陜北有機(jī)基質(zhì)栽培薄皮甜瓜品種篩選

孫 濤，甘海玲，周道明，黃文獻(xiàn)，胡曉輝,3

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西 楊凌712100；2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌712100；3 陜西省設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，陜西 楊凌712100)

甜瓜作為高效率、高價(jià)值農(nóng)產(chǎn)品之一，在我國(guó)園藝作物生產(chǎn)中占有重要地位。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)甜瓜總種植面積占全世界甜瓜種植面積的45%以上，產(chǎn)量占50%左右[6-7]。有關(guān)資料顯示，華北地區(qū)冬春茬薄皮甜瓜一般情況下每畝收益可達(dá)到5萬元，且栽培周期較短，因此吸引了較多的農(nóng)戶種植[8]。陜北地區(qū)薄皮甜瓜種植區(qū)域大，受眾群體廣，但優(yōu)良品種匱乏且缺乏基質(zhì)栽培管理經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而導(dǎo)致整體甜瓜產(chǎn)量低品質(zhì)差[9]。篩選引進(jìn)適合陜北地區(qū)有機(jī)基質(zhì)栽培優(yōu)質(zhì)甜瓜品種，可為促進(jìn)陜北地區(qū)有機(jī)基質(zhì)栽培技術(shù)發(fā)展提供選擇。

本研究以14個(gè)薄皮甜瓜品種為對(duì)象，利用主成分分析法和優(yōu)劣解距離法(TOPSIS)對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選適合陜北地區(qū)有機(jī)基質(zhì)栽培的高品質(zhì)薄皮甜瓜品種，以期為陜北地區(qū)有機(jī)基質(zhì)栽培薄皮甜瓜種植提供優(yōu)質(zhì)品種。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

14個(gè)供試薄皮甜瓜品種為：青農(nóng)甜寶(沈陽(yáng)青農(nóng)種業(yè))、玲瓏黃(天津科潤(rùn)種業(yè))、日本甜寶(大連米可多國(guó)際種業(yè))、青農(nóng)翠寶(沈陽(yáng)青農(nóng)種業(yè))、京玉352(京研益農(nóng)種業(yè))、凌甜綠冠(楊凌秦瑞種業(yè))、gk-03(齊齊哈爾大學(xué)提供)、ze-04(齊齊哈爾大學(xué)提供)、中原9016(鄭州中原西甜瓜研究所)、金帝(湖南鼎牌種業(yè))、冰糖王子(壽光欣欣然種業(yè))、澤甜四號(hào)(齊齊哈爾市澤甜種業(yè))、 吉?jiǎng)?chuàng)20B(乾源種業(yè))和綠博特(河北粒而甜種業(yè))，其中綠博特為延安當(dāng)?shù)刂髟云贩N。

1.2 栽培管理

試驗(yàn)于2021年3―6月在西北農(nóng)林科技大學(xué)延安蔬菜試驗(yàn)示范站(北緯36°87′，東經(jīng)109°32′，海拔1 009.23 m)的下沉式日光溫室(長(zhǎng)110 m，寬12 m，下沉深度1 m)內(nèi)進(jìn)行。供試甜瓜品種采用有機(jī)基質(zhì)袋栽培，栽培基質(zhì)用羊糞、菇渣、珍珠巖三者按體積比2∶4∶1配成，其理化性質(zhì)為：有效氮1 780.5 mg/kg，速效磷788.7 mg/kg，有效鉀1985.5 mg/kg，總氮18.85 mg/g，總磷6.85 mg/g，總鉀18.65 mg/g，pH值6.82，EC值2.4 mS/cm。基質(zhì)袋大小為70 cm×20 cm×16 cm，每袋定植2株甜瓜苗。采用水肥一體化設(shè)備(水源、PLC控制器、管道、流量計(jì)、電磁閥、毛管、滴箭，每個(gè)滴頭額定流速為1.2 L/h)進(jìn)行灌溉施肥，每天上午按照單株500 mL的量供應(yīng)1個(gè)劑量的日本山崎甜瓜專用營(yíng)養(yǎng)液(陰雨天除外)。試驗(yàn)植株行株距為0. 8 m×0.4 m，每個(gè)小區(qū)種植44株，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品種設(shè)置3次重復(fù)，試驗(yàn)布局采取隨機(jī)分布。試驗(yàn)采用人工授粉，單蔓整枝法整枝打叉，在第9～15節(jié)位子蔓留瓜，第22～25節(jié)位摘心。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 產(chǎn) 量 每個(gè)品種隨機(jī)選取10 株，單個(gè)品種株系單層果60%以上果實(shí)轉(zhuǎn)色成熟后進(jìn)行采摘，用電子天平(YP，上海衡際科技儀器有限公司，精度0.001 g)測(cè)定單果質(zhì)量和小區(qū)產(chǎn)量，記錄單株果數(shù)，整個(gè)生育期采摘6次?？偖a(chǎn)量由小區(qū)產(chǎn)量折算，小區(qū)產(chǎn)量=單株產(chǎn)量×小區(qū)株數(shù)。

1.3.2 果實(shí)品質(zhì) 在2層甜瓜果實(shí)采收期，分別在植株相同坐果位點(diǎn)取樣，選取同一天授粉且大小和色澤基本相同的果實(shí)進(jìn)行品質(zhì)測(cè)定?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍(lán)G-250染色法[10]測(cè)定；維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法[10]測(cè)定；可溶性總糖含量采用蒽酮比色法[10]測(cè)定；有機(jī)酸含量采用氫氧化鈉滴定法[10]測(cè)定；游離氨基酸含量采用茚三酮顯色法[10]測(cè)定；可溶性固形物含量和糖酸比采用糖酸一體機(jī)(PLA-BX/ACID日本)測(cè)定；固酸比為可溶性固形物與可滴定酸之比；果肉厚度、橫徑、縱徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，果形指數(shù)=果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑、坐果數(shù)每次采摘時(shí)記錄。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和主成分分析，Duncan’s法[11]進(jìn)行多重比較(P<0.05)，采用單因素(one-way ANOVA)進(jìn)行方差分析，采用Pearson相關(guān)系數(shù)對(duì)各指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行分析，參考胡曉輝等[12]的方法進(jìn)行TOPSIS綜合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種甜瓜果實(shí)品質(zhì)的比較

不同品種甜瓜果實(shí)品質(zhì)各指標(biāo)之間存在較大差異(表1)。其中，日本甜寶的可溶性蛋白含量最高(4.19 mg/g)；日本甜寶、金帝和青農(nóng)甜寶的維生素C含量(依次為60.86，60.56和58.07 mg/hg)顯著高于其余品種(P<0.05)；中原9016的可溶性總糖含量、可溶性固形物含量和糖酸比(72.98%，15.63%，43.88)顯著高于其余品種(P<0.05)；青農(nóng)翠寶的有機(jī)酸含量最高(2.24%)；金帝、中原9016和澤甜四號(hào)的游離氨基酸含量相對(duì)較高，分別為2 985.22，2 964.28和2 913.09 μg/g；中原9016和吉?jiǎng)?chuàng)20B的固酸比(9.41，8.87)顯著高于其余品種(P<0.05)；ze-04的果肉厚度和單果質(zhì)量(17.46 mm和363.59 g)顯著高于其余品種(P<0.05)；吉?jiǎng)?chuàng)20B的果形指數(shù)最高(1.15)；玲瓏黃、冰糖王子的坐果數(shù)最高(均為4.67)。

在發(fā)展休閑農(nóng)業(yè)之前，鄉(xiāng)村旅游資源主要以鄉(xiāng)村本身自然風(fēng)光以及地理?xiàng)l件作為依托，所采用的經(jīng)營(yíng)模式較為傳統(tǒng)。對(duì)于現(xiàn)代休閑農(nóng)業(yè)而言，可以將其和其他產(chǎn)業(yè)結(jié)合在一起。對(duì)鄉(xiāng)村旅游做出規(guī)范化管理，提升管理水平。進(jìn)一步發(fā)展休閑農(nóng)業(yè)以及鄉(xiāng)村旅游，必須高度重視旅游地飲食衛(wèi)生和公共安全等，進(jìn)一步提升服務(wù)質(zhì)量，采取科學(xué)方式避免開展旅游導(dǎo)致的當(dāng)?shù)丨h(huán)境受到污染。結(jié)合實(shí)際情況，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且加大管理力度，確保餐飲食譜綠色衛(wèi)生，對(duì)當(dāng)?shù)胤N植業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)衛(wèi)生清潔，從而確保前來旅游的游客健康安全，

表1 不同品種薄皮甜瓜果實(shí)品質(zhì)的比較

表1(續(xù)) Continued table 1

由表1還可知，可溶性蛋白含量、維生素C含量、可溶性總糖含量、有機(jī)酸含量、游離氨基酸含量、可溶性固形物含量、固酸比、糖酸比、果肉厚度、單果質(zhì)量、果形指數(shù)和坐果數(shù)最低的品種分別為：玲瓏黃(2.63 mg/g)、ze-04(26.23 mg/hg)、青農(nóng)翠寶(20.17%)、吉?jiǎng)?chuàng)20B(1.33%)、青農(nóng)甜寶(1 421.52 μg/g)、青農(nóng)翠寶(11.33%)、青農(nóng)翠寶(4.06)、青農(nóng)翠寶(7.22)、綠博特(9.66 mm)、日本甜寶(180.51 g)、gk-03(0.77)和京玉352、凌甜綠寶、ze-04、中原9016(均為3.33)。

2.2 甜瓜品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

對(duì)試供14個(gè)甜瓜品種12個(gè)果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。由表2可知，可溶性蛋白含量與果肉厚度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；維生素C含量與單果質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與果形指數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；可溶性總糖含量與有機(jī)酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與可溶性固形物含量、固酸比、糖酸比、單果質(zhì)量均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與游離氨基酸含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；有機(jī)酸含量與固酸比、糖酸比均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與果形指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；游離氨基酸含量與糖酸比呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；可溶性固形物含量與固酸比、糖酸比、單果質(zhì)量均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與果肉厚度、果形指數(shù)均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；固酸比與糖酸比呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與果形指數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；糖酸比和果肉厚度均與單果質(zhì)量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；坐果數(shù)與其余指標(biāo)均無顯著相關(guān)性。可見不同甜瓜品種除坐果數(shù)外的其他品質(zhì)指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，表明甜瓜11項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)間存在信息重疊，為避免綜合評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)偏差，必須剔除重復(fù)信息[13]。

表2 不同品種薄皮甜瓜品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

2.3 基于甜瓜果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

對(duì)不同薄皮甜瓜品種除坐果數(shù)外的11項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，以篩選能表征薄皮甜瓜品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)[14]。結(jié)果(表3)發(fā)現(xiàn)，前4個(gè)主成分的特征值分別為4.39，2.39，1.72和1.04，均大于1，且累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為86.65%，表明前4個(gè)主成分包含了14個(gè)薄皮甜瓜11個(gè)品質(zhì)指標(biāo)86.65%的信息，能夠代表甜瓜的品質(zhì)表現(xiàn)。

成分荷載是主成分與變量的相關(guān)系數(shù)，其數(shù)值大小表示原有變量在降維后的綜合變量中貢獻(xiàn)率高低，荷載絕對(duì)值越大表示主成分與該變量關(guān)系越密切，也更能代表這個(gè)變量[15]。由表3可知，第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為39.90%，表明第1主成分可表示甜瓜品質(zhì)指標(biāo)信息的39.90%。

表3 14個(gè)薄皮甜瓜品種主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率

由表4和表5綜合分析可得出，第1主成分主要包含固酸比、糖酸比和可溶性總糖含量，其中固酸比和糖酸比起決定性作用，該主成分主要反映果實(shí)的糖酸度，可命名為風(fēng)味因子。第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為21.68%，主要包含維生素C含量和單果質(zhì)量，其中維生素C含量起決定性作用，因此命名為抗氧化因子。第3主成分的方差貢獻(xiàn)率為15.64%，主要包含果肉厚度和可溶性蛋白含量,其中果肉厚度起決定作用，其是反映薄皮甜瓜可食用部分的重要指標(biāo)，因此將該部分命名為食用因子。第4主成分的方差貢獻(xiàn)率為9.44%，主要由游離氨基酸含量決定，游離氨基酸含量是果實(shí)品質(zhì)的重要組成部分，參與果實(shí)其他品質(zhì)特征成分和風(fēng)味物質(zhì)的合成，因此命名為合成因子。

表4 14個(gè)薄皮甜瓜品種果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的成分荷載矩陣

2.4 14個(gè)薄皮甜瓜品種果實(shí)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)表3～表5的成分荷載矩陣和主成分特征值，計(jì)算各主成分因子得分(Yi,i=1,2,3,4)。

表5 14個(gè)薄皮甜瓜品種果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)旋轉(zhuǎn)后的成分荷載矩陣

Y1=0.01X1-0.01X2+0.45X3-0.36X4+0.15X5+0.35X6+0.45X7+0.46X8+0.07X9+0.26X10+0.18X11。

(1)

Y2=0.39X1+0.51X2-0.05X3-0.31X4+0.11X5-0.18X6+0.15X7+0.08X8-0.46X9-0.41X10+0.20X11。

(2)

Y3=-0.46X1+0.27X2-0.08X3+0.01X4-0.44X5+0.23X6+0.05X7-0.05X8+0.22X9-0.27X10+0.59X11。

(3)

Y4=-0.18X1+0.31X2+0.10X3+0.08X4+0.69X5-0.23X6-0.10X7+0.06X8+0.53X9-0.15X10+0.08X11。

(4)

式中：X1～X11依次代表可溶性蛋白、維生素C、可溶性總糖、有機(jī)酸、游離氨基酸、可溶性固形物含量、固酸比、糖酸比、果肉厚度、單果質(zhì)量和果形指數(shù)等11個(gè)品質(zhì)指標(biāo)，Y1～Y4為主成分1～4得分。以各主成分的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，構(gòu)建品質(zhì)性狀綜合評(píng)價(jià)方程為：

F=0.40Y1+0.22Y2+0.16Y3+0.09Y4。

(5)

式中：F為14個(gè)薄皮甜瓜品種11個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的綜合得分。不同甜瓜品種11個(gè)品質(zhì)性狀的綜合得分及排序見表6。由表6可知，主成分1中排名前5的品種為中原9016(4.84)、吉?jiǎng)?chuàng)20B(3.64)、ze-04(0.95)、綠博特(0.52)和澤甜四號(hào)(0.45)，表明這5個(gè)品種的風(fēng)味因子即糖酸度明顯優(yōu)于其余品種；主成分2中排名前5的品種為日本甜寶(2.61)、金帝(2.39)、綠博特(1.01)、京玉352(0.62)和中原9016(0.54)，表明這5個(gè)品種的抗氧化因子即維生素C含量顯著優(yōu)于其他品種；主成分3中排名前5的品種為青農(nóng)甜寶(2.26)、澤甜四號(hào)(1.25)、日本甜寶(0.97)、ze-04(0.55)和冰糖王子(-0.20)，表明這5個(gè)品種的食用因子即果肉厚度顯著優(yōu)于其他品種。主成分4中排名前5的品種為澤甜四號(hào)(2.08)、金帝(1.23)、凌甜綠寶(0.80)、中原9016(0.33)和冰糖王子(0.31)，表明這5個(gè)品種的合成因子即游離氨基酸含量顯著優(yōu)于其他品種。綜合得分排名前5的品種為中原9016(1.92)、吉?jiǎng)?chuàng)20B(1.28)、澤甜四號(hào)(0.62)、金帝(0.59)和日本甜寶(0.24)，表明這5個(gè)品種在果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)方面優(yōu)于其他品種，與實(shí)測(cè)結(jié)果一致。

表6 14個(gè)薄皮甜瓜品種果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分及排名

2.5 基于TOPSIS法的14個(gè)薄皮甜瓜品種果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

通過主成分分析確定影響甜瓜品質(zhì)的代表性指標(biāo)為固酸比、糖酸比、維生素C、果肉厚度和游離氨基酸。分別對(duì)14個(gè)薄皮甜瓜品種的果實(shí)產(chǎn)量以及上述5個(gè)代表性果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值歸一化，進(jìn)行TOPSIS綜合評(píng)價(jià)。利用TOPSIS法可得到各處理的相對(duì)貼合度(Ci)值(表7)，Ci值大小可反映各處理產(chǎn)量品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的優(yōu)劣。表7中排名前5的品種分別為中原9016(0.77)、吉?jiǎng)?chuàng)20B(0.61)、金帝(0.47)、澤甜四號(hào)(0.41)、冰糖王子(0.36)；排名后3的品種為青農(nóng)翠寶(0.18)、玲瓏黃(0.21)、凌甜綠寶(0.26)；當(dāng)?shù)仄贩N綠博特排名第6，其Ci為0.31。

表7 基于TOPSIS法的14個(gè)薄皮甜瓜品種果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量綜合評(píng)價(jià)及排序

3 討 論

甜瓜的優(yōu)秀品質(zhì)主要表現(xiàn)在外觀形狀、果肉厚度、糖分、質(zhì)地、口感和產(chǎn)量等方面。甜瓜中含有大量的可溶性固形物、可溶性糖、維生素C和有機(jī)酸等[169]，而糖的組成和含量是影響甜瓜果實(shí)品質(zhì)的重要因素，其主要影響果實(shí)的甜度[17]。本試驗(yàn)中，中原9016、吉?jiǎng)?chuàng)20B、金帝和綠博特等5個(gè)薄皮甜瓜品種果實(shí)的可溶性總糖含量較高，且以中原9016薄皮甜瓜最高。水果甜酸風(fēng)味主要由糖、酸含量及其比值決定[18]。研究顯示，含糖量高或極高、含酸量低或中等的果實(shí)風(fēng)味佳；含酸量極高者，無論含糖量高低，風(fēng)味均不理想[19]。本試驗(yàn)通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，影響甜瓜品質(zhì)的主要指標(biāo)為糖酸比和固酸比，這與前人的研究結(jié)果[20]相似。固酸比和糖酸比前3的品種分別為中原9016、吉?jiǎng)?chuàng)20B、京玉352和中原9016、吉?jiǎng)?chuàng)20B、金帝。

園藝產(chǎn)品品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)是指通過采用科學(xué)的分析方法，綜合分析園藝產(chǎn)品單方面或多方面的品質(zhì)指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)園藝產(chǎn)品品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化評(píng)價(jià)，達(dá)到簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)程序，建立合適品質(zhì)評(píng)價(jià)體系的目的[21]。主成分綜合評(píng)價(jià)法是一種將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)降維的分析方法，可將原有多個(gè)具有一定相關(guān)性的變量，重新組合成一組新的、相互無關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原有變量[22]。馬慶華等[23]采用這種方法將棗的品質(zhì)因子歸納為果實(shí)甜脆因子、內(nèi)質(zhì)因子、質(zhì)地因子、外觀因子和其他因子，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良品質(zhì)單株的目標(biāo)。本研究通過主成分分析法對(duì)14個(gè)薄皮甜瓜品種的11個(gè)果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，最終得到代表甜瓜品質(zhì)性狀86.65%信息的4個(gè)主成分因子，根據(jù)其代表性品質(zhì)指標(biāo)分別命名為風(fēng)味因子、抗氧化因子、食用因子和合成因子；按綜合得分對(duì)14個(gè)甜瓜品種進(jìn)行排名，依次為中原9016、吉?jiǎng)?chuàng)20B、澤甜四號(hào)、金帝、日本甜寶、綠博特、青農(nóng)甜寶、ze-04、京玉352、凌甜綠寶、冰糖王子、gk-03、玲瓏黃和青農(nóng)翠寶。TOPSIS多目標(biāo)決策方法通過評(píng)估不同對(duì)象之間的相對(duì)相似度以及積極和消極的理想狀態(tài)來計(jì)算綜合效益[24]，可為兼顧果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量等指標(biāo)提供解決方案[25]。本研究將主成分分析得到的代表性品質(zhì)指標(biāo)與產(chǎn)量結(jié)合進(jìn)行TOPSIS綜合評(píng)價(jià)，最終獲得各品種綜合排名依次為中原9016、吉?jiǎng)?chuàng)20B、金帝、澤甜四號(hào)、冰糖王子、綠博特、日本甜寶、ze-04、京玉352、gk-03、青農(nóng)甜寶、凌甜綠寶、玲瓏黃和青農(nóng)翠寶。

綜上可見，中原9016、吉?jiǎng)?chuàng)20B、金帝和澤甜四號(hào)等薄皮甜瓜品種品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)于其余品種，更適宜在陜北地區(qū)進(jìn)行有機(jī)基質(zhì)栽培。