設(shè)施番茄高品質(zhì)栽培理論與技術(shù)

田永強 高麗紅

（中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院，設(shè)施蔬菜生長發(fā)育調(diào)控北京市重點實驗室，北京 100193）

我國是世界上番茄總產(chǎn)量最高的國家，年產(chǎn)量超過5 500 萬t，約占世界總產(chǎn)量的30%（FAO，http：//www.fao.org/faostat/en/#data/QC）。在我國，番茄主要以設(shè)施栽培為主（李天來，2016）。據(jù)統(tǒng)計，2016 年我國設(shè)施番茄播種面積約81 萬hm2（1 215 萬畝）（占設(shè)施蔬菜總面積的19.7%），其中日光溫室38.8 萬hm2（582 萬畝），塑料大中棚36.2 萬hm2（543 萬畝）（李天來 等，2019）。番茄已成為目前我國設(shè)施栽培面積最大的蔬菜，且設(shè)施番茄的生產(chǎn)能力仍在持續(xù)增加。當前，我國番茄的生產(chǎn)規(guī)模已日趨穩(wěn)定，產(chǎn)量已經(jīng)能夠滿足人們的日常需求，甚至個別季節(jié)還存在因“集中上市、供過于求”導致的產(chǎn)品滯銷問題（仲蘇，2015）。近年來，隨著人們對番茄營養(yǎng)價值的認識逐漸加深，消費者開始懷念“小時候的番茄味道”，消費市場對高品質(zhì)番茄的需求越來越強烈（薛鑫，2019）。因此，口感好、風味佳、營養(yǎng)豐富，已成為番茄生產(chǎn)的一個重要發(fā)展方向（Bisbis et al.，2018；Kyriacou &Rouphael，2018）。

品種特性是影響番茄品質(zhì)的首要因素（Zhu et al.，2018a）。但是，在既定的品種下，栽培技術(shù)是決定番茄果實品質(zhì)的關(guān)鍵因素（Rouphael et al.，2018）。通過合理的環(huán)境控制和適宜的農(nóng)藝措施，能夠有效調(diào)節(jié)果實中風味物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的種類及其含量，生產(chǎn)出營養(yǎng)、美味、安全的番茄（Kyriacou &Rouphael，2018）。迄今為止，國外研究者和種植者在番茄高品質(zhì)栽培技術(shù)領(lǐng)域進行了較多的探索與嘗試，一些技術(shù)已經(jīng)在生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用。例如，在日本，種植者普遍采用控水控肥無土栽培技術(shù)或根域限制栽培技術(shù)，能夠生產(chǎn)出可溶性糖含量高達8%～10%的番茄（Saito et al.，2008；Sarkar et al.，2008）；在歐洲，近年來流行采用外源噴施生物刺激素，以提高番茄品質(zhì)（Soppelsa et al.，2018）。在我國，目前已有一些大中型企業(yè)進入現(xiàn)代設(shè)施園藝生產(chǎn)領(lǐng)域，在連棟玻璃溫室中進行高品質(zhì)番茄周年栽培。但是，我國設(shè)施番茄的高品質(zhì)栽培仍處于探索階段，尚缺乏能在生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用的技術(shù)。鑒于此，本文在闡述番茄果實品質(zhì)組成的基礎(chǔ)上，綜述了國內(nèi)外番茄品質(zhì)調(diào)控技術(shù)的研究進展，并簡要介紹了中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院設(shè)施蔬菜栽培生理與環(huán)境調(diào)控課題組在相關(guān)領(lǐng)域的探索進展，以期為國內(nèi)設(shè)施番茄高品質(zhì)栽培提供參考。

1 番茄果實的品質(zhì)組成

一般而言，番茄果實的品質(zhì)主要由外觀品質(zhì)、內(nèi)在品質(zhì)和感官品質(zhì)三部分組成（圖1）。外觀品質(zhì)主要包括果實的形狀和顏色；內(nèi)在品質(zhì)指各類對人體有益的營養(yǎng)物質(zhì)的含量；感官品質(zhì)則由各種影響番茄果實口感的風味物質(zhì)組成。對于某一個品質(zhì)指標而言，其好壞是相對的（與個人消費習慣和身體狀況有關(guān)），無法絕對地評價。

1.1 外觀品質(zhì)

番茄果實的形狀可分為12 種，包括扁平、扁圓、圓、爆米花、平、方、半橢圓、橢圓、圓柱、梨、梨狀肌和心形（圖2-A）。果實形狀主要由品種特性決定（Sun et al.，2017），同時受栽培管理措施（如灌溉、施肥）和化學藥劑（如農(nóng)藥、生長調(diào)節(jié)劑）的影響（Gastélum-Barrios et al.，2011）。例如，苗期低溫、營養(yǎng)過剩、過量灌溉和生長調(diào)節(jié)劑等都有可能導致變形果和亂形果等畸形果的發(fā)生（李天來，1999；Wang et al.，2019）。

番茄果實的顏色主要包括紫、紅、粉、橙、黃、綠等6 種純色系和紅紫花、紅橙花與黃綠花等3 種花色系（圖2-B）。番茄果實的顏色主要受各類色素在果實中的含量及其比例的影響。一般而言，紫色果的花青素含量較高，紅色果的番茄紅素含量較高，而橙色果中胡蘿卜素占據(jù)優(yōu)勢（Borghesi et al.，2016）。

1.2 內(nèi)在品質(zhì)

番茄果實的內(nèi)在品質(zhì)與人體健康密切相關(guān)（表1）。番茄果實約含94.5%的水，3.9%的碳水化合物，0.2%的脂肪和0.9%的蛋白質(zhì)。每100 g 新鮮番茄可以為人體提供約74 kJ（相當于18 卡路里）的能量和14 mg VC（相當于人體每日需求量的17%）。番茄紅素是番茄最具特色的營養(yǎng)物質(zhì)，其可能在抑制膽固醇合成和預(yù)防前列腺癌及心血管疾病等方面發(fā)揮作用（Mozos et al.，2018；Imran et al.，2020）。為了表征番茄的內(nèi)在品質(zhì)，在生產(chǎn)實際中需找尋一個便于快速檢測且相對可靠的指標。由于可溶性固形物包括糖、酸、蛋白質(zhì)、酚類、維生素、礦物質(zhì)和色素，且可通過阿貝折光儀快速檢測，因此能夠高效表征番茄果實的整體內(nèi)在品質(zhì)。

表1 普通番茄果實的營養(yǎng)物質(zhì)含量（每100 g 鮮質(zhì)量）

1.3 感官品質(zhì)

番茄感官品質(zhì)主要受風味物質(zhì)的影響。影響番茄果實風味的物質(zhì)多達上千種（Zhu et al.，2018a），其中33 種與消費者整體喜好顯著相關(guān)，主要包括果糖、葡萄糖、檸檬酸、蘋果酸，以及29 種揮發(fā)性物質(zhì)（香葉基丙酮、苯甲醛、壬醛、苯乙醛、芐腈、谷氨酸、異戊酸、水楊醛、丁香酚等）（Tieman et al.，2017）。在番茄果實的干物質(zhì)中，果糖、葡萄糖和檸檬酸的占比最高（圖3），也是影響果實口感（甜度和酸度）的關(guān)鍵物質(zhì)。品種是影響番茄風味物質(zhì)的首要因素。一般而言，大果型番茄的含糖量普遍低于小果型番茄（Mathieu et al.，2009；Nassar et al.，2015；Tieman et al.，2017）。若既有品種因品種特性而風味不足，則可通過直接向果實中添加果糖/葡萄糖和檸檬酸的方式來改善風味（Malundo et al.，1995）。在一定范圍內(nèi)，消費者對番茄果實風味的接受度隨加糖量的增加而提高，而隨加酸量的增加呈先升高后降低的趨勢（圖4）。這說明果實含糖量和含酸量可作為評價番茄風味的重要指標。從消費習慣來看，口感酸甜的番茄更容易被人們接受。由于甜度和酸度的比值是影響消費者口感和風味接受度的關(guān)鍵因素（圖5），因此糖酸比可作為評價番茄感官品質(zhì)的關(guān)鍵指標（Nassar et al.，2015）。

2 國內(nèi)外番茄品質(zhì)調(diào)控技術(shù)研究進展

提升番茄品質(zhì)的策略主要包括三大類，即品種與砧木的選擇、環(huán)境調(diào)控、農(nóng)藝措施。在生產(chǎn)實際中，這三類策略之間并不是相互獨立的，可綜合運用（圖6）。

2.1 品種與砧木的選擇

不同番茄品種的果實含糖量介于2%～10%之間，即20～100 g·kg-1（FW）。雖然不同番茄品種的果實品質(zhì)差異較大，但果型大小是影響含糖量的首要因素（圖7-A）（Tieman et al.，2017）。一般而言，小果型番茄的糖酸比更高，口感更好（圖7-B）（Nassar et al.，2015）。近年來在設(shè)施生產(chǎn)中流行的高品質(zhì)番茄品種，如原味1 號、京彩6 號、京番308、味多美2 號等，都屬于中等偏小果型。

此外，本課題組測定了40 個番茄品種的果實品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)品種間的果實品質(zhì)差異很大。番茄果實可溶性固形物含量在2.9～10.2 mg·g-1范圍內(nèi)（圖8-A），且其與可溶性糖、可滴定酸、糖酸比和VC含量均呈極顯著相關(guān)性（圖8-B），可在生產(chǎn)中作為評價果實整體品質(zhì)的單一指標。

若采用嫁接生產(chǎn)（圖9-A），則砧木品種也可能影響番茄果實品質(zhì)。嫁接能夠影響的果實品質(zhì)包括果實大小、顏色、硬度、風味物質(zhì)（果糖、葡萄糖、檸檬酸、蘋果酸及香葉基丙酮等揮發(fā)性物質(zhì)）和營養(yǎng)物質(zhì)（維生素、類胡蘿卜素和礦物質(zhì)）等（Rouphael et al.，2018）。例如，采用砧木RIL164 和RIL364嫁接番茄，可顯著提高果實中可溶性固形物和可滴定酸的含量（圖9-B）（Flores et al.，2010）。因此，在生產(chǎn)實際中，若無法改變主栽品種，可以選擇適宜的砧木，通過嫁接提高番茄果實品質(zhì)。

2.2 環(huán)境調(diào)控

目前，番茄品質(zhì)的環(huán)境調(diào)控主要集中在溫度、光照和CO2三方面（圖6）。

在番茄正常生長的適宜溫度范圍內(nèi)，氣溫累積量是影響番茄果實品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)境因素（Riga et al.，2008）。從番茄果實收獲前45 d 開始計算日平均氣溫的積溫，積溫越高，則番茄果實的可溶性固形物含量越高（圖10）。如前所述，可溶性固形物含量能夠高效表征番茄果實的整體內(nèi)在品質(zhì)。因此，在既定品種下，控制積溫可有效提升果實的整體品質(zhì)。基于可溶性固形物的含量，建議將收獲前45 d 內(nèi)的日平均氣溫累積量控制在1 000 ℃以上（圖10）。需要注意的是，為了不影響番茄紅素的合成，需將氣溫控制在32 ℃以下（Gautier et al.，2008；Kl?ring et al.，2015）。除氣溫外，調(diào)節(jié)根區(qū)溫度也有助于改善番茄果實品質(zhì)。例如，在設(shè)施越夏栽培時，通過紙膜覆蓋可降低根區(qū)溫度，有助于提高番茄果實VC 含量而降低硝酸鹽含量（Zhang et al.，2019）。

光照主要通過光質(zhì)和光強影響番茄果實品質(zhì)。在設(shè)施栽培過程中，可通過遮光或補光進行光照控制（Oren-Shamir et al.，2001；Ili? &Fallik，2017）。在光照過強的季節(jié)，采用黑色、藍色和綠色遮陽網(wǎng)均可適度降低光照強度，從而緩解光抑制的不利影響，進而提高果實的番茄紅素含量（圖11-A）（Ili? et al.，2012）。此外，藍色遮陽網(wǎng)利于藍光透過（Oren-Shamir et al.，2001），對番茄紅素的提升效果優(yōu)于紅色遮陽網(wǎng)（圖11-A）。在光照較弱的季節(jié)，補光則有利于增加番茄甜度和提升果實的整體品質(zhì)（Kowalczyk et al.，2012）。

設(shè)施內(nèi)CO2分布不均勻，具有“夜間富集、白天虧缺”的特點。增施CO2能夠明顯提高設(shè)施番茄果實總糖的含量（圖11-B）（Khan et al.，2013），從而改善番茄的口感。一般建議白天CO2的施用濃度為500～800 mg·L-1。

2.3 農(nóng)藝措施

可調(diào)控番茄品質(zhì)的農(nóng)藝措施主要包括水鹽調(diào)控、營養(yǎng)液組成、生物強化和生物刺激四大類（圖6）。其中，水鹽調(diào)控策略又包括鹽濃度調(diào)節(jié)、水分虧缺和水肥協(xié)同調(diào)控3 種。生產(chǎn)中一般通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)液EC 進行鹽濃度控制。當采用NaCl 調(diào)節(jié)EC時，隨NaCl 添加量的增加，無論是大果型還是小果型番茄，均表現(xiàn)出單果質(zhì)量降低而有機酸、糖和可溶性固形物含量升高的趨勢（圖12）（Zushi &Matsuzoe，2015）。這說明采用調(diào)節(jié)鹽濃度方式進行高品質(zhì)番茄栽培，可能要“犧牲”一定的產(chǎn)量。值得關(guān)注的是，對小果型番茄而言，采用較低濃度的NaCl（如25 mmol·L-1）可以大幅提高有機酸和糖含量（圖12-B、C）。

水分虧缺策略一般適合在番茄果實成熟期應(yīng)用，這樣不僅對單果質(zhì)量的影響較小，而且能夠顯著提高可溶性固形物、可滴定酸和VC的含量（Ripoll et al.，2014）。若水分虧缺策略應(yīng)用過早（如在果實膨大期），雖然能夠提高可溶性固形物含量，但可能對單果質(zhì)量有抑制作用。需要注意的是，水分虧缺是針對作物而言，而不是針對栽培基質(zhì)或土壤。例如，在設(shè)施番茄栽培過程中，若將苗期（從定植到第1 穗果坐果）的灌溉量降低至正常灌溉量（灌溉上、下限分別為田間持水量的90%、75%）的1/3～2/3，并不影響植株的水分消耗及果實的產(chǎn)量和品質(zhì)（Chen et al.，2013），說明作物并沒有出現(xiàn)水分虧缺。但是，若在番茄果實成熟期（從第1穗果開始成熟至拉秧）采用同樣的減量灌溉策略，則植株水分消耗顯著降低（出現(xiàn)水分虧缺），而果實可溶性糖、有機酸和VC 含量顯著提高（Chen et al.，2013）。一般來說，水分虧缺量越大，果實品質(zhì)的提升效果越好，但減產(chǎn)趨勢明顯（圖13）。因此，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)進行適度的水分虧缺處理。為了維持一定的產(chǎn)量（正常產(chǎn)量的85%），水分虧缺推薦量為30%（圖13）。

水肥協(xié)同調(diào)控在日本應(yīng)用較多，目前生產(chǎn)中常見的技術(shù)主要包括控水控肥、根域限制和Imec 滲透膜3 種（圖14）（Nishikawa et al.，2005；Sarkar et al.，2008；Frisina et al.，2015）?？厮胤始夹g(shù)在選擇適宜品種（如原味1 號）的基礎(chǔ)上，從第1 穗花開花35 d 左右開始，減少灌溉量（基質(zhì)/土壤相對含水量為60%）和增加施肥量（營養(yǎng)液EC 為4 mS·cm-1）。根域限制技術(shù)的基質(zhì)用量僅為250 mL·株-1，每日給液數(shù)十次（最小間隔30 min·次-1），每次50 mL·株-1。Imec 滲透膜（由透析膜結(jié)合水凝膠制成，厚度60～65 μm）技術(shù)將根系（膜上）與水肥滴灌管（膜下）隔離，該膜具有納米尺寸的滲漏孔徑，僅允許水分和養(yǎng)分穿過，而不允許根系穿透（Frisina et al.，2015）。上述技術(shù)可使番茄果實含糖量高達 8%～10%。此外，本課題組研究發(fā)現(xiàn)，適度控水（基質(zhì)相對含水量為60%～80%）和提高EC（采用NaCl 或KCl 調(diào)節(jié)EC 至4～5 mS·cm-1）均可顯著提高果實可溶性固形物含量、糖酸比及果實品質(zhì)綜合評價指數(shù)TQI（陳義 等，2019）。

營養(yǎng)液組成策略目前主要集中在K 和Ca 2 個營養(yǎng)元素上。增加K 素的施用量，能夠提高番茄果實中的K 含量，進而促進番茄紅素的合成（圖15）（Taber et al.，2008）。葉面噴施Ca 肥則有助于提高番茄果實中VC 的含量（Husein et al.，2015；Islam et al.，2016）。

生物強化策略是指在根區(qū)增施或葉面噴施（不建議在番茄果實表面噴施）特異元素肥（如人體必需的硒、碘、鐵、鋅、銅、鈣和鎂），使得番茄果實富含人體易缺的營養(yǎng)元素（White &Broadley，2009）。目前，番茄生產(chǎn)和科學研究中主要針對硒和碘元素（Kiferle et al.，2013；Pezzarossa et al.，2014；Zhu et al.，2018b）。若采用營養(yǎng)液澆灌植株，隨營養(yǎng)液中硒濃度的升高，番茄果實中硒的含量也增加，而產(chǎn)量呈先平穩(wěn)后明顯下降趨勢（圖16-A）（Edelstein et al.，2016）。為了維持一定的產(chǎn)量（正常產(chǎn)量的85%），營養(yǎng)液中硒推薦量為0.75 mg·L-1。雖然硒是人體必需的微量元素，但取食富硒量過大的食物容易遭受硒中毒（Yang &Xia，1995）。因此，在富硒番茄生產(chǎn)過程中，需要嚴格控制硒的施用量。對成年人而言，一般硒的推薦攝入量為55 μg·d-1（Monsen，2000），攝入上限為400 μg·d-1（Yang &Zhou，1994）。按每天取食1 個普通番茄（單果質(zhì)量140 g）計算，番茄果實的硒含量不易超過393 μg·kg-1（FW）。除硒外，番茄果實富集碘的能力也很強（Kiferle et al.，2013）。澆溉10 mmol·L-1碘化鉀溶液，可在不顯著（P＞0.05）影響產(chǎn)量的前提下使番茄果實中的碘含量高達4.8 mg·kg-1（圖16-B）。對成年人而言，碘的推薦攝入量為150 μg·d-1，攝入上限為1 100 μg·d-1（Trumbo et al.，2001）。

生物刺激策略是指利用很小劑量的植物生物刺激素改善番茄植株生理機能、養(yǎng)分吸收、非生物脅迫（鹽、干旱和重金屬）抵抗力和內(nèi)生/根際菌群，進而提高果實品質(zhì)（Colla et al.，2017；Xu &Geelen，2018）。植物生物刺激素以天然原料為基礎(chǔ)，不屬于農(nóng)藥、傳統(tǒng)肥料、植物激素或植物生長調(diào)節(jié)劑范疇。目前，生物刺激策略在歐洲設(shè)施番茄的生產(chǎn)中應(yīng)用較多。例如，意大利Rouphael 等（2017）研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施2.5 mL·L-1豆科蛋白水解物可顯著提高溫室番茄果實中可溶性固形物的含量。

除上述農(nóng)藝措施外，本課題組研究發(fā)現(xiàn)栽培密度和栽培模式也能夠顯著影響番茄果實品質(zhì)。在栽培密度方面，選擇優(yōu)質(zhì)品種（如京彩6 號）并適度提高栽培密度（由傳統(tǒng)3.8 株·m-2提高至5.0株·m-2），留2～3 穗果，可在保證果實高品質(zhì)的前提下增加產(chǎn)量。在栽培模式方面，與種子苗和單干整枝4 穗果相比，采用扦插苗或雙干整枝2 穗果摘心，配合水肥調(diào)控，不僅可以提高番茄果實可溶性固形物、糖、酸和VC 含量，而且可以增加單果質(zhì)量。

3 小結(jié)

品種是決定番茄果實品質(zhì)的首要因素。然而在不同季節(jié)和不同環(huán)境條件下，同一品種的果實品質(zhì)并不穩(wěn)定，即使是高品質(zhì)品種也會出現(xiàn)品質(zhì)顯著下降的情況。因此，在既定品質(zhì)下，可通過嫁接（選擇適宜的砧木）、環(huán)境調(diào)控（溫度、光照和CO2）和農(nóng)藝措施（水鹽調(diào)控、營養(yǎng)液組成、生物強化、生物刺激和栽培模式）來改善果實品質(zhì)。由于單一措施的效果往往有限，需要將不同的調(diào)控策略進行有效集成（例如光照調(diào)節(jié)與水鹽調(diào)控相結(jié)合，營養(yǎng)液組成與生物刺激相結(jié)合），通過協(xié)同調(diào)控實現(xiàn)果實品質(zhì)的綜合提升。此外，對于設(shè)施長季節(jié)栽培的番茄而言，建議實行果實品質(zhì)的動態(tài)調(diào)控策略，即在不同的季節(jié)和環(huán)境條件下，選擇相匹配的調(diào)控策略。