營養(yǎng)液配方與品種對椰糠條栽培高糖番茄產(chǎn)量和質(zhì)量的影響

孫一鑫，馬樂樂，王文元，何佳星，李建明

(西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點實驗室，陜西 楊凌 712100)

番茄是目前世界上種植面積最廣、最受歡迎的蔬菜作物之一，全球年總產(chǎn)量達(dá)1.7億t，在蔬菜作物中位居首位[1]。我國是鮮食和加工番茄生產(chǎn)大國，也是世界上最大的番茄種子市場。甘肅地區(qū)光照條件好，氣候條件優(yōu)良，近幾年，隨著甘肅地區(qū)強力推進(jìn)戈壁農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)振興，番茄種植面積不斷增加[2-3]。椰糠在溫室栽培中應(yīng)用廣泛，利用椰糠條栽培技術(shù)生產(chǎn)的番茄產(chǎn)量高、品質(zhì)好，可實現(xiàn)周年生產(chǎn)，并能克服土壤連作障礙[4]。隨著生活水平的提高，口感好、糖度高(可溶性糖含量≥7%)番茄的市場需求逐年遞增[5]，但如何實現(xiàn)番茄的高糖栽培，提升番茄果實口感，一直是困擾番茄生產(chǎn)的難題。

傳統(tǒng)蔬菜生產(chǎn)用肥一般以無機肥為主[6]，在蔬菜基質(zhì)栽培中施用的營養(yǎng)液也主要是無機態(tài)營養(yǎng)液[7]。但近年來有機肥在蔬菜生產(chǎn)中的作用越來越受關(guān)注[8]，已有研究發(fā)現(xiàn)，有機肥替代化肥在作物上施用，可明顯改善土壤pH值、有機質(zhì)含量，可促進(jìn)微生物的多樣性，降低誘發(fā)植物產(chǎn)生病況的微生物數(shù)量[9]。在無土栽培中施用有機營養(yǎng)液還可達(dá)到改善蔬菜品質(zhì)、提高產(chǎn)量的效果[10-11]。但有機營養(yǎng)液常常因肥力不足造成作物產(chǎn)量降低，不具備無機營養(yǎng)液肥力吸收快、作物產(chǎn)量高的特點。因此，兼顧番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的有機、無機混合營養(yǎng)液可作為番茄栽培營養(yǎng)液的新選擇。

農(nóng)業(yè)品種是重要的生產(chǎn)資料，可以作為優(yōu)良作物性狀的載體，但優(yōu)良的遺傳性狀和特定的栽培環(huán)境相互作用才能表現(xiàn)出優(yōu)良特征的表型。不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、栽培技術(shù)和管理方法均不同，因此選擇品種要因地制宜[12]。近年來，已有多位學(xué)者進(jìn)行了溫室內(nèi)不同條件下的番茄比較試驗，并確定了對應(yīng)的番茄品種與營養(yǎng)液配方[3，13-14]，但有機、無機混合營養(yǎng)液應(yīng)用下進(jìn)行的高糖番茄品種篩選仍有待研究。本研究通過在4種營養(yǎng)液配方條件下種植4個番茄品種，從中篩選適合栽培高糖果實的營養(yǎng)液配方和品種，以期為甘肅地區(qū)番茄的高糖優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與試驗材料

試驗于2020年5—9月在甘肅省酒泉市敦煌種業(yè)的文絡(luò)型玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室占地面積約0.87 hm2。酒泉屬大陸性干旱氣候，干燥寒冷，夏季較短促，溫室夏季生產(chǎn)時僅采用通風(fēng)與高溫時段噴霧加濕即可。

4個供試品種分別為‘飛天番茄’、‘120-150’、‘童年味’、‘DHZY-03’，由敦煌種業(yè)公司提供，其中‘飛天番茄’、‘DHZY-03’為常用品種，‘120-150’、‘童年味’為新引進(jìn)的高糖品種，4種番茄均為無限生長型。采用椰糠條栽培，定植前椰糠條需灌入清水浸泡、沖洗，至流出液的EC值達(dá)1.0 mS·cm-1以下[15]。試驗所用有機肥從當(dāng)?shù)赝患覄游镳B(yǎng)殖場一次性采購，該養(yǎng)殖場采用天然飼料，沒有任何人工添加抗生素與激素物質(zhì)。

1.2 試驗方法

試驗共設(shè)4種營養(yǎng)液配方：F1(有機無機混合營養(yǎng)液配方 1)、F2(有機無機混合營養(yǎng)液配方 2)、F3(無機高糖營養(yǎng)液配方1)、F4(無機高糖營養(yǎng)液配方2)；種植4個番茄品種：V1(‘飛天番茄’)、V2(‘120-150’)、V3(‘童年味’)、V4(‘DHZY-03’)。將營養(yǎng)液配方與番茄品種二因素耦合，共得16個處理(F1V1、F1V2、F1V3、F1V4、F2V1、F2V2、F2V3、F2V4、F3V1、F3V2、F3V3、F3V4、F4V1、F4V2、F4V3、F4V4)，每處理種植番茄60株，3次重復(fù)，隨機區(qū)組試驗設(shè)計，小區(qū)長25 m，寬15 m，種植密度為3.2株·m-2。

試驗所用的有機無機混合營養(yǎng)液是由本課題組試驗篩選的較優(yōu)配方改良而成[16]，設(shè)置了兩種有機無機混合營養(yǎng)液配方，F(xiàn)1(豬糞、牛糞、羊糞浸提液按2∶1∶1混合，再與山崎營養(yǎng)液混合)；F2(豬糞、牛糞、羊糞浸提液按1∶2∶1混合，再與山崎營養(yǎng)液混合)。2種無機營養(yǎng)液配方為市面上的番茄營養(yǎng)液高糖配方改良而成，見表1和表2。

表1 無機營養(yǎng)液配方1

表2 無機營養(yǎng)液配方2

制備不同糞肥浸提液時，將腐熟后的糞肥分別與水按1∶10(質(zhì)量比)混合后攪拌，在有氧條件下浸提72 h后取上清液，經(jīng)過濾得到腐熟糞肥浸提液。為保證每次施用的營養(yǎng)液成分穩(wěn)定，用于有機營養(yǎng)液浸提的有機糞肥為同一批次一次性采購，經(jīng)統(tǒng)一腐熟發(fā)酵后分批次使用，每次浸提時間、水肥比及人工操作等因素均控制一致，最大限度消除不確定因素的影響。

于2020年6月2日(幼苗 5 葉 1 心)定植，單干整枝。采用水肥一體化管理模式，在開花坐果期營養(yǎng)液灌溉時間間隔為1 h，每天灌溉11次。果實成熟期，在正午時灌溉時間間隔為40 min(12∶00—14∶00)，每天灌溉12次。在番茄開花坐果期營養(yǎng)液EC值設(shè)置為2.8，果實成熟期時EC值設(shè)置為3.0，之后隨著植株生長，逐漸將營養(yǎng)液EC值升高至3.2，營養(yǎng)液pH值始終設(shè)置在5.8～6.2內(nèi)。除試驗處理因素外，其他田間管理措施相同。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 番茄莖粗 莖粗測量時間為番茄開花結(jié)果期與成熟期，測定部位為從莖基部往上第3～4葉之間的莖節(jié)，由于莖的形狀不是標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形，分別在水平旋轉(zhuǎn)90°方向各測定1次，取平均值。

1.3.2 番茄光合指標(biāo) 在番茄成熟期，于晴天上午的9∶00—12∶00使用美國LI-COR公司生產(chǎn)的Li-6800便攜式光合儀測定番茄葉片的光合指標(biāo)，包括凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度。每個小區(qū)選3株，選取生長點往下第4片生長葉中部葉位的小葉進(jìn)行測定，分別選取3個晴天的上午進(jìn)行測定，取最優(yōu)數(shù)據(jù)。

1.3.3 番茄糖度 采用日本愛宕PAL-1數(shù)顯糖度計測定番茄可溶性糖含量，每處理3個重復(fù)。

1.3.4 番茄產(chǎn)量 在番茄成熟期，每次采摘時統(tǒng)計各處理番茄的產(chǎn)量、結(jié)果數(shù)以及單果質(zhì)量。

1.4 基于TOPSIS法的番茄各測定指標(biāo)綜合分析

TOPSIS法計算步驟[17]如下：

(1)構(gòu)建原始評價參數(shù)矩陣：設(shè)有n個評價對象，m個評價指標(biāo)，第i行第j列的數(shù)據(jù)記為Xij，原始數(shù)據(jù)可寫為矩陣X=(Xij)nm，本試驗中共有16個處理，選取了2個指標(biāo)，所以n=16，m=2，對指標(biāo)進(jìn)行歸一化，即：

(1)

歸一化后第i行第j列的數(shù)據(jù)記為Zij，得到歸一化矩陣Z=(Zij)nm，其各列最大值最小值構(gòu)成的最優(yōu)、最劣向量分別記為：

Z+=(Zmax1，Zmax2，…，Zmaxm)

(2)

Z-=(Zmin1，Zmin2，…，Zminm)

(3)

(2)第i個評價對象與最優(yōu)、最劣方案的距離分別為：

(4)

(5)

(3)第i個評價對象與最優(yōu)方案的接近程度Ci為：

(6)

由于貼近度分值取值為0～1，當(dāng)評價對象指標(biāo)的向量為最優(yōu)解向量時，Ci=1；當(dāng)評價對象指標(biāo)向量為最劣解值時，Ci=0。Ci越接近1則表示相應(yīng)的評價目標(biāo)越接近最優(yōu)水平，相應(yīng)的評價對象排序越靠前；反之，Ci越接近0，表示評價目標(biāo)越接近最劣水平。評價結(jié)果最靠近最優(yōu)解同時又最遠(yuǎn)離最劣解時為最好。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與聚類分析，Duncan多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)；采用Excel 2017進(jìn)行圖表繪制以及TOPSIS法的綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同營養(yǎng)液配方對不同品種番茄莖粗的影響

各處理番茄莖粗為11.09～13.82 mm，F(xiàn)3V2的莖最粗，為13.82 mm；F1V2次之，為13.75 mm；F2V3最低，為11.09 mm。營養(yǎng)液配方對番茄莖粗的影響不顯著，其莖粗主要受品種影響，‘童年味’(V3)莖粗最小，在生長上弱于其他3個品種(圖1)。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)；*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)。下同。Note：Different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P<0.05). * indicates significant difference (P<0.05)， ** indicates extremely significant difference (P<0.01). The same as blow.

2.2 不同營養(yǎng)液配方對不同品種番茄光合作用的影響

由表3可見，各處理番茄凈光合速率為5.47～13.55 μmol·m-2·s-1，其中F4V3處理番茄凈光合速率最高，為13.55 μmol·m-2·s-1；F4V2處理次之，為12.00 μmol·m-2·s-1；F1V3處理最低，為5.47 μmol·m-2·s-1。V2(120-150)在無機營養(yǎng)液種植下的凈光合速率高于有機無機混合營養(yǎng)液。方差分析結(jié)果顯示，營養(yǎng)液配方對4個光合指標(biāo)的影響均達(dá)極顯著水平，番茄品種僅對氣孔導(dǎo)度的影響達(dá)極顯著水平，其他3個指標(biāo)不顯著，二者的交互作用除對胞間CO2濃度影響不顯著外，其他均達(dá)顯著水平。

表3 不同營養(yǎng)液配方對不同品種番茄光合作用的影響

2.3 不同營養(yǎng)液配方對不同品種番茄糖度的影響

各處理可溶性糖含量為8.9%～12.3%，F(xiàn)2V3處理番茄可溶性糖含量最高，為12.3%；F2V1處理次之，為11.5%；F4V2處理最低，為8.9%。同無機營養(yǎng)液配方相比，有機無機混合營養(yǎng)液配方可有效提高番茄的可溶性糖含量。在F2條件下，V3(童年味)的可溶性糖含量顯著高于V2(120-150)和V4(DHYZ-03)。方差分析顯示，營養(yǎng)液配方與番茄品種對可溶性糖含量的影響極顯著(圖2)。

圖2 不同營養(yǎng)液配方對不同品種番茄糖度的影響Fig.2 Effects of different nutrient solution formulas on different cultivars of tomato soluble sugar content

2.4 不同營養(yǎng)液配方對不同品種番茄產(chǎn)量的影響

由表4可見，各處理番茄的產(chǎn)量在126 269～233 324 kg·hm-2。其中F2V2處理產(chǎn)量最高，為233 324 kg·hm-2；F1V3處理次之，為207 734 kg·hm-2；

表4 不同營養(yǎng)液配方對番茄產(chǎn)量的影響

F4V2處理最低，為126 269 kg·hm-2。方差分析顯示，營養(yǎng)液配方對番茄產(chǎn)量的影響極顯著，除飛天番茄外，有機無機混合配方可有效提高同品種番茄產(chǎn)量。番茄品種對產(chǎn)量的影響極顯著，‘童年味’在有機無機混合營養(yǎng)液配方 1下產(chǎn)量最高；‘120-150’更適合有機無機混合營養(yǎng)液配方2；‘飛天番茄’更適合于無機配方1，‘DHZY-03’更適合于無機配方2。方差分析顯示，營養(yǎng)液配方對單株結(jié)果數(shù)影響顯著，對單果質(zhì)量影響不顯著，單果質(zhì)量主要受品種影響，F(xiàn)4V4的單果質(zhì)量最大。

2.5 不同營養(yǎng)液配方與番茄品種的聚類分析

將各處理番茄的所有指標(biāo)使用歐氏距離法進(jìn)行聚類分析，結(jié)果(圖3)表明，在歐式距離為5的水平上可將所有處理歸為4個類群。第1類群包括F1V1、F1V4、F3V1、F1V2、F1V3、F2V2、F2V3共7個處理；第2類群包括F3V2、F3V3、F2V1、F4V1共4個處理；第3類群包括F4V2和F4V3共2個處理；第4類群包括F2V4、F3V4和F4V4共3個處理。其中第1類群主要代表了有機無機混合營養(yǎng)液配方的特性；第2類群與第3類群主要代表了無機營養(yǎng)液配方的特性；第4類群主要代表了品種V4(‘DHYZ-03’)的特性。

圖3 不同營養(yǎng)液配方與番茄品種處理的聚類分析圖Fig.3 Cluster analysis diagram of tomato treated with different nutrient solution formulations

2.6 基于TOPSIS法的番茄各測定指標(biāo)綜合分析

根據(jù)通過TOPSIS法得到的Ci值，將各處理番茄按照Ci值的大小進(jìn)行排序，篩選出綜合考慮糖度和產(chǎn)量的最優(yōu)處理。結(jié)果(表5)表明，F(xiàn)2V2處理的綜合評價值最高，F(xiàn)1V3處理次之，比較適合在甘肅地區(qū)進(jìn)行推廣；F4V2處理評價值最低，綜合效果最差。聚類分析結(jié)果可一定程度上說明F2V2、F1V3等有機無機混合營養(yǎng)液配方的處理具有共同特性且優(yōu)于無機營養(yǎng)液處理。說明相比于無機營養(yǎng)液，有機無機營養(yǎng)液可以有效提高番茄的綜合品質(zhì)。

表5 基于TOPSIS法的番茄指標(biāo)綜合分析與排序

3 討 論

目前蔬菜生產(chǎn)中仍以無機肥為主，但隨著相關(guān)有機肥研究的增加，人們逐漸意識到有機肥具有改善品質(zhì)、提高產(chǎn)量等優(yōu)點，這使有關(guān)有機肥替代化肥的研究成為熱點。已有研究表明使用有機肥替代化肥，可有效提高玉米的水分利用效率和經(jīng)濟(jì)效益,且隨著有機肥替代氮肥的比例升高，茶葉的產(chǎn)量、品質(zhì)均呈遞增趨勢[18-19]。但傳統(tǒng)有機肥存在著施用不便、不易吸收、肥效釋放緩慢等缺點。堆肥浸提液是通過有機肥腐熟發(fā)酵、浸提得來的液體肥。其不僅含有大量植物生長發(fā)育所必需的礦質(zhì)元素，也含有許多有益微生物及代謝產(chǎn)物，具有生產(chǎn)成本低、制作方法簡單、養(yǎng)分含量高、兼具生防和肥效等優(yōu)點，且便于實施滴灌[16]，相較于傳統(tǒng)有機肥更適合于現(xiàn)代化連棟溫室內(nèi)的無土栽培生產(chǎn)模式。

營養(yǎng)液配方的研究對于椰糠條栽培至關(guān)重要。椰糠栽培植物生長所需的養(yǎng)分和水分大部分都通過營養(yǎng)液提供[20]，不同營養(yǎng)液配方會直接影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量[21-23]。本試驗結(jié)果表明，與無機營養(yǎng)液配方相比，有機無機混合營養(yǎng)液配方可顯著提高番茄的產(chǎn)量和可溶性糖含量，與前人研究結(jié)論一致。與無機營養(yǎng)液相比，有機營養(yǎng)液對番茄具有明顯的增產(chǎn)效果，同時可改善番茄營養(yǎng)及風(fēng)味品質(zhì)[9]，施用蚯蚓有機液肥后果菜的產(chǎn)量品質(zhì)均顯著提高[24]，有機浸提液也能提高黃瓜果實的品質(zhì)產(chǎn)量[25]。這可能是由于有機營養(yǎng)液中含有大量無機營養(yǎng)液中所沒有的水溶性有機物、微量元素、抗生素、有益微生物和腐植酸[26-27]等物質(zhì)，這些物質(zhì)可直接促進(jìn)作物生長，其對土壤和番茄植株的長久作用可提供更大的生產(chǎn)效益[28]，還可起到增強土壤肥力、增加土壤有機碳、改善土壤質(zhì)地的作用[29]。

有機無機混合營養(yǎng)液對比全有機營養(yǎng)液也更具優(yōu)勢。與無機營養(yǎng)液相比，有機營養(yǎng)液在實際制備過程中易受有機糞肥的種類、質(zhì)量、純度以及各種不穩(wěn)定因素的影響，造成氮、磷、鉀等無機養(yǎng)分含量偏低且不易控制。這就導(dǎo)致了有機營養(yǎng)液在植株生長后期易出現(xiàn)肥力不足的問題，沒有無機營養(yǎng)液肥效吸收快。已有研究表明，堆肥與無機肥的配合施用，可在提高產(chǎn)量的同時改善果實品質(zhì)[30]，在實際生產(chǎn)中，采用有機營養(yǎng)液和無機營養(yǎng)液結(jié)合的方式進(jìn)行施肥，可以有效提高番茄果實糖度并避免養(yǎng)分不足造成的脫肥，同時實現(xiàn)番茄的高糖與高產(chǎn)。有機無機混合營養(yǎng)液兼具有機營養(yǎng)液與無機營養(yǎng)液的優(yōu)點，具有應(yīng)用價值。

本研究發(fā)現(xiàn)有機無機混合營養(yǎng)液提升番茄光合作用的效果不明顯。這與前人得到的施用有機營養(yǎng)液可提高作物光合速率的結(jié)論[9，25]不一致。這可能與本研究測定光合指標(biāo)的時間設(shè)定有關(guān)，營養(yǎng)液配方可能改變了成熟期之前其他生長期的光合，因此應(yīng)在生長發(fā)育的每個關(guān)鍵時期進(jìn)一步研究營養(yǎng)液配方對番茄光合作用產(chǎn)生的影響。光合作用受營養(yǎng)液配方的影響效應(yīng)顯著，但受品種的影響效應(yīng)不顯著，而糖度和產(chǎn)量受營養(yǎng)液配方及品種的影響效應(yīng)均顯著，同時，光合作用對糖度與產(chǎn)量的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)低于品種特性。這也可能是由于本次試驗使用的有機無機混合營養(yǎng)液元素成分與前人所用的全有機營養(yǎng)液不同所致。這也說明有機無機混合營養(yǎng)液配方的設(shè)計仍需完善，混合配方中的有機營養(yǎng)液與無機營養(yǎng)液的比例仍需要反復(fù)試驗，并制定出一個生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

優(yōu)良品種是蔬菜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，在基質(zhì)栽培過程中也十分重要[31-32]，因地制宜地選擇番茄品種，可以有效提高番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)[33-34]。本試驗結(jié)果表明，同其他品種相比，‘DHZY-03’的產(chǎn)量最高，光合能力最強，可溶性糖含量僅略低于‘童年味’，具有一定的推廣價值。

4 結(jié) 論

糖度最高的處理為F2V3(有機無機混合營養(yǎng)液配方2+‘童年味’)，產(chǎn)量最高及綜合糖度和產(chǎn)量均最優(yōu)處理為F2V2(有機無機混合營養(yǎng)液配方2+‘120-150’)，說明F2V3與F2V22兩個組合較適合在甘肅地區(qū)進(jìn)行推廣，能為西北地區(qū)高糖番茄生產(chǎn)提供技術(shù)支持。