营养液配方与品种对椰糠条栽培高糖番茄产量和质量的影响

孙一鑫，马乐乐，王文元，何佳星，李建明

(西北农林科技大学园艺学院/农业部西北设施园艺工程重点实验室，陕西 杨凌 712100)

番茄是目前世界上种植面积最广、最受欢迎的蔬菜作物之一，全球年总产量达1.7亿t，在蔬菜作物中位居首位[1]。我国是鲜食和加工番茄生产大国，也是世界上最大的番茄种子市场。甘肃地区光照条件好，气候条件优良，近几年，随着甘肃地区强力推进戈壁农业产业振兴，番茄种植面积不断增加[2-3]。椰糠在温室栽培中应用广泛，利用椰糠条栽培技术生产的番茄产量高、品质好，可实现周年生产，并能克服土壤连作障碍[4]。随着生活水平的提高，口感好、糖度高(可溶性糖含量≥7%)番茄的市场需求逐年递增[5]，但如何实现番茄的高糖栽培，提升番茄果实口感，一直是困扰番茄生产的难题。

传统蔬菜生产用肥一般以无机肥为主[6]，在蔬菜基质栽培中施用的营养液也主要是无机态营养液[7]。但近年来有机肥在蔬菜生产中的作用越来越受关注[8]，已有研究发现，有机肥替代化肥在作物上施用，可明显改善土壤pH值、有机质含量，可促进微生物的多样性，降低诱发植物产生病况的微生物数量[9]。在无土栽培中施用有机营养液还可达到改善蔬菜品质、提高产量的效果[10-11]。但有机营养液常常因肥力不足造成作物产量降低，不具备无机营养液肥力吸收快、作物产量高的特点。因此，兼顾番茄品质和产量的有机、无机混合营养液可作为番茄栽培营养液的新选择。

农业品种是重要的生产资料，可以作为优良作物性状的载体，但优良的遗传性状和特定的栽培环境相互作用才能表现出优良特征的表型。不同地区的生态环境、栽培技术和管理方法均不同，因此选择品种要因地制宜[12]。近年来，已有多位学者进行了温室内不同条件下的番茄比较试验，并确定了对应的番茄品种与营养液配方[3，13-14]，但有机、无机混合营养液应用下进行的高糖番茄品种筛选仍有待研究。本研究通过在4种营养液配方条件下种植4个番茄品种，从中筛选适合栽培高糖果实的营养液配方和品种，以期为甘肃地区番茄的高糖优质生产提供依据。

1.1 试验地点与试验材料

试验于2020年5—9月在甘肃省酒泉市敦煌种业的文络型玻璃温室内进行，温室占地面积约0.87 hm2。酒泉属大陆性干旱气候，干燥寒冷，夏季较短促，温室夏季生产时仅采用通风与高温时段喷雾加湿即可。

4个供试品种分别为‘飞天番茄’、‘120-150’、‘童年味’、‘DHZY-03’，由敦煌种业公司提供，其中‘飞天番茄’、‘DHZY-03’为常用品种，‘120-150’、‘童年味’为新引进的高糖品种，4种番茄均为无限生长型。采用椰糠条栽培，定植前椰糠条需灌入清水浸泡、冲洗，至流出液的EC值达1.0 mS·cm-1以下[15]。试验所用有机肥从当地同一家动物养殖场一次性采购，该养殖场采用天然饲料，没有任何人工添加抗生素与激素物质。

1.2 试验方法

试验共设4种营养液配方：F1(有机无机混合营养液配方 1)、F2(有机无机混合营养液配方 2)、F3(无机高糖营养液配方1)、F4(无机高糖营养液配方2)；
种植4个番茄品种：V1(‘飞天番茄’)、V2(‘120-150’)、V3(‘童年味’)、V4(‘DHZY-03’)。将营养液配方与番茄品种二因素耦合，共得16个处理(F1V1、F1V2、F1V3、F1V4、F2V1、F2V2、F2V3、F2V4、F3V1、F3V2、F3V3、F3V4、F4V1、F4V2、F4V3、F4V4)，每处理种植番茄60株，3次重复，随机区组试验设计，小区长25 m，宽15 m，种植密度为3.2株·m-2。

试验所用的有机无机混合营养液是由本课题组试验筛选的较优配方改良而成[16]，设置了两种有机无机混合营养液配方，F1(猪粪、牛粪、羊粪浸提液按2∶1∶1混合，再与山崎营养液混合)；
F2(猪粪、牛粪、羊粪浸提液按1∶2∶1混合，再与山崎营养液混合)。2种无机营养液配方为市面上的番茄营养液高糖配方改良而成，见表1和表2。

表1 无机营养液配方1

表2 无机营养液配方2

制备不同粪肥浸提液时，将腐熟后的粪肥分别与水按1∶10(质量比)混合后搅拌，在有氧条件下浸提72 h后取上清液，经过滤得到腐熟粪肥浸提液。为保证每次施用的营养液成分稳定，用于有机营养液浸提的有机粪肥为同一批次一次性采购，经统一腐熟发酵后分批次使用，每次浸提时间、水肥比及人工操作等因素均控制一致，最大限度消除不确定因素的影响。

于2020年6月2日(幼苗 5 叶 1 心)定植，单干整枝。采用水肥一体化管理模式，在开花坐果期营养液灌溉时间间隔为1 h，每天灌溉11次。果实成熟期，在正午时灌溉时间间隔为40 min(12∶00—14∶00)，每天灌溉12次。在番茄开花坐果期营养液EC值设置为2.8，果实成熟期时EC值设置为3.0，之后随着植株生长，逐渐将营养液EC值升高至3.2，营养液pH值始终设置在5.8～6.2内。除试验处理因素外，其他田间管理措施相同。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 番茄茎粗 茎粗测量时间为番茄开花结果期与成熟期，测定部位为从茎基部往上第3～4叶之间的茎节，由于茎的形状不是标准的圆柱形，分别在水平旋转90°方向各测定1次，取平均值。

1.3.2 番茄光合指标 在番茄成熟期，于晴天上午的9∶00—12∶00使用美国LI-COR公司生产的Li-6800便携式光合仪测定番茄叶片的光合指标，包括净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度。每个小区选3株，选取生长点往下第4片生长叶中部叶位的小叶进行测定，分别选取3个晴天的上午进行测定，取最优数据。

1.3.3 番茄糖度 采用日本爱宕PAL-1数显糖度计测定番茄可溶性糖含量，每处理3个重复。

1.3.4 番茄产量 在番茄成熟期，每次采摘时统计各处理番茄的产量、结果数以及单果质量。

1.4 基于TOPSIS法的番茄各测定指标综合分析

TOPSIS法计算步骤[17]如下：

(1)构建原始评价参数矩阵：设有n个评价对象，m个评价指标，第i行第j列的数据记为Xij，原始数据可写为矩阵X=(Xij)nm，本试验中共有16个处理，选取了2个指标，所以n=16，m=2，对指标进行归一化，即：

(1)

归一化后第i行第j列的数据记为Zij，得到归一化矩阵Z=(Zij)nm，其各列最大值最小值构成的最优、最劣向量分别记为：

Z+=(Zmax1，Zmax2，…，Zmaxm)

(2)

Z-=(Zmin1，Zmin2，…，Zminm)

(3)

(2)第i个评价对象与最优、最劣方案的距离分别为：

(4)

(5)

(3)第i个评价对象与最优方案的接近程度Ci为：

(6)

由于贴近度分值取值为0～1，当评价对象指标的向量为最优解向量时，Ci=1；
当评价对象指标向量为最劣解值时，Ci=0。Ci越接近1则表示相应的评价目标越接近最优水平，相应的评价对象排序越靠前；
反之，Ci越接近0，表示评价目标越接近最劣水平。评价结果最靠近最优解同时又最远离最劣解时为最好。

1.5 数据处理

采用SPSS 23.0统计分析软件进行数据处理与聚类分析，Duncan多重比较法进行差异显著性分析(P<0.05)；
采用Excel 2017进行图表绘制以及TOPSIS法的综合评价。

2.1 不同营养液配方对不同品种番茄茎粗的影响

各处理番茄茎粗为11.09～13.82 mm，F3V2的茎最粗，为13.82 mm；
F1V2次之，为13.75 mm；
F2V3最低，为11.09 mm。营养液配方对番茄茎粗的影响不显著，其茎粗主要受品种影响，‘童年味’(V3)茎粗最小，在生长上弱于其他3个品种(图1)。

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)；
*表示差异显著(P<0.05)，**表示差异极显著(P<0.01)。下同。Note：Different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P<0.05). * indicates significant difference (P<0.05)， ** indicates extremely significant difference (P<0.01). The same as blow.

2.2 不同营养液配方对不同品种番茄光合作用的影响

由表3可见，各处理番茄净光合速率为5.47～13.55 μmol·m-2·s-1，其中F4V3处理番茄净光合速率最高，为13.55 μmol·m-2·s-1；
F4V2处理次之，为12.00 μmol·m-2·s-1；
F1V3处理最低，为5.47 μmol·m-2·s-1。V2(120-150)在无机营养液种植下的净光合速率高于有机无机混合营养液。方差分析结果显示，营养液配方对4个光合指标的影响均达极显著水平，番茄品种仅对气孔导度的影响达极显著水平，其他3个指标不显著，二者的交互作用除对胞间CO2浓度影响不显著外，其他均达显著水平。

表3 不同营养液配方对不同品种番茄光合作用的影响

2.3 不同营养液配方对不同品种番茄糖度的影响

各处理可溶性糖含量为8.9%～12.3%，F2V3处理番茄可溶性糖含量最高，为12.3%；
F2V1处理次之，为11.5%；
F4V2处理最低，为8.9%。同无机营养液配方相比，有机无机混合营养液配方可有效提高番茄的可溶性糖含量。在F2条件下，V3(童年味)的可溶性糖含量显著高于V2(120-150)和V4(DHYZ-03)。方差分析显示，营养液配方与番茄品种对可溶性糖含量的影响极显著(图2)。

图2 不同营养液配方对不同品种番茄糖度的影响Fig.2 Effects of different nutrient solution formulas on different cultivars of tomato soluble sugar content

2.4 不同营养液配方对不同品种番茄产量的影响

由表4可见，各处理番茄的产量在126 269～233 324 kg·hm-2。其中F2V2处理产量最高，为233 324 kg·hm-2；
F1V3处理次之，为207 734 kg·hm-2；

表4 不同营养液配方对番茄产量的影响

F4V2处理最低，为126 269 kg·hm-2。方差分析显示，营养液配方对番茄产量的影响极显著，除飞天番茄外，有机无机混合配方可有效提高同品种番茄产量。番茄品种对产量的影响极显著，‘童年味’在有机无机混合营养液配方 1下产量最高；
‘120-150’更适合有机无机混合营养液配方2；
‘飞天番茄’更适合于无机配方1，‘DHZY-03’更适合于无机配方2。方差分析显示，营养液配方对单株结果数影响显著，对单果质量影响不显著，单果质量主要受品种影响，F4V4的单果质量最大。

2.5 不同营养液配方与番茄品种的聚类分析

将各处理番茄的所有指标使用欧氏距离法进行聚类分析，结果(图3)表明，在欧式距离为5的水平上可将所有处理归为4个类群。第1类群包括F1V1、F1V4、F3V1、F1V2、F1V3、F2V2、F2V3共7个处理；
第2类群包括F3V2、F3V3、F2V1、F4V1共4个处理；
第3类群包括F4V2和F4V3共2个处理；
第4类群包括F2V4、F3V4和F4V4共3个处理。其中第1类群主要代表了有机无机混合营养液配方的特性；
第2类群与第3类群主要代表了无机营养液配方的特性；
第4类群主要代表了品种V4(‘DHYZ-03’)的特性。

图3 不同营养液配方与番茄品种处理的聚类分析图Fig.3 Cluster analysis diagram of tomato treated with different nutrient solution formulations

2.6 基于TOPSIS法的番茄各测定指标综合分析

根据通过TOPSIS法得到的Ci值，将各处理番茄按照Ci值的大小进行排序，筛选出综合考虑糖度和产量的最优处理。结果(表5)表明，F2V2处理的综合评价值最高，F1V3处理次之，比较适合在甘肃地区进行推广；
F4V2处理评价值最低，综合效果最差。聚类分析结果可一定程度上说明F2V2、F1V3等有机无机混合营养液配方的处理具有共同特性且优于无机营养液处理。说明相比于无机营养液，有机无机营养液可以有效提高番茄的综合品质。

表5 基于TOPSIS法的番茄指标综合分析与排序

目前蔬菜生产中仍以无机肥为主，但随着相关有机肥研究的增加，人们逐渐意识到有机肥具有改善品质、提高产量等优点，这使有关有机肥替代化肥的研究成为热点。已有研究表明使用有机肥替代化肥，可有效提高玉米的水分利用效率和经济效益,且随着有机肥替代氮肥的比例升高，茶叶的产量、品质均呈递增趋势[18-19]。但传统有机肥存在着施用不便、不易吸收、肥效释放缓慢等缺点。堆肥浸提液是通过有机肥腐熟发酵、浸提得来的液体肥。其不仅含有大量植物生长发育所必需的矿质元素，也含有许多有益微生物及代谢产物，具有生产成本低、制作方法简单、养分含量高、兼具生防和肥效等优点，且便于实施滴灌[16]，相较于传统有机肥更适合于现代化连栋温室内的无土栽培生产模式。

营养液配方的研究对于椰糠条栽培至关重要。椰糠栽培植物生长所需的养分和水分大部分都通过营养液提供[20]，不同营养液配方会直接影响作物的品质和产量[21-23]。本试验结果表明，与无机营养液配方相比，有机无机混合营养液配方可显著提高番茄的产量和可溶性糖含量，与前人研究结论一致。与无机营养液相比，有机营养液对番茄具有明显的增产效果，同时可改善番茄营养及风味品质[9]，施用蚯蚓有机液肥后果菜的产量品质均显著提高[24]，有机浸提液也能提高黄瓜果实的品质产量[25]。这可能是由于有机营养液中含有大量无机营养液中所没有的水溶性有机物、微量元素、抗生素、有益微生物和腐植酸[26-27]等物质，这些物质可直接促进作物生长，其对土壤和番茄植株的长久作用可提供更大的生产效益[28]，还可起到增强土壤肥力、增加土壤有机碳、改善土壤质地的作用[29]。

有机无机混合营养液对比全有机营养液也更具优势。与无机营养液相比，有机营养液在实际制备过程中易受有机粪肥的种类、质量、纯度以及各种不稳定因素的影响，造成氮、磷、钾等无机养分含量偏低且不易控制。这就导致了有机营养液在植株生长后期易出现肥力不足的问题，没有无机营养液肥效吸收快。已有研究表明，堆肥与无机肥的配合施用，可在提高产量的同时改善果实品质[30]，在实际生产中，采用有机营养液和无机营养液结合的方式进行施肥，可以有效提高番茄果实糖度并避免养分不足造成的脱肥，同时实现番茄的高糖与高产。有机无机混合营养液兼具有机营养液与无机营养液的优点，具有应用价值。

本研究发现有机无机混合营养液提升番茄光合作用的效果不明显。这与前人得到的施用有机营养液可提高作物光合速率的结论[9，25]不一致。这可能与本研究测定光合指标的时间设定有关，营养液配方可能改变了成熟期之前其他生长期的光合，因此应在生长发育的每个关键时期进一步研究营养液配方对番茄光合作用产生的影响。光合作用受营养液配方的影响效应显著，但受品种的影响效应不显著，而糖度和产量受营养液配方及品种的影响效应均显著，同时，光合作用对糖度与产量的贡献远低于品种特性。这也可能是由于本次试验使用的有机无机混合营养液元素成分与前人所用的全有机营养液不同所致。这也说明有机无机混合营养液配方的设计仍需完善，混合配方中的有机营养液与无机营养液的比例仍需要反复试验，并制定出一个生产标准。

优良品种是蔬菜高产稳产的基础，在基质栽培过程中也十分重要[31-32]，因地制宜地选择番茄品种，可以有效提高番茄的产量和品质[33-34]。本试验结果表明，同其他品种相比，‘DHZY-03’的产量最高，光合能力最强，可溶性糖含量仅略低于‘童年味’，具有一定的推广价值。

糖度最高的处理为F2V3(有机无机混合营养液配方2+‘童年味’)，产量最高及综合糖度和产量均最优处理为F2V2(有机无机混合营养液配方2+‘120-150’)，说明F2V3与F2V22两个组合较适合在甘肃地区进行推广，能为西北地区高糖番茄生产提供技术支持。