劉聰聰，黃春燕，王登偉

(石河子大學農(nóng)學院/新疆建設設兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】黃沙透氣、透水性好，采用黃沙基質(zhì)袋種植技術，灌溉方式易采用少量、多次的滴灌方式。設定黃沙基質(zhì)含水量是關鍵，水分過高，番茄植株徒長，營養(yǎng)生長旺盛，最終影響到番茄的生殖生長，產(chǎn)量與品質(zhì)均會降低；相反，缺水會造成果實表皮加厚，口感品質(zhì)降低。根據(jù)番茄生長的需水規(guī)律，須合理的制定出黃沙基質(zhì)的含水量。EC值可表示種植基質(zhì)中的可溶性離子的總濃度和反映植株需肥情況。試驗中水肥一體化技術的核心在于根據(jù)植株對營養(yǎng)元素的需要，將肥料溶液精確、定量的滴灌在根系附近，借助傳感器測定與傳輸出EC值參數(shù)，以表征黃沙基質(zhì)內(nèi)離子的濃度，即基質(zhì)內(nèi)肥料營養(yǎng)的狀況，根據(jù)設定參數(shù)選擇性供給，影響植株的生長與發(fā)育。EC值過高可溶性鹽類會使植物受到損傷或造成植株根系的死亡，過低會導致植株生長營養(yǎng)不良使產(chǎn)量品質(zhì)下降，設置合理的EC值區(qū)間顯得尤為重要。正常的EC值范圍在1.0～2.5 mS/cm。番茄單果重是構成番茄產(chǎn)量的一項重要指標，試驗以番茄的第3穗果為樣本，測試番茄的單果重?？扇苄怨绦挝锖?、番茄紅素和VC是表征番茄營養(yǎng)品質(zhì)重要的指標。風味價值與外觀品相均是影響效益的關鍵。為了使評價更加合理、準確、可靠的評價3個番茄品系營養(yǎng)風味價值與品相價值，采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法對可溶性固形物、番茄紅素含量、VC含量、總糖含量、總酸含量和糖酸比6項營養(yǎng)品質(zhì)指標與果形指數(shù)、單果重2項外觀品質(zhì)指標進行綜合評價。黃沙是一種優(yōu)質(zhì)種植基質(zhì)，具有良好應用推廣前景。水肥一體化技術可根據(jù)各生育時期內(nèi)植株生長發(fā)育需要精準供水供肥，為番茄提供良好生長發(fā)育環(huán)境并節(jié)約農(nóng)業(yè)成本與人力投入。袋式黃沙基質(zhì)水肥一體化模式是一種創(chuàng)新番茄種植的模式，使經(jīng)濟效益與環(huán)保節(jié)能達到統(tǒng)一，推動設施農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展，為進一步規(guī)?；l(fā)展沙漠綠洲農(nóng)業(yè)提供實踐。【前人研究進展】我國沙漠總面積約71.29×104hm2，但沙漠開發(fā)利用有較多空白[1-6]。甘肅河西走廊率先開展了水肥一體化“沙產(chǎn)業(yè)”實踐，20年間河西五市成為主要的產(chǎn)糧基地和經(jīng)濟作物產(chǎn)區(qū)[7-8]，新疆沙漠面積43.04×104hm2，是典型的“沙漠大區(qū)”。近年來已采用黃沙基質(zhì)種植木瓜[9]、辣椒[10]等作物驗證了其效果顯著。黃沙基質(zhì)基本不含營養(yǎng)物質(zhì)，番茄移栽后的整個生育期內(nèi)需要持續(xù)性的肥料灌入，以保證作物正常合理生長[11]?！颈狙芯壳腥朦c】無土栽培獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)番茄一直是設施農(nóng)業(yè)的熱點與難點[12]。研究采用黃沙基質(zhì)袋隔離土壤種植，配合水肥一體化技術無土栽培管理溫室番茄植株?！緮M解決的關鍵問題】研究整個生育期內(nèi)植株長勢，分析番茄果實收獲情況，分析該系統(tǒng)模式對番茄果實產(chǎn)量與品質(zhì)的作用效果，為發(fā)展設施沙漠農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2019年在石河子大學農(nóng)科綜合教實驗學中心設施溫室大棚基地(E86.03°、N44.18°)進行。日光溫室為混鋼結構，覆聚乙烯塑料薄膜，溫室面積720 m2(90 m×8 m)。

溫室配備新一代智能環(huán)境控制系統(tǒng)，可采集與監(jiān)管室內(nèi)溫度、空氣濕度、光照強度、CO2濃度等參數(shù)，實時調(diào)整室內(nèi)小氣候環(huán)境。

試驗選用世佳番茄雜交F1代1867、1812、1814三個品系(以下簡稱：番茄品系1867、1814和1812)，均為中早熟無限生長型大果番茄，且具有抗病性強、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的特性。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗選定3個番茄品系，隨機區(qū)組排列，重復3次，共設置9個小區(qū)(單行15株為院個小區(qū))，保護行種植。番茄幼苗于3月13日定植于黃沙基質(zhì)袋內(nèi)，5月20日打頂(第5果穗花期)。生育期內(nèi)采用水肥一體化系統(tǒng)供水供肥，田間栽培管理同常規(guī)溫室番茄管理一致。

1.2.2 黃沙基質(zhì)與種植袋

1.2.2.1 黃沙基質(zhì)物理特性

試驗所用黃沙基質(zhì)均取于古爾班通古特沙漠。黃沙具有松散化、粘著性差、顆粒圓化等特點[13]。黃沙孔隙率較大，比重為1.45～1.65；顆粒直徑介于0.46～0.49[14]；飽和含水量為18%～20%；pH值為6.8～7.0；電導率EC值為0.05～0.78 mS/m。

1.2.2.2 黃沙基質(zhì)袋

種植袋為無紡布材料，厚0.15 cm，設計為圓桶型，帶有孔蓋，附兩耳，容積0.012 m3(0.17 m×(0.15 m)2×π)。黃沙基質(zhì)填充種植袋內(nèi)，各基質(zhì)袋單株種植。

1.2.2.3 基質(zhì)栽培模式

番茄植株采用寬窄行種植，窄行基質(zhì)袋間距約0.15 m，寬行基質(zhì)袋間距0.7 m，株行距0.4 m×0.7 m定植。圖1

1.2.3 水肥設備系統(tǒng)

1.2.3.1 營養(yǎng)液配制

營養(yǎng)液由化肥和有機肥組合配制?；史譃锳肥與B肥，A肥為N、P、K大量元素構成，B肥為Ca、Mg、Cu、Zn、B、Mn等中微量元素構成；有機肥為海藻肥、純礦源腐殖酸組成。番茄植株各生育時期對養(yǎng)分需求的數(shù)量與比例不同，營養(yǎng)液內(nèi)各離子含量與比例根據(jù)植株需要由水肥一體化系統(tǒng)施入。

1.2.3.2 物聯(lián)網(wǎng)云平臺水肥一體化系統(tǒng)設施

基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的水肥一體化系統(tǒng)由控制中心系統(tǒng)、根系環(huán)境信息采集系統(tǒng)、灌溉施肥系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)云平臺4部分組成。根系環(huán)境信息采集系統(tǒng)實時采集根系附近溫度、濕度、EC值(電導率)等環(huán)境參數(shù)，控制中心系統(tǒng)對其整合，并管控灌溉施肥系統(tǒng)對植株及時供水供肥，管理人員通過物聯(lián)網(wǎng)云平臺終端查看實時動態(tài)參數(shù)，歷史記錄、報警提醒等，對整個水肥系統(tǒng)進行監(jiān)督與管理，最終實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)云平臺水肥一體化系統(tǒng)對植株精確水肥管理。

1.2.3.3 管網(wǎng)設計與組裝

管網(wǎng)由干道、支管、毛細管、滴箭4部分組成。1支管置于2窄行番茄植株之間，毛細管接頭安裝滴箭，插入黃沙基質(zhì)袋中。

1.2.4 育苗

為防種子帶菌，3個世佳番茄品系的種子采用溫湯浸種、二氧化氯錠100 mg/L消毒處理。2月初，采用72穴穴盤進行點播，28～30℃催芽，待真葉展開后，生長溫度保持在18～26℃，并對幼苗鈉燈補光1～2 h/d，3月13日，幼苗達到4～5片真葉，移栽到黃沙基質(zhì)袋中。

1.2.5 溫濕管控

番茄在溫度為20～25℃環(huán)境內(nèi)同化作用最高。石河子市夏季溫度較高，6月30日大棚的室外最高溫度達37℃。棚內(nèi)濕度過大易導致病蟲害，通過棚窗、排風扇、遮陽網(wǎng)(最大光強達7 238×104lx，因此,當光強超過5 800×104lx，中午12：00～15：00打開遮陽網(wǎng)，緩解高溫與強光，避免高溫脅迫與蒸騰作用過強造成植株失水萎蔫)等操作進行控溫排濕使棚內(nèi)溫度保持30℃以下。 圖2

圖2 番茄生育期內(nèi)環(huán)境溫度變化Fig.2 Environment temperature change during

1.2.6 測定項目

針對病蟲害，研究堅持農(nóng)業(yè)防治、生物防治為首選，化學農(nóng)藥防治為輔。主要通過控溫排濕、高溫悶棚、大量粘蟲板、定期二氧化氯錠消毒等方式，降低病蟲害的發(fā)生幾率[15]。

1.2.6.1 產(chǎn)量

按番茄種植行實收測產(chǎn)，參照(GB 8852—1988)標準，測定單果重、果實產(chǎn)量。

1.2.6.2 品質(zhì)

共測定7個番茄品質(zhì)指標，其中可溶性固形物含量(%)、番茄紅素(mg/100g) 、VC (mg/100g)、總糖含量(g/100g)、總酸含量(g/kg)、糖酸比6個內(nèi)含物品質(zhì)指標由新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)農(nóng)村品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心采用國標法測定；果形指數(shù)分別測量番茄果實縱、橫徑的長度，計算兩者比值而得。

1.2.6.3 品種綜合評價

采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法對3個番茄品系進行綜合評價[16-21]。函數(shù)計算公式如下：

Uij=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin).

函數(shù)公式中，Uij表示番茄果實品質(zhì)變化隸屬函數(shù)值；i表示品種，j表示指標數(shù)。Xmax表示各指標的最大測定值；Xmin表示各指標的最小測定值。隸屬函數(shù)值越大，表示品質(zhì)效果越好。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010 、SPSS24.0和RStudio軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，并進行T檢驗顯著性方差分析。

2 結果與分析

2.1 水肥管理

2.1.1 番茄各生育時期黃沙基質(zhì)含水量

研究表明，移栽后的番茄苗較弱小，緩苗期含水量為14.5%～17.5%，有助于緩苗；苗期含水量為14.5%～17.5%，促進根系生長與提高抗旱能力；花、果期適度降低含水量，為14.0%～16.0%，尤其苗期到第1穗果期間降低灌水量，促使植株生根與避免第1穗果過大影響其他穗果的生長發(fā)育；果實成熟期進一步降低黃沙基質(zhì)的含水量，區(qū)間為14.0%～15.5%，可使果實甜度適當?shù)脑黾?。番茄植株各生育時期內(nèi)耗水量在番茄生育期內(nèi)先增后減，開花坐果期耗水量最高，結果期逐漸降低基質(zhì)含水量，有利于降低裂果率。圖3，表1

圖3 番茄各生育時期黃沙基質(zhì)含水量變化Fig.3 Changes of yellow sand substrate water content

表1 番茄各生育時期灌溉量Table 1 Amount of tomato in each growing period

2.1.2 番茄各生育時期施肥

研究表明，番茄植株N∶P∶K比例，移栽后至開花期為1∶1∶1，坐果期至紅果期為1∶0.5∶2，同時添加中微量元素，在抗病，尤其防果實臍腐病方面有顯著效果，至番茄花、果期更應提高番茄中微量元素的施肥比例，開始坐果后加大鈣離子與鎂離子施用量，增厚表皮防止降低裂果率。隨營養(yǎng)生長與生殖生長施肥量逐漸增加，開花坐果期耗肥量最多，收獲期內(nèi)逐漸減少肥料施用。表2，表3

表2 番茄各生育時期施肥配比Table 2 The amount of fertilizer applied in each growing period of tomato

表3 番茄各生育時期施肥量Table 3 Fertilizer consumption of tomato at different growth stages

2.1.3 番茄關鍵生育時期黃沙基質(zhì)EC值特征

研究表明，移栽后植株苗較弱，容易失水，緩苗期EC值區(qū)間為0.9～1.5 mS/cm，有利于緩苗與提高根系抗脅迫能力；苗期開始營養(yǎng)生長，相比緩苗期提高EC值設定區(qū)間，但要避免營養(yǎng)生長過旺，苗期EC值區(qū)間為1.4～1.8 mS/cm；花、果期進一步提高EC值，此時期營養(yǎng)需求最大，可逐步再次提高營養(yǎng)供應，但要避免第1果穗番茄過大引起其他穗番茄減產(chǎn)，花、果期EC值區(qū)間為1.4～2.0 mS/cm；收獲期內(nèi)番茄逐漸長成與采摘，營養(yǎng)需求逐步降低，轉色期后，為防止裂果適度控水，EC值仍相對較高，收獲期EC值區(qū)間為1.3～2.3 mS/cm，可保證收獲期內(nèi)各穗番茄全部正常成熟與上市。圖4

2.2 黃沙基質(zhì)栽培番茄產(chǎn)量特征

研究表明，3個番茄品系單果重均達到了大果的標準。其中，單果重最重的番茄品系1812比單果重最輕的番茄品系1814高出13.72%；分析番茄實收產(chǎn)量，3個番茄品系的產(chǎn)量在134.0～146.3 t/hm2，均達到高產(chǎn)水平；其中，番茄品系1812和1867產(chǎn)量水平相當，與番茄品系1814相比產(chǎn)量差異性顯著(P<0.05)，番茄品系1812比番茄品系1814產(chǎn)量高7.81%。表4

圖4 番茄各生育時期EC值變化Fig.4 EC Changes in different growth periods

表4 番茄品系產(chǎn)量方差分析Table 4 Yield components and analysis of tomato varieties

2.3 黃沙基質(zhì)栽培番茄內(nèi)在品質(zhì)指標

2.3.1 黃沙基質(zhì)栽培番茄營養(yǎng)品質(zhì)

研究表明，可溶性固形物含量3個番茄品系均較高；番茄紅素是自然界中最強抗氧化劑之一，藥用與營養(yǎng)價值都較高。3個番茄品系的番茄紅素含量沒有達到顯著性差異(P<0.05)，其中1867的番茄紅素含量比1814的高50.7%，番茄1867和1812的番茄紅素含量分別處于極高和中上等水平，番茄1867可作為優(yōu)選高番茄紅素品系加以種植；番茄是獲取VC的重要來源，方差分析表明，番茄1814與1812和1867的VC含量存在顯著性差異(P<0.05)(圖5C)，其中VC含量最高的是1814比最低1867高4.00%，3個番茄品系VC含量均達到了較高水平。圖5

圖5 番茄3個品系營養(yǎng)品質(zhì)比較Fig.5 Analysis and comparison of nutrition quality of three tomato varieties

2.3.2 黃沙基質(zhì)栽培番茄口感品質(zhì)與外觀品質(zhì)

研究表明，番茄1814與1867相比總糖含量差異性顯著(P<0.05)，前者總糖含比后者高11.94%；3番茄品系的總酸含量存在顯著差異(P<0.05)(圖6B)，番茄總酸含量最高的是1814比最低的1867高出23.63%，番茄3個品系的總酸含量均為中等水平；良好的風味是建立在適宜的糖酸比基礎上的[21]。經(jīng)方差分析番茄世佳1814品系與其它2個品系的糖酸比存在顯著差異 (P<0.05) (圖6C)，其中糖酸比最高的番茄世佳1812品系比糖酸比最低的1814品系的高17.01%，偏甜口味人群傾向糖酸比6.9～10.8，3個番茄世佳品系糖酸比介于7.71～9.21，3個番茄世佳品系偏甜，適合作水果番茄；果形指數(shù)是指果實縱徑與橫徑的比值，是商品果實的重要外觀指標之一。3個世佳品系平均果形指數(shù)范圍為0.79～0.82，果實形狀為扁圓形(H/D=0.71～0.86為扁圓)，均較為適中。圖6

圖6 番茄3個品系口感品質(zhì)與外觀品質(zhì)比較Fig.6 Analysis and comparison of taste and appearance quality of three tomato varieties

2.4 黃沙基質(zhì)番茄應用模糊數(shù)學綜合性評分

研究表明，隸屬函數(shù)值越大營養(yǎng)風味價值越高，綜合價值世佳1812﹥世佳1867﹥世佳1814，但3個品系綜合評價指數(shù)相接近，均適合選為水果番茄種植與推廣。表5

表5 利用隸屬函數(shù)法對3個品種材料綜合評價Table 5 The analysis and evaluation of nutritional quality for different varieties of tomato

3 討 論

試驗采用黃沙基質(zhì)種植番茄，有效避免了土傳性病蟲害與次生鹽漬化積累的困擾，同時，減少了水分流失，與郝夢超等[9]、王雅芳等[10]研究結果一致；黃楠等[22]研究表明，袋式種植模式具有促進植株生長、提高產(chǎn)量品質(zhì)等作用。試驗表明，袋式栽培的植株一旦被病蟲侵害、物理損傷，可選用正常植株替補，以保持設定種植密度與避免被感染植株二次擴散傳染；桂敏等[23]、查向陽等[24]研究比較常用基質(zhì)特性，而黃沙基質(zhì)具有根系環(huán)境易控、不易發(fā)霉腐爛、成本極低、適合大面積種植等優(yōu)勢，且在沙漠資源豐富的地區(qū)，綜合比較優(yōu)勢明顯，有利于推進沙漠綠洲農(nóng)業(yè)的建設。

李建明等[25]研究表明番茄產(chǎn)量隨水肥量增加先升高再降低，黃業(yè)茹等[11]研究表明，黃沙內(nèi)礦物質(zhì)與水分極低，選用水肥一體化技術精準科學調(diào)控水肥成為關鍵。試驗番茄生育期內(nèi)控制黃沙基質(zhì)含水量區(qū)間為14.0%～17.5%區(qū)間，隨生育時期進程先高后低，到番茄果實采收期，為防裂果等因素灌溉閾值下調(diào)，控制基質(zhì)含水量在15.5%以下，與王虎兵[26]研究一致；各生育時期內(nèi)EC值區(qū)間設置是關鍵，過高則易燒苗，過低則養(yǎng)分供應不足，因此，番茄生育期內(nèi)EC值隨著植株與果實的需要逐漸提高，收獲期末期EC值隨養(yǎng)分需要減少而降低，與苗相偉等[27]研究一致。為使番茄生物產(chǎn)量更高，仍需進一步精確設定各生育時期內(nèi)EC閾值。

采用黃沙基質(zhì)栽培水肥一體化系統(tǒng)模式最終目的仍是獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的番茄，該試驗的3個番茄品系的產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)、口感品質(zhì)在新疆地區(qū)均已達到較高水平[28-30]，黃沙基質(zhì)栽培水肥一體化系統(tǒng)模式對番茄水肥管理合理適宜。番茄普遍抗重茬效果較差[31]，該系統(tǒng)模式對番茄連茬種植效果有待驗證，且試驗采用番茄為試驗材料，該系統(tǒng)模式對其它農(nóng)作物的種植效果仍需要進一步驗證。

4 結 論

基于黃沙基質(zhì)種植的番茄世佳1812、1814、1867三個品系實收產(chǎn)量分別為145.4、134.0、146.3 t/hm2，均已達到高產(chǎn)水平；檢測番茄內(nèi)在品質(zhì)指標均為中上等水平；其糖酸比介于7.71～9.21，均為高水平屬于偏甜品系，適合選作水果番茄推廣。經(jīng)過模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法進行統(tǒng)一處理綜合分析比較，番茄世佳1812品系風味營養(yǎng)綜合品質(zhì)評價最高。