基質栽培與土壤栽培番茄品質產量的比較研究

劉中良， 高 昕， 張艷艷， 谷端銀， 焦 娟， 高俊杰， 劉世琦

(1.泰安市農業(yè)科學研究院，山東泰安 271018； 2.山東農業(yè)大學經濟管理學院，山東泰安 271018；3.山東農業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018； 4.農業(yè)部園藝作物生物學重點開放實驗室，山東泰安 271018)

我國是世界上番茄栽培面積最大、生產總量最多的國家，常年產量穩(wěn)定在5 000萬t以上[1]。番茄作為我國設施主栽蔬菜作物之一，具有生育期長、需肥量大、產值高等特點，但在其生產中為追求高產量、高效益，而盲目施肥的現象普遍。相關研究表明，設施蔬菜N、P2O5、K2O投入量平均分別超出推薦量的2.5倍、10.4倍和2.5倍[2]。過量施肥導致土壤養(yǎng)分比例失衡，引起蔬菜抗逆性變差，土壤鹽漬化、土傳病害加重等連作障礙問題致使蔬菜硝酸鹽含量超標、品質下降[3]。此外，設施蔬菜生產長期處于高集約化、高復種指數的生產狀態(tài)，土壤環(huán)境缺少雨水淋洗及高溫高濕的生態(tài)環(huán)境，易導致土壤環(huán)境惡性循環(huán)[4]。化肥過量施肥、農作物秸稈和禽畜糞便已經成為導致我國農業(yè)資源環(huán)境質量下降的主要因素[5-6]。

我國農業(yè)廢棄物產量巨大，如何合理利用已成為當前農村經濟發(fā)展急需解決的問題[7]。基質栽培作為無土栽培的主要形式，可以有效實現農業(yè)廢棄物高效利用，避免了環(huán)境污染。目前，基質栽培廣泛采用的是草炭和巖棉，易造成資源浪費、環(huán)境污染。農業(yè)廢棄物基質化利用可有效解決因廢棄物造成的環(huán)境和社會問題，且來源廣泛、價格低廉，成為當前栽培的熱點[8-9]。豐軍輝等通過調查發(fā)現，農村農業(yè)廢棄物基質化率為15.50%[10]。李天鵬等研究表明，V菇渣∶V蚓糞=8 ∶1適宜番茄育苗[11]。也有研究表明，V菇渣∶V蛭石=(8～4) ∶1適宜番茄育苗[12]。基質栽培不僅提高了資源利用率，利于番茄生長，也顯著改善番茄品質，提高產量。王鵬等研究發(fā)現，基質栽培可顯著提高番茄果實的維生素C、可溶性固形物和可溶性糖的含量，改善口感品質糖酸比，提高產量12.5%～16.8%[13]。王博等研究表明，基質栽培可以提高設施番茄的品質[14]，也可有效克服青枯病等土傳病害[15]。關于基質栽培番茄肥水管理亦有報道[16-17]。本研究以前期基質配方研究為基礎，開展基質栽培與土壤栽培番茄產量及品質比較研究，為基質栽培示范推廣提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試番茄品種為STP-F318，由AWET種子有限公司選育。栽培基質(菌渣、稻殼、牛糞和沙子)由山東農業(yè)大學資源與環(huán)境學院提供，經充分腐熟后配制，V菌渣∶V稻殼∶V牛糞∶V沙子=4 ∶2 ∶1 ∶1[18]，用量 600 m3/hm2。栽培基質及試驗基地土壤理化性狀見表1。所需肥料為金正大大量元素水溶肥料(N+P2O5+K2O≥60%，20-20-20+TE)，購于金正大生態(tài)工程集團股份有限公司。

1.2 試驗設計

試驗分別于2017年7月10日至2018年1月24日(秋冬茬)、2018年2月2日至2018年7月15日(早春茬)在山東省泰安市農業(yè)科學研究院研究示范基地(泰山示范基地和岱岳示范基地)日光溫室中進行，溫室長度、跨度和脊高為90 m×12 m×4.8 m。泰山基地秋冬茬番茄土壤栽培和基質栽培分別以TQT、TQJ表示，早春茬以TCT、TCJ表示；岱岳基地秋冬茬土壤栽培和基質栽培分別以DQT、DQJ表示，早春茬以DCT、DCJ表示。番茄種子分別于2017年7月10日至8月25日、2018年2月2日至3月19日穴盤育苗。基質栽培槽長、寬、深分別為8、40、25 cm，槽距1.4 m，栽培槽采用半隔離式，槽邊用地膜與土壤隔離，槽底不鋪。對照(CK)為種植戶常規(guī)土壤栽培，栽培模式與基質種植模式一致，每槽種植2行，株距 30 cm，水肥一體化管理。2茬番茄均于5穗果摘心打頂，每穗留4個果，其他均按照常規(guī)管理，水溶肥每茬用量為 1 500 kg/hm2。

表1 基質與土壤養(yǎng)分情況

1.3 指標測定

番茄果實指標于山東農業(yè)大學園藝科學與工程學院農業(yè)部園藝作物生物學重點開放實驗室進行測定。待第3穗果成熟時(12月17日、6月22日)，采用LI-6400光合儀，于 10：00—10：30選擇頂部往下第5張成熟葉片測定光合速率；同時隨機選取10棵20個3穗果測定品質指標。維生素C含量和可溶性糖含量分別采用2，6-二氯靛酚比色法、硫酸-蒽酮比色法測定[19]；采用高效液相色譜法測定番茄紅素含量[20]；糖酸比為可溶性糖含量與有機酸含量比值。每次收獲計產，累計產量。番茄收益按照當地農貿市場實際收購價計算。

1.4 數據處理

收益公式：

P=Y×I。

式中：P為收益，元/hm2；Y為產量，kg/hm2；I為價格，元/kg。

經濟效益公式：

EI=P-FC-SC。

式中：EI為經濟效益，元/hm2；Y為產量，kg/hm2；FC為肥料成本，元/hm2；SC為基質成本，元/hm2。

所有試驗數據用Excel 2003整理，DPS 7.05軟件統(tǒng)計分析，Sigmaplot 14.0軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 基質栽培與土壤栽培對番茄光合速率的影響

凈光合速率與產量、品質存在密切關系。各處理番茄的凈光合速率如圖1所示，TCJ處理凈光合速率最大，達到17.53 μmol/(m2·s)，其次是DCJ處理，為17.45 μmol/(m2·s)，二者間無明顯差異。此外，基質栽培番茄葉片凈光合速率高于同茬土壤栽培凈光合速率，表明基質栽培利于提高凈光合速率。

2.2 基質栽培與土壤栽培對番茄品質的影響

番茄果實維生素C、番茄紅素和可溶性糖含量是重要的品質指標。由表2可知，基質栽培處理改善番茄果實品質，其中維生素C含量以TCJ處理最高，為31.92 mg/100 g，DCJ處理次之，為 31.45 mg/100 g，TCJ處理與除DCJ處理外的其他處理差異顯著，且基質栽培處理維生素C含量均高于同茬土壤栽培。番茄紅素含量和維生素C含量變化趨勢類似，基質栽培番茄果實番茄紅素含量較同茬土壤栽培均增加，表明基質栽培對番茄果實番茄紅素積累有促進作用，其中DCJ處理番茄紅素含量最高，為7.15 mg/100 g。各處理間可溶性糖含量多無顯著差異，為1.42%～1.84%。糖酸比是評價番茄果實重要的口感品質，DQJ處理、TQJ處理、TCJ處理和DCJ處理的糖酸比分別為8.23、8.31、8.42、8.54，口感均較佳。此外，無論基質栽培還是土壤栽培，春茬番茄果實糖酸比優(yōu)于秋茬，這可能與春季隨著氣溫升高，溫光適宜番茄生長有關。

2.3 基質栽培與土壤栽培對番茄產量及效益的影響

由表3可知，在泰山基地基質栽培番茄產量較土壤栽培顯著提高， 同茬基質栽培較土壤栽培增產8.39%～15.45%，而在岱岳基地DQJ處理較DQT處理有所減產，減產率為 2.08%，DCJ處理產量最高，為192 501.75 kg/hm2。由于基質栽培番茄具有較好口感品質(糖酸比)和外觀品相，均價上基質栽培高于土壤栽培0.4～0.5元/kg(市場價格)。從年經濟效益上看，2個基地基質栽培均高于土壤栽培，分別達到573 151.84、582 338.11元/hm2，較土壤栽培分別提高 116 083.10、57 003.97元/hm2。

注：同列數據后不同小寫字母表示在5%水平差異顯著。下同。

表3 基質栽培與土壤栽培對番茄產量及效益的影響

注：肥料成本=1 500 kg/hm2×20元/kg=30 000元/hm2，基質成本=600 m3/hm2×105元/m3=63 000元/hm2，適用3年[21]，即 10 500元/(茬·hm2)。

3 結論與討論

我國農業(yè)廢棄物資源數量大、 種類多、分布廣，由此引發(fā)的環(huán)境問題日趨嚴重，如何實現農業(yè)廢棄物資源化利用將是一項前景廣闊的產業(yè)[22]。以往研究主要以還田為主，單一產業(yè)處理難以消納當地所有的農業(yè)廢棄物[23]。光合速率反映作物利用光能的大小，直接關系作物光合產物的積累。本研究結果表明，基質栽培番茄較土壤栽培可明顯提高光合速率，為增產奠定基礎，TCJ處理凈光合速率最大，為17.53 μmol/(m2·s)。這與基質的生理生化特性相互協調有很大的關系，例如基質栽培通氣透水性、水肥利用率高于土壤栽培[24]。以往研究主要是基質處理間對比。毛碧增等研究表明，基質栽培顯著提高番茄幼苗的光合速率，有助于培育壯苗[25]。

番茄果實中營養(yǎng)成分的含量決定其口感品質和營養(yǎng)品質。基質栽培明顯提高番茄的番茄紅素、維生素C和可溶性糖等品質含量，改善番茄糖酸比等口感品質[26-27]。相關研究表明，稻殼分解慢，能顯著改善基質的通透性，為作物提供所需養(yǎng)分[28]。腐熟菌渣在腐熟過程中通過微生物降解將有機物向穩(wěn)定的腐殖質發(fā)酵轉化[29]。稻殼和菌渣等優(yōu)化配制基質，能夠明顯地改善番茄的根際微環(huán)境，提高土壤的酶活性和有益微生物數量，提高根系活力，促進養(yǎng)分吸收[30]。本研究發(fā)現，基質栽培較土壤栽培番茄各品質指標有明顯提高，其中番茄紅素含量以DCJ處理最高，為7.15 mg/100 g，維生素C含量以TCJ處理最高，為31.92 mg/100 g，糖酸比以DQJ處理、TQJ處理、TCJ處理和DCJ處理較佳，分別為8.23、8.31、8.42、8.54，均優(yōu)于土壤栽培。由于本研究中基質原料來源同一批次，關于不同來源的基質對番茄品質的影響有待進一步研究和驗證。

本研究結果表明，基質栽培較土壤栽培番茄產量顯著提高。除DQJ基質處理外，基質栽培均較土壤栽培增產。王博等研究表明，基質栽培顯著提高番茄產量，配方V牛糞∶V玉米桿∶V菇渣∶V草炭∶V蛭石∶V河沙=2.5 ∶2 ∶1 ∶1 ∶1 ∶2.5 的產量最高，為 9 317.89 kg/667 m2[14]。馬彥霞通過連續(xù)開展了3年的栽培基質研究表明，基質栽培年限越長越不利于番茄植株生長，但對基質酶活性和主要養(yǎng)分的影響較小[31]。本研究下一步將對基質栽培年限對番茄產量、品質的穩(wěn)定性、年限性及補充率等進行深入研究。綜合考慮番茄品質、產量及效益等因素，基質栽培番茄品質較土壤栽培有明顯提高，產量、效益增加，總體優(yōu)于土壤栽培。