不同營養(yǎng)液配比對營養(yǎng)液膜栽培番茄生長及品質(zhì)的影響

白嫆嫆，高艷明，李建設，王 蘭，張 雪，劉軍麗

（寧夏大學 農(nóng)學院 寧夏現(xiàn)代設施園藝工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川750021）

作為常見生活果蔬，高糖度、高風味番茄Lycopersicon esculentum受到消費者的追逐青睞。營養(yǎng)液膜栽培（nutrient film technique，NFT）是水培的一種主要栽培方式，能提高栽培番茄根系活力，促進植株生長及干物質(zhì)積累，從而提高番茄產(chǎn)量和果實風味物質(zhì)［1］。高溫和弱光的逆境條件下水培番茄的適應能力優(yōu)于土培番茄［2-3］。水肥是影響果實品質(zhì)的主要因素，科學合理的水肥供液是生產(chǎn)高糖度番茄的必要條件。分析供液量及供液頻率對番茄生長生理指標、產(chǎn)量品質(zhì)及水分利率的影響，有助于篩選較為理想的生產(chǎn)高糖度番茄的營養(yǎng)液供液［4］。礦質(zhì)元素是作物生長發(fā)育的營養(yǎng)源，是影響作物品質(zhì)和產(chǎn)量形成的首要因素，了解礦質(zhì)營養(yǎng)元素吸收利用規(guī)律，實現(xiàn)礦質(zhì)營養(yǎng)的均衡供應，對提高果實的品質(zhì)影響重大［5］。本研究以番茄 ‘京番302’Lycopersicon esculentum‘Jingfan 302’為試材，比較不同營養(yǎng)液配比對番茄植株生長、礦質(zhì)元素的累積、果實品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，利用皮爾森分析法評價各指標間的相關(guān)性，篩選出番茄最適栽培比例，以期為生產(chǎn)高糖、高風味NFT培番茄提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年3-7月在寧夏賀蘭園藝產(chǎn)業(yè)園科研開發(fā)區(qū)進行。試驗溫室為文洛型玻璃溫室（23.0 m×18.0 m），栽培槽規(guī)格為20.0 m×35.5 cm×10.0 cm，槽底鋪設20.0 m×100.0 cm的黑白膜（白面朝上）與20.0 m×35.0 cm的無紡布，黑白膜利于營養(yǎng)液的流動與番茄植株底部的采光，無紡布利于保水。為保證營養(yǎng)液溫度穩(wěn)定，使用500.0 L塑料儲液罐供液，并將儲液罐9/10的體積埋入土內(nèi)。番茄植株定植時采用8.5 cm×8.5 cm×6.5 cm的巖棉塊固定，定植后使用泡沫板覆蓋栽培槽，以減少營養(yǎng)液蒸發(fā)。

供試番茄 ‘京番302’由北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心提供。粉果，早熟，無限生長型，果實圓形，單果質(zhì)量220.0～260.0 g；具有抗根結(jié)線蟲病Mi1基因位點、抗番茄花葉病毒病Tm2a基因位點，耐裂性好，適合春秋保護地或露地種植。

1.2 試驗設計

試驗所用基礎營養(yǎng)液配方為日本園試1.0單位，具體配方化學組成為：七水硫酸鎂492.00 mg·L-1，磷酸氫二胺152.00 mg·L-1，四水硝酸鈣944.00 mg·L-1，硝酸鉀808.00 mg·L-1，其中微量元素為：鐵3.00 mg·L-1， 硼和錳各 0.50 mg·L-1， 鋅 0.05 mg·L-1， 銅 0.02 mg·L-1， 鉬 0.01 mg·L-1。 試驗采用完全隨機區(qū)組設計，共設置4個處理（表1）：日本園試1.0單位配方作為對照（ck）；日本園試2.0單位（TA）；日本園試1.0單位添加氯化鈣（TB），其中氯化鈣質(zhì)量濃度參照文獻［6］確定；日本園試1.5單位并調(diào)整鉀氮比（TC），其中氯化鉀質(zhì)量濃度參照文獻［7-8］確定。設定小區(qū)3個·處理-1，定植37株·小區(qū)-1。番茄定植后用清水緩苗5 d，按所設置的營養(yǎng)液配比進行試驗。營養(yǎng)液采用24 h連續(xù)供液方式，試驗前期每15 d徹底更換營養(yǎng)液，后期每7 d更換1次。

表1 不同處理營養(yǎng)液配比及電導率Table 1 Different treatment nutrient solution ratio and conductivity

1.3 測定項目及方法

1.3.1 番茄生長指標的測定 植株長至5穗果時，測定各處理株高（莖基部起至植株生長點頂端），拉秧時測定莖粗（第2穗果下1.0 cm處）。

1.3.2 植株干物質(zhì)及礦質(zhì)元素的測定 植株長至始收期，取4株·處理-1，按根、莖、葉身、葉柄、果柄分別收獲，烘干并測定干質(zhì)量；粉碎后測定各部位礦質(zhì)元素元素質(zhì)量分數(shù)，采用硫酸-高氯酸消煮，用蒸餾法測定氮元素質(zhì)量分數(shù)，用鉬銻抗比色法測定磷元素質(zhì)量分數(shù)，火焰光度法測定鉀、鈉元素質(zhì)量分數(shù)，用原子吸收分光光度法測定鈣、鎂質(zhì)量分數(shù)［9］。礦質(zhì)元素累積量=礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)×干物質(zhì)質(zhì)量。分配率=（某礦質(zhì)元素累積量/礦質(zhì)元素累積量總量）×100%。

1.3.3 番茄品質(zhì)的測定 盛果期隨機收獲番茄鮮果，5個·處理-1。用游標卡尺分別測定鮮果縱徑、橫徑，計算果形指數(shù)。用無損檢測儀（K-BA100R）測定可溶性固形物質(zhì)量；用鉬藍比色法［10］測定維生素C質(zhì)量分數(shù)。隨機收獲鮮果10個·處理-1，105℃殺青0.5 h，75℃烘干后粉碎，測定氮、磷、鉀、鈉、鈣、鎂質(zhì)量分數(shù)，測定方法同植株礦質(zhì)元素。

1.3.4 番茄產(chǎn)量 果實成熟時按第1穗果至第5穗果分別稱質(zhì)量，計算每一穗平均單株產(chǎn)量，最后計算整株單株產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016整理數(shù)據(jù)，使用SPSS 21.0軟件進行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對番茄生長指標的影響

由表2可知：番茄植株莖粗、根、葉身、葉柄干物質(zhì)量隨著營養(yǎng)液質(zhì)量濃度的增大而增高，至TB處理時達到最大值，此后下降。說明高質(zhì)量濃度營養(yǎng)液抑制番茄植株的各部位干物量的積累，添加氯化鈣后干物質(zhì)累積增加。TC處理下株高顯著高于對照（P＜0.05），但與TA和TB處理差異不顯著。說明高質(zhì)量濃度營養(yǎng)液并調(diào)整鉀氮比，有利于株高的生長，鉀可以促進植株的生長發(fā)育。相比于處理組，對照組果柄干物質(zhì)量顯著提高（P＜0.05）。

表2 不同處理對番茄株高、莖粗及生物量的影響Table 2 Effects of different treatments on plant height,stem diameter,and biomass of nutrient film technique （NFT） cultured tomato

2.2 不同處理對植株不同部位元素累積量和分配率的影響

如圖1所示：礦質(zhì)元素的累積量主要分布在番茄植株的葉身、莖和葉柄中，而根和果柄的累積量相對較少，且各元素累積量在番茄植株各部位中均以氮、鉀、鈣高于磷、鎂、鈉。隨著營養(yǎng)液質(zhì)量濃度的增加，氮、鈣元素在各部位的累積量總體均有所降低，各部位中氮、鈣元素累積量在TB處理下最大，因此營養(yǎng)液中添加氯化鈣對番茄植株各部位氮、鈣元素的累積量有顯著影響。TC處理后根、葉中鉀元素累積量在顯著高于其他處理（P＜0.05），葉柄和果柄中則無顯著變化；由此認為營養(yǎng)液中調(diào)整鉀氮比可以促進根和葉身鉀的累積量。與對照相比，各處理組根系與果柄中磷元素累積量顯著提高，莖、葉身、葉柄中則有所降低，表明提高營養(yǎng)液質(zhì)量濃度、添加氯化鈣、調(diào)整鉀氮比利于磷元素在根系與果柄中累積，而不利于在莖、葉身、葉柄中的累積。與對照相比，其他處理組葉身、葉柄、果柄中鎂元素累積量顯著降低（P＜0.05）；TB處理后莖中鎂元素累積量顯著高于其他處理，推斷添加氯化鈣可以促進莖對鎂元素的累積。相比對照，其他處理下葉身、葉柄、果柄中鈉元素累積量降低；鈉元素累積量在TB處理下的根中和TA處理下的莖中達到最大值，分別為37.83和68.16 mg·株-1，表明提高營養(yǎng)液質(zhì)量濃度、添加氯化鈣及調(diào)整鉀氮比可降低鈉元素在葉身、葉柄和果柄中的累積量，促進根和莖對鈉元素的累積。

由圖2可知：番茄不同部位礦質(zhì)元素分配模式存在較大的差異。氮元素主要向果柄分配，不同處理間差異明顯，TB處理分配率最高，達51.62%。磷、鈉元素主要向根和莖分配，根中磷元素和莖中鈉元素均以TA處理分配率最大，分別為6.95%和9.55%；莖中磷元素TC處理最高，分配率為6.95%，根中鈉元素分配率以對照組最高，達19.41%。鉀在各部位中分配率均較高，TC處理下番茄莖中鉀元素分配率最高，達45.77%。鈣元素主要向莖和葉身分配，均以TC處理最高，其值分別為30.76%和40.80%。由此說明營養(yǎng)液中添加氯化鈣對礦質(zhì)元素在不同部位的分配率影響較大。

圖1 不同處理對番茄各部位礦質(zhì)元素累積量的影響Figure 1 Effects of different treatments on the accumulation of mineral elements in different parts of tomato

圖2 不同處理下各礦質(zhì)元素累積量在不同部位中的分配率Figure 2 Distribution rate of accumulation of mineral elements in different parts under different treatments

2.3 不同處理對番茄果實品質(zhì)的影響

由表3可知：營養(yǎng)液膜水培條件下，番茄果型指數(shù)、可溶性固形物和氮質(zhì)量分數(shù)間均無顯著差異。TA處理下，維生素C質(zhì)量分數(shù)顯著提高（P＜0.05），達28.42 mg·kg-1，提示高質(zhì)量濃度營養(yǎng)液利于維生素C形成。與對照相比，其他處理組有機酸質(zhì)量摩爾濃度顯著提高（P＜0.05），提示添加氯化鈣、提高營養(yǎng)液質(zhì)量濃度或調(diào)整鉀氮比會阻礙果實有機酸的合成。果實中磷質(zhì)量分數(shù)隨營養(yǎng)液質(zhì)量濃度增加而增加，TA處理與其他處理差異顯著（P＜0.05）；鉀和鈉的質(zhì)量分數(shù)中各處理均低于對照且處理之間無顯著差異；TB處理下鈣質(zhì)量分數(shù)增大，達2.50 g·kg-1，與其他處理差異顯著（P＜0.05）；TC處理后鎂質(zhì)量分數(shù)顯著高于其他處理（P＜0.05）。

表3 不同處理下NFT培番茄品質(zhì)和礦質(zhì)元素含量的變化Table 3 Effects of different treatments on tomato quality and mineral element content in NFT culture

2.4 不同處理對番茄產(chǎn)量的影響

由表4可以看出：不同處理對番茄第1穗果、第2穗果、第3穗果和第5穗果的單株產(chǎn)量無顯著差異。TB處理下第4穗果時產(chǎn)量顯著高于其他處理；相對于對照，TC處理單株產(chǎn)量下降（P＜0.05），其他處理則無顯著差異。綜合不同處理各穗之間產(chǎn)量來看，TB處理后產(chǎn)量較高于其他處理，因此營養(yǎng)液中增加氯化鈣對NFT培番茄產(chǎn)量達到增產(chǎn)的效果具有一定的影響作用。

表4 不同處理下NFT培番茄產(chǎn)量的變化Table 4 Effects of different treatments on tomato yield in NFT culture

2.5 植株及果實礦質(zhì)元素累積與番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由表5皮爾森相關(guān)性分析結(jié)果可知：植株氮累積量與植株鉀累積量、果實鈣含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.633和0.823；與植株鈣累積量、果實氮含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。植株磷累積量與植株鈉呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）、與果實鈉含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），而與果實磷、鉀含量呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為-0.800和-0.710。植株鈣累積量與果實鈣質(zhì)量分數(shù)顯著正相關(guān)（P＜0.05），但與果實鎂和鈉質(zhì)量分數(shù)顯著負相關(guān)（P＜0.05）。果實磷與植株鎂、鈉累積量和果實鎂質(zhì)量分數(shù)呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），果實鎂與植株鎂累積量呈顯著負相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。就果實品質(zhì)而言，維生素C質(zhì)量分數(shù)與植株鉀累積量呈負相關(guān)；果實磷質(zhì)量分數(shù)與可溶性固形物呈正相關(guān)，與有機酸呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）；植株磷和鉀累積量與有機酸也具有負相關(guān)關(guān)系。對產(chǎn)量影響較大的是植株鈣和鎂累積量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.614和0.682，果實鎂質(zhì)量分數(shù)對產(chǎn)量也影響較大，兩者呈負相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

本研究表明：營養(yǎng)液膜栽培條件下，日本園試1.5單位調(diào)整鉀氮比（TC）處理對植株株高、莖粗具有一定的促進作用，證明提高營養(yǎng)液濃度并調(diào)整鉀氮比利于番茄植株的生長發(fā)育，與柳美玉等［11］研究結(jié)果類似。日本園試1.0單位添加氯化鈣（TB）明顯增加了番茄植株干物質(zhì)，說明高質(zhì)量濃度的營養(yǎng)液并不利于植株生長發(fā)育［12］。

礦質(zhì)元素是植株體內(nèi)重要的組成部分，也是產(chǎn)量形成的基礎。本試驗中番茄植株中各元素累積量基本表現(xiàn)為鉀＞氮＞鈣＞鈉＞鎂＞磷，表明番茄是喜鉀作物，與ROUPHAEL等［13］研究結(jié)果一致。礦質(zhì)元素累積分配是合理施肥重要依據(jù)。本研究發(fā)現(xiàn)：番茄不同部位中各礦質(zhì)元素累積量均表現(xiàn)為葉身、莖、葉柄大于果柄和根，氮元素主要向果柄分配，磷、鈉主要向根和莖分配，鈣和鎂主要向葉身、莖和根分配， 與王萍［14］和李娟等［15］研究結(jié)果類似。 柳美玉等［11］、 ZHANG 等［16］和牛佳等［17］研究結(jié)果則顯示： 隨著營養(yǎng)液質(zhì)量濃度的提高，植株中各營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)也隨之提高，但在本實驗中并未發(fā)現(xiàn)此規(guī)律。本研究發(fā)現(xiàn)：與對照相比，TC處理顯著降低了植株各部位中鈣、鎂、鈉的累積量，各部位氮、鉀、鈣的累積量均有明顯下降，葉身、葉柄、果柄中的磷、鎂、鈉的累積量也有明顯下降，說明營養(yǎng)液質(zhì)量濃度過高并不利于植株各部位中礦質(zhì)元素的累積，這可能與離子間拮抗有一定關(guān)系。TB處理顯著提高了不同部位中各礦質(zhì)元素的累積量，可以認為高糖度NFT培番茄生產(chǎn)中并不需要采取等量增加營養(yǎng)液質(zhì)量濃度的栽培方式，TB處理是NFT培條件下生產(chǎn)高糖度番茄最適的營養(yǎng)液質(zhì)量濃度。

表5 礦質(zhì)元素累積與番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的相關(guān)性Table 5 Correlation between the accumulation of mineral elements and the quality and yield of tomato grown in NFT

營養(yǎng)液膜栽培條件下，各處理間番茄果型指數(shù)間無顯著差異，這可能與番茄品種有關(guān)；與前人研究結(jié)果相比，維生素C、可溶性固形物、有機酸等相對含量均有顯著提高，質(zhì)量濃度越高，維生素C、有機酸相對含量越大。本研究發(fā)現(xiàn)：番茄體內(nèi)鉀和氮元素質(zhì)量分數(shù)顯著高于其他元素；一般地，氮、磷、鉀、鎂、鈉等元素在植株體的積累量并不隨營養(yǎng)液質(zhì)量濃度的增大而增大，但本研究的營養(yǎng)液膜栽培番茄礦質(zhì)元素一定程度上與營養(yǎng)液質(zhì)量濃度正相關(guān)。由此認為營養(yǎng)液膜栽培模式下，高質(zhì)量濃度營養(yǎng)液可提高番茄的風味物質(zhì)；這一論點受到皮爾森相關(guān)性分析的驗證，果實磷含量與果實鉀、溶性固形物、有機酸呈正相關(guān)，原因可能是磷參與能量代謝過程，促進糖類的合成轉(zhuǎn)化和運輸［18］。

不同質(zhì)量濃度營養(yǎng)液栽植番茄，與其他處理相比，TB處理對番茄第四穗和單株產(chǎn)量促進作用顯著，皮爾森相關(guān)性分析可看出果實中鈣和鎂含量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，原因可能是鈣對植物抗病有一定的作用，鎂對光合作用有重要意義［19］，一定程度上促進了番茄產(chǎn)量。但高質(zhì)量濃度營養(yǎng)液并不能提高番茄產(chǎn)量，日本園試2.0單位（TA）處理下，番茄單株產(chǎn)量反而下降；由此認為適當增施肥料可達到增產(chǎn)的效果，一旦施肥過量番茄產(chǎn)量反而會降低［20-22］。

綜上所述，日本園試1.0單位添加氯化鈣（TB處理）可明顯增加番茄植株干物質(zhì)量，有效提高各部位對礦質(zhì)元素的累積量，一定程度上提升番茄品質(zhì)并且增加了番茄的產(chǎn)量。TB處理是理想的營養(yǎng)液配方，結(jié)合營養(yǎng)液膜栽培技術(shù)，可為生產(chǎn)高糖度、高風味番茄提供一些科學的理論依據(jù)。