘肅河西走廊率先開展了水肥一體化“沙產(chǎn)業(yè)”實(shí)踐，20年間河西五市成為主要的產(chǎn)糧基地和經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)區(qū)[7-8]，新疆沙漠面積43.04×104hm2，是典型的“沙漠大區(qū)”。近年來已采用黃沙基質(zhì)種植木瓜[9]、辣椒[10]等作物驗(yàn)證了其效果顯著。黃沙基質(zhì)基本不含營養(yǎng)物質(zhì)，番茄移栽后的整個(gè)生育期內(nèi)需要持續(xù)性的肥料灌入，以保證作物正常合理生長[11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】無土栽培獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)番茄一直是設(shè)施農(nóng)業(yè)的熱點(diǎn)與難點(diǎn)[12]。研究采用黃沙基質(zhì)袋隔離土壤種植，配合水肥一體化技術(shù)無土栽培管理溫室番茄植株。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究整個(gè)生育期內(nèi)植株長勢(shì)，分析番茄果實(shí)收獲情況，分析該系統(tǒng)模式對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)的作用效果，為發(fā)展設(shè)施沙漠農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2019年在石河子大學(xué)農(nóng)科綜合教實(shí)驗(yàn)學(xué)中心設(shè)施溫室大棚基地(E86.03°、N44.18°)進(jìn)行。日光溫室為混鋼結(jié)構(gòu)，覆聚乙烯塑料薄膜，溫室面積720 m2(90 m×8 m)。

溫室配備新一代智能環(huán)境控制系統(tǒng)，可采集與監(jiān)管室內(nèi)溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等參數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)整室內(nèi)小氣候環(huán)境。

試驗(yàn)選用世佳番茄雜交F1代1867、1812、1814三個(gè)品系(以下簡稱：番茄品系1867、1814和1812)，均為中早熟無限生長型大果番茄，且具有抗病性強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的特性。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選定3個(gè)番茄品系，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，共設(shè)置9個(gè)小區(qū)(單行15株為院個(gè)小區(qū))，保護(hù)行種植。番茄幼苗于3月13日定植于黃沙基質(zhì)袋內(nèi)，5月20日打頂(第5果穗花期)。生育期內(nèi)采用水肥一體化系統(tǒng)供水供肥，田間栽培管理同常規(guī)溫室番茄管理一致。

1.2.2 黃沙基質(zhì)與種植袋

1.2.2.1 黃沙基質(zhì)物理特性

試驗(yàn)所用黃沙基質(zhì)均取于古爾班通古特沙漠。黃沙具有松散化、粘著性差、顆粒圓化等特點(diǎn)[13]。黃沙孔隙率較大，比重為1.45～1.65；顆粒直徑介于0.46～0.49[14]；飽和含水量為18%～20%；pH值為6.8～7.0；電導(dǎo)率EC值為0.05～0.78 mS/m。

1.2.2.2 黃沙基質(zhì)袋

種植袋為無紡布材料，厚0.15 cm，設(shè)計(jì)為圓桶型，帶有孔蓋，附兩耳，容積0.012 m3(0.17 m×(0.15 m)2×π)。黃沙基質(zhì)填充種植袋內(nèi)，各基質(zhì)袋單株種植。

1.2.2.3 基質(zhì)栽培模式

番茄植株采用寬窄行種植，窄行基質(zhì)袋間距約0.15 m，寬行基質(zhì)袋間距0.7 m，株行距0.4 m×0.7 m定植。圖1

1.2.3 水肥設(shè)備系統(tǒng)

1.2.3.1 營養(yǎng)液配制

營養(yǎng)液由化肥和有機(jī)肥組合配制?；史譃锳肥與B肥，A肥為N、P、K大量元素構(gòu)成，B肥為Ca、Mg、Cu、Zn、B、Mn等中微量元素構(gòu)成；有機(jī)肥為海藻肥、純礦源腐殖酸組成。番茄植株各生育時(shí)期對(duì)養(yǎng)分需求的數(shù)量與比例不同，營養(yǎng)液內(nèi)各離子含量與比例根據(jù)植株需要由水肥一體化系統(tǒng)施入。

1.2.3.2 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)水肥一體化系統(tǒng)設(shè)施

基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的水肥一體化系統(tǒng)由控制中心系統(tǒng)、根系環(huán)境信息采集系統(tǒng)、灌溉施肥系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)4部分組成。根系環(huán)境信息采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集根系附近溫度、濕度、EC值(電導(dǎo)率)等環(huán)境參數(shù)，控制中心系統(tǒng)對(duì)其整合，并管控灌溉施肥系統(tǒng)對(duì)植株及時(shí)供水供肥，管理人員通過物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)終端查看實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)，歷史記錄、報(bào)警提醒等，對(duì)整個(gè)水肥系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)督與管理，最終實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)水肥一體化系統(tǒng)對(duì)植株精確水肥管理。

1.2.3.3 管網(wǎng)設(shè)計(jì)與組裝

管網(wǎng)由干道、支管、毛細(xì)管、滴箭4部分組成。1支管置于2窄行番茄植株之間，毛細(xì)管接頭安裝滴箭，插入黃沙基質(zhì)袋中。

1.2.4 育苗

為防種子帶菌，3個(gè)世佳番茄品系的種子采用溫湯浸種、二氧化氯錠100 mg/L消毒處理。2月初，采用72穴穴盤進(jìn)行點(diǎn)播，28～30℃催芽，待真葉展開后，生長溫度保持在18～26℃，并對(duì)幼苗鈉燈補(bǔ)光1～2 h/d，3月13日，幼苗達(dá)到4～5片真葉，移栽到黃沙基質(zhì)袋中。

1.2.5 溫濕管控

番茄在溫度為20～25℃環(huán)境內(nèi)同化作用最高。石河子市夏季溫度較高，6月30日大棚的室外最高溫度達(dá)37℃。棚內(nèi)濕度過大易導(dǎo)致病蟲害，通過棚窗、排風(fēng)扇、遮陽網(wǎng)(最大光強(qiáng)達(dá)7 238×104lx，因此,當(dāng)光強(qiáng)超過5 800×104lx，中午12：00～15：00打開遮陽網(wǎng)，緩解高溫與強(qiáng)光，避免高溫脅迫與蒸騰作用過強(qiáng)造成植株失水萎蔫)等操作進(jìn)行控溫排濕使棚內(nèi)溫度保持30℃以下。 圖2

圖2 番茄生育期內(nèi)環(huán)境溫度變化Fig.2 Environment temperature change during

1.2.6 測(cè)定項(xiàng)目

針對(duì)病蟲害，研究堅(jiān)持農(nóng)業(yè)防治、生物防治為首選，化學(xué)農(nóng)藥防治為輔。主要通過控溫排濕、高溫悶棚、大量粘蟲板、定期二氧化氯錠消毒等方式，降低病蟲害的發(fā)生幾率[15]。

1.2.6.1 產(chǎn)量

按番茄種植行實(shí)收測(cè)產(chǎn)，參照(GB 8852—1988)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定單果重、果實(shí)產(chǎn)量。

1.2.6.2 品質(zhì)

共測(cè)定7個(gè)番茄品質(zhì)指標(biāo)，其中可溶性固形物含量(%)、番茄紅素(mg/100g) 、VC (mg/100g)、總糖含量(g/100g)、總酸含量(g/kg)、糖酸比6個(gè)內(nèi)含物品質(zhì)指標(biāo)由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)農(nóng)村品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心采用國標(biāo)法測(cè)定；果形指數(shù)分別測(cè)量番茄果實(shí)縱、橫徑的長度，計(jì)算兩者比值而得。

1.2.6.3 品種綜合評(píng)價(jià)

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)3個(gè)番茄品系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[16-21]。函數(shù)計(jì)算公式如下：

Uij=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin).

函數(shù)公式中，Uij表示番茄果實(shí)品質(zhì)變化隸屬函數(shù)值；i表示品種，j表示指標(biāo)數(shù)。Xmax表示各指標(biāo)的最大測(cè)定值；Xmin表示各指標(biāo)的最小測(cè)定值。隸屬函數(shù)值越大，表示品質(zhì)效果越好。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010 、SPSS24.0和RStudio軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，并進(jìn)行T檢驗(yàn)顯著性方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥管理

2.1.1 番茄各生育時(shí)期黃沙基質(zhì)含水量

研究表明，移栽后的番茄苗較弱小，緩苗期含水量為14.5%～17.5%，有助于緩苗；苗期含水量為14.5%～17.5%，促進(jìn)根系生長與提高抗旱能力；花、果期適度降低含水量，為14.0%～16.0%，尤其苗期到第1穗果期間降低灌水量，促使植株生根與避免第1穗果過大影響其他穗果的生長發(fā)育；果實(shí)成熟期進(jìn)一步降低黃沙基質(zhì)的含水量，區(qū)間為14.0%～15.5%，可使果實(shí)甜度適當(dāng)?shù)脑黾印７阎仓旮魃龝r(shí)期內(nèi)耗水量在番茄生育期內(nèi)先增后減，開花坐果期耗水量最高，結(jié)果期逐漸降低基質(zhì)含水量，有利于降低裂果率。圖3，表1

圖3 番茄各生育時(shí)期黃沙基質(zhì)含水量變化Fig.3 Changes of yellow sand substrate water content

表1 番茄各生育時(shí)期灌溉量Table 1 Amount of tomato in each growing period

2.1.2 番茄各生育時(shí)期施肥

研究表明，番茄植株N∶P∶K比例，移栽后至開花期為1∶1∶1，坐果期至紅果期為1∶0.5∶2，同時(shí)添加中微量元素，在抗病，尤其防果實(shí)臍腐病方面有顯著效果，至番茄花、果期更應(yīng)提高番茄中微量元素的施肥比例，開始坐果后加大鈣離子與鎂離子施用量，增厚表皮防止降低裂果率。隨營養(yǎng)生長與生殖生長施肥量逐漸增加，開花坐果期耗肥量最多，收獲期內(nèi)逐漸減少肥料施用。表2，表3

表2 番茄各生育時(shí)期施肥配比Table 2 The amount of fertilizer applied in each growing period of tomato

表3 番茄各生育時(shí)期施肥量Table 3 Fertilizer consumption of tomato at different growth stages

2.1.3 番茄關(guān)鍵生育時(shí)期黃沙基質(zhì)EC值特征

研究表明，移栽后植株苗較弱，容易失水，緩苗期EC值區(qū)間為0.9～1.5 mS/cm，有利于緩苗與提高根系抗脅迫能力；苗期開始營養(yǎng)生長，相比緩苗期提高EC值設(shè)定區(qū)間，但要避免營養(yǎng)生長過旺，苗期EC值區(qū)間為1.4～1.8 mS/cm；花、果期進(jìn)一步提高EC值，此時(shí)期營養(yǎng)需求最大，可逐步再次提高營養(yǎng)供應(yīng)，但要避免第1果穗番茄過大引起其他穗番茄減產(chǎn)，花、果期EC值區(qū)間為1.4～2.0 mS/cm；收獲期內(nèi)番茄逐漸長成與采摘，營養(yǎng)需求逐步降低，轉(zhuǎn)色期后，為防止裂果適度控水，EC值仍相對(duì)較高，收獲期EC值區(qū)間為1.3～2.3 mS/cm，可保證收獲期內(nèi)各穗番茄全部正常成熟與上市。圖4

2.2 黃沙基質(zhì)栽培番茄產(chǎn)量特征

研究表明，3個(gè)番茄品系單果重均達(dá)到了大果的標(biāo)準(zhǔn)。其中，單果重最重的番茄品系1812比單果重最輕的番茄品系1814高出13.72%；分析番茄實(shí)收產(chǎn)量，3個(gè)番茄品系的產(chǎn)量在134.0～146.3 t/hm2，均達(dá)到高產(chǎn)水平；其中，番茄品系1812和1867產(chǎn)量水平相當(dāng)，與番茄品系1814相比產(chǎn)量差異性顯著(P<0.05)，番茄品系1812比番茄品系1814產(chǎn)量高7.81%。表4

圖4 番茄各生育時(shí)期EC值變化Fig.4 EC Changes in different growth periods

表4 番茄品系產(chǎn)量方差分析Table 4 Yield components and analysis of tomato varieties

2.3 黃沙基質(zhì)栽培番茄內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)

2.3.1 黃沙基質(zhì)栽培番茄營養(yǎng)品質(zhì)

研究表明，可溶性固形物含量3個(gè)番茄品系均較高；番茄紅素是自然界中最強(qiáng)抗氧化劑之一，藥用與營養(yǎng)價(jià)值都較高。3個(gè)番茄品系的番茄紅素含量沒有達(dá)到顯著性差異(P<0.05)，其中1867的番茄紅素含量比1814的高50.7%，番茄1867和1812的番茄紅素含量分別處于極高和中上等水平，番茄1867可作為優(yōu)選高番茄紅素品系加以種植；番茄是獲取VC的重要來源，方差分析表明，番茄1814與1812和1867的VC含量存在顯著性差異(P<0.05)(圖5C)，其中VC含量最高的是1814比最低1867高4.00%，3個(gè)番茄品系VC含量均達(dá)到了較高水平。圖5

圖5 番茄3個(gè)品系營養(yǎng)品質(zhì)比較Fig.5 Analysis and comparison of nutrition quality of three tomato varieties

2.3.2 黃沙基質(zhì)栽培番茄口感品質(zhì)與外觀品質(zhì)

研究表明，番茄1814與1867相比總糖含量差異性顯著(P<0.05)，前者總糖含比后者高11.94%；3番茄品系的總酸含量存在顯著差異(P<0.05)(圖6B)，番茄總酸含量最高的是1814比最低的1867高出23.63%，番茄3個(gè)品系的總酸含量均為中等水平；良好的風(fēng)味是建立在適宜的糖酸比基礎(chǔ)上的[21]。經(jīng)方差分析番茄世佳1814品系與其它2個(gè)品系的糖酸比存在顯著差異 (P<0.05) (圖6C)，其中糖酸比最高的番茄世佳1812品系比糖酸比最低的1814品系的高17.01%，偏甜口味人群傾向糖酸比6.9～10.8，3個(gè)番茄世佳品系糖酸比介于7.71～9.21，3個(gè)番茄世佳品系偏甜，適合作水果番茄；果形指數(shù)是指果實(shí)縱徑與橫徑的比值，是商品果實(shí)的重要外觀指標(biāo)之一。3個(gè)世佳品系平均果形指數(shù)范圍為0.79～0.82，果實(shí)形狀為扁圓形(H/D=0.71～0.86為扁圓)，均較為適中。圖6

圖6 番茄3個(gè)品系口感品質(zhì)與外觀品質(zhì)比較Fig.6 Analysis and comparison of taste and appearance quality of three tomato varieties

2.4 黃沙基質(zhì)番茄應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合性評(píng)分

研究表明，隸屬函數(shù)值越大營養(yǎng)風(fēng)味價(jià)值越高，綜合價(jià)值世佳1812﹥世佳1867﹥世佳1814，但3個(gè)品系綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相接近，均適合選為水果番茄種植與推廣。表5

表5 利用隸屬函數(shù)法對(duì)3個(gè)品種材料綜合評(píng)價(jià)Table 5 The analysis and evaluation of nutritional quality for different varieties of tomato

3 討 論

試驗(yàn)采用黃沙基質(zhì)種植番茄，有效避免了土傳性病蟲害與次生鹽漬化積累的困擾，同時(shí)，減少了水分流失，與郝夢(mèng)超等[9]、王雅芳等[10]研究結(jié)果一致；黃楠等[22]研究表明，袋式種植模式具有促進(jìn)植株生長、提高產(chǎn)量品質(zhì)等作用。試驗(yàn)表明，袋式栽培的植株一旦被病蟲侵害、物理損傷，可選用正常植株替補(bǔ)，以保持設(shè)定種植密度與避免被感染植株二次擴(kuò)散傳染；桂敏等[23]、查向陽等[24]研究比較常用基質(zhì)特性，而黃沙基質(zhì)具有根系環(huán)境易控、不易發(fā)霉腐爛、成本極低、適合大面積種植等優(yōu)勢(shì)，且在沙漠資源豐富的地區(qū)，綜合比較優(yōu)勢(shì)明顯，有利于推進(jìn)沙漠綠洲農(nóng)業(yè)的建設(shè)。

李建明等[25]研究表明番茄產(chǎn)量隨水肥量增加先升高再降低，黃業(yè)茹等[11]研究表明，黃沙內(nèi)礦物質(zhì)與水分極低，選用水肥一體化技術(shù)精準(zhǔn)科學(xué)調(diào)控水肥成為關(guān)鍵。試驗(yàn)番茄生育期內(nèi)控制黃沙基質(zhì)含水量區(qū)間為14.0%～17.5%區(qū)間，隨生育時(shí)期進(jìn)程先高后低，到番茄果實(shí)采收期，為防裂果等因素灌溉閾值下調(diào)，控制基質(zhì)含水量在15.5%以下，與王虎兵[26]研究一致；各生育時(shí)期內(nèi)EC值區(qū)間設(shè)置是關(guān)鍵，過高則易燒苗，過低則養(yǎng)分供應(yīng)不足，因此，番茄生育期內(nèi)EC值隨著植株與果實(shí)的需要逐漸提高，收獲期末期EC值隨養(yǎng)分需要減少而降低，與苗相偉等[27]研究一致。為使番茄生物產(chǎn)量更高，仍需進(jìn)一步精確設(shè)定各生育時(shí)期內(nèi)EC閾值。

采用黃沙基質(zhì)栽培水肥一體化系統(tǒng)模式最終目的仍是獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的番茄，該試驗(yàn)的3個(gè)番茄品系的產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)、口感品質(zhì)在新疆地區(qū)均已達(dá)到較高水平[28-30]，黃沙基質(zhì)栽培水肥一體化系統(tǒng)模式對(duì)番茄水肥管理合理適宜。番茄普遍抗重茬效果較差[31]，該系統(tǒng)模式對(duì)番茄連茬種植效果有待驗(yàn)證，且試驗(yàn)采用番茄為試驗(yàn)材料，該系統(tǒng)模式對(duì)其它農(nóng)作物的種植效果仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié) 論

基于黃沙基質(zhì)種植的番茄世佳1812、1814、1867三個(gè)品系實(shí)收產(chǎn)量分別為145.4、134.0、146.3 t/hm2，均已達(dá)到高產(chǎn)水平；檢測(cè)番茄內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)均為中上等水平；其糖酸比介于7.71～9.21，均為高水平屬于偏甜品系，適合選作水果番茄推廣。經(jīng)過模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法進(jìn)行統(tǒng)一處理綜合分析比較，番茄世佳1812品系風(fēng)味營養(yǎng)綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)最高。