黃沙基質水肥一體化對番茄產量與品質的影響

劉聰聰，黃春燕，王登偉

(石河子大學農學院/新疆建設設兵團綠洲生態農業重點實驗室，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。設定黃沙基質含水量是關鍵，水分過高，番茄植株徒長，營養生長旺盛，最終影響到番茄的生殖生長，產量與品質均會降低；相反，缺水會造成果實表皮加厚，口感品質降低。根據番茄生長的需水規律，須合理的制定出黃沙基質的含水量。EC值可表示種植基質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植株對營養元素的需要，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，以表征黃沙基質內離子的濃度，即基質內肥料營養的狀況，根據設定參數選擇性供給，影響植株的生長與發育。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不良使產量品質下降，設置合理的EC值區間顯得尤為重要。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。可溶性固形物含量、番茄紅素和VC是表征番茄營養品質重要的指標。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個番茄品系營養風味價值與品相價值，采用模糊數學隸屬函數法對可溶性固形物、番茄紅素含量、VC含量、總糖含量、總酸含量和糖酸比6項營養品質指標與果形指數、單果重2項外觀品質指標進行綜合評價。黃沙是一種優質種植基質，具有良好應用推廣前景。水肥一體化技術可根據各生育時期內植株生長發育需要精準供水供肥，為番茄提供良好生長發育環境并節約農業成本與人力投入。袋式黃沙基質水肥一體化模式是一種創新番茄種植的模式，使經濟效益與環保節能達到統一，推動設施農業可持續性發展，為進一步規模化發展沙漠綠洲農業提供實踐。【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“沙產業”實踐，20年間河西五市成為主要的產糧基地和經濟作物產區[7-8]，新疆沙漠面積43.04×104hm2，是典型的“沙漠大區”。近年來已采用黃沙基質種植木瓜[9]、辣椒[10]等作物驗證了其效果顯著。黃沙基質基本不含營養物質，番茄移栽后的整個生育期內需要持續性的肥料灌入，以保證作物正常合理生長[11]。【本研究切入點】無土栽培獲得高產優質番茄一直是設施農業的熱點與難點[12]。研究采用黃沙基質袋隔離土壤種植，配合水肥一體化技術無土栽培管理溫室番茄植株。【擬解決的關鍵問題】研究整個生育期內植株長勢，分析番茄果實收獲情況，分析該系統模式對番茄果實產量與品質的作用效果，為發展設施沙漠農業提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2019年在石河子大學農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境控制系統，可采集與監管室內溫度、空氣濕度、光照強度、CO2濃度等參數，實時調整室內小氣候環境。

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、優質、高產的特性。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

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

1.2.2 黃沙基質與種植袋

1.2.2.1 黃沙基質物理特性

試驗所用黃沙基質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)。黃沙基質填充種植袋內，各基質袋單株種植。

1.2.2.3 基質栽培模式

番茄植株采用寬窄行種植，窄行基質袋間距約0.15 m，寬行基質袋間距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

1.2.3.1 營養液配制

營養液由化肥和有機肥組合配制。化肥分為A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分需求的數量與比例不同，營養液內各離子含量與比例根據植株需要由水肥一體化系統施入。

1.2.3.2 物聯網云平臺水肥一體化系統設施

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

1.2.3.3 管網設計與組裝

管網由干道、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，移栽到黃沙基質袋中。

1.2.5 溫濕管控

番茄在溫度為20～25℃環境內同化作用最高。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℃。棚內濕度過大易導致病蟲害，通過棚窗、排風扇、遮陽網(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，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溫度保持30℃以下。 圖2

圖2 番茄生育期內環境溫度變化Fig.2 Environment temperature change during

1.2.6 測定項目

針對病蟲害，研究堅持農業防治、生物防治為首選，化學農藥防治為輔。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，降低病蟲害的發生幾率[15]。

1.2.6.1 產量

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

1.2.6.2 品質

共測定7個番茄品質指標，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個內含物品質指標由新疆農業科學院農業農村品質監督檢驗測試中心采用國標法測定；果形指數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

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

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

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

1.3 數據處理

采用Excel2010 、SPSS24.0和RStudio軟件處理數據和作圖，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育；果實成熟期進一步降低黃沙基質的含水量，區間為14.0%～15.5%，可使果實甜度適當的增加。番茄植株各生育時期內耗水量在番茄生育期內先增后減，開花坐果期耗水量最高，結果期逐漸降低基質含水量，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；苗期開始營養生長，相比緩苗期提高EC值設定區間，但要避免營養生長過旺，苗期EC值區間為1.4～1.8 mS/cm；花、果期進一步提高EC值，此時期營養需求最大，可逐步再次提高營養供應，但要避免第1果穗番茄過大引起其他穗番茄減產，花、果期EC值區間為1.4～2.0 mS/cm；收獲期內番茄逐漸長成與采摘，營養需求逐步降低，轉色期后，為防止裂果適度控水，EC值仍相對較高，收獲期EC值區間為1.3～2.3 mS/cm，可保證收獲期內各穗番茄全部正常成熟與上市。圖4

2.2 黃沙基質栽培番茄產量特征

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%；分析番茄實收產量，3個番茄品系的產量在134.0～146.3 t/hm2，均達到高產水平；其中，番茄品系1812和1867產量水平相當，與番茄品系1814相比產量差異性顯著(P<0.05)，番茄品系1812比番茄品系1814產量高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 番茄品系產量方差分析Table 4 Yield components and analysis of tomato varieties

2.3 黃沙基質栽培番茄內在品質指標

2.3.1 黃沙基質栽培番茄營養品質

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個品系營養品質比較Fig.5 Analysis and comparison of nutrition quality of three tomato varieties

2.3.2 黃沙基質栽培番茄口感品質與外觀品質

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個品系口感品質與外觀品質比較Fig.6 Analysis and comparison of taste and appearance quality of three tomato varieties

2.4 黃沙基質番茄應用模糊數學綜合性評分

研究表明，隸屬函數值越大營養風味價值越高，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、提高產量品質等作用。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]研究比較常用基質特性，而黃沙基質具有根系環境易控、不易發霉腐爛、成本極低、適合大面積種植等優勢，且在沙漠資源豐富的地區，綜合比較優勢明顯，有利于推進沙漠綠洲農業的建設。

李建明等[25]研究表明番茄產量隨水肥量增加先升高再降低，黃業茹等[11]研究表明，黃沙內礦物質與水分極低，選用水肥一體化技術精準科學調控水肥成為關鍵。試驗番茄生育期內控制黃沙基質含水量區間為14.0%～17.5%區間，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，控制基質含水量在15.5%以下，與王虎兵[26]研究一致；各生育時期內EC值區間設置是關鍵，過高則易燒苗，過低則養分供應不足，因此，番茄生育期內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。為使番茄生物產量更高，仍需進一步精確設定各生育時期內EC閾值。

采用黃沙基質栽培水肥一體化系統模式最終目的仍是獲得高產優質的番茄，該試驗的3個番茄品系的產量、營養品質、口感品質在新疆地區均已達到較高水平[28-30]，黃沙基質栽培水肥一體化系統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，該系統模式對其它農作物的種植效果仍需要進一步驗證。

4 結 論

基于黃沙基質種植的番茄世佳1812、1814、1867三個品系實收產量分別為145.4、134.0、146.3 t/hm2，均已達到高產水平；檢測番茄內在品質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。經過模糊數學隸屬函數法進行統一處理綜合分析比較，番茄世佳1812品系風味營養綜合品質評價最高。