茹朝 呂劍 唐中祺 金寧 金莉 郁繼華

摘要：為了研究不同有機基質(zhì)栽培方式對番茄果實礦質(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，已成為發(fā)展無公害綠色食品生產(chǎn)的可靠途徑，在我國蔬菜保護地栽培中逐漸發(fā)展起來[8-11]，使用越來越普及。有機基質(zhì)栽培可以改善根際環(huán)境，有較強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、實用性高、日常管理操作簡單，適合規(guī)?；a(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]。在實際生產(chǎn)中，有機基質(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微量元素含量的影響

由圖1可得，T1與T3處理番茄果實中Cu、Fe、Mn的含量有顯著性差異，且番茄果實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處理的番茄果實中Cu、Fe、Mn含量存在顯著性差異，且番茄果實中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中量元素含量的影響

如圖2所示，粉太郎、181品種番茄果實在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，根系呼吸作用較強，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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