靖遠旱砂西瓜產地環境及產品品質分析與評價

唐桃霞,任凱麗,蘇永全,孔維萍,張化生,程鴻*,樊東隆

1(甘肅省農業科學院蔬菜研究所,甘肅 蘭州,730070)2(甘肅省靖遠縣農業技術推廣中心,甘肅 靖遠,730600)

西瓜(Citrulluslanatus)為葫蘆科(Cucurbitaceae)的一種世界性園藝作物,原產非洲南部的卡拉哈里沙漠地區[1],其生產規模僅次于葡萄、香蕉、柑橘、蘋果,居世界第5位[2]。我國西瓜生產規模已連續20年位居世界第一[3]。在干旱少雨的西北地區,旱砂田西瓜已成為農業的特色支柱產業之一,栽培面積逐年增加[4]。

靖遠縣地處甘肅省中北部,位于東經104°13′～105° 15′、北緯36°～37°15′,屬典型的溫帶干旱半干旱氣候,四季分明,年均氣溫10.5 ℃,年均降雨量250.9 mm,年均日照2 539.1 h,光照充足,晝夜溫差大,利于西瓜的生長。靖遠旱砂西瓜生產歷史久遠,據《靖遠志》記載,早在康熙年間就有種植,加之獨特的產地環境和特定的生產方式,盛產的旱砂西瓜甘甜爽口且營養豐富,外在感官和內在品質具有明顯的差異性和不可復制性。通過多年的發展,2016年獲批農業部“靖遠旱砂西瓜”農產品地理標志[5],標志著“靖遠旱砂西瓜”農產品質量安全工作和農業品牌建設有了突破性進展。

然而,在市場競爭日益劇烈的浪潮中,靖遠旱砂西瓜產品知名度和品牌優勢還遠未形成,距離質量興農、品牌強農的鄉村振興戰略要求還有很大距離;此外,也未見關于靖遠旱砂西瓜產地環境、質量安全與產品品質方面比較系統的研究報道。因此,本研究以靖遠旱砂西瓜為研究對象,以產地環境、質量安全和產品品質等方面的關鍵指標為評價依據,開展“靖遠旱砂西瓜”農產品評價,利用科學數據證明支撐優勢農產品的品牌和優勢[6],以期為“靖遠旱砂西瓜”的品牌知名度和影響力拓展提供有力的支撐,對推進特色農業健康發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

靖遠旱砂西瓜評價材料采自主產區3個重點生產鄉鎮的9個行政村,分別為高灣鎮的葛淌村、笠山村和三場村,五合鎮的白塔村、野馬澇村和田窩村,靖安鎮的陸合村、五星村和新豐村。每村選取具有代表性的樣品3份,每份10個瓜,要求節位、大小、表觀特性一致,自然成熟,表面無損傷,平均分成2組,一組用于表觀特性指標測評,另一組用于質量安全、生理品質及營養元素的分析,每個瓜采用四分法取可食部分后將各瓜樣品等量混勻,根據各指標檢測方法進行樣品處理。

土壤采樣點的布設以能代表整個產區土壤質量為原則,采用5點取樣法,取樣點土壤混合均勻后形成1個土樣,每個行政村采集3個重復。刨開上層的砂層,采集0～30 cm深度的土壤,去除石塊等雜物后裝入樣品保存袋,樣品量約500 g。產品采集每村選取具有代表性的樣品3份,產品一致性較好,表面無損傷、無明顯病蟲危害。

1.2 實驗方法

1.2.1 產地環境檢測指標

主要測定土壤養分及重金屬含量指標,其中土壤養分指標測定pH、全氮、有效磷、速效鉀、有機質和陽離子交換量(cation exchange capacity,CEC),分別參照NY/T 1121.2—2006、NY/T 1121.24—2012、NY/T 1121.7—2014、NY/T 889—2004、NY/T 1121.6—2006、NY/T 1121.5—2006測定;土壤重金屬鉛(Pb)和鎘(Cd)參照GB/T 17141—1997測定;鉻(Cr)和銅(Cu)參照HJ 491—2019測定;砷(As)參照GB/T 22105.2—2008測定;汞(Hg)參照GB/T 22105.1—2008測定。

1.2.2 產品質量安全指標

產品質量安全指標主要以影響旱砂瓜質量安全的主要危害因子農藥殘留、重金屬和硝酸鹽為評價對象,主要測定指標包括硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉛、鎘、啶蟲脒、啶酰菌胺、吡唑醚菌酯和多菌靈共8項,其中重金屬鉛和鎘參照GB 5009.268—2016;硝酸鹽和亞硝酸鹽的參照GB 5009.33—2016測定;啶蟲脒、啶酰菌胺、吡唑醚菌酯和多菌靈參照GB 23200.8—2016測定。

1.2.3 產品品質指標

產品品質指標主要包括旱砂瓜果實感官特性指標,生理特性指標和中微量元素指標。其中表觀特性指標主要包括單瓜重、果肉硬度、果皮硬度、果實容重、可食率、果形指數、果皮厚度、質地等,其中單瓜重用電子秤測量;果形指數為果實縱經與橫徑之比,果實的縱橫經和皮厚用直尺測量;果皮硬度和果肉硬度用果實硬度計GY-4測定;果實容重是果實質量與果實體積的比值,用環刀量取固定體積的果實,電子秤稱量質量;果實可食率的計算如公式(1)所示:

(1)

果皮顏色和果肉顏色的Lab值用WR18色差儀測定;果實的質地通過5個專家人員綜合評定。

生理特性指標包括粗纖維、蛋白質、果膠、番茄紅素、水分、維生素C、葡萄糖、果糖、蔗糖、總糖、可溶性固形物、蘋果酸、檸檬酸、糖酸比、瓜氨酸和精氨酸含量,其中粗纖維含量參照GB 5009.10—2003測定;蛋白質含量參照GB 5009.5—2016測定;果膠含量參照NY/T 2016—2011測定;番茄紅素含量參照GB/T 14215—2008測定;水分含量參照GB 5009.3—2016測定;維生素C含量參照GB 5009.86—2016測定;葡萄糖、果糖和蔗糖含量參照GB 5009.8—2016測定;可溶性固形物含量用手持測糖儀(PAL-1)測定;蘋果酸和檸檬酸含量參照GB 5009.157—2016測定;瓜氨酸和精氨酸含量參照GB 5009.124—2016測定;總糖含量、糖酸比的計算分別如公式(2)、(3)所示:

總糖含量=葡萄糖含量+蔗糖含量+果糖含量

(2)

(3)

中微量元素指標主要包括鈣(Ca)、磷(P)、鉀(K)、鎂(Mg)、硒(Se)5種元素,參照GB 5009.268—2016測定。

1.3 數據分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進行數據整理和分析。

2 結果與分析

2.1 靖遠旱砂西瓜主產區產地環境分析

2.1.1 土壤養分

靖遠旱砂西瓜主產區的主要覆蓋類型為卵石和片砂,沙礫的覆蓋有更好的蓄水保墑、保溫、壓堿、水土保持、保肥和改善作物微生態環境的作用。由表1可知,9個行政村土壤肥力指標均存在差異,除速效鉀外,高灣鎮三場村各肥力指標均最高。主產區土壤全氮含量為0.25～0.75 g/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為0.57、0.30、0.37 g/kg,主產區平均全氮含量為0.41 g/kg,達到綠色食品土壤要求Ⅲ標準;土壤有效磷含量為6.21～13.85 mg/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別12.58、11.06、12.11 mg/kg,主產區土壤平均有效磷含量為11.92 mg/kg,達到綠色食品土壤要求Ⅰ標準;速效鉀含量為122.28～274.00 mg/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為198.48、146.08、197.57 mg/kg,主產區土壤平均速效鉀含量為180.71 mg/kg,達到綠色食品土壤要求Ⅰ標準;有機質含量為4.98～12.70 g/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為9.57、5.07、7.64 g/kg,主產區平均有機質含量為7.43 g/kg,達到綠色食品土壤要求Ⅲ標準;CEC介于為5.43～14.59 cmol/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為9.51、8.22、8.94 cmol/kg,主產區平均CEC為8.89 cmol/kg,達到綠色食品土壤要求Ⅲ標準;主產區pH為8.46～8.84,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為8.54、8.78和8.66,主產區pH均值為8.66。綜上,靖遠旱砂西瓜主產區土壤養分指標均符合《綠色食品 產地環境質量》(NY/T 391—2021)要求。

表1 靖遠旱砂西瓜主產區土壤養分含量

2.1.2 土壤重金屬

對靖遠旱砂西瓜主產區土壤中的重金屬汞(Hg)、砷(As)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)進行了測定分析,結果如表2所示,靖遠旱砂西瓜主產區土壤中的汞(Hg)、砷(As)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)含量均存在不同程度的差異,分別為0.02～0.03、6.54～13.16、21.14～26.86、60.60～72.97、0.07～0.15、22.29～28.91 mg/kg,均低于生產綠色食品對產地土壤重金屬含量的上限要求。

表2 靖遠旱砂西瓜主產區土壤重金屬含量 單位:mg/kg

2.2 靖遠旱砂西瓜主產區產品質量安全分析

如表3所示,靖遠旱砂西瓜樣品的8個農產品主要危害性指標(硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉛、鎘、啶蟲脒、啶酰菌胺、吡唑醚菌酯和多菌靈)檢測結果均為未檢出(低于檢測限度),表明靖遠旱砂西瓜不存在上述指標的產品質量安全問題,產品質量符合綠色食品質量標準。

表3 靖遠旱砂西瓜產品質量安全檢測結果

2.3 靖遠旱砂西瓜產品品質分析

2.3.1 感官品質

靖遠旱砂西瓜主產區產品的感官品質指標測定結果如表4所示,靖遠旱砂西瓜單瓜重為7.45～10.66 kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為9.90、8.74、8.91 kg,主產區平均單瓜重為9.19 kg,說明靖遠旱砂西瓜主栽品種為中大果形西瓜;果肉硬度介于 1.08～2.48 cm2/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為2.07、1.62、1.27 cm2/kg,主產區平均果肉硬度為1.65 cm2/kg;果皮硬度為43.78～111.77 cm2/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為96.98、66.40、79.82 cm2/kg,主產區平均果皮硬度為81.07 cm2/kg;果實容重為0.80～0.93 g/cm3,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為0.91、0.88、0.87 g/cm3,主產區平均果實容重為0.89 g/cm3;可食率為60.90%～67.85%,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為66.43%、64.95%和63.34%,主產區平均可食率為64.91%;果形指數為1.29～1.46,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為1.38、1.36和1.40,主產區平均果形指數為1.38,說明靖遠旱砂西瓜果形為長橢圓形;果皮厚度為0.55～1.45 cm,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為0.98、1.05、0.93 cm,主產區平均果皮厚度為0.99 cm;果實質地有一個共同特征即為酥。

表4 靖遠旱砂西瓜產品感官品質

Lab顏色模式中L值表示亮度,a值表示紅綠方向顏色變化,+a表示向紅色方向變化,-a表示向綠色方向變化,b值表示黃藍方向變化,+b表示向黃色方向變化,-b表示向藍色方向變化[7]。由表5可知,靖遠旱砂西瓜果皮亮,顏色黃綠,果肉顏色紅潤。

表5 靖遠旱砂西瓜產品果皮及果肉顏色Lab值

2.3.2 生理品質

對影響靖遠旱砂西瓜品質的16項生理指標進行了測定,9個產地結果如表6所示。糖含量是評價西瓜品質的關鍵指標,靖遠旱砂西瓜主產區葡萄糖、果糖和蔗糖含量分別為10.78～29.39、26.52～51.36、29.26～60.44 g/kg,葡萄糖、果糖和蔗糖平均含量分別為16.65、34.06、48.21 g/kg;總糖含量為79.45～119.96 g/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為105.62、101.53、89.63 g/kg,總糖平均含量為98.93 g/kg,總糖中蔗糖是主要成分,占總糖含量的48.73%,其次為果糖和葡萄糖,分別占總糖含量的34.43%和16.83%;蘋果酸為1.27～1.76 g/kg,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮均值分別為1.43、1.53、1.49 g/kg;糖酸比是影響西瓜口感的核心指標,高灣鎮、五合鎮和靖安鎮的糖酸比均值分別為74.03、66.97和60.17;3個鄉鎮中五合鎮的番茄紅素、蛋白質、維生素C、瓜氨酸和精氨酸含量最高,粗纖維最低,說明靖遠旱砂西瓜主產區中五合鎮西瓜的營養品質最高。

表6 靖遠旱砂西瓜產品生理品質

2.3.3 營養元素

營養元素是衡量西瓜產品的營養價值的重要指標,通過對靖遠旱砂西瓜主產區產品的5種營養元素進行測定,結果如表7所示,主產區各行政村之間的鈣、磷、鉀、鎂和硒含量均存在不同程度的差異,鈣、磷、鉀、鎂和硒的平均含量分別為67.93 mg/kg、211.70 mg/kg、0.11%、129.25 mg/kg和10.82 μg/kg,3個鄉鎮中高灣鎮的鈣、磷、鉀、鎂和硒平均含量均為最高。

表7 靖遠旱砂西瓜產品營養元素

2.4 相關性分析

2.4.1 靖遠旱砂西瓜生理品質間的相關性分析

對靖遠旱砂西瓜生理品質指標進行相關性分析,可明確各指標間的關系,為靖遠旱砂西瓜品質評價的合理選擇提供理論依據。靖遠旱砂西瓜生理特性指標間的相關性分析結果如表8所示,葡萄糖與總糖和糖酸比呈極顯著正相關(P<0.01),相關系數分別為0.702和0.787,與果糖呈顯著正相關(P<0.05),與瓜氨酸呈顯著負相關(P<0.05);果糖與總糖、糖酸比、番茄紅素之間存在極顯著正相關性(P<0.01),相關系數分別為0.584、0.718、0.753,與瓜氨酸、粗纖維、維生素C含量呈極顯著負相關(P<0.01);蔗糖與蘋果酸、瓜氨酸、維生素C含量呈極顯著正相關(P<0.01),與果膠呈極顯著負相關(P<0.01);總糖與糖酸比呈極顯著正相關(P<0.01),與粗纖維呈極顯著負相關(P<0.01);蘋果酸與蛋白質、果膠、可溶性固形物呈極顯著負相關(P<0.01);糖酸比與粗纖維之間呈極顯著負相關(P<0.01);瓜氨酸與番茄紅素之間呈極顯著負相關(P<0.01),與維生素C含量之間呈極顯著正相關(P<0.01);粗纖維與果膠之間呈極顯著正相關(P<0.01);果膠與維生素C、精氨酸之間呈極顯著負相關(P<0.01),與可溶性固形物之間呈極顯著正相關(P<0.01);精氨酸與可溶性固形物之間呈極顯著負相關(P<0.01)。該結果與熊思亦[8]的報道內容部分一致。存在差異原因主要在于地域土壤等的不同。

表8 靖遠旱砂西瓜產品生理品質間的相關性分析

2.4.2 靖遠旱砂西瓜產區土壤養分與產品品質間的相關性分析

對靖遠旱砂西瓜的6項土壤養分指標與27項產品品質指標進行了相關性分析,結果如表9所示,土壤全氮含量與西瓜單瓜重、果皮硬度、營養元素磷、鉀、鎂、葡萄糖、粗纖維之間呈極顯著正相關性(P<0.01);土壤有效磷與營養元素磷、硒之間呈極顯著正相關性(P<0.01),與蛋白質之間呈極顯著負相關性(P<0.01);土壤速效鉀與營養元素鈣、鉀、鎂之間呈極顯著正相關性(P<0.01);土壤有機質與單瓜重、果皮硬度、營養元素磷、鉀、鎂、硒、葡萄糖、粗纖維之間呈極顯著正相關性(P<0.01);土壤CEC與單瓜重、果皮硬度、果形指數、葡萄糖之間呈極顯著正相關性(P<0.01);pH與蔗糖、蘋果酸、精氨酸之間呈極顯著正相關性(P<0.01),綜上表明,土壤養分與靖遠旱砂西瓜關鍵品質指標之間相關性很強,可為生產實踐提供理論指導。

表9 靖遠旱砂西瓜產區土壤養分與產品品質間的相關性分析

3 討論與結論

產地環境是保障農產品質量安全的前提條件,也是農產品品牌優劣的決定因素[9]。通過對靖遠旱砂西瓜主產區土壤養分和土壤重金屬的抽樣調查和檢測分析,結果表明靖遠旱砂西瓜主產區土壤pH、主要養分指標和重金屬指標均完全達到《綠色食品 產地環境質量》(NY/T 391—2021)標準要求,且有效磷和速效鉀達Ⅰ級標準,全氮、有機質和CEC達到Ⅲ標準,可見靖遠旱砂西瓜主產區的砂田土壤為旱砂西瓜的生長提供了綠色且營養的產地環境。

農產品質量安全是農產品品牌建設和發展的關鍵環節,也是黨和政府一直關心的民生問題[9-10]。從根本上保障靖遠旱砂西瓜產品的安全,切實維護產品市場,是靖遠旱砂西瓜產業可持續、高質量發展的必然之路。本研究通過對硝酸鹽、亞硝酸鹽、重金屬和農殘指標檢測分析,結果表明靖遠旱砂西瓜產品質量安全,符合綠色食品要求。

西瓜果實中含糖量是衡量西瓜品質成分的一項重要指標[11]。目前在西瓜果實中認定3種主要糖分,其中包括果糖、蔗糖、葡萄糖[12],在成熟的商品西瓜中,果糖占總糖的30%～40%,蔗糖占總糖的40%～50%,葡萄糖占總糖的20%～25%[13],本研究結果也表明靖遠旱砂西瓜主產區總糖中蔗糖是主要成分,占總糖含量的48.73%,其次為果糖和葡萄糖,分別占總糖含量的34.43%和16.83%。糖酸比是衡量西瓜風味品質的指標,本研究結果表明,靖遠旱砂西瓜糖酸比高,風味佳,平均糖酸比高達67.06,但是各地存在差異;有研究表明通過不同補灌水處理可提高寧夏壓砂瓜的可溶性固形物和糖酸比[14],適宜配比的氮磷鉀可以提高西瓜含糖量等品質指標[2],因此,可通過調整施肥比例和補灌水,改變果實品質,從而提高靖遠旱砂西瓜產品品質的一致性,助推品牌發展。

番茄紅素是一種天然的色素,不僅具有重要的保健功能[15],還是影響西瓜果肉顏色的重要指標[16],有研究表明西瓜果實中番茄紅素比番茄中的番茄紅素更容易被人體吸收[17-18],此外,還有研究表明西瓜果肉顏色和果肉番茄紅素含量呈極顯著正相關關系,本研究中靖遠旱砂西瓜產品中番茄紅素含量高,最高達26.83 mg/100 g,平均含量為15.49 mg/100 g,說明靖遠旱西瓜富含番茄紅素,具有較好的營養價值,而且果肉顏色紅潤,具有較高的感官特性。瓜氨酸具有抗氧化和提高機體免疫力等功能[19-20],雖說瓜氨酸在葫蘆科作物中含量豐富,但研究表明西瓜中瓜氨酸含量最高,比黃瓜和南瓜中的瓜氨酸含量高6～9 倍[21],鮮食即可被人體直接吸收,是人體獲取瓜氨酸的重要途徑[22],本研究中靖遠旱砂西瓜產品瓜氨酸最高達2.50 g/kg,平均含量1.64 g/kg。硒是人體生長發育和維持人體健康所必需的微量營養元素及生命元素[23],可增強人體免疫力,具有延緩衰老、預防癌癥,減少心腦血管疾病的發生等作用,經檢測,靖遠旱砂西瓜平均硒含量為10.82 μg/kg,根據《富硒農產品》(GH/T 1135—2017)的規定,靖遠旱砂西瓜為富硒產品,此外,靖遠旱砂西瓜還富含對人體有益的鈣元素和鎂元素。

相關性分析是衡量變量因素的相關密切程度[24],通過對靖遠旱砂西瓜土壤養分與品質指標以及各品質指標間的相關性分析結果表明,靖遠旱砂西瓜各品質指標間存在相關性,且相關程度因指標而異,同類指標之間(如糖類)存在極顯著或顯著相關,反映出同一地域的西瓜產品性狀的一致性;土壤養分與西瓜品質間也存在相關性,如單瓜重與土壤全氮、土壤有機質和土壤CEC之間均存在極顯著正相關性,可通過此依據指導生產提高當地西瓜產量,營養元素硒與土壤有效磷和有機質呈極顯著正相關,其他品質與土壤養分也存在相關性,因此可通過改善土壤養分來實現西瓜品質的提升。

綜上,靖遠旱砂西瓜栽培歷史悠久,產地環境獨特且環保,產品質量綠色安全,果實皮薄肉酥耐貯運,甘甜爽口風味佳,果肉細膩可食率高,富含番茄紅素、瓜氨酸和營養元素鈣鎂硒,是極具特色的甘味農產品。