不同栽培密度和鉀鈉離子處理對基質培番茄產量與品質的影響

陳 義 鄒 豪 孫麗萍 田永強 高麗紅*

（1中國農業大學園藝學院，設施蔬菜生長發育北京市重點實驗室，北京 100193；2北京市園林科學研究院綠化植物育種北京市重點實驗室，北京 100102）

目前，我國蔬菜生產不僅實現了周年均衡供應，而且種類也豐富多樣。由于蔬菜產量已經能夠自給自足，產品品質逐漸成為人們關注的焦點（彭慧 等，2006）。蔬菜產品的營養品質不僅受作物自身遺傳因素的影響，而且受外界因素，如氣候條件、栽培方式、水肥管理等的影響（何偉明 等，2010；劉浩 等，2011）。因此，通過改良栽培方式和水肥管理，可有效提高蔬菜產品品質（樊懷福 等，2011）。

番茄是我國栽培面積最大的蔬菜作物之一，通過無土栽培獲得高品質番茄是當前產業發展的熱點問題。諸多研究表明，根區鹽分組成與濃度是調控果實風味和營養物質的關鍵（魯少尉 等，2012）。無土栽培時根區鹽分調控主要通過調節營養液中的離子實現。由于NaCl和KCl成本低廉且調控效果好，目前已成為高品質栽培中主要的營養液離子調節物質。向營養液中添加Na+，不僅能夠提高番茄果實中的風味物質含量（Auerswald &Matsuzoe，1999），而且可以增加蔗糖和檸檬酸的含量（Zushi et al.，2015）。此外，提高營養液中K+的濃度，可顯著提升番茄果實中類胡蘿卜素、番茄紅素和抗壞血酸的含量（Trudel &Ozbun，1971；Almeselmani et al.，2010）。盡管如此，在Na+和K+調控番茄品質方面，尚缺乏綜合評價指標和系統的比較研究。

除營養液離子調控外，栽培方式也是影響無土栽培番茄品質的關鍵因素。有研究表明，隨著栽培密度的增加，番茄植株的坐果率下降，且果實VC含量下降（雷喜紅 等，2015）。但目前大多數與栽培密度有關的研究主要聚焦在植株生長和果實產量方面，對果實品質的關注度不夠。鑒于此，本試驗研究了不同栽培密度下Na+和K+處理對基質培番茄生長、產量和品質的影響，并提出一個綜合評價番茄果實品質的指數，以期為番茄高品質栽培提供理論依據和實踐支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與設計

試驗于2018年9月至2019年2月在中國農業大學西校區科學園日光溫室中進行。供試番茄品種為京采6號（北京現代農夫種苗科技有限公司）。試驗植株定植于長、寬分別為65 cm和30 cm的栽培槽中，采用潮汐灌溉系統進行營養液循環灌溉。試驗設置3個營養液循環系統，每個營養液循環系統包含6個栽培槽（間距12 cm）。每2個栽培槽中間有1條寬150 cm的過道。2018年9月14日番茄苗五葉一心時定植，3穗果摘心。栽培基質為草炭、蛭石、珍珠巖（體積比2∶1∶1）復配基質。試驗設置栽培密度（3.8、5.0株·m-2）和營養液離子處理（CK、Na+和K+）2個因素，共包括6個處理（表1）。每個處理3次重復，每個重復包括2個栽培槽。當每個栽培槽分別定植6株或8株番茄苗時，其栽培密度分別為3.8株·m-2或5.0株·m-2。在苗期至番茄轉色期，采用日本山崎番茄配方營養液管理；進入番茄轉色期后，10月9日開始進行營養液離子處理。Na+和K+處理主要通過向營養液添加NaCl和KCl實現。

表1 栽培密度和營養液離子處理

1.2 測試項目與方法

1.2.1 植株形態指標 在營養液離子處理1個月后，測定番茄植株的株高、莖粗和葉面積。株高采用鋼卷尺測量；莖粗采用數顯游標卡尺測量。選擇第1穗果上部的第2片葉，采用鋼卷尺測量其葉長和葉寬，計算其實際葉面積LA（Blanco &Folegatti，2003）。

式中，L和W分別表示葉長和葉寬。

1.2.2 果實產量指標 果實成熟后，采收并分別測定小區所有植株的第1、2、3穗果的單穗果實產量，剔除沒有商品性的畸形果后相加獲得小區總產量。此外，記錄果實個數，并采用數顯游標卡尺測定果實橫徑與縱徑。

1.2.3 果實品質指標 果實成熟后，采收并測定第1、2穗果的果實品質。采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定抗壞血酸（VC）含量，蒽酮比色法測定可溶性糖含量，酸堿滴定法測定有機酸含量，采用水楊酸法測定硝酸鹽含量，采用磺胺比色法測定亞硝酸鹽含量，采用高精度數顯糖度計（CNT95）測定可溶性固形物含量。果實品質的具體測定方法參見李合生（2000）。

1.3 番茄果實品質綜合評價指數TQI（tomato quality index）的計算

1.3.1 指標的線性轉換 鑒于各品質指標的單位不同，首先對所有品質指標進行無量綱轉換，轉換后各指標的數值均介于0～1之間。無量綱轉換采用線性得分法（D’ Hose et al.，2014）。基于對人體健康的影響，將品質指標分為“有益”與“有害”兩大類：“有益”指標主要包括可溶性固形物、可溶性糖、有機酸、VC和糖酸比，其數值表現為“越高越好”；“有害”指標主要包括硝酸鹽和亞硝酸鹽，其數值表現為“越低越好”。參考D’ Hose等（2014）的方法，對于“有益”指標，采用公式T=（y-m）/（s-m）進行計算；對于“有害”指標，采用公式T=1-（y-m）/（s-m）進行計算。其中，T為指標得分值；y表示實際測量值；s和m分別表示每個品質指標所測得的最大值和最小值。

1.3.2 品質綜合評價指數TQI的計算 采用直接加和法，通過公式計算獲得番茄果實品質的綜合評價指數TQI。

1.4 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進行數據記錄與整理，采用SPSS Statistics 22.0軟件進行雙因素方差分析，顯著后使用Tukey法對數據進行多重比較（顯著性水平為P＜0.05）。采用SPSS Statistics 22.0軟件，運用線性回歸分析和皮爾遜相關法衡量TQI對各單項品質指標的表征效果。

2 結果與分析

2.1 不同栽培密度和離子處理對番茄生長指標的影響

由表2可知，栽培密度僅顯著影響了葉面積，而對株高、莖粗及株高/莖粗無顯著影響；離子處理對所有測試的生長指標均無顯著影響。這一結果說明，適度栽培密度和營養液離子調控并不影響植株的正常生長。此外，栽培密度×離子處理互作顯著影響了葉面積。具體來看，Na+-5.0處理與Na+-3.8處理相比，較高的栽培密度對葉面積有抑制作用；而在CK或K+處理條件下，栽培密度對葉面積無顯著影響。葉面積是影響葉片光合作用和植株生長的重要因素。因此，為了不影響植株正常生長，特定的離子（如Na+）處理需要與適宜的栽培密度相配套。

2.2 不同栽培密度和離子處理對番茄果實大小、個數與產量的影響

由表3可知，栽培密度對果實縱徑、橫徑、個數及所有產量相關指標均無顯著影響，說明適度栽培密度調控不會對果實和產量造成不利影響。離子處理僅顯著影響了果實縱徑。具體來看，與CK-5.0處理相比，Na+-3.8處理的果實縱徑顯著增加。這一結果說明，低栽培密度配合Na+處理，有利于果實的縱向生長。此外，栽培密度×離子處理互作對所有果實及產量相關指標均無顯著影響。

表2 不同栽培密度和離子處理對番茄生長指標的影響

表3 不同栽培密度和離子處理對番茄果實大小、個數與產量的影響

2.3 不同栽培密度和離子處理對番茄果實品質的影響

由表4可知，在相同處理下，對人體“有益”的各項品質指標（包括可溶性糖、有機酸、糖酸比、可溶性固形物和VC）均表現為第2穗果的含量高于第1穗果，說明第2穗果是生產高品質番茄的關鍵。雙因素分析表明，栽培密度對兩穗果的各項“有益”品質指標均無顯著影響，而離子處理顯著影響了第1穗果的所有“有益”品質指標和第2穗果除有機酸外的其余指標。此外，栽培密度×離子處理互作顯著影響了第1穗果的有機酸和糖酸比。對第1穗果而言，其可溶性糖、可溶性固形物、有機酸、糖酸比與VC的最高值分別出現在CK-3.8、CK-3.8、CK-5.0、K+-5.0和K+-3.8處理下，而第2穗果分別出現在K+-3.8、K+-3.8、K+-5.0、K+-3.8和K+-3.8處理下。這一結果說明，在3.8株·m-2與高K+營養液條件下，第2穗果可獲得較高的品質。

表4 不同栽培密度和離子處理對“有益”番茄果實品質指標的影響

由表5可知，在相同處理下，第2穗果的硝酸鹽含量低于第1穗果，而亞硝酸鹽含量在果穗間表現出相反的趨勢。雙因素分析表明，栽培密度對兩穗果的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均無顯著影響，而離子處理顯著影響了第2穗果的亞硝酸鹽含量，栽培密度×離子處理互作顯著影響了第1穗果的亞硝酸鹽含量。對第1穗果而言，其硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的最低值分別出現在K+-3.8和CK-3.8處理，而第2穗果均出現在CK-5.0處理。值得注意的是，所有果實的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均低于國家標準的限量值（茄果類蔬菜：硝酸鹽440 mg·kg-1，亞硝酸鹽4 mg·kg-1）。

為了綜合評價番茄果實的品質，構建了品質綜合評價指數TQI。由圖1-A可知，TQI與“有益”指標可溶性糖、有機酸、糖酸比、可溶性固形物和VC均呈顯著正相關關系（P＜0.01），而與“有害”指標亞硝酸鹽呈顯著負相關關系（P＜0.001）。雖然硝酸鹽與TQI無顯著相關性，但由于硝酸鹽不受處理的影響（表5），因此它并不影響TQI的可靠性。這些結果表明，TQI可很好地表征各項品質指標，能夠用于綜合評價番茄果實的整體品質。鑒于此，進一步比較了不同栽培密度和離子處理對TQI的影響（圖1-B）。雙因素分析表明，栽培密度對兩穗果的TQI均無顯著影響，而離子處理顯著影響了第2穗果的TQI。對第2穗果而言，K+-3.8和K+-5.0處理均表現出較高的TQI。由于K+-3.8和K+-5.0并不影響番茄產量（表3），綜合考慮各單項指標（表4），K+-3.8處理下第2穗果可獲得較高的綜合品質水平。

表5 不同栽培密度和離子處理對番茄果實硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的影響 mg·kg-1

圖1 各品質指標與TQI的相關性（A）及不同處理對TQI的影響（B）

3 討論與結論

本試驗結果表明，不同栽培密度對番茄的株高、莖粗、產量均沒有影響，只有葉面積表現出隨密度升高變小的趨勢。這可能是因為本試驗為3穗果后摘心，且大行距種植，栽培密度增加并不影響植株冠層的光照環境，更適宜維系番茄植株的生長。與本試驗結果相反，何娜等（2019）發現番茄植株株高隨著種植密度增加呈增長趨勢，而莖粗、葉面積則呈減小趨勢。黃文等（2018）也發現了同樣的趨勢。這可能是因為上述研究為高穗摘心，密度增加會使得植株間出現明顯的互相遮擋情況。

與土壤種植相比，無土栽培可通過調控營養液的陽、陰離子比例、元素化學形式，及鹽濃度來調節產品器官中的生物活性化合物（Borgognone et al.，2016；Lucini et al.，2016）。諸多研究表明，適宜的營養液鹽分調控可有效提高蔬菜產品中營養物質的組成與含量（Tomasi et al.，2015；Colla et al.，2018；Kyriacou &Rouphael，2018）。本試驗中，營養液中添加Na+并沒有提高番茄果實的品質，這與前人的研究結果并不一致（魯少尉 等，2012）。一般來說，Na+常被作為一種脅迫因子，其主要影響與脅迫相關的物質，如番茄紅素、酚類物質等。與Na+不同，K+參與重要的植物生理生化過程，如光合作用、細胞滲透壓、蛋白質與淀粉形成等（寧秀娟 等，2011）。本試驗中，K+處理提高了番茄第2穗果實中的可溶性糖、可溶性固形物、VC等物質的含量，這與前人的研究結果一致（寧秀娟 等，2011；王亮亮 等，2018）。

值得關注的是，栽培密度與離子處理互作顯著影響了第1穗果實的有機酸、糖酸比、亞硝酸鹽含量，而對第2穗果實相關品質指標的影響不大，這可能是因為番茄植株對生長環境逐漸適應的結果。第1穗果實發育過程高密度和離子互作對植株產生了輕度脅迫，所以番茄果實品質發生了相應改變，隨著處理時間的增長，在第2穗果實發育時植株對脅迫已經適應，所以沒有表現出品質的顯著變化。盡管如此，第2穗果可溶性糖、可溶性固形物、有機酸、糖酸比與VC的最高值分別出現在K+-3.8、K+-3.8、K+-5.0、K+-3.8和K+-3.8處理下，第2穗果在3.8株·m-2與高K+營養液條件下可獲得最高的TQI。由于第2穗果是生產高品質番茄的關鍵，在實際生產中，控制栽培密度為3.8株·m-2同時采用高K+營養液灌溉，可在穩產條件下獲得更高的番茄品質。綜上，在3.8株·m-2栽培密度下提高營養液中的K+濃度，能夠在不影響產量的同時顯著增加番茄果實的綜合品質。