營養液配方與品種對椰糠條栽培高糖番茄產量和質量的影響

孫一鑫，馬樂樂，王文元，何佳星，李建明

(西北農林科技大學園藝學院/農業部西北設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，全球年總產量達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大國，也是世界上最大的番茄種子市場。甘肅地區光照條件好，氣候條件優良，近幾年，隨著甘肅地區強力推進戈壁農業產業振興，番茄種植面積不斷增加[2-3]。椰糠在溫室栽培中應用廣泛，利用椰糠條栽培技術生產的番茄產量高、品質好，可實現周年生產，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]，但如何實現番茄的高糖栽培，提升番茄果實口感，一直是困擾番茄生產的難題。

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

農業品種是重要的生產資料，可以作為優良作物性狀的載體，但優良的遺傳性狀和特定的栽培環境相互作用才能表現出優良特征的表型。不同地區的生態環境、栽培技術和管理方法均不同，因此選擇品種要因地制宜[12]。近年來，已有多位學者進行了溫室內不同條件下的番茄比較試驗，并確定了對應的番茄品種與營養液配方[3，13-14]，但有機、無機混合營養液應用下進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液配方和品種，以期為甘肅地區番茄的高糖優質生產提供依據。

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的文絡型玻璃溫室內進行，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，溫室夏季生產時僅采用通風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1.0 mS·cm-1以下[15]。試驗所用有機肥從當地同一家動物養殖場一次性采購，該養殖場采用天然飼料，沒有任何人工添加抗生素與激素物質。

1.2 試驗方法

試驗共設4種營養液配方：F1(有機無機混合營養液配方 1)、F2(有機無機混合營養液配方 2)、F3(無機高糖營養液配方1)、F4(無機高糖營養液配方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，隨機區組試驗設計，小區長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液是由本課題組試驗篩選的較優配方改良而成[16]，設置了兩種有機無機混合營養液配方，F1(豬糞、牛糞、羊糞浸提液按2∶1∶1混合，再與山崎營養液混合)；F2(豬糞、牛糞、羊糞浸提液按1∶2∶1混合，再與山崎營養液混合)。2種無機營養液配方為市面上的番茄營養液高糖配方改良而成，見表1和表2。

表1 無機營養液配方1

表2 無機營養液配方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(質量比)混合后攪拌，在有氧條件下浸提72 h后取上清液，經過濾得到腐熟糞肥浸提液。為保證每次施用的營養液成分穩定，用于有機營養液浸提的有機糞肥為同一批次一次性采購，經統一腐熟發酵后分批次使用，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液EC值設置為2.8，果實成熟期時EC值設置為3.0，之后隨著植株生長，逐漸將營養液EC值升高至3.2，營養液pH值始終設置在5.8～6.2內。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，由于莖的形狀不是標準的圓柱形，分別在水平旋轉90°方向各測定1次，取平均值。

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

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

1.3.4 番茄產量 在番茄成熟期，每次采摘時統計各處理番茄的產量、結果數以及單果質量。

1.4 基于TOPSIS法的番茄各測定指標綜合分析

TOPSIS法計算步驟[17]如下：

(1)構建原始評價參數矩陣：設有n個評價對象，m個評價指標，第i行第j列的數據記為Xij，原始數據可寫為矩陣X=(Xij)nm，本試驗中共有16個處理，選取了2個指標，所以n=16，m=2，對指標進行歸一化，即：

(1)

歸一化后第i行第j列的數據記為Zij，得到歸一化矩陣Z=(Zij)nm，其各列最大值最小值構成的最優、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、最劣方案的距離分別為：

(4)

(5)

(3)第i個評價對象與最優方案的接近程度Ci為：

(6)

由于貼近度分值取值為0～1，當評價對象指標的向量為最優解向量時，Ci=1；當評價對象指標向量為最劣解值時，Ci=0。Ci越接近1則表示相應的評價目標越接近最優水平，相應的評價對象排序越靠前；反之，Ci越接近0，表示評價目標越接近最劣水平。評價結果最靠近最優解同時又最遠離最劣解時為最好。

1.5 數據處理

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

2 結果與分析

2.1 不同營養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，F3V2的莖最粗，為13.82 mm；F1V2次之，為13.75 mm；F2V3最低，為11.09 mm。營養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)在無機營養液種植下的凈光合速率高于有機無機混合營養液。方差分析結果顯示，營養液配方對4個光合指標的影響均達極顯著水平，番茄品種僅對氣孔導度的影響達極顯著水平，其他3個指標不顯著，二者的交互作用除對胞間CO2濃度影響不顯著外，其他均達顯著水平。

表3 不同營養液配方對不同品種番茄光合作用的影響

2.3 不同營養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%，F2V3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%。同無機營養液配方相比，有機無機混合營養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 不同營養液配方對不同品種番茄產量的影響

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

表4 不同營養液配方對番茄產量的影響

F4V2處理最低，為126 269 kg·hm-2。方差分析顯示，營養液配方對番茄產量的影響極顯著，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量。番茄品種對產量的影響極顯著，‘童年味’在有機無機混合營養液配方 1下產量最高；‘120-150’更適合有機無機混合營養液配方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，營養液配方對單株結果數影響顯著，對單果質量影響不顯著，單果質量主要受品種影響，F4V4的單果質量最大。

2.5 不同營養液配方與番茄品種的聚類分析

將各處理番茄的所有指標使用歐氏距離法進行聚類分析，結果(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液配方的特性；第2類群與第3類群主要代表了無機營養液配方的特性；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綜合分析

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

表5 基于TOPSIS法的番茄指標綜合分析與排序

3 討 論

目前蔬菜生產中仍以無機肥為主，但隨著相關有機肥研究的增加，人們逐漸意識到有機肥具有改善品質、提高產量等優點，這使有關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濟效益,且隨著有機肥替代氮肥的比例升高，茶葉的產量、品質均呈遞增趨勢[18-19]。但傳統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酵、浸提得來的液體肥。其不僅含有大量植物生長發育所必需的礦質元素，也含有許多有益微生物及代謝產物，具有生產成本低、制作方法簡單、養分含量高、兼具生防和肥效等優點，且便于實施滴灌[16]，相較于傳統有機肥更適合于現代化連棟溫室內的無土栽培生產模式。

營養液配方的研究對于椰糠條栽培至關重要。椰糠栽培植物生長所需的養分和水分大部分都通過營養液提供[20]，不同營養液配方會直接影響作物的品質和產量[21-23]。本試驗結果表明，與無機營養液配方相比，有機無機混合營養液配方可顯著提高番茄的產量和可溶性糖含量，與前人研究結論一致。與無機營養液相比，有機營養液對番茄具有明顯的增產效果，同時可改善番茄營養及風味品質[9]，施用蚯蚓有機液肥后果菜的產量品質均顯著提高[24]，有機浸提液也能提高黃瓜果實的品質產量[25]。這可能是由于有機營養液中含有大量無機營養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，這些物質可直接促進作物生長，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、改善土壤質地的作用[29]。

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

本研究發現有機無機混合營養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液可提高作物光合速率的結論[9，25]不一致。這可能與本研究測定光合指標的時間設定有關，營養液配方可能改變了成熟期之前其他生長期的光合，因此應在生長發育的每個關鍵時期進一步研究營養液配方對番茄光合作用產生的影響。光合作用受營養液配方的影響效應顯著，但受品種的影響效應不顯著，而糖度和產量受營養液配方及品種的影響效應均顯著，同時，光合作用對糖度與產量的貢獻遠低于品種特性。這也可能是由于本次試驗使用的有機無機混合營養液元素成分與前人所用的全有機營養液不同所致。這也說明有機無機混合營養液配方的設計仍需完善，混合配方中的有機營養液與無機營養液的比例仍需要反復試驗，并制定出一個生產標準。

優良品種是蔬菜高產穩產的基礎，在基質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量和品質[33-34]。本試驗結果表明，同其他品種相比，‘DHZY-03’的產量最高，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 論

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