營養(yǎng)液濃度對基質(zhì)栽培番茄果實礦質(zhì)元素含量的影響

金莉，肖雪梅，郁繼華，金寧，呂劍，喬亞麗，茹朝，閆曉花

(甘肅農(nóng)業(yè)大學園藝學院，甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅 蘭州 730070)

番茄(Solanumlycopersicum)屬于茄科茄屬，是我國設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培的主要果菜之一，由于豐富的營養(yǎng)價值而深受消費者的喜愛.目前美國、蘇聯(lián)、意大利和中國是主要生產(chǎn)國家[1].番茄果實中礦質(zhì)元素的含量是表觀其品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標，如番茄果實中Ca元素含量過低，會導致臍腐病的發(fā)生[2-3]；提高番茄果實中K和Mg元素的含量，可顯著降低番茄裂果率[4].另外，礦質(zhì)元素在人體中同樣有至關(guān)重要的作用，因此如何促進番茄果實礦質(zhì)元素的吸收與積累是目前的研究熱點.

固體基質(zhì)栽培可以高效利用有限的水肥資源和土地面積，近幾年來，為實現(xiàn)生態(tài)、環(huán)保和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，已出現(xiàn)較多關(guān)于利用農(nóng)林廢棄物開發(fā)研制固體栽培基質(zhì)的報道[5-7]，這也將是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，尤其在西北地區(qū)的戈壁農(nóng)業(yè)中已被廣泛應用.但固體基質(zhì)中可供植物生長的速效養(yǎng)分有限，需在后期通過補充營養(yǎng)液以供植物生長發(fā)育[8]，因此營養(yǎng)液合理補充對提高基質(zhì)栽培番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)至關(guān)重要[9].然而，目前的研究結(jié)果多集中在水培營養(yǎng)液對作物的影響[10].國內(nèi)外雖已有較多適于番茄生長營養(yǎng)液配方，但這些配方都更適于作物在水培條件下生長，而適用于番茄固體基質(zhì)栽培條件下的專用營養(yǎng)液配方和適宜的濃度較少，因此確定固體基質(zhì)栽培條件下適宜的補充營養(yǎng)液濃度是研究關(guān)鍵.

目前國內(nèi)關(guān)于番茄對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收利用的研究主要集中在無土栽培條件下番茄的幼苗或葉片[11,12]，而鮮有關(guān)于固體基質(zhì)栽培下番茄果實對礦質(zhì)元素吸收的報道.因此，本試驗基于固體基質(zhì)栽培條件下，在番茄結(jié)果期進行不同濃度營養(yǎng)液的澆灌試驗，研究番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)指標和礦質(zhì)元素吸收對不同營養(yǎng)液濃度水平的響應規(guī)律，以期為番茄基質(zhì)栽培的養(yǎng)分管理提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年10月20日育苗，2018年11月24日定植于蘭州市榆中縣李家莊棲云山國家田園綜合體的日光溫室內(nèi).供試番茄品種為‘181’，栽培方式為基質(zhì)袋式栽培，栽培基質(zhì)購于甘肅綠能農(nóng)業(yè)科技股份有限公司.

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，所用營養(yǎng)液配方為‘甘肅農(nóng)業(yè)大學營養(yǎng)液配方B’，共設(shè)置4個營養(yǎng)液濃度，對照為常規(guī)營養(yǎng)液濃度(CK)，處理T1～T3依次在CK的基礎(chǔ)上將配方中的各個化合物均增加30%、50%、100%，各處理具體施肥量如表1所示.每個處理設(shè)置4個小區(qū)，每小區(qū)四槽，每槽定植番茄36株.自第一穗花坐果后開始灌溉營養(yǎng)液，每5天1次，澆灌方式為滴箭水肥一體化.

1.3 試驗方法

1.3.1 果實干物質(zhì)積累量 在結(jié)果盛期(第三穗果)采集果實樣品，采用“Z”形取樣法每小區(qū)隨機選取10株進行采樣.稱量樣品鮮質(zhì)量后放入培養(yǎng)皿，置于烘箱中105 ℃殺青30 min，再將溫度調(diào)至80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱其干質(zhì)量，計算干物質(zhì)積累量，每個處理3次重復.

表1 不同處理組施肥量

1.3.2 果實礦質(zhì)元素含量 將烘干的樣品研磨后過篩(0.25 mm)，大量元素K和P采用濕式消解法(H2SO4-H2O2法)處理，中量元素Ca、Mg和微量元素Cu、Fe、Mn、Zn采用干灰化法處理.非金屬元素P采用鉬銻抗比色(雙光束紫外可見分光光度計TU-1900)法測定；金屬元素K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn采用原子吸收光譜(ZEEnit 700P，德國)法測定.

1.3.3 果實營養(yǎng)品質(zhì) 參考李合生的方法[13]，在成熟期選取各處理中成熟度一致的果實，測定果實營養(yǎng)品質(zhì)，可溶性固形物含量采用折光儀測定、可溶性糖含量采用蒽酮-乙酸乙酯法測定；有機酸含量采用酸堿滴定法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定；抗壞血酸含量采用草酸-EDTA法測定；硝酸鹽含量采用水楊酸-濃硫酸法測定.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 19.0等軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并作圖，顯著性分析為LSD法(α=0.05).

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對番茄果實中大、中量元素含量的影響

4種不同營養(yǎng)液濃度處理下番茄果實中K、P、Mg、Ca元素的含量呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律(圖1).番茄果實大、中量元素的含量為K>P>Mg>Ca，且隨營養(yǎng)液濃度的升高，K和P元素含量呈先升高后下降的趨勢，在增加50%營養(yǎng)液濃度(T2)時達到最高，相較于CK，顯著增加了55.02%和18.75%.而番茄果實Mg和Ca元素含量隨營養(yǎng)液濃度的升高均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，在T3時達到最高，分別比CK顯著增加了16.29%和40.28%.

圖1 不同處理對番茄果實中K、Ca、Mg、P元素含量的影響

2.2 不同處理對番茄果實中微量元素含量的影響

由圖2可知，番茄果實微量元素的含量為Fe>Zn>Cu>Mn.Fe和Zn元素的含量隨營養(yǎng)液濃度的升高呈先升高后下降的趨勢，在T2處理達到最高，相比CK，分別顯著增加了11.46%和10.19%(P<0.05).Cu元素的含量隨施肥水平的升高呈逐漸下降的趨勢，T3處理的Cu元素含量最低，比CK顯著降低了60.14%(P<0.05).Mn元素的含量隨營養(yǎng)液濃度的升高呈逐漸上升的趨勢，T3處理的Mn元素含量最高，相比對照CK，顯著增加了198.78%(P<0.05).

2.3 不同處理對番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表2可知，隨營養(yǎng)液濃度的升高，番茄果實的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、可溶性蛋白含量和抗壞血酸的含量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，且均于T2處理達到最大值，其中，T2處理下番茄果實中可溶性固形物含量顯著高于其他處理，相較CK增加了10.79%(P<0.05)；T1和T2處理下番茄果實中可溶性糖含量、糖酸比、可溶性蛋白含量和抗壞血酸含量均顯著高于CK和T3處理，T1和T2處理之間無顯著性差異，但T2處理要稍高于T1處理.番茄果實中有機酸含量和硝酸鹽含量也均在T2處理下達到最小值，分別比CK降低了18.25%和0.15%.番茄果實干物質(zhì)量隨營養(yǎng)液濃度的升高呈逐漸上升的趨勢，在增加100%營養(yǎng)液濃度(T3)時達到最高，與CK相比，顯著增加了36.22%(P<0.05)，且T2處理和T3處理間無顯著差異.

圖2 不同處理對番茄果實中Cu、Fe、Mn、Zn元素含量的影響

表2 不同營養(yǎng)液濃度對番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響

同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).

Different letters in the same column indicate significant difference(P<0.05).

2.4 番茄果實各礦質(zhì)元素間的相關(guān)性分析

如表3所示，番茄果實中P元素與Ca元素和Mn元素呈顯著正相關(guān)，與Cu元素呈顯著負相關(guān)；Ca元素與Mn元素呈顯著正相關(guān)，而Cu元素與Mn元素呈顯著負相關(guān)關(guān)系.因此可以認為P元素與Ca元素和Mn元素、Ca元素與Mn元素間存在增效作用，而Cu元素與Mn元素和P元素間存在拮抗作用.

2.5 番茄果實中各礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標間的相關(guān)性分析

由表4可知，K元素與番茄果實可溶性固形物含量、糖酸比呈顯著正相關(guān)，與可溶性糖含量和可溶性蛋白含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；P元素與可溶性固形物呈顯著正相關(guān)；P、Ca和Mn元素與番茄果實干物質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，但Cu元素與干物質(zhì)呈顯著負相關(guān)關(guān)系.

表3 番茄果實各礦質(zhì)元素間的相關(guān)性

*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

* indicates significant correlation at 0.05 level(bilateral)；** indicates significant correlation at 0.01 level(bilateral).

表4 番茄果實中各礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標間的相關(guān)性分析

*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

* indicates significant correlation at 0.05 level(bilateral)；** indicates significant correlation at 0.01 level(bilateral).

3 討論

據(jù)報道，適宜的營養(yǎng)液濃度可以促進作物的正常生長發(fā)育，果實的產(chǎn)量和品質(zhì)也較高，而過高或過低的營養(yǎng)液濃度都會對作物的生長發(fā)育不利[14-15].本試驗結(jié)果表明，適當提高營養(yǎng)液濃度，可以增加番茄果實中大、中量礦質(zhì)元素的含量，各元素含量高低為：K>P>Mg>Ca，且Ca和Mg元素含量隨營養(yǎng)液濃度的升高呈逐漸增加的趨勢(圖1)，這與Zhang等[16]和牛佳等[17]研究結(jié)果類似，即高濃度營養(yǎng)液可以促進植株對營養(yǎng)元素的吸收；而K和P元素含量隨營養(yǎng)液濃度的升高呈先上升后下降的趨勢，在增加50%營養(yǎng)液濃度(T2)時已達到最高，繼續(xù)增加營養(yǎng)液濃度反而阻止了番茄果實對K和P元素的吸收，本研究結(jié)果與孫美等[18]在葡萄中的研究結(jié)果一致.

微量元素Fe、Zn、Cu、Mn在植物生長發(fā)育過程中必不可少，可直接或間接的參與植物體內(nèi)化合物的形成和許多代謝過程[19].在李娟等[20]研究中，果實中微量元素含量以Fe、Zn較高，Cu和Mn較低，在本研究中也得到相同的結(jié)果，即不同營養(yǎng)液濃度處理下番茄果實中微量元素的積累量為：Fe>Zn>Cu>Mn.Fe和Zn元素的含量在T2處理達到最高，Cu和Mn元素的含量隨營養(yǎng)液濃度的增加呈現(xiàn)相反的變化趨勢(圖2)，在相關(guān)性分析中(表3)，Cu元素和Mn元素呈顯著負相關(guān).在白永超等[21]的研究中也發(fā)現(xiàn)，篤斯越橘的果實和葉片中Cu和Mn元素的含量呈極顯著負相關(guān)，說明它們之間存在拮抗作用.

增加基質(zhì)中營養(yǎng)液濃度雖然提高了果實中的營養(yǎng)元素含量，但過高的濃度不僅會導致果實品質(zhì)的變劣[22]，同時也會造成基質(zhì)中的鹽積累[23].本研究同樣得出結(jié)論，當營養(yǎng)液濃度增加50%(T2)時，番茄果實中可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、抗壞血酸含量和可溶性蛋白含量均顯著提高，同時也顯著降低了有機酸含量和硝酸鹽含量(表2)，繼續(xù)將營養(yǎng)液濃度增加100%(T3)時，則顯著降低了果實的品質(zhì)，提高了果實中硝酸鹽含量.

宋少華等[24]通過對陜西甜柿‘陽豐’果實礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標的相關(guān)性分析得出，N、P、K、Zn和Mn是影響果實品質(zhì)最主要的礦質(zhì)元素，本試驗結(jié)果也表明，番茄果實中K元素含量與可溶性固形物含量和糖酸比呈顯著正相關(guān)，與可溶性糖含量和可溶性蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，P元素與可溶性固形物也呈正相關(guān)關(guān)系(表4).植物對礦質(zhì)元素的積累又是干物質(zhì)積累的基礎(chǔ).有研究表明，適當增加營養(yǎng)液濃度有利于作物的光合作用，并有效增加干物質(zhì)的累積及向地上部分的分配[25-26].本研究結(jié)果表明，番茄果實干物質(zhì)量隨營養(yǎng)液濃度的升高呈逐漸上升的趨勢，在T3處理達到最高.通過相關(guān)性分析得出，番茄果實的干物質(zhì)積累量與P、Ca和Mn元素呈極顯著正相關(guān)，而與Cu呈顯著負相關(guān)，這與霍昭光等[27]報道的結(jié)果相似.說明P、Ca和 Mn元素可以提高果實干物質(zhì)積累量.

綜上所述，不同營養(yǎng)液濃度處理對番茄果實礦質(zhì)元素的吸收量影響較大，其中大量元素以K和P的吸收為主，而微量元素中Fe和Zn的吸收量較大，這4種元素均在增加營養(yǎng)液濃度50%時達到最高，且番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)也在增加50%營養(yǎng)液濃度時達到最優(yōu).番茄果實品質(zhì)和干物質(zhì)積累與礦質(zhì)元素的吸收密切相關(guān)，其中 K元素與可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、可溶性蛋白含量呈顯著正相關(guān)，P、Ca和 Mn元素與番茄果實干物質(zhì)積累量也呈顯著正相關(guān).

4 結(jié)論

營養(yǎng)液是作物基質(zhì)栽培必不可少的要素之一.本試驗通過設(shè)置30%、50%、100%的3個濃度梯度來比較得出最適宜番茄礦質(zhì)元素積累的營養(yǎng)液濃度.研究表明，番茄果實中K、P、Fe和Zn元素含量隨營養(yǎng)液濃度的升高呈先上升后下降的趨勢，在50%營養(yǎng)液濃度處理下達到最高，而Mg、Ca和Mn元素隨營養(yǎng)液濃度的升高呈逐漸上升的趨勢，在100%營養(yǎng)液濃度處理下達到最高；番茄果實中可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比、可溶性蛋白和抗壞血酸含量均在50%營養(yǎng)液濃度處理下達到最大值，且其有機酸和硝酸鹽含量最少.因此，增加50%營養(yǎng)液濃度處理更有利于番茄果實礦質(zhì)元素的吸收、品質(zhì)的提高及干物質(zhì)累積，且成本較低，可作為固體基質(zhì)栽培條件下適宜的養(yǎng)分供應.