枸溶性鈣鎂肥對加工番茄鈣、鎂吸收及品質的影響

蒲 敏,阮向陽,肖樂樂,索常凱,陳國永,冶 軍,高 波

(1.石河子大學農學院資環系,新疆石河子 832003;2. 沃達農業科技股份有限公司,新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】加工番茄是一種喜光、喜溫的蔬菜作物。新疆具有光熱資源豐富、晝夜溫差大的獨特氣候條件,適合加工番茄生長。目前新疆加工番茄生產總量及出口量占全國的90%以上。如果加工番茄出口價格呈現降低趨勢,其中主要原因之一就是加工番茄品質問題[1]。加工番茄品質極易受水肥、土壤的影響[2]。我國北方石灰性土壤富含鈣、鎂元素,一般都可滿足植株正常生長發育過程中的需求[3]。但由于鈣在植物體內移動性較差,當土壤鈣元素供給或鈣在植物體的運輸受阻時,最先影響的是植株幼葉、果實等部位,導致果實因缺鈣得臍腐病的現象越來越普遍。研究表明[4]石灰性土壤番茄缺鎂的主要原因是施肥不平衡導致土壤陽離子比例失調引起番茄生理性缺鎂,從而影響植株正常生長發育,使其品質下降。又因為加工番茄需鈣、鎂量較大,且整個生育期的需求量都很大,很容易造成鈣、鎂的相對缺乏而影響品質[5]。因此,北方石灰性土壤加工番茄種植過程中鈣、鎂的補充有重要意義。【前人研究進展】鈣、鎂是作物生長發育的必須元素。王丹丹等[6]發現番茄開花期要注重鈣、鎂的補充,坐果期應給番茄提供充足的營養,坐果期為果實大量吸收養分的重要時期,補充作物所需的養分,對促進作物生長發育、防止缺素癥狀發生及改善果實品質等方面起著重要作用[7]。王娟等[8-9]研究表明,石灰性土壤施入鈣、鎂肥可以提高番茄、葡萄的產量和品質,降低臍腐病的發生;申曉芳[10]研究表明,不同鈣、鎂肥處理可提質增產。劉軍麗等[11]研究發現,施入鈣肥可以提高番茄果實中可溶性固形物、可溶性糖含量,降低硝酸鹽含量;劉衛萍、秦魚生等[12-13]研究發現,鈣、鎂、鋅、錳肥的施用可增加果實VC含量,增加糖酸比和固酸比,而缺鈣會明顯減少植物各器官可溶性糖含量。Trolove等[14-15]研究發現,K、Ca、Mg離子間產生的拮抗作用會導致柑橘和葡萄缺鎂。但也有試驗表明[16],在供鈣濃度一定范圍內,Ca2+并不與Mg2+拮抗或協助。【本研究切入點】加工番茄是一種喜鈣、鎂的作物。目前,關于石灰性土壤對番茄施用鈣鎂肥的研究還相對較少。因此在石灰性土壤中施用鈣、鎂肥的最適濃度還需研究,尤其需研究石灰性土壤施用枸溶性鈣鎂肥對加工番茄果實鈣、鎂吸收及品質的影響。【擬解決的關鍵問題】施用4個枸溶性鈣鎂肥梯度,測定加工番茄果實的鈣、鎂含量及外觀品質、口感品質、營養品質,綜合評價品質,研究其施用效果,為石灰性土壤加工番茄的優質與高效生產提供應用基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年5～9月在新疆石河子市農業科學研究院試驗基地進行。土壤類型為灌耕灰漠土,質地為中壤土。土壤耕作層(0～20 cm)基本理化性狀為有機質18.66 g/kg,堿解氮 38.12 mg/kg,有效磷38.56 mg/kg,速效鉀386.9 mg/kg,交換性鈣20.2 g/kg,交換性鎂0.45 g/kg,pH 7.9。

供試作物為加工番茄,品種為金番3166,具有晚熟、高產、硬度大的特性。供試的鈣鎂肥由金瑪(寬甸)肥業有限公司提供。枸溶性鈣鎂肥化學組成為Ca≥2%,Mg≥10%,Fe≥1%,B≥0.3%。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

設置4個處理:(1)對照(CK,不施鈣鎂肥);(2)450 kg/hm2枸溶性鈣鎂肥(C450);(3)900 kg/hm2枸溶性鈣鎂肥(C900);(4)1 800 kg/hm2枸溶性鈣鎂肥(C1 800)。鈣鎂肥于播種前結合耕翻基施。每個處理重復3次,共12個處理。

試驗為田間小區試驗,采用地膜覆蓋栽培,一膜兩管雙行,膜寬1.2 m,行距為0.4 m,株距0.3 m,每小區面積為60 m2。2021年5月6日移栽至小區,密度2 600株/667m2。生長期內共灌水11次,灌水周期為7～10 d。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 果實全鈣、鎂

在開花坐果期、結果期、成熟期采集成熟度相對一致的加工番茄果實樣品,將果實樣品用去離子水洗凈并用濾紙吸干表面水分后,置于105℃烘箱下烘30 min殺青,75℃下烘干至恒重,稱其干重。樣品粉碎并過80目篩裝瓶用于全鈣、鎂含量的測定。Ca、Mg含量用鹽酸浸提-原子吸收分光光度計法測定。

1.2.2.2 臍腐病發生率

在加工番茄成熟期時,劃分調查區,記錄各個處理小區臍腐病果數和總果數,計算臍腐病發生率。

臍腐病發生率=臍腐病果數/總果數×100%。

1.2.2.3 品 質

在成熟期采收成熟度一致的果實,每處理隨機選取30個,測定果實品質。(1)外觀品質:稱30 個果實鮮重質量,取其平均值為單果重;用游標卡尺測量果實橫、縱徑,并計算果形指數(縱徑/橫徑);用色差儀測定果實顏色,果實顏色指數(CI)[17]用CI=2 000×a/L×(a2+b2)1/2;橫切加工番茄果實,觀察番茄心室數。(2)口感品質:果實硬度用硬度計測定;可溶性固形物用手持糖度計測定;可溶性糖用蒽酮比色法[18];可滴定酸用氫氧化鈉滴定法測定;游標卡尺測已橫切的果實厚度。(3)營養品質:維生素C用2,6-二氯酚靛酚法測定[18];番茄紅素含量用石油醚比色法;硝酸鹽含量用水楊酸-硫酸法[18]。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 2019軟件進行處理并繪制圖表,用SPSS22.0軟件進行方差分析、相關分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 枸溶性鈣鎂肥對加工番茄果實鈣、鎂吸收的影響

2.1.1 鈣、鎂的吸收量

研究表明,在加工番茄生長發育過程中,果實對鈣元素的吸收量高于鎂元素的吸收量。各處理果實中鈣、鎂的吸收量隨生長發育而逐漸增加,以開花坐果期最小,結果期次之,成熟期最大。在開花坐果期,與CK相比,C450～C1 800處理果實對鎂的吸收量分別提高了16.44%～64.38%,對鈣的吸收量提高了9.51%～48.59%。結果期,C900、C1 800處理顯著提高鎂的吸收量,分別比CK增加53.92%、69.29%;C1 800處理果實鈣的吸收量比CK、C450、C900處理提高49.38%、25.16%、11.10%。在成熟期,C450、C900、C1 800處理果實鎂的吸收量顯著高于CK,分別比CK增加29.56%、46.54%、49.69%,但處理間無明顯差異;鈣的吸收量以C1 800處理最高,與其他處理差異達到顯著水平。施用枸溶性鈣鎂肥可顯著促進果實對鈣、鎂元素的吸收,并且隨著施用量的增加,果實對鈣、鎂的吸收量也隨之增加。但在成熟期時,果實生長到一定程度,增加枸溶性鈣鎂肥的施用量對促進鎂的吸收無明顯作用。圖1、圖2

注:圖柱上的字母不同表示同一時期不同處理間差異達到顯著水平(P <0.05)。下同

圖2 不同枸溶性鈣鎂肥處理下果實鈣吸收變化

2.1.2 鈣、鎂的吸收特性

研究表明,施用枸溶性鈣鎂肥可顯著提高果實對鈣、鎂的吸收速率,并且加工番茄果實對鈣的吸收速率大于鎂的吸收速率。果實對鈣的吸收速率在生育期呈現先增加后降低的趨勢。在整個生育發育過程中,C1 800處理果實對鈣的吸收速率均顯著高于其他處理。果實對鎂的吸收速率隨著生長發育呈現一直增加的趨勢。在開花期-坐果初期,C1 800處理果實對鎂的吸收速率顯著高于其他處理,但在生長后期,C900與C1 800處理無顯著差異。高施用量鈣鎂肥在果實的生長后期對促進鎂的吸收無顯著效果。加工番茄果實在不同生育時期對鈣素、鎂素的吸收比例也不相同,在開花期-坐果初期,鈣、鎂的吸收比例最高,而后隨著果實的生長發育,吸收比例下降。果實在生長發育前期對鈣的吸收較大,在生長后期對鎂元素的吸收逐漸增加。表1

表1 不同生育期果實對鈣、鎂的吸收特性

2.2 臍腐病發生率

研究表明,施用枸溶性鈣鎂肥可以顯著降低加工番茄果實的臍腐病發生率,與CK相比,C450、C900、C1 800處理分別減少了29.30%、46.04%、59.84%。C1 800處理的臍腐病發生率最低,顯著低于其他處理,分別比CK、C450、C900處理減少了37.43%、19.11%、8.63%。隨著枸溶性鈣鎂肥施用量的增加,對降低臍腐病發生率效果越好。圖3

圖3 不同處理下加工番茄臍腐病發生率變化

2.3 不同施用量對加工番茄果實外觀品質影響

研究表明,C450～C1 800處理較CK處理相比,顯著增加果實的心室數和單果重。果形指數介于1.31～1.41,皆呈長圓形,C450和C900處理果形指數與CK處理無顯著差異,但C1 800處理與各處理存在顯著差異,施用枸溶性鈣鎂肥可增加加工番茄心室數和單果重量,但施用量過大會降低加工番茄果形指數。果實顏色指數值表現為CK處理顯著低于C900和C1 800處理,與C450處理無顯著差異,隨著鈣鎂肥施用量的增加,顏色指數也隨之增加。表2

表2 不同施用量下加工番茄果實外觀品質變化

2.4 不同施用量對加工番茄果實口感品質影響

研究表明,施用鈣鎂肥可提高可溶性糖、可滴定酸含量,增加糖酸比和果肉厚度。各施鈣鎂肥處理中,隨著施用量的增加,這些指標的變化規律不盡相同:其中,可滴定酸含量隨鈣鎂肥的增施先增大后減小;可溶性糖含量隨著鈣鎂肥施用量的增大而增加,且處理間差異顯著,與CK相比,C450、C900、C1 800處理可溶性糖含量分別提高了4.67%、25.33%、62.00%;糖酸比為C1 800處理最大,分別比CK、C450、C900處理提高55.01%、74.76%、43.39%,但C450、C900處理與CK無顯著差異;果肉厚度隨施用量增加而增加,且C450～C1 800處理顯著高于CK,分別比CK高18.03%、19.67%、29.51%。各處理加工番茄果實硬度和可溶性固形物含量差異不顯著。表3

2.5 不同鈣鎂肥對加工番茄果實營養品質的影響

研究表明,C450處理的VC含量顯著低于CK處理,但隨著施用量增加,VC含量也增加;C1 800處理VC含量最高,分別比CK、C450、C900處理高了18.86%、31.55%、25.08%,低施用量鈣鎂肥對提高VC含量無作用,但施用量增加時對提高VC含量效果顯著。C900和C1 800處理間番茄紅素含量無顯著差異,但與CK、C450處理差異顯著,C900處理比CK、C450處理多13.02%、26.93%,C1 800處理比CK、C450處理多12.89%、26.79%。C450～C1 800處理硝酸鹽含量顯著低于CK處理,硝酸鹽含量大小順序為CK>C450>C900>C1 800,施用鈣鎂肥可顯著降低果實中硝酸鹽含量,并隨著施用量的增加,硝酸鹽含量顯著降低。表4

表4 不同鈣鎂肥下加工番茄果實營養品質變化

2.6 果實品質的主成分

研究表明,第一因子反映原始數據信息量的45.58%,其中果實的VC、可滴定酸、可溶性糖、糖酸比和番茄紅素的正向載荷權數較大,對第一因子起決定性作用,VC正向載荷權數最大,和糖酸比、可滴定酸、可溶性糖呈高度正相關,第一因子主要反映了加工番茄果實的營養品質,并將VC作為第1主成分的代表指標。第二因子方差貢獻率20.98%,單果重、心室數、橫徑×縱徑、果肉厚度的正向載荷權數最大,和加工番茄外觀品質密切相關,可定義為外觀因子,單果重的載荷值高達0.980,單果重為第二因子的代表指標。第三因子方差貢獻率14.37%,決定其大小的指標主要是硬度和可溶性固形物,載荷值分別為0.893、0.835,由于硬度因子載荷更大且硬度是口感的直接來源,可用硬度代表口感因子。第四因子方差貢獻率7.92%,在顏色指數、果形指數上的載荷值較大,對第4主成分起決定性作用,主要反映了加工番茄果實的外觀品質,且顏色指數因子載荷遠大于其他指標,選擇顏色指數代表加工番茄外觀品質。表5,表6,圖4

表5 主成分的特征值和貢獻率

表6 旋轉后的成分矩陣

圖4 主成分分析碎石圖

2.7 果實品質綜合評價

研究表明,以特征向量為權重得到4個主成分的得分表達式:

F1=0.183X1-0.357X2+0.281X3+0.379X4+0.372X5+0.333X6+0.184X7+0.048X8+0.185X9-0.241X10-0.019X11+0.223X12+0.283X13+0.329X14.

F2=0.403X1-0.111X2-0.310X3-0.111X4-0.145X5-0.260X6-0.279X7+0.219X8+0.174X9-0.088X10+0.522X11+0.079X12+0.364X13+0.230X14.

F3=-0.251X1+0.120X2+0.274X3+0.054X4+0.000X5+0.082X6-0.402X7+0.499X8+0.522X9-0.154X10+0.037X11-0.309X12-0.187X13+0.007X14.

F1=-0.373X1-0.136X2-0.050X3+0.023X4+0.027X5+0.058X6+0.174X7+0.358X8+0.131X9-0.653X10+0.025X11+0.478X12-0.007X13-0.075X14.

其中X1～X14分別表示加工番茄果實14個品質指標的原始測定結果經過標準化處理之后的值。得出果實品質綜合評價模型:

F=0.46F1+0.21F2+0.14F3+0.08F4.

不同施肥處理下加工番茄果實綜合品質評價排序為C1 800>C450>C900>CK。表7

表7 不同施肥處理下加工番茄品質的綜合評價

3 討 論

3.1鈣、鎂元素是加工番茄生產的關鍵因子[19],施用適當的鈣鎂肥是保證作物生長發育過程中鈣、鎂元素供應充足、提高品質的關鍵措施。有研究表明,基施鈣鎂肥可以促進番茄生長,改善品質[20]。試驗顯示,加工番茄果實對鈣的吸收量大于鎂的吸收量。各生育期內隨著枸溶性鈣鎂肥施用量的增加,果實對鈣、鎂的吸收量增加,吸收速率提高,鈣鎂元素之間并未產生拮抗作用,這與李娟等[15、21]研究發現,在供鈣濃度一定范圍內,Ca2+并不與Mg2+拮抗或協助的結論相同。并且施用鈣鎂肥后臍腐病發生率顯著降低,與前人[8]研究結果一致。臍腐病的發生大部分是由缺鈣引起的,應當增加植株中的Ca2+含量,促進番茄對鈣的吸收,降低臍腐病發生率。

3.2果實的外觀和口感品質是評價果實品質差異的主要指標,并且也是消費者選擇果實的重要影響因素[22-23]。試驗在基施枸溶性鈣鎂肥的條件下,果實的品質顯著高于對照,施用鈣鎂肥可提高果實品質。不同施用量處理的果實從外觀品質上看,其果形指數方面有差異,施用量為1 800 kg/hm2果形指數最小,枸溶性鈣鎂肥施用量過高會抑制果實大小的生長。在姚棋等[24]研究外源鈣處理對番茄果實品質的影響中有著相同的結論。試驗還發現,鈣鎂肥的施用會促進番茄果實顏色指數增大,與劉軍麗等[25]研究發現施用鈣肥可使番茄果色更為鮮亮的結論相似。施用枸溶性鈣鎂肥可以改善果實顏色,可能是因為番茄果色主要與番茄紅素含量有關,而植株體內Ca2+促進了果實中的乙烯合成,進而增加果實中的番茄紅素含量,使加工番茄果實的顏色鮮亮[26-27]。口感品質方面,糖酸比是衡量口感好壞的重要指標。試驗中,當枸溶性鈣鎂肥為1 800 kg/hm2時糖酸比最大,其他處理與對照無差異,說明高濃度鈣鎂會促進糖酸比,提高果實品質,鈣鎂離子間的拮抗作用對果實品質的影響較小,與吳一群等[28]研究結果一致。施用枸溶性鈣鎂肥還顯著增加可溶性糖含量和果肉厚度,隨著施用量增加,可溶性糖含量和果肉厚度也隨之增加,改善了加工番茄的口感。各處理硬度差異不顯著,這可能跟番茄品種的遺傳特性有關[29]。

3.3有研究發現[10,30]施入鈣、鎂肥可以提高番茄果實中VC和番茄紅素含量,降低硝酸鹽含量。研究結果表明,施用枸溶性鈣鎂肥顯著降低了硝酸鹽的含量,增加了番茄紅素和VC含量,施用量為1 800 kg/hm2時提質效果最優。但蔣欣梅等[31]研究發現,施用鈣肥后都不同程度地降低了VC含量。這可能是由于不同的地理環境和栽培條件所致。

目前,主成分分析已廣泛用于果蔬、食品品質的綜合評價[32]。研究對14個品質指標進行綜合評價。經綜合評價發現,施用量為1 800 kg/hm2的得分最高,對照處理得分最低。可見,施用枸溶性鈣鎂肥可顯著提高果實品質,有利于番茄生長發育,改善果實品質。但是綜合分析評價加工番茄品質時運用哪些指標才能更加準確、全面的評判加工番茄品質的優劣,以及如何根據不同性狀確定一個更為標準的權重系數仍需進一步研究。

4 結 論

C1 800處理下果實的糖酸比、果肉厚度、VC含量最高,分別比CK高55.01%、29.51%、18.86%,硝酸鹽含量最低,臍腐病發生率分別比CK、C450、C900處理減少了37.43%、19.11%、8.63%。在石灰性土壤中施用枸溶性鈣鎂肥可促進加工番茄果實對鈣、鎂元素的吸收,從而降低臍腐病發生率,提高果實品質,以施用量為1 800 kg/hm2時效果最好。