中微量元素對番茄產量和品質影響的整合分析

石如岳 王沖 楊俊雪 于點 高萌萌

摘 要：基于已有文獻數據討論了施用中微量元素對番茄單果質量、產量和品質影響的程度，以期為科學施用中微量元素肥料提供依據。研究數據來源于中國知網、萬方數據和Web of science，以不施用中微量元素為對照，選擇反應比作為效應值，通過Meta分析方法綜合分析施用中微量元素對番茄產量和品質的作用效果，并分亞組進行討論分析。整合分析發現，施用中微量元素能夠顯著提高番茄果實單果質量和產量，提高比率分別為5.8%、10.2%;顯著提高了果實中維生素C和番茄紅素含量，提高比率分別為26.3%、69.4%;顯著降低了果實中硝酸鹽含量達6.7%。綜上，施用中微量元素能夠顯著提高番茄果實單果質量、產量和維生素C含量、番茄紅素含量等品質指標，葉面噴施效果優于土壤施用，微量元素效果優于中量元素，且中微量元素施用應以平衡施肥為前提。

關鍵詞：番茄;中微量元素;產量;品質;Meta分析

Abstract： Based on the existing literature data， the influence of the application of trace elements on the single fruit weight， yield and quality of tomato was studied in this research， which provided a basis for the scientific application of trace element fertilizers. The data of this study was sourced from CNKI， Wanfang and web of science， the effects of applying medium and trace elements on tomato yield and quality were analyzed by meta-analysis method， and sub groups were discussed and analyzed. The integrated analysis showed that the application of medium and trace elements could significantly increase the single fruit weight and yield of tomato by 5.8% and 10.2% respectively; the contents of vitamin C and lycopene were increased by 26.3% and 69.4% respectively; the nitrate content in the fruit was significantly reduced by 6.7%. In conclusion， the effect of applying microelements such as medium element and microelements on tomato yield was better than that of applying microelements in soil.

Key words： Tomato; Middle and trace elements; Yield; Quality; Meta analysis

番茄作為全世界普遍栽培的蔬菜品種之一，因其風味獨特而且含有多種礦物質、番茄紅素等營養成分，深受大家的喜愛[1-4]。隨著經濟水平的提高，人們對番茄品質需求也不斷增加，因此種植者在關注番茄產量的同時越來越重視品質和風味。番茄果實中糖分的積累是提升品質風味的關鍵步驟，而建立在較高含糖量的基礎上有合適的糖酸比是番茄具有良好風味的前提，因此果實中的糖和酸含量對于番茄的口感和風味同樣重要[5-6]。

番茄生長所必需的營養元素有17種，其中質量分數為0.1%～0.5%的元素稱為中量元素，包括Ca、Mg、S;質量分數介于2×10-7～2×10-4 mg·kg-1的元素為微量元素，包括Zn、B、Cl、Fe、Mn、Cu、Mo等7種元素[7-8]。中微量元素是酶、維生素、激素等的重要組成部分，直接或間接地參與作物機體的代謝過程，對于提高番茄產量、改善果實品質、增加植株抗逆性具有重要意義[9-10]。因此，探究中微量元素對番茄產量和各項品質指標的影響效果對于番茄提質增效具有重要意義。李世瑩等[11]試驗發現，增施中微量元素肥料能夠提高番茄的單果質量、產量和糖度等品質，從而提高經濟效益。但孫利萍等[12]的研究結果表明，施用中微量元素對于提高番茄果實中的維生素C、番茄紅素和可溶性固形物含量效果不顯著，與上述結果不一致。此外，相關方面的研究大多是基于特定地區和特定指標，均沒有中微量元素對番茄影響的系統報道。

Meta-analysis方法是在系統評價質性研究過程中，通過對同類試驗數據進行收集、分析、歸納，從而形成新的結論，能夠更加全面地反映各研究之間的共性和普及性，使結果更具有概括性和說服力[13-14]。姜玲玲等[15]運用Meta分析方法探究有機無機肥配施對番茄產量和品質的影響，姜言嬌等[16]運用Meta分析方法整合分析灌溉模式對溫室番茄產量和水分生產力的影響。綜上，盡管Meta分析在番茄領域有所應用，但還未運用到探究中微量元素的施用對番茄生長、產量和品質相關指標的影響。因此，筆者應用Meta分析方法對施用中微量元素對番茄產量和品質的不同效應進行綜合分析，以期揭示中微量元素應用于番茄產生中的綜合效應。

1 材料與方法

1.1 數據收集

數據庫建立時間在2020年5月，數據均來自于中國知網、萬方數據和Web of science，以“番茄/西紅柿”“產量/品質”“元素”為中文主題詞進行文獻檢索，以“tomato”“element”“China”“yield”“quality”為英文主題詞進行文獻檢索。根據Meta-analysis方法中數據整合的要求和本研究的目的，基于以下7個標準對文獻進行篩選：（1）研究區域為中國范圍內;（2）試驗中番茄為大果型鮮食番茄品種;（3）同一研究中必須包含施用至少1種中微量元素試驗組和不施用中微量元素對照組，試驗組和對照組的差別只能是有、無中微量元素;（4）必須探究對產量或品質的影響，試驗記錄包含中微量元素含量、產量或品質指標均值、試驗樣本量等，重復數至少為3次;（5）文獻中試驗地、試驗設計、氣候條件、土壤理化性質及田間管理措施等明確寫出;（6）種植方式為土壤栽培;（7）必須是大田試驗。由于文獻數量較少，且相關研究多是近30 a（年）的，因此未在時間方面設定篩選條件。

基于以上條件共篩選出43篇符合要求的文獻，從中獲得株高、莖粗、單果質量、產量以及硝酸鹽、可溶性糖、可溶性固形物、有機酸、維生素C、番茄紅素含量的數據分別為32、24、47、89、7、15、15、16、23和8組。所有數據均來自已經發表的文獻。在數據搜集過程中，如果文獻中數據是以圖表形式表現的，則采用GetData Graph Digitizer 2.26軟件來獲取[17]。

1.2 數據分析

在Excel中建立關于番茄單果質量、產量和品質的數據庫，并根據研究目的進行分類和計算，使用反應比R的自然對數（lnR）作為效應值：

式中Xt是試驗組的單果質量、產量或相關品質指標的均值，Xc是對照組單果質量、產量或相關品質指標的均值[18]。因為入選的研究大多沒有報道試驗數據的標準誤或標準差，故本文采用無權重分析方法，利用重復抽樣技術計算效應值。采用SPSS 20.0進行bootstrap計算，抽樣頻率為5000次，得到平均效應值和上下限，利用Origin 2018制作森林圖[19-21]。如果在95%的置信區間內不包括0，則效應值是顯著的;如果分類變量之間95%的置信區間不重疊，則分類變量之間的差異是顯著的[22]。

文中各指標的提高幅度計算公式為：

其中的試驗組和對照組數據均為對應指標在文章中提取的數據，n為各指標數據量。

1.3 模型選擇

不同研究間土壤質地、氣候條件、栽培年份、番茄品種以及田間管理等方面存在著差異，故研究間存在著很大變異，所以選擇隨機效應模型計算綜合效應值。

1.4 數據分類

為探究施用中微量元素對番茄產量和品質的影響情況，根據從符合篩選條件的文獻中所提取的數據分布，按照中微量元素的施用方式和元素種類、栽培方式以及化肥投入量進行分類。

2 結果與分析

2.1 施用中微量元素對番茄生長指標的影響

由圖1可知，施用中微量元素能夠提高番茄植株的株高和莖粗，提高幅度分別為4.7%和10.2%。通過整合分析關于株高的32組數據和莖粗的24組數據發現，株高和莖粗的綜合效應值均大于0，且在95%的置信區間內不包括0，表明中微量元素的施用對番茄株高和莖粗等生長指標的影響是正效應，且促進增長效果顯著。

2.2 施用中微量元素對單果質量的影響

從圖1中可以看出，施用中微量元素能夠顯著提高番茄的單果質量，提高幅度為5.8%。將以上數據按照施用方式劃分發現，葉面噴施和土壤施用對番茄單果質量分別提高6.9%和3.8%。兩種施用方式均能增加單果質量，葉面噴施的作用效果優于總效應值，但是葉面噴施、土壤施用和總效應值在95%的置信區間內差異不顯著。按照元素種類劃分發現，單獨施用中量元素或微量元素均能提高單果質量。無論是總效應值還是各亞組劃分所得效應值均大于0，且效應值在95%置信區間內均不包括0，即中微量元素對番茄單果質量的作用效果顯著。

2.3 施用中微量元素對番茄產量的影響

2.3.1 施用方式對番茄產量的影響 從圖2可以看出，施用中微量元素能夠顯著提高番茄的產量，其增產率達10.2%。將番茄產量的數據按照不同施用中微量元素的方法進行分類，主要分為葉面噴施和土壤施用，其中葉面噴施的增產率為11.4%，土壤施用的增產率為8.2%。通過整合分析結果表明，葉面噴施中微量元素的效果略優于土壤施用，但是兩種方式之間差異不顯著，且均與總效應之間差異不顯著，其效應值均大于0且在95%置信區間內均不包括0，即葉面噴施和土壤施用中微量元素對番茄的增產效果顯著。

2.3.2 元素種類對番茄產量的影響 按照元素種類進行分類，發現施用中量元素或微量元素均能提高番茄產量，不同種類的中微量元素增產率分別為：中量元素為5.4%、微量元素為11.8%、噴鋅為6.5%、噴硼為21.9%。通過整合分析可以看出，施用微量元素對番茄產量的作用效果優于總效應值，但未達顯著性差異;施用中量元素的效果低于總效應值，且達到顯著性差異。總體來說，單獨施用微量元素比單獨施用中量元素的增產效果更好。其中微量元素鋅能夠提高番茄產量，但在95%的置信區間內增產效果不顯著;微量元素硼能夠提高番茄產量，且與總效應值相比具有顯著性差異。其他元素由于數據量太少未單獨列出分析。

2.3.3 栽培方式對番茄產量的影響 按照栽培方式可以分為保護地栽培和露地栽培，不同栽培方式的綜合效應值均大于0，且在95%的置信區間內不包括0，故增產效果顯著，其增產率分別為：保護地為6.8%，露地為7.8%。通過整合分析可以看出，露地栽培效果略優于保護地栽培，但兩種栽培方式未達顯著性差異。保護地栽培和露地栽培施用中微量元素均能提高番茄的產量，且在95%的置信區間內增產效應顯著。

2.3.4 化肥投入量對番茄產量的影響 中微量元素的作用效果是以適宜的大量元素肥料為基礎的，而氮肥和鉀肥是影響番茄產量的重要因素，因此通過對總化肥用量、總氮肥和鉀肥用量進行分類，分別探究在不同肥料用量的條件下施用中微量元素對番茄產量的影響效應。從圖3中可以看出，總化肥投入量<375 kg·hm-2時施用中微量元素對番茄增產效果最顯著，且優于總效應值，但未達到顯著差異，其增產率達15.3%。隨著總化肥投入量的增加，施用中微量元素的增產效果依次遞減，其增產率依次為：投入量375～525 kg·hm-2時為6.7%、525～675 kg·hm-2時為5.4%、≥675 kg·hm-2時為4.0%。其中總化肥投入量≥675 kg·hm-2時的增產效果低于總效應，且達到顯著性差異。

對總氮肥投入量進行分類分析發現，隨著氮肥投入量的增加，施用中微量元素對番茄的增產效果依次遞減，其增產率依次為：氮肥用量<150 kg·hm-2時為11.3%、150～300 kg·hm-2時為8.4%、≥300 kg·hm-2時為5.2%，其中總氮肥投入量≥300 kg·hm-2時的增產效果顯著低于總效應。

對總鉀肥投入量進行分類分析發現，隨著鉀肥投入量的增加，施用中微量元素對于番茄的增產效果依次遞減，其增產率依次為：鉀肥用量<150 kg·hm-2時為10.9%、150～300 kg·hm-2時為5.5%、≥300 kg·hm-2時為3.3%。其中總鉀肥投入量為150～300 kg·hm-2與≥300 kg·hm-2的增產效果均與總效應值呈顯著性差異。

2.4 施用中微量元素對番茄品質指標的影響

通過整合分析結果可以看出，中微量元素的施用對番茄不同品質指標的作用效果不同，果實中可溶性糖、有機酸、維生素C、可溶性固形物、番茄紅素和硝酸鹽含量分別提高6.1%、0.9%、26.2%、5.9%、69.4%、-6.7%。從圖4中可以看出，中微量元素的施用能夠提高番茄果實中維生素C和番茄紅素含量、降低硝酸鹽含量，在95%的置信區間內效應顯著;能夠提高番茄果實中可溶性固形物和可溶性糖的含量，但在95%的置信區間內效應不顯著;對果實中有機酸的含量沒有明顯改變。

按照施用中微量元素的方式不同，可分為葉面噴施和土壤施用。兩種施用方式果實中可溶性糖含量分別提高為7.3%和7.0%，維生素C含量分別提高17.3%和32.1%。從圖4中可以看出，兩種施用方式均能提高番茄的可溶性糖含量，在95%的置信區間內葉面噴施效果顯著，土壤施用的作用效果不顯著。葉面噴施和土壤施用均能提高番茄果實中維生素C含量，在95%的置信區間內作用效果顯著，但與總效應值相比無顯著性差異。對于番茄果實中的有機酸含量來說，葉面施用能夠降低有機酸含量，土壤施用能夠提高有機酸的含量，但在95%的置信區間內作用效果均不顯著。

3 討 論

筆者應用整合分析法針對施用中微量元素對番茄產量和品質影響的問題進行定量分析和探究，發現番茄施用中微量元素的作用效果在總體上具有積極意義，但是施用方式、元素種類以及栽培方式等的不同其作用效果有所差異，一方面可能是中微量元素的作用效果受到當地特定的氣候環境、土壤條件、番茄品種等客觀因素，以及肥料品種、灌水量、整枝打杈等管理條件的影響，另一方面還可能與中微量元素的濃度、用量以及施用次數和使用時間等有關[23-24]。

3.1 中微量元素對番茄單果質量的影響

與常規施肥相比，施用中微量元素能夠顯著提高番茄的單果質量，不同施用方式以及元素種類差異不顯著。由于大多數中微量元素作為作物體內酶或輔酶的重要成分或活化劑，通過促進作物體內重要的生理生化過程和碳水化合物的運輸，有利于養分轉化和干物質積累，從而提高單果質量[8，25-27]。另外，中微量元素可能通過影響氮素代謝來影響番茄果實的形成和發育，從而提高單果質量。

3.2 中微量元素對番茄產量的影響

與對照相比，施用中微量元素能夠顯著提高番茄的產量。一方面是因為單果質量與產量之間有一定的正相關關系，隨著單果質量的提高直接影響了作物的產量;另一方面，番茄的養分吸收具有“生育期短、需肥量大”等特點，在番茄的生育期內補充其所需的各種營養元素是保證產量的關鍵[28]。根據李比希的“最小養分定律”，作物生長受相對含量最少的養分所支配[29]。有研究表明，近百年來隨著大量元素肥料的施用量急劇增加，土壤中被帶走的中微量元素沒有得到及時補充，因此中微量元素逐漸成為了提高番茄產量的限制因子。Mg、Fe、Mn等中微量元素對于葉綠素的合成和光合作用具有重要作用，光合作用的提高有利于作物的生長和有機物的積累，從而提高產量[30]。S、Cu、Mn、Fe、Zn等參與蛋白質的合成和氮素代謝，進而通過影響番茄的株高、莖粗等植株生長指標和果實的形成和發育，從而直接或間接影響番茄產量[31-32]。王剛[33]通過試驗發現，噴施中量元素能夠使番茄增產率達到7.5%。蘇國順等[34]通過試驗發現，噴施微量元素肥料能夠顯著提高番茄的產量，增產率達16.3%。除此之外，一些微量元素如Cl、Zn等能夠提高作物的抗病性和抗逆性，通過減少病蟲害的發病率從而提高產量[31] 。

此外，通過整合分析發現，施用中微量元素對番茄產量影響的效應值隨著大量元素施肥量的增加而降低。有研究表明，中微量元素的施用要在大量元素肥料的基礎上才能發揮肥效，而且在不同的N、P、K施用水平下作物對中微量元素的反應也不盡相同[35]。馬躍等[36]通過試驗探究發現，適宜的大量元素肥料用量具有明顯的增產效果，但是過量施用會產生負效應。蔡東升等[37]通過試驗探究發現，番茄的產量隨著N、P、K補充量的增加呈現先增加后降低的趨勢。因此，如果農戶在種植番茄時存在著過量施肥以追求高產的現象，會從一定程度上弱化施用中微量元素的作用效果。總之，施用中微量元素應該以施用適量的大量元素肥料為前提，以便更好地提高番茄果實的產量和可溶性糖、可溶性固形物、有機酸等品質指標的含量[12]。

3.3 中微量元素對果實品質指標的影響

施用中微量元素能夠改善番茄品質，主要表現在提高果實中的可溶性糖、維生素C、可溶性固形物和番茄紅素的含量以及降低硝酸鹽的含量。提高番茄的可溶性糖含量是品質提升的重要步驟，在成熟期果實中的糖分以葡萄糖和果糖為主，這兩種糖是由光合轉運產物蔗糖轉運到果實中代謝轉變而成，這一系列過程涉及光合作用和多種酶[38]。維生素C又稱抗壞血酸，既是氧化劑，也是光合作用、細胞分裂和生長代謝過程中的輔酶，其合成與代謝需要多種酶的參與[39]。番茄紅素是類胡蘿卜素代謝的中間產物，其合成過程需要多種酶的參與[40]。而可溶性固形物主要是由可溶性糖、有機酸、維生素C、番茄紅素等構成，對番茄果實的品質好壞起著決定性作用[41]。作物吸收硝態氮肥后必須經過一系列的還原過程轉變為NH3，而這一過程需要硝酸還原酶的參與，Mo作為硝酸還原酶和固氮酶的成分在氮素代謝過程中起著至關重要的作用，影響著作物體內硝酸鹽的含量[8]。Zn、Mo等多種中微量元素是多種酶或輔酶的組分或活化劑，因此對于可溶性糖、維生素C、番茄紅素等的合成有密切聯系。此外，B的重要營養功能之一是參與糖的運輸，而Ca有利于作物干物質的積累和延緩早衰，同時有效防止果實在運輸過程中出現腐爛現象，從而提高貯藏品質[8]。李世瑩等[11]通過試驗探究發現，增施中微量元素能夠提高番茄的甜度，秦魚生等[42]發現增施中微量元素肥料能夠提高番茄維生素C含量和糖酸比，同時降低硝酸鹽含量。

4 結 論

綜上所述，中微量元素的施用可以顯著提高番茄植株的株高、莖粗等生長指標和單果質量、產量等果實指標，通過顯著提高番茄果實中的可溶性糖、維生素C、番茄紅素含量以及降低硝酸鹽含量從而提升番茄品質。另外，施用方式、元素種類以及栽培方式對產量的影響略有不同，以葉面噴施較土壤施用效果更好，微量元素較中量元素效果更好。此外，化肥投入量顯著影響中微量元素對番茄產量的作用效果。因此，以平衡施肥為前提，施用中微量元素對于番茄的提質增效具有重要作用。

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