不同有機(jī)基質(zhì)栽培方式對番茄果實(shí)礦質(zhì)元素含量的影響

茹朝 呂劍 唐中祺 金寧 金莉 郁繼華

摘要：為了研究不同有機(jī)基質(zhì)栽培方式對番茄果實(shí)礦質(zhì)元素含量的影響，設(shè)置4個處理，即槽式栽培粉太郎番茄、槽式栽培181番茄、袋式栽培粉太郎番茄和袋式栽培181番茄。結(jié)果表明，槽式栽培粉太郎番茄果實(shí)各礦質(zhì)元素含量較袋式栽培均有所提高，Cu、Fe、Mn、Zn含量分別提高112.0%、14.2%、13.7%、7.5%;Ca、Mg含量分別提高2.5%、3.7%;P、K含量分別提高18.6%、20.8%。槽式栽培181番茄果實(shí)各礦質(zhì)元素含量較袋式栽培181均有所提高，Cu、Fe、Mn、Zn含量分別提高129.0%、13.3%、17.5%、9.5%;Ca、Mg含量分別提高46.5%、5.1%;P、K含量分別提高0.9%、18.2%。2個品種都表現(xiàn)出槽式栽培生產(chǎn)的番茄果實(shí)Cu、Fe、Mn、Zn、Ca、Mg、P、K含量均高于袋式栽培生產(chǎn)的番茄。由此可見，日光溫室栽培番茄在栽培方式上選用槽式栽培可顯著增加番茄果實(shí)的礦質(zhì)元素的吸收。

關(guān)鍵詞：番茄;槽式栽培;袋式栽培;礦質(zhì)元素;主成分分析

中圖分類號： S641.204文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）07-0142-05

收稿日期：2020-08-11

基金項目：甘肅省科技重大專項（編號：17ZD2NA015）;國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（編號：CARS-23-C-07）;國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（編號：2018YFD0201205）。

作者簡介：茹 朝（1996—），男，甘肅酒泉人，碩士，主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理研究。E-mail：1347841281@qq.com。

通信作者：郁繼華，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理研究。E-mail：yujihua@gsau.edu.cn。

番茄（Solanum lycopersicum）是茄科番茄屬一年生或多年生草本植物，起源于南美洲的安第斯山地帶，是世界上種植范圍最廣、總產(chǎn)量高的蔬菜之一，還是無土栽培生產(chǎn)的主要蔬菜作物之一[1-3]。番茄含豐富的番茄紅素、維生素C、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，是人類從外界攝取維生素和類胡蘿卜素的重要來源[4]，研究表明，番茄中約含有13種維生素和17種礦物質(zhì)[5-6]，是人們喜食和加工產(chǎn)品最為豐富的蔬菜之一，番茄也是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物。

近年來，隨著日光溫室技術(shù)的逐漸發(fā)展，其栽培面積大幅上升，實(shí)現(xiàn)了周年供應(yīng)。而在番茄生產(chǎn)過程中，栽培方式直接關(guān)系著果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。農(nóng)業(yè)環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境的惡化已經(jīng)成為阻礙未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和影響人體健康的重要制約因素[7]。無土栽培具有避免土傳病蟲害及連作障礙、肥料利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為發(fā)展無公害綠色食品生產(chǎn)的可靠途徑，在我國蔬菜保護(hù)地栽培中逐漸發(fā)展起來[8-11]，使用越來越普及。有機(jī)基質(zhì)栽培可以改善根際環(huán)境，有較強(qiáng)的緩沖能力和較高的持水能力，含有豐富的營養(yǎng)成分，從而影響作物的生長發(fā)育[12-14]。無土栽培是當(dāng)今世界設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展中廣泛采用的先進(jìn)栽培技術(shù)，目前，無土栽培技術(shù)可大致分為無基質(zhì)栽培和基質(zhì)栽培，主要包括水培、霧培和基質(zhì)培等方式，其中基質(zhì)培是無土栽培的最主要形式。目前，世界上絕大多數(shù)日光溫室仍采用基質(zhì)栽培方式，此栽培方式成本低廉、實(shí)用性高、日常管理操作簡單，適合規(guī)模化生產(chǎn)[15]。我國無土栽培技術(shù)發(fā)展時間較晚，但近年來發(fā)展較快[16]。在實(shí)際生產(chǎn)中，有機(jī)基質(zhì)無土栽培的主要方式為槽式栽培、袋式栽培，所以研究可靠的有機(jī)基質(zhì)栽培方式是提高產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵。本試驗在日光溫室水肥一體化灌溉條件下，研究槽式栽培和袋式栽培條件下番茄果實(shí)的礦質(zhì)元素含量的差異，篩選出最優(yōu)的栽培方式，以改善營養(yǎng)價值、提高番茄品質(zhì)、增加其經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年10月至2019年5月在甘肅省榆中縣李家莊日光溫室內(nèi)進(jìn)行，以粉太郎和181等2個無限生長型品種的番茄為試驗材料。采用有機(jī)基質(zhì)無土栽培，其中基質(zhì)為綠能瑞奇公司提供的綠能瑞奇有機(jī)基質(zhì)，2018年10月8日播種育苗，2018年11月24日植株長至4葉1心時定植，于2019年3月30日采收。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用槽式栽培和袋式栽培2種栽培方式，每種方式種植1棟溫室（溫室參數(shù)60 m×10 m×4.8 m）。栽培槽為地下式，長×寬×深為0.9 m×0.4 m×0.3 m，栽培槽最內(nèi)層鋪塑料薄膜防滲漏，底部鋪5 cm粒徑為0.5～2.0 cm的石子，其上整體鋪設(shè)園藝地布，裝填1 m3/槽基質(zhì)，株距0.5 cm，行距 0.2 m，定植36株/槽。栽培袋長×寬×高為 1 m×0.2 m×0.15 m，沿栽培槽方向于溫室地面鋪設(shè)2列基質(zhì)袋，定植2株/袋，間距0.5 m，定植36株/行。共4個處理，每個處理3次重復(fù)（表1）。

1.3 試驗方法

番茄于2019年3月31日進(jìn)行取樣，每個處理隨機(jī)挑選顏色、大小、硬度、成熟度一致的番茄9個，每3個作為1組重復(fù)，稱其鮮質(zhì)量后切開放置在培養(yǎng)皿中，105 ℃殺青30 min，后80 ℃烘干至恒質(zhì)量，并稱其干質(zhì)量。再將其在研缽中研碎，將粉碎后的樣品過篩（0.25 mm），裝入自封袋放在干燥處備分析用。采用濕式消解（H2SO4-H2O2法），用鉬銻抗比色法測定番茄果實(shí)Ca、Mg、P、K各元素含量;采用干法灰化法，在原子吸收光譜儀上測定番茄果實(shí)Cu、Fe、Mn、Zn金屬元素的含量[17]，計算各礦質(zhì)元素含量。

1.4 統(tǒng)計分析

用Excel 2016處理試驗數(shù)據(jù)并作圖，對各處理結(jié)果運(yùn)用SPSS 22.0進(jìn)行方差分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培方式對番茄果實(shí)微量元素含量的影響

由圖1可得，T1與T3處理番茄果實(shí)中Cu、Fe、Mn的含量有顯著性差異，且番茄果實(shí)Cu、Fe、Mn、Zn 4種微量元素都表現(xiàn)為槽式栽培番茄含量高于袋式栽培，分別升高了112.0%、14.2%、13.7%、7.5%。T2與T4處理的番茄果實(shí)中Cu、Fe、Mn含量存在顯著性差異，且番茄果實(shí)中Cu、Fe、Mn、Zn 4種微量元素的含量都表現(xiàn)為槽式栽培高于袋式栽培，分別升高了129.0%、13.3%、17.5%、9.5%。2個番茄品種使用同一種栽培方式時，槽式栽培和袋式栽培的番茄果實(shí)中Ca、Mn的含量都表現(xiàn)出粉太郎品種高于181品種。當(dāng)采用槽式栽培方式時，T1和T2 Cu含量無顯著性差異，T1 Cu含量略高于T2;粉太郎與181品種Fe含量有顯著性差異，181品種Fe含量比粉太郎品種高19.2%;粉太郎和181品種Mn含量無顯著性差異;181品種Zn含量與粉太郎有顯著性差異，181品種Zn含量較粉太郎高20.2%。若采用袋式栽培方式，T3和T4 Cu含量無顯著性差異，T3 Cu含量略高于T4;粉太郎品種Fe含量低于181品種，兩者有顯著性差異，181品種的Fe含量比粉太郎高17.9%;粉太郎的Mn含量與181有顯著性差異，粉太郎的Mn含量比181高6%。181品種Zn含量也與粉太郎有顯著性差異，181品種Zn含量較粉太郎高20.0%。

2.2 不同栽培方式對番茄果實(shí)中量元素含量的影響

如圖2所示，粉太郎、181品種番茄果實(shí)在Ca、Mg等2種元素含量上都有一定的相似之處，粉太郎、181品種呈現(xiàn)槽式栽培的番茄果實(shí)中量元素含量高于袋式栽培，粉太郎品種的Ca、Mg含量在槽式栽培中比在袋式栽培中分別高2.5%、3.7%，181品種的Ca、Mg含量在槽式栽培中比在袋式栽培中分別高46.5%、5.1%。當(dāng)2個品種番茄使用槽式栽培時，181品種Ca含量顯著高于粉太郎品種，增幅為78.9%，粉太郎品種的Mg元素含量高于181品種，且兩者具有顯著性差異;粉太郎Mg含量較181高3.7%。當(dāng)使用袋式栽培時，181品種的Ca含量還是高于粉太郎品種，但2種栽培方式無顯著性差異;粉太郎的Mg含量反而低于181品種，且兩者具有顯著性差異，181品種Mg含量較粉太郎增幅為3.7%。

2.3 不同栽培方式對番茄大量元素含量的影響

P、K在番茄果實(shí)中的含量情況如圖3所示，粉太郎、181品種呈現(xiàn)槽式栽培生產(chǎn)的番茄果實(shí)元素含量高于袋式栽培，且差異顯著。槽式栽培粉太郎番茄品種P、K含量比袋式栽培分別高18.6%、20.8%;槽式栽培181品種P含量與袋式栽培無顯著差異，槽式栽培K含量比袋式栽培顯著高18.2%。當(dāng)2個品種都使用槽式栽培時，粉太郎與181品種P含量有顯著性差異，181品種P含量提高46.9%;在袋式栽培中，粉太郎與181品種P含量也有顯著性差異，181含量提高72.6%。在同一種栽培條件下粉太郎和181品種K含量無顯著差異，含量趨勢基本一致。

2.4 不同栽培方式番茄主成分分析及綜合評價

以2個不同品種2種栽培方式番茄的8種礦質(zhì)元素含量為指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，分析結(jié)果見表2和表3，按累計貢獻(xiàn)率>85%的原則，選取主成分。第一主成分的特征值為5.119，代表了4個處理8種礦質(zhì)元素含量的63.985%的原始信息;第二主成分特征值為2.561，代表了4個處理8種礦質(zhì)元素含量的32.011%的原始信息，前2個主成分代表了4個處理8種礦質(zhì)含量綜合指標(biāo)的96%，說明這2個主成分可以反映96%的原始信息，因此提取2個不相關(guān)的主成分替代原4個不同處理番茄的8種礦質(zhì)元素含量，對不同品種番茄的數(shù)量指標(biāo)由8個替換為2個主成分，達(dá)到了降維的目的。

前2個主成分的累計貢獻(xiàn)率達(dá)到96%，所以以前2個主成分建立栽培方式番茄礦質(zhì)元素含量的比較綜合模型。以各個主成分的特征值和載荷值計算特征向量構(gòu)建函數(shù)表達(dá)式如下：

y1=0.434 9x1+0.180 3x2+0.435 4x3+0.08x4+0.091 1x5+0.408 4x6-0.037 6x7+0.417 4x8;

y2=0.102 5x1+0.570 5x2-0.013 8x3+0.614 3x4+0.575 5x5+0.111 9x6+0.603 0x7+0.206 2x8。

式中：x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8分別為標(biāo)準(zhǔn)化的Cu含量、Fe含量、Mn含量、Zn含量、Ca含量、Mg含量、P含量和K含量。以各個主成分對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，由主成分得分和對應(yīng)的權(quán)重線性加權(quán)求和得到綜合評價函數(shù)。

Z=63.995%y1+32.011%y2。

根據(jù)主成分得分綜合模型，計算得出2個品種2種栽培方式番茄的8種礦質(zhì)元素含量的綜合得分和排序，結(jié)果見表4，得分由高到低依次為T2>T1>T4>T3。

3 討論與結(jié)論

本試驗研究了不同基質(zhì)栽培方式對不同番茄品種礦質(zhì)元素含量的影響，通過研究發(fā)現(xiàn)，不同栽培方式對番茄果實(shí)礦物質(zhì)含量有顯著影響。礦質(zhì)元素是番茄生長發(fā)育必不可少的物質(zhì)，礦質(zhì)元素參與植株的信號傳導(dǎo)，作為酶的組成成分或激活劑，調(diào)節(jié)植物的生長，在各種代謝、生理生化反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用[18-20]。人體中的各種微量元素存在人體的血液中，各種礦質(zhì)元素在生物體中都有著特有的作用，如果缺少了某種微量元素，會導(dǎo)致人體發(fā)育不正常[21]，而人體所需的微量元素大都通過飲食攝入，因此研究如何提高番茄礦質(zhì)元素的含量很有必要。

番茄的生長受溫光水肥氣的影響，而槽式栽培與袋式栽培主要區(qū)別在于根系環(huán)境的不同，從而在果實(shí)礦物質(zhì)含量上表現(xiàn)出差異。粉太郎和181番茄品種槽式栽培較袋式栽培相比，Cu、Fe、Mn、Zn、Ca、Mg、P、K含量有不同程度的提高。本試驗中181和粉太郎在2種栽培方式下均表現(xiàn)出槽式栽培的礦質(zhì)元素含量高于袋式栽培的現(xiàn)象，這可能是由于2種不同栽培方式下番茄根系所處的環(huán)境不同。植物的生長發(fā)育狀況直接取決于根系的生長狀況，而植物所處的土壤環(huán)境則直接影響根系對養(yǎng)分的積累及自身呼吸[22]。土壤水分、緊實(shí)都對作物根系的生長產(chǎn)生較大的影響[23]。有研究表明，根系受到低溫或高溫脅迫時，地上部葉片的生長、光合作用等均會受到不同程度的抑制[24]，栽培基質(zhì)的通氣狀況也會影響番茄根系的生長狀況，由于植物對礦質(zhì)元素的吸收主要是主動運(yùn)輸過程，所以溫度和氧氣的高低都會影響著根系對礦質(zhì)元素的吸收[25-26]。由于2種栽培方式的差異，空氣、熱交換能力不同，可能導(dǎo)致番茄根系溫度、通氣狀況存在一定差異，袋式栽培不利于散熱，根系相對較弱，四周被基質(zhì)袋包裹，通氣能力差，根系環(huán)境差，某些微生物及酶活性受到抑制[27-28]，而槽式栽培基質(zhì)溫度變化幅度小，基質(zhì)與空氣接觸面大，通氣能力強(qiáng)，根系呼吸作用較強(qiáng)，植株養(yǎng)分積累狀況好，這與王艷芳等的研究結(jié)果[29]一致。主成分分析是利用正交變換來對一系列可能相關(guān)的變量的觀測值進(jìn)行線性變換，從而投影為一系列線性不相關(guān)變量的值，這些不相關(guān)變量稱為主成分，本試驗以累計貢獻(xiàn)率大于95.996%的2個主成分對2種番茄2種栽培方式下8種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行綜合比較，得出綜合排名依次為T2>T1>T4>T3，由此可見，在日光溫室無土栽培番茄栽培方式的選擇上，選用槽式栽培方式更有利于培育高品質(zhì)番茄。

綜上所述，槽式栽培番茄在果實(shí)各礦質(zhì)元素含量方面較袋式栽培番茄更具有優(yōu)勢，主成分分析也顯示槽式栽培番茄8種礦質(zhì)元素含量綜合品質(zhì)較優(yōu)，因此，在日光溫室基質(zhì)栽培條件下選用槽式栽培更有利于番茄品質(zhì)的提高。

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