鎂和微量礦質元素對黑皮冬瓜外觀和品質的影響

李 燦，陳曉東，鄭卓越，焦嘉斌，李 強，張福鎖，謝大森，何裕志，張白鴿

（1廣東省農業(yè)科學院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術研究重點實驗室，廣州510640；2中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京100094；3廣東省農業(yè)技術推廣總站，廣州510640）

0 引言

國內蔬菜供求的主要矛盾已經不是供求數(shù)量之間的矛盾，而是消費者日益增長的對高品質蔬菜的需求與市場供應不足之間的矛盾[1]。在保持產量增長的同時，顯著提升蔬菜品質，生產商品性狀好、營養(yǎng)健康的優(yōu)質蔬菜，滿足城鄉(xiāng)居民日益增長的對品質需求的消費升級，同時提高蔬菜生產的經濟效益，是國家和社會發(fā)展的重大需求，也是農業(yè)研究熱點[2-3]。盡管國內部分蔬菜作物如番茄[4-5]、黃瓜[6]、辣椒[7]等的品質調控理論研究取得了較大進展，但是作物品質的形成受多種因素影響，如遺傳特性、光照、土壤水分和養(yǎng)分供應等。從遺傳學角度提高作物品質仍需要時間，相關基礎研究在解決當前生產實際問題時存在應用率低的問題[8]。養(yǎng)分供應是影響作物品質的關鍵因素之一，相對于其他影響因素，養(yǎng)分供應更易于人為調控[9-10]。冬瓜是重要的藥食同源作物，對胃潰瘍、內臟器官出血、癲癇和其他神經系統(tǒng)疾病有較好的保健或治療效果[11]。據(jù)統(tǒng)計，2016年國內冬瓜種植面積達32萬hm2[12]。華南地區(qū)是國內重要的冬瓜生產基地，黑皮冬瓜尤其享譽世界[13]，是華南蔬菜的支柱產業(yè)和種植戶脫貧攻堅的關鍵種植作物。果實外觀不僅影響冬瓜產量，而且是目前品質評價、分類及定級的主要考核標準[14]，提高冬瓜外觀和內在品質是增強品牌競爭力的重要方法。但是冬瓜品質極大地受到作物生長的土壤條件和施肥措施的影響。盡管中微量營養(yǎng)元素在經濟作物中應用較為普遍[15-17]，但是以往的科學研究和應用工作多注重中微量肥料對作物產量的作用，其對作物品質的影響仍不明確。本研究在前期冬瓜氮磷鉀施肥優(yōu)化的基礎上，進一步探討中微量營養(yǎng)元素對果實產量和品質的影響，為通過中微增效縱深推進化肥減量行動提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

研究田間試驗于2018年在佛山市三水區(qū)白坭鎮(zhèn)崗頭村的試驗田內進行，室內試驗在廣東省農業(yè)科學院蔬菜研究所進行。當年冬瓜生長期內（2—7月期間）佛山市氣候條件穩(wěn)定，溫度、降雨量等指標均處于正常水平[18]。供試土壤理化性狀為pH 6.7，有機質1.4%，堿解氮含量60 mg/kg，有效磷22 mg/kg，速效鉀204 mg/kg，交換性鈣1810 mg/kg，交換性鎂190 mg/kg，有效鐵為0.53 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試冬瓜為中型黑皮冬瓜，種植密度為7500株/hm2。2018年2月底定植，6月20日收獲。噴施所用化學肥料均為實驗室分析純試劑。

1.3 試驗方案

試驗設置補充鎂、鐵、鋅、硼、鉬、銅6種營養(yǎng)元素的施肥處理和1個空白對照，共計7個處理。每個處理為1個小區(qū)，每個小區(qū)100 m2，每個處理重復4次。鎂是中量元素，是冬瓜種植過程中是普遍使用的礦質營養(yǎng)，因此T0設置為施鎂處理，T1～T5在施鎂基礎上補充微肥處理。遵循當?shù)剞r事操作習慣，分別于初果期（單果3.5～5.0 kg）、膨果期（單果7～10 kg）和末瓜期（采收前15天，單果16～20 kg）3次噴施。詳細處理信息如表1所示。試驗中的氮磷鉀肥用量基于冬瓜需肥規(guī)律和當?shù)馗弋a經驗優(yōu)化，設置如表2。

表1 各處理中微量元素噴施濃度

表2 氮磷鉀養(yǎng)分用量 kg/hm2

1.4 指標測定與方法

試驗均于6月20日收獲期取樣，每個重復采集4個具有代表性的果實樣本，每個處理16個樣品。稱取了每個樣本果實鮮重后測定各項形態(tài)和化學指標。包括果實上、中、下3個部位的果實周長（果圍）以及果實縱徑，測量的部位如圖1所示。

圖1 黑皮冬瓜果圍測量位置示意圖

用果實硬度計（型號FHM-5）測定冬瓜果實中間部位橫切面內、中、外層果肉硬度。外層硬度為距離外表深綠表皮1 cm位置的硬度，內層硬度為靠近瓜瓤空腔部分1 cm位置的硬度，中層硬度為外層硬度與內層硬度的中間位置的硬度，每個位點測定了3次求取平均值，具體硬度測量位點如圖2果實橫切面所示。

圖2 黑皮冬瓜果肉硬度測定為位點

可溶性糖含量采用蒽酮試劑法測定；可滴定酸含量采用NaOH滴定法測定；游離氨基酸總量采用茚三酮比色法測定；Vc含量采用分光光度計法測定；果實礦質養(yǎng)分含量使用硫酸雙氧水消煮，ICP光譜法測定。

采用Microsoft Excel 2007進行試驗數(shù)據(jù)的整理和分析，方差分析采用的檢測概率值為0.01。

2 結果與分析

2.1 單果重

如圖3所示，CK處理單果重平均為18.0 kg，T0處理的單果重平均為21.4 kg，即平均單果重增加18.9%，差異達到顯著水平；與T0處理相比，T1～T5處理中補充微量元素未明顯影響單果質量，說明在補鎂基礎上進一步施用微量元素不影響產量。

圖3 中微量元素對黑皮冬瓜單果重的影響

2.2 外觀品質

2.2.1 果圍和果長 冬瓜的果圍與果長是衡量其外觀品質優(yōu)劣的重要指標。如表3所示，對比CK與T0處理可知，施加鎂肥平均可以提高冬瓜果長2 cm，平均提高下果圍、中果圍和上果圍長度4.2、5、3.4 cm。其中，施加鎂營養(yǎng)處理(T0)中果圍增加量達到了顯著水平，比CK提高7%，因此果形指數(shù)降低了4.7%。與T0相比，T1～T5噴施不同微量元素營養(yǎng)未引起冬瓜果實的中果圍與上果圍變化，T1處理顯著降低下果圍長度，T3處理果長顯著降低。一般情況下，果形指數(shù)越小，果形越飽滿。本試驗條件下，T1～T5處理補充中微量營養(yǎng)均不同程度地降低了冬瓜的果形指數(shù)，對果形有一定改善效果。

表3 中微量元素對黑皮冬瓜果長和果圍的影響

2.2.2 果肉硬度 果肉硬度是影響冬瓜貯藏品質的關鍵指標。如表4所示，對比T0與CK處理，鎂對黑皮冬瓜不同層果肉硬度的影響較為顯著，均達到了顯著水平，平均提高內層、中層和外層硬度0.3、0.4和0.9kg/cm2，補充鎂營養(yǎng)有利于提高冬瓜果實果肉硬度。與T0處理相比，T4處理未對冬瓜果肉各層硬度有進一步影響；其他微量元素營養(yǎng)處理均未對冬瓜果肉內層硬度有明顯影響；T3處理和T5處理顯著降低冬瓜果肉中層硬度；T1～T3處理顯著降低冬瓜果肉外層硬度。

表4 中微量元素對黑皮冬瓜果實果肉硬度的影響 kg/cm2

2.3 營養(yǎng)品質

2.3.1 糖酸比 如表5所示，T0處理與CK相比，鎂顯著增加黑皮冬瓜果實總糖含量，增幅14.9%，糖酸比增加23.4%，對酸度的影響不顯著。與T0處理相比可知，微量元素對冬瓜可溶性糖含量的影響不顯著，但由于小幅度降低果實可滴定酸含量，也不同程度地提高果肉糖酸比。T1處理和T2處理顯著提高果實糖酸比。

表5 中微量元素對黑皮冬瓜果實糖度、酸度與糖酸比的影響

2.3.2 Vc含量 抗壞血酸作為一種高活性物質，與人體健康關系密切，是一種重要而特殊的水溶性維生素，具有理化性質不穩(wěn)定的特點，樣品之間變異較大。如圖4所示，與CK相比，T0處理未對冬瓜果實Vc含量造成明顯影響，整體呈現(xiàn)略微降低的變化趨勢。不同微量元素對黑皮冬瓜Vc含量的影響不同，其中鐵、硼養(yǎng)分噴施處理下果實Vc含量比T0處理提高50%以上，其他元素對Vc含量影響不顯著。

圖4 不同中微量元素對黑皮冬瓜果實Vc含量的影響

2.3.3 游離氨基酸 如圖5所示，T0處理與CK處理游離氨基酸含量均為1.0 mg/(100 g·FW)，表明鎂未對黑皮冬瓜果實游離氨基酸含量產生顯著影響。與T0相比，T1～T5處理不同微量元素對黑皮冬瓜果實游離氨基酸含量的影響較小，只有T4處理的游離氨基酸含量達到顯著水平。

圖5 中微量營養(yǎng)元素對游離氨基酸含量影響

2.3.4 果實礦物質 不同中微量元素對黑皮冬瓜果實礦物質含量的影響如表6所示。結果表明，補充鎂可以顯著提高黑皮冬瓜果肉中的鉀、磷、鈣、鎂含量，對氮、鐵、鋅含量的影響較小。T1、T2、T4 3個處理果肉鉀含量顯著低于T0處理，其他果肉礦物質含量差異不明顯。

表6 不同微量營養(yǎng)元素對黑皮冬瓜果肉礦物質含量的影響 mg/g

3 結論

在本試驗條件下，補充鎂元素對冬瓜品質的改善作用最大?？梢蕴岣叨蠁喂r重，使冬瓜果形飽滿，條形均勻，提升外觀品質；提高了果肉密度和糖酸比，增加了礦物質含量，對冬瓜營養(yǎng)品質有改善效果。鐵、鋅、硼對冬瓜外觀品質和營養(yǎng)品質的影響相對較小，可以在一定程度上調節(jié)果實外觀形態(tài)、提高黑皮冬瓜果實糖酸比，還影響Vc、氨基酸和礦質養(yǎng)分含量。銅、鉬養(yǎng)分對冬瓜品質的影響則較小，甚至為負相關關系，因此，建議華南區(qū)域農戶在種植黑皮冬瓜過程中，注意補充鎂、鐵、鋅、硼元素，以達到改善冬瓜品質的目的。

4 討論

中微量元素在植物體內雖然含量低，但對植物正常生長發(fā)育發(fā)揮著不可替代的作用，尤其在化肥減施的背景下，中微量元素能否發(fā)揮增效提質的作用，受到廣泛關注[26]。本研究以鎂、鋅、硼、鐵等6種冬瓜種植過程中常用的中微量元素為供試材料，重點探索了中微量元素對冬瓜果實外觀和內在品質、礦質養(yǎng)分吸收、產量等方面的影響。

4.1 鎂肥對黑皮冬瓜品質的影響

鎂是植物葉綠素的重要組分，參與光合作用、糖酵解、三羧酸循環(huán)、呼吸作用等過程，對植物的光合作用、碳水化合物合成運輸、氨基酸代謝有重要影響[27]，尤其在碳氮源庫分配方面發(fā)揮重要作用[28]。與此原理一致，本研究中，補鎂增加了果實質量、促進橫徑生長，冬瓜果實飽滿，果形均勻，有效提升了果實商品性。而且，鎂顯著提高了冬瓜果實內、中、外層果肉硬度，使果實果肉更為致密，對后期延長果實貯藏期有積極作用[29]，引起這一現(xiàn)象的主要原因是鎂素促進了葉片中糖類物質向果實中的運輸和分配[30]。

在營養(yǎng)品質方面，本試驗中，補充鎂營養(yǎng)后，冬瓜果肉可溶性糖含量增加了14.3%，糖酸比增加了23.4%，這一結果與韓艷婷和謝小玉等[31-33]對其他作物的研究結果相似；然而鎂元素對冬瓜果肉Vc和游離氨基酸含量影響不顯著，這與張文等[34]的研究結果相似，這可能是由于產量升高導致“稀釋效應”。此外，筆者研究發(fā)現(xiàn)，補充鎂營養(yǎng)顯著提高了黑皮冬瓜對N、P、K、Mg養(yǎng)分的吸收，增加了果實中鉀、鈣含量，與馬曉麗等[35]的研究結果相似，表明鎂可以通過影響與鉀、鈣的比例間接改善作物品質[36]。

華南地區(qū)由于降雨量大、土壤母質風化徹底，蔬菜復種指數(shù)高且菜田H+、K+等與Mg2+拮抗的陽離子數(shù)量較多[37-38]，導致該區(qū)域土壤鎂素含量和生物有效性嚴重不足[39]，致使冬瓜普遍出現(xiàn)了嚴重的缺鎂現(xiàn)象，產量損失近20%[36]。冬瓜在種植過程中應當重視鎂肥使用。但由于鎂與鉀、鈣之間存在拮抗關系[40-43]，生產中應該強調鎂和其他營養(yǎng)的平衡補充，協(xié)同優(yōu)化。

4.2 微量元素對黑皮冬瓜品質的影響

硼、鐵、鋅、鉬、銅等微量元素對作物的生長發(fā)育起著重要的調控作用，在實際生產中的應用也比較廣泛[44-45]。植物體中的鋅元素主要以有機酸、植物蛋白質或多肽復合肽等形式存在。補充鋅元素可提高玉米植株營養(yǎng)器官中氮、磷、鉀的積累量并合理分配氮、磷、鉀的再轉移方向，對籽粒中氮、磷、鉀積累量的增加具有重要的作用[46]。硼最主要的作用表現(xiàn)在生殖器官的發(fā)育上，缺硼會降低花粉的活力，使花粉管的伸長受到阻礙，最終影響作物的產量及品質[47]。鐵、鉬元素與葉綠素的生物合成以及葉綠體的組裝有關，鐵缺乏顯著降低植物葉片中總葉綠素的含量，并影響葉綠素a與葉綠素b含量的比值和光合作用效率[48-49]，間接影響光合產物的合成和作物品質。銅是植物多酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶、細胞色素氧化酶等的組成成分，參與植物體內的氧化還原過程[50]，也在一定程度上參與了光合作用的電子傳遞以及蛋白質和糖類的代謝，適量的銅素供給，對作物的生長和糖分積累有積極作用[51]。

本試驗中，微量元素對冬瓜果實的品質有一定影響。噴施鐵營養(yǎng)對冬瓜下果圍和Vc、糖酸比、果實鉀含量均有顯著影響，結果與于會麗等和楊蕓等[52-53]的研究結果相似。但本研究中，鋅對可溶性糖含量的影響不明顯，而是降低了可滴定酸含量，從而顯著提高了冬瓜果實糖酸比；補充硼營養(yǎng)則顯著增加果實Vc含量，小幅度提高了果實糖酸比；銅養(yǎng)分顯著降低了冬瓜果長和中層、外層硬度，顯著降低氨基酸含量，不利于冬瓜品質的提高；鉬營養(yǎng)則顯著降低了果實氨基酸含量和鉀含量，對其他品質指標的影響不顯著。有研究表明，中微量元素肥料與氨基酸葉面肥配施可顯著促進甜瓜單果質量和產量的增加，對甜瓜橫向生長及中心可溶性固形物含量增加也有促進作用[54]。而氨基酸葉面肥與微量元素同時配施在冬瓜實際生產中應用極少，其對冬瓜產量與品質的影響需進一步研究。