不同保水劑對戈壁日光溫室基質(zhì)栽培番茄生長和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

閆文濤 米興旺 李波 賈琪 何萌 李娟 錢寶玲

收稿日期：2023 - 10 - 09

作者簡介：閆文濤（1997 — ），男，甘肅酒泉人，研究實習(xí)員，碩士，研究方向為園藝學(xué)。Email： 531829105@qq.com。

通信作者：米興旺（1978 — ），男，甘肅寧縣人，副研究員，研究方向為園藝學(xué) 。Email： 645829150@qq.com。

摘要：為了給戈壁日光溫室番茄基質(zhì)生產(chǎn)中保水劑的合理添加提供技術(shù)依據(jù)，以酒番6號為試材，設(shè)置正常灌溉水平下不添加保水劑、添加90 kg/hm2凹凸棒、添加90 kg/hm2高分子樹脂3個處理；定植后7 d減量灌水15%水平下不添加保水劑、添加90 kg/hm2凹凸棒、添加90 kg/hm2高分子樹脂3個處理，研究了添加不同保水劑對戈壁日光溫室基質(zhì)栽培番茄生長、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，在正常灌溉水平下，與對照不添加保水劑相比較，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子樹脂處理的番茄產(chǎn)量提高5.67%～5.85%，可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、可溶性固形物含量及水分利用效率分別提高10.83%～12.50%、11.88%～38.61%、1.98%～2.20%、7.74%～13.47%、5.70%～5.89%。減量灌水15%水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子樹脂處理的番茄產(chǎn)量提高8.65%～15.48%，可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量及水分利用效率分別提高30.50%～37.24%、70.14%～84.86%、15.83%～18.38%、8.64%～15.50%，可溶性固形物含量降低3.36%～17.75%。表明添加保水劑可顯著提高番茄植株生長，提高產(chǎn)量，改善果實品質(zhì)。主成分分析表明，正常灌溉水平（4 500 m3/hm2）下，以添加90 kg/hm2高分子樹脂效果最佳。

關(guān)鍵詞：番茄；保水劑；戈壁日光溫室；基質(zhì)栽培；產(chǎn)量；品質(zhì)；水分利用效率

中圖分類號：S641.2；S626.5? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2024）04-0342-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.04.008

Effects of Different Water-holding Agents on the Growth，Yield and Quality of Tomatoes using Substrate Culture in Gobi Solar Greenhouse

YAN Wentao， MI Xingwang， LI Bo， JIA Qi， HE Meng， LI Juan， QIAN Baoling

（Jiuquan Academy of Agricultural Sciences， Jiuquan Gansu 735000， China）

Abstract： To study the effects of adding different water-retaining agents on tomato growth， quality and yield， and to provide technical basis for reasonable addition of water-retaining agents in tomato substrate production in Gobi solar greenhouse， Jiufan 6 was used as the test material and 3 treatments were set， i.e.， no water retaining agent， 90 kg/ha attapulgite and 90 kg/ha polymer resin， under normal irrigation level. One week after colonization， there were 3 treatments i.e.， no water retaining agent， 90 kg/ha attapulgite and 90 kg/ha polymer resin at the reduced irrigation level of 15%， and a total of 6 treatments were performed to explore the effects of different water-retaining agents on the growth， quality， and yield of tomatoes. Results showed that under normal irrigation level， yields of tomatoes treated with 90 kg/ha attapulgite and 90 kg/ha polymer resin were increased by 5.67% to 5.85%. Contents of soluble sugar， soluble protein， vitamin C， soluble solid and water use efficiency were increased by 10.83% to 12.50%， 11.88% to 38.61%， 1.98% to 2.20%， 7.74% to 13.47% and 5.70% to 5.89%， respectively. The yield of tomatoes treated with 90 kg/ha attapulgite and 90 kg/ha polymer resin increased by 8.65% to 15.48% at the reduced irrigation level of 15%. Contents of soluble sugar， soluble protein， vitamin C and water use efficiency were increased by 30.50% to 37.24%， 70.14% to 84.86%， 15.83% to 18.38% and 8.64% to 15.50%， respectively， while soluble solid content was decreased by 3.36% to 17.75%. Adding water-retaining agent can significantly promote tomato plant growth， increase yield and improve fruit quality. Principal component analysis showed that under normal irrigation level （4 500 m3/ha）， adding 90 kg/ha polymer resin had the best effect.

Key words： Tomato; Water retaining agent; Gobi solar greenhouse; Substrate culture; Yield; Quality; Water use efficiency

保水劑（SAP）是一種含有羥基、羧基等強(qiáng)親水性基團(tuán)，吸水能力極強(qiáng)的高分子物質(zhì)統(tǒng)稱［1 ］，又名土壤保水劑、高分子吸水劑、持水劑，具有較強(qiáng)的吸水性。已有研究表明，保水劑能夠短時間內(nèi)吸收高于自身重百倍的水分［2 - 3 ］，通過吸水形成特殊的分散體系，能有效地限制水分自由程度，從而長期維持水分［4 ］，不斷地吸收和緩慢釋放，為作物提供必要的水分［5 ］。白崗栓等［6 ］、李揚(yáng)等［7 ］研究表明，保水劑能有效提高土壤水分，降低水分蒸發(fā)，促進(jìn)土壤顆粒團(tuán)聚體形成，改善土壤理化性質(zhì)。高奇等［8 ］研究表明，添加保水劑能有效提高旱作谷子成熟期生物量積累和產(chǎn)量，其中谷子地上部生物量和籽粒產(chǎn)量較對照分別提高28.47%、19.92%和20.54%、20.42%。Li等［9 ］研究表明，添加保水劑60～90 kg/hm2可顯著降低0～40 cm土壤容重6.2%～8.2%，總孔隙度顯著提高8.5%～11.2%，施加保水劑60～90 kg/hm2顯著促進(jìn)作物生長和玉米產(chǎn)量。Xu等［10 ］研究表明，通過在鹽堿地添加保水劑30 kg/hm2處理的部分細(xì)菌類群的相對豐度均有不同程度提高。

番茄（Solanum lycopersicum L.）屬茄科植物番茄屬，其因含豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和酸甜的口感成為廣受大眾喜愛的蔬菜和調(diào)味品［11 ］。2020年全球番茄種植面積達(dá)505.20萬hm2，產(chǎn)量高達(dá)1.87億t；我國番茄種植面積達(dá)到了111.15萬hm2，占世界總面積約22%，已成為全球最大的番茄生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國［12 ］。隨著市場需求的不斷增加，酒泉市戈壁日光溫室番茄基質(zhì)栽培面積逐漸擴(kuò)大。但前人的研究多集中在抗旱增產(chǎn)、輕簡栽培、緩解連作障礙等方面，關(guān)于基質(zhì)添加保水劑對番茄生長和品質(zhì)影響的研究較少。本研究以酒泉市農(nóng)科院自育品種酒番6號為指示品種，研究了添加不同保水劑對戈壁日光溫室基質(zhì)栽培番茄生長、產(chǎn)量及果實品質(zhì)的影響，旨在為戈壁日光溫室番茄生產(chǎn)中保水劑的合理添加提供技術(shù)依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗地概況

試驗地位于甘肅酒泉市肅州區(qū)戈壁生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園。當(dāng)?shù)貙儆诖箨懶詺夂?，年均降水?76 mm，年均蒸發(fā)量2 810.6 mm，全年無霜期140 d，≥10℃的年活動積溫為2 220～3 490 ℃，4 — 9月光照時數(shù)達(dá)1 600～1 800 h。該區(qū)降水少，蒸發(fā)量大，熱量充沛，光照充足，戈壁面積大，地勢平坦，現(xiàn)已成為全國最大的戈壁生態(tài)農(nóng)業(yè)示范基地。

供試戈壁日光溫室為全鋼架裝配型結(jié)構(gòu)，東西走向，脊高5.9 m、長80 m、跨度10 m，可以滿足番茄越冬生產(chǎn)對溫光環(huán)境的需求。

1.2? ?試驗材料

指示番茄品種為酒番6號，為酒泉市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院自育品種。供試保水劑分別為凹凸棒保水劑（由臨澤豐化凹凸棒產(chǎn)業(yè)有限公司提供，吸水率為150%， pH為8.5，外觀為黃色粉末）和高分子樹脂保水劑（由任丘市金譽(yù)化工有限公司提供，吸水率為180%，pH為7.0，外觀為白色晶體）。供試基質(zhì)容重為0.53 g/cm3，總孔隙度為72.36%，pH為7.49。

1.3? ?試驗設(shè)計

試驗共設(shè)6個處理，具體見表1。采用間比法排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積15.12 m2，走道寬75 cm。試驗采用營養(yǎng)缽栽培，各處理均采用酒泉市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院自主研發(fā)全營養(yǎng)液配方肥（N∶P∶K=1∶0.5∶1.5）隨水追肥，每次隨水追施120 kg/hm2，番茄全生育期（150 d）共追肥15次，每隔10 d追肥1次。追肥時進(jìn)行水肥一體化管理，苗期施肥2次；開花坐果期施肥2次，盛果期施肥11次，其余田間管理與當(dāng)?shù)鼗|(zhì)栽培番茄管理一致。

定植前（2023年3月13日）按試驗設(shè)計用量將保水劑一次性翻入栽培基質(zhì)中。采用營養(yǎng)缽（直徑22 cm、高22 cm）栽培，缽內(nèi)填充15 cm栽培基質(zhì)。2023年3月26日按株距20 cm、行距19 cm定植，每行定植44株。每小區(qū)選取9株長勢一致的植株掛牌，于盛果期開始測定相關(guān)指標(biāo)。

1.4? ?測定項目及方法

1.4.1? ? 番茄生長指標(biāo)及果實外觀品質(zhì)? ? 采用卷尺測定株高，采用電子游標(biāo)卡尺測定莖粗和果實橫縱徑。于開花期采用SPAD 502葉綠素計測量葉綠素相對含量（SPAD值）。

1.4.2? ? 果實營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)? ? 于盛果期（5月10日）選取成熟度一致的果實測定營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定可溶性蛋白含量，采用蒽酮-硫酸比色法測定可溶性糖含量［13 ］，采用二氯靛酚（DPI）氧化還原滴定法測定維生素C含量。參照NY/T2637 — 2014測定方法［14 ］，使用PAL-1手持式折光儀測定可溶性固形物含量。

1.4.3? ? 產(chǎn)量及單果質(zhì)量? ? 番茄每次采收時測定小區(qū)產(chǎn)量，計總產(chǎn)后折算折合產(chǎn)量，同時測定單果質(zhì)量。

1.4.4? ? 水分利用效率? ? 水分利用效率WUE采用公式：WUE=Ya/ET計算。

式中，Ya為產(chǎn)量，ET為灌水量［15 ］。

1.5? ?數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 26.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析及主成分分析，利用Excel 2021 進(jìn)行制表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同保水劑對番茄生長和SPAD值的影響

由表2可看出，添加凹凸棒保水劑和高分子樹脂保水劑對番茄株高、莖粗和SPAD值均有促進(jìn)作用，減量灌溉各處理（CK、C1、C2）株高、莖粗和SPAD值均低于正常灌溉處理（TK、T1、T2）。在正常灌溉水平下，T1處理和T2處理番茄株高較TK分別提高11.41%和12.36%，差異均達(dá)顯著水平。在減量灌溉15%的水平下，C1處理和C2處理的番茄株高、莖粗均高于CK，但莖粗在各處理間無顯著性差異。在正常灌溉水平下，T1處理和T2處理SPAD值均高于TK，但無顯著性差異；在減量灌溉水平下C2處理SPAD值最高，較CK增長9.59%，且顯著高于CK。

2.2? ?不同保水劑對番茄果實外觀品質(zhì)的影響

由表3所示，添加凹凸棒保水劑和高分子樹脂保水劑對番茄外觀品質(zhì)均有不同程度的影響。在正常灌溉水平下，番茄果實橫徑、縱徑和果形指數(shù)均以T2處理最高，顯著高于TK與T1，且較TK分別增加了6.45%、10.05%、3.53%。在減量灌溉15%的水平下，C2處理番茄果實橫徑顯著高于CK和C1處理，較CK、C1處理分別增加了3.86%、1.42%。在正常灌溉和減量灌溉15%水平下，高分子樹脂保水劑處理（T2、C2）番茄單果質(zhì)量均高于同水平下其他處理，T2處理較TK顯著增加6.71%，C2處理較CK顯著增加9.78%。2.3? ?不同保水劑對番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖1可以看出，添加保水劑各處理（T1、T2、C1、C2）均可改善番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)。在正常灌溉水平下，T1、T2處理的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、可溶性固形物含量較TK分別提高10.83%～12.50%、11.88%～38.61%、1.98%～2.20%、7.74%～13.47%；減量灌水15%水平下，C1、C2處理的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量較CK分別提高30.50%～37.24%、70.14%～84.86%、15.83%～18.38%，可溶性固形物含量較CK降低3.36%～17.75%。減量灌溉15%水平下保水劑處理番茄的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量均高于正常灌溉水平下各處理，其中C2處理可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量均最高，較CK分別提高了37.38%、84.89%、18.38%。減量灌溉15%水平下各處理（CK、C1、C2）番茄果實可溶性固形物均高于正常灌溉處理，其中CK可溶性固形物含量最高，顯著高于TK，較TK提高了40.40%。

2.4? ?不同保水劑對番茄產(chǎn)量、 產(chǎn)值及水分利用效率的影響

從表4可以看出，不同灌溉水平下添加凹凸棒保水劑和高分子樹脂保水劑均能夠提高番茄產(chǎn)量和水平利用效率。在正常灌溉水平下，T1、T2處理的番茄產(chǎn)量較TK分別提高5.67%、5.85%，水分利用效率較TK提高5.70%、5.89%。減量灌水15%水平下，T1、T2處理的番茄產(chǎn)量較CK分別提高8.65%、15.48%，水分利用效率較CK分別提高8.64%、15.50%。且正常灌溉水平下各處理番茄產(chǎn)量均高于減量灌溉15%水平下各處理。水分利用效率由大到小依次為C2、T2、C1、T1、TK、CK，C2處理顯著高于其他處理，達(dá)24.07 kg/m3，即適度的減量灌溉并添加保水劑可有效提高水分利用效率。各處理總產(chǎn)值均顯著高于CK，提高了8.65%～24.96%。

2.5? ?不同保水劑對番茄生長、 品質(zhì)及產(chǎn)量等的綜合評價

采用主成分分析法得到主成分特征向量、特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計方差貢獻(xiàn)率如表5所示。選取了2個主成分，累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)93.01%，可代表所檢測的指標(biāo)成分。

通過各指標(biāo)的載荷值（表6）除以相對應(yīng)主成分特征值的開平方根，得到2個主成分的函數(shù)表達(dá)式：

F1=0.317 0X1 + 0.289 0X2 + 0.300 3X3 + 0.297 7X4+

0.308 9 X5 + 0.289 7 X6 + 0.310 2 X7 + 0.121 8 X8 + 0.113 2 X9 - 0.247 5 X10 + 0.209 0 X11 + 0.314 1 X12 + 0.314 1 X13 + 0.178 7 X14

F2=-0.031 7 X1 - 0.1520 X2 - 0.171 1 X3 - 0.156 9 X4- 0.061 2? X5+0.112 1? X6-0.137 8 X7+0.503 6? X8+ 0.503 0 X9 + 0.170 0 X10 + 0.388 8 X11 - 0.085 3 X12 - 0.085 3 X13 + 0.430 3 X14

根據(jù)各主成分的方差貢獻(xiàn)率，得到番茄生長、品質(zhì)及產(chǎn)量等綜合評價函數(shù)（綜合得分F=0.691 2F1+ 0.238 9F2），依此計算出各處理對番茄生長、品質(zhì)及產(chǎn)量的綜合得分排序（表7），各處理得分由大到小次為T2、T1、C2、TK、C1、CK。說明在正常灌溉水平下，添加90 kg/hm2高分子樹脂保水劑處理（T2）的日光溫室基質(zhì)栽培番茄生長、品質(zhì)及產(chǎn)量最佳，添加90 kg/hm2凹凸棒保水劑處理（T1）效果較好。

3? 討論與結(jié)論

水分在作物的生長過程中起著決定性的作? 用［16 ］。大量研究表明，保水劑可以通過自身吸水-釋水過程改善土壤結(jié)構(gòu)［17 - 18 ］，可顯著促進(jìn)作物生長及土壤持水能力［19 - 20 ］。李欣燕等［21 ］研究表明，添加SAP保水劑、沃特保水劑和自制保水劑均能增加煙葉中葉綠素含量。鄧超超等［22 ］研究表明，施用生態(tài)保水劑顯著提高了玉米生育期葉片的葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度，其中添加75 kg/hm2保水劑效果最好。魏秀華等［23 ］研究表明，施用保水劑45、75 kg/hm2能有效增加濰坊寒亭、柘山兩地小麥的冬前次生根條數(shù)和分蘗數(shù)，增加千粒重和穗粒數(shù)，最終顯著增產(chǎn)24.6%～36.9%。劉麗珠等［24 ］在番茄上進(jìn)行基質(zhì)添加保水劑處理，發(fā)現(xiàn)等量澆水情況下，墊料基質(zhì)添加0.8%SAP1、SAP2和SAP3的番茄總產(chǎn)量提高了10.0%～26.5%，以添加0.8% SAP3的增產(chǎn)效果最佳；添加3種SAP均有利于提高番茄葉片光合速率和蒸騰速率。本研究中，添加2種保水劑的處理均能夠使番茄株高、莖粗和相對葉綠素含量增加，證明保水劑能有效促進(jìn)番茄生長，這與張蕊等［25 ］的研究一致。

隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，消費(fèi)者對蔬菜品質(zhì)的要求也日益提高，品質(zhì)已成為衡量蔬菜商品價值的重要因素［26 ］。劉世亮等［27 ］通過大田試驗發(fā)現(xiàn)，添加15 kg/hm2保水劑提高了煙葉中還原糖、鉀的含量，并顯著降低淀粉、煙堿和氯離子含量，有利于煙葉品質(zhì)的改善；其中，添加15 kg/hm2和30 kg/hm2能夠明顯提高煙葉經(jīng)濟(jì)性狀，增加煙葉生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。程云霞等［28 ］研究表明，在栽培基質(zhì)中適量施加保水劑（≤0.300 g/L）有利于促進(jìn)辣椒維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量。Lavado等［29 ］研究表明，減量灌溉能顯著提高葡萄可滴定酸、蘋果酸、總多酚、總花色苷含量，但同時導(dǎo)致了較高的產(chǎn)量損失。劉曉奇等［30 ］在日光溫室基質(zhì)番茄上進(jìn)行了水分虧缺處理，研究發(fā)現(xiàn)輕度水分虧缺（正常灌溉80%）和中度水分虧缺（正常灌溉60%）處理均能夠提高番茄的風(fēng)味品質(zhì)，其中輕度水分虧缺下番茄果實可溶性糖、有機(jī)酸含量分別比對照正常灌溉提高12.81%和10.34%，而中度水分虧缺處理可溶性糖含量提高20.60%。本研究發(fā)現(xiàn)，在正常灌溉水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子樹脂處理的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、可溶性固形物含量較對照不添加保水劑分別提高10.83%～12.50%、11.88%～38.61%、1.98%～2.20%、7.74%～13.47%；減量灌水15%水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子樹脂處理的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量較對照不添加保水劑分別提高30.50%～37.24%、70.14%～84.86%、15.83%～18.38%，可溶性固形物含量較對照不添加保水劑降低3.36%～17.75%。減量灌溉并添加保水劑的處理可提高番茄果實的可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C含量，并且高于常規(guī)灌溉添加保水劑處理，這與Patane等［31 ］研究結(jié)果一致。

添加保水劑不僅能促進(jìn)植株生長，還提高了作物的產(chǎn)量。鄒超煜等［32 ］研究發(fā)現(xiàn)，施用保水劑處理的西瓜、馬鈴薯和玉米較對照不施保水劑分別增產(chǎn)29.08%、54.78% 、11.47%，春小麥、向日葵、玉米、番茄較對照不施保水劑分別增產(chǎn)22.6%、26.8%、30.64%、11.01%；西瓜、馬鈴薯、玉米的水分利用效率較對照不施保水劑分別增加了34.76%、46.52%、27.73%，春小麥、向日葵、玉米和番茄的水分利用效率較對照不施保水劑分別增加了19.54%、49.29%、18.97%、85.09%。史中興等［33 ］的研究表明，保水劑的添加提高了菠菜的產(chǎn)量及水分利用效率，當(dāng)保水劑施用量為285.6 kg/hm2、拌施深度5～10 cm、滴灌灌水定額150 m3/hm2時菠菜產(chǎn)量和水分利用效率均達(dá)到較大值。衛(wèi)琦等［34 ］在對辣椒研究中發(fā)現(xiàn)，添加占土壤干重0.2%保水劑并淺埋于土壤10 cm處理可促進(jìn)日光溫室辣椒生長和干物質(zhì)累積，有助于作物增產(chǎn)增收，并且顯著提升水分利用效率。本研究發(fā)現(xiàn)，在正常灌溉水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子樹脂處理的番茄產(chǎn)量較不添加保水劑分別提高5.67%、5.85%，水分利用效率較不添加保水劑分別提高5.70%、5.89%。減量灌水15%水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子樹脂處理的番茄產(chǎn)量較不添加保水劑分別提高8.65%、15.48%，水分利用效率較不添加保水劑分別提高8.64%、15.50%。添加保水劑處理下的番茄單果質(zhì)量和產(chǎn)量均較對照不添加保水劑處理有不同程度提高，并且適當(dāng)程度的減量灌溉條件下添加保水劑可有效提高水分利用效率，這與朱夢真［35 ］的研究一致。

綜上所述，添加凹凸棒保水劑及高分子樹脂保水劑對戈壁日光溫室基質(zhì)栽培番茄的生長、品質(zhì)、產(chǎn)量等均有不同程度的提升效果。通過主成分分析可以看出，在正常灌溉水平（4 500 m3/hm2）下，添加90 kg/hm2高分子樹脂處理最佳，可明顯促進(jìn)番茄生長，提高番茄產(chǎn)量及水分利用效率，改善番茄品質(zhì)。

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