陳 義 鄒 豪 孫麗萍 田永強 高麗紅*

（1中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院，設施蔬菜生長發(fā)育北京市重點實驗室，北京 100193；2北京市園林科學研究院綠化植物育種北京市重點實驗室，北京 100102）

目前，我國蔬菜生產(chǎn)不僅實現(xiàn)了周年均衡供應，而且種類也豐富多樣。由于蔬菜產(chǎn)量已經(jīng)能夠自給自足，產(chǎn)品品質逐漸成為人們關注的焦點（彭慧 等，2006）。蔬菜產(chǎn)品的營養(yǎng)品質不僅受作物自身遺傳因素的影響，而且受外界因素，如氣候條件、栽培方式、水肥管理等的影響（何偉明 等，2010；劉浩 等，2011）。因此，通過改良栽培方式和水肥管理，可有效提高蔬菜產(chǎn)品品質（樊懷福 等，2011）。

番茄是我國栽培面積最大的蔬菜作物之一，通過無土栽培獲得高品質番茄是當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點問題。諸多研究表明，根區(qū)鹽分組成與濃度是調控果實風味和營養(yǎng)物質的關鍵（魯少尉 等，2012）。無土栽培時根區(qū)鹽分調控主要通過調節(jié)營養(yǎng)液中的離子實現(xiàn)。由于NaCl和KCl成本低廉且調控效果好，目前已成為高品質栽培中主要的營養(yǎng)液離子調節(jié)物質。向營養(yǎng)液中添加Na+，不僅能夠提高番茄果實中的風味物質含量（Auerswald &Matsuzoe，1999），而且可以增加蔗糖和檸檬酸的含量（Zushi et al.，2015）。此外，提高營養(yǎng)液中K+的濃度，可顯著提升番茄果實中類胡蘿卜素、番茄紅素和抗壞血酸的含量（Trudel &Ozbun，1971；Almeselmani et al.，2010）。盡管如此，在Na+和K+調控番茄品質方面，尚缺乏綜合評價指標和系統(tǒng)的比較研究。

除營養(yǎng)液離子調控外，栽培方式也是影響無土栽培番茄品質的關鍵因素。有研究表明，隨著栽培密度的增加，番茄植株的坐果率下降，且果實VC含量下降（雷喜紅 等，2015）。但目前大多數(shù)與栽培密度有關的研究主要聚焦在植株生長和果實產(chǎn)量方面，對果實品質的關注度不夠。鑒于此，本試驗研究了不同栽培密度下Na+和K+處理對基質培番茄生長、產(chǎn)量和品質的影響，并提出一個綜合評價番茄果實品質的指數(shù)，以期為番茄高品質栽培提供理論依據(jù)和實踐支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與設計

試驗于2018年9月至2019年2月在中國農(nóng)業(yè)大學西校區(qū)科學園日光溫室中進行。供試番茄品種為京采6號（北京現(xiàn)代農(nóng)夫種苗科技有限公司）。試驗植株定植于長、寬分別為65 cm和30 cm的栽培槽中，采用潮汐灌溉系統(tǒng)進行營養(yǎng)液循環(huán)灌溉。試驗設置3個營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，每個營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)包含6個栽培槽（間距12 cm）。每2個栽培槽中間有1條寬150 cm的過道。2018年9月14日番茄苗五葉一心時定植，3穗果摘心。栽培基質為草炭、蛭石、珍珠巖（體積比2∶1∶1）復配基質。試驗設置栽培密度（3.8、5.0株·m-2）和營養(yǎng)液離子處理（CK、Na+和K+）2個因素，共包括6個處理（表1）。每個處理3次重復，每個重復包括2個栽培槽。當每個栽培槽分別定植6株或8株番茄苗時，其栽培密度分別為3.8株·m-2或5.0株·m-2。在苗期至番茄轉色期，采用日本山崎番茄配方營養(yǎng)液管理；進入番茄轉色期后，10月9日開始進行營養(yǎng)液離子處理。Na+和K+處理主要通過向營養(yǎng)液添加NaCl和KCl實現(xiàn)。

表1 栽培密度和營養(yǎng)液離子處理

1.2 測試項目與方法

1.2.1 植株形態(tài)指標 在營養(yǎng)液離子處理1個月后，測定番茄植株的株高、莖粗和葉面積。株高采用鋼卷尺測量；莖粗采用數(shù)顯游標卡尺測量。選擇第1穗果上部的第2片葉，采用鋼卷尺測量其葉長和葉寬，計算其實際葉面積LA（Blanco &Folegatti，2003）。

式中，L和W分別表示葉長和葉寬。

1.2.2 果實產(chǎn)量指標 果實成熟后，采收并分別測定小區(qū)所有植株的第1、2、3穗果的單穗果實產(chǎn)量，剔除沒有商品性的畸形果后相加獲得小區(qū)總產(chǎn)量。此外，記錄果實個數(shù)，并采用數(shù)顯游標卡尺測定果實橫徑與縱徑。

1.2.3 果實品質指標 果實成熟后，采收并測定第1、2穗果的果實品質。采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定抗壞血酸（VC）含量，蒽酮比色法測定可溶性糖含量，酸堿滴定法測定有機酸含量，采用水楊酸法測定硝酸鹽含量，采用磺胺比色法測定亞硝酸鹽含量，采用高精度數(shù)顯糖度計（CNT95）測定可溶性固形物含量。果實品質的具體測定方法參見李合生（2000）。

1.3 番茄果實品質綜合評價指數(shù)TQI（tomato quality index）的計算

1.3.1 指標的線性轉換 鑒于各品質指標的單位不同，首先對所有品質指標進行無量綱轉換，轉換后各指標的數(shù)值均介于0～1之間。無量綱轉換采用線性得分法（D’ Hose et al.，2014）?；趯θ梭w健康的影響，將品質指標分為“有益”與“有害”兩大類：“有益”指標主要包括可溶性固形物、可溶性糖、有機酸、VC和糖酸比，其數(shù)值表現(xiàn)為“越高越好”；“有害”指標主要包括硝酸鹽和亞硝酸鹽，其數(shù)值表現(xiàn)為“越低越好”。參考D’ Hose等（2014）的方法，對于“有益”指標，采用公式T=（y-m）/（s-m）進行計算；對于“有害”指標，采用公式T=1-（y-m）/（s-m）進行計算。其中，T為指標得分值；y表示實際測量值；s和m分別表示每個品質指標所測得的最大值和最小值。

1.3.2 品質綜合評價指數(shù)TQI的計算 采用直接加和法，通過公式計算獲得番茄果實品質的綜合評價指數(shù)TQI。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)記錄與整理，采用SPSS Statistics 22.0軟件進行雙因素方差分析，顯著后使用Tukey法對數(shù)據(jù)進行多重比較（顯著性水平為P＜0.05）。采用SPSS Statistics 22.0軟件，運用線性回歸分析和皮爾遜相關法衡量TQI對各單項品質指標的表征效果。

2 結果與分析

2.1 不同栽培密度和離子處理對番茄生長指標的影響

由表2可知，栽培密度僅顯著影響了葉面積，而對株高、莖粗及株高/莖粗無顯著影響；離子處理對所有測試的生長指標均無顯著影響。這一結果說明，適度栽培密度和營養(yǎng)液離子調控并不影響植株的正常生長。此外，栽培密度×離子處理互作顯著影響了葉面積。具體來看，Na+-5.0處理與Na+-3.8處理相比，較高的栽培密度對葉面積有抑制作用；而在CK或K+處理條件下，栽培密度對葉面積無顯著影響。葉面積是影響葉片光合作用和植株生長的重要因素。因此，為了不影響植株正常生長，特定的離子（如Na+）處理需要與適宜的栽培密度相配套。

2.2 不同栽培密度和離子處理對番茄果實大小、個數(shù)與產(chǎn)量的影響

由表3可知，栽培密度對果實縱徑、橫徑、個數(shù)及所有產(chǎn)量相關指標均無顯著影響，說明適度栽培密度調控不會對果實和產(chǎn)量造成不利影響。離子處理僅顯著影響了果實縱徑。具體來看，與CK-5.0處理相比，Na+-3.8處理的果實縱徑顯著增加。這一結果說明，低栽培密度配合Na+處理，有利于果實的縱向生長。此外，栽培密度×離子處理互作對所有果實及產(chǎn)量相關指標均無顯著影響。

表2 不同栽培密度和離子處理對番茄生長指標的影響

表3 不同栽培密度和離子處理對番茄果實大小、個數(shù)與產(chǎn)量的影響

2.3 不同栽培密度和離子處理對番茄果實品質的影響

由表4可知，在相同處理下，對人體“有益”的各項品質指標（包括可溶性糖、有機酸、糖酸比、可溶性固形物和VC）均表現(xiàn)為第2穗果的含量高于第1穗果，說明第2穗果是生產(chǎn)高品質番茄的關鍵。雙因素分析表明，栽培密度對兩穗果的各項“有益”品質指標均無顯著影響，而離子處理顯著影響了第1穗果的所有“有益”品質指標和第2穗果除有機酸外的其余指標。此外，栽培密度×離子處理互作顯著影響了第1穗果的有機酸和糖酸比。對第1穗果而言，其可溶性糖、可溶性固形物、有機酸、糖酸比與VC的最高值分別出現(xiàn)在CK-3.8、CK-3.8、CK-5.0、K+-5.0和K+-3.8處理下，而第2穗果分別出現(xiàn)在K+-3.8、K+-3.8、K+-5.0、K+-3.8和K+-3.8處理下。這一結果說明，在3.8株·m-2與高K+營養(yǎng)液條件下，第2穗果可獲得較高的品質。

表4 不同栽培密度和離子處理對“有益”番茄果實品質指標的影響

由表5可知，在相同處理下，第2穗果的硝酸鹽含量低于第1穗果，而亞硝酸鹽含量在果穗間表現(xiàn)出相反的趨勢。雙因素分析表明，栽培密度對兩穗果的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均無顯著影響，而離子處理顯著影響了第2穗果的亞硝酸鹽含量，栽培密度×離子處理互作顯著影響了第1穗果的亞硝酸鹽含量。對第1穗果而言，其硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的最低值分別出現(xiàn)在K+-3.8和CK-3.8處理，而第2穗果均出現(xiàn)在CK-5.0處理。值得注意的是，所有果實的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均低于國家標準的限量值（茄果類蔬菜：硝酸鹽440 mg·kg-1，亞硝酸鹽4 mg·kg-1）。

為了綜合評價番茄果實的品質，構建了品質綜合評價指數(shù)TQI。由圖1-A可知，TQI與“有益”指標可溶性糖、有機酸、糖酸比、可溶性固形物和VC均呈顯著正相關關系（P＜0.01），而與“有害”指標亞硝酸鹽呈顯著負相關關系（P＜0.001）。雖然硝酸鹽與TQI無顯著相關性，但由于硝酸鹽不受處理的影響（表5），因此它并不影響TQI的可靠性。這些結果表明，TQI可很好地表征各項品質指標，能夠用于綜合評價番茄果實的整體品質。鑒于此，進一步比較了不同栽培密度和離子處理對TQI的影響（圖1-B）。雙因素分析表明，栽培密度對兩穗果的TQI均無顯著影響，而離子處理顯著影響了第2穗果的TQI。對第2穗果而言，K+-3.8和K+-5.0處理均表現(xiàn)出較高的TQI。由于K+-3.8和K+-5.0并不影響番茄產(chǎn)量（表3），綜合考慮各單項指標（表4），K+-3.8處理下第2穗果可獲得較高的綜合品質水平。

表5 不同栽培密度和離子處理對番茄果實硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的影響 mg·kg-1

圖1 各品質指標與TQI的相關性（A）及不同處理對TQI的影響（B）

3 討論與結論

本試驗結果表明，不同栽培密度對番茄的株高、莖粗、產(chǎn)量均沒有影響，只有葉面積表現(xiàn)出隨密度升高變小的趨勢。這可能是因為本試驗為3穗果后摘心，且大行距種植，栽培密度增加并不影響植株冠層的光照環(huán)境，更適宜維系番茄植株的生長。與本試驗結果相反，何娜等（2019）發(fā)現(xiàn)番茄植株株高隨著種植密度增加呈增長趨勢，而莖粗、葉面積則呈減小趨勢。黃文等（2018）也發(fā)現(xiàn)了同樣的趨勢。這可能是因為上述研究為高穗摘心，密度增加會使得植株間出現(xiàn)明顯的互相遮擋情況。

與土壤種植相比，無土栽培可通過調控營養(yǎng)液的陽、陰離子比例、元素化學形式，及鹽濃度來調節(jié)產(chǎn)品器官中的生物活性化合物（Borgognone et al.，2016；Lucini et al.，2016）。諸多研究表明，適宜的營養(yǎng)液鹽分調控可有效提高蔬菜產(chǎn)品中營養(yǎng)物質的組成與含量（Tomasi et al.，2015；Colla et al.，2018；Kyriacou &Rouphael，2018）。本試驗中，營養(yǎng)液中添加Na+并沒有提高番茄果實的品質，這與前人的研究結果并不一致（魯少尉 等，2012）。一般來說，Na+常被作為一種脅迫因子，其主要影響與脅迫相關的物質，如番茄紅素、酚類物質等。與Na+不同，K+參與重要的植物生理生化過程，如光合作用、細胞滲透壓、蛋白質與淀粉形成等（寧秀娟 等，2011）。本試驗中，K+處理提高了番茄第2穗果實中的可溶性糖、可溶性固形物、VC等物質的含量，這與前人的研究結果一致（寧秀娟 等，2011；王亮亮 等，2018）。

值得關注的是，栽培密度與離子處理互作顯著影響了第1穗果實的有機酸、糖酸比、亞硝酸鹽含量，而對第2穗果實相關品質指標的影響不大，這可能是因為番茄植株對生長環(huán)境逐漸適應的結果。第1穗果實發(fā)育過程高密度和離子互作對植株產(chǎn)生了輕度脅迫，所以番茄果實品質發(fā)生了相應改變，隨著處理時間的增長，在第2穗果實發(fā)育時植株對脅迫已經(jīng)適應，所以沒有表現(xiàn)出品質的顯著變化。盡管如此，第2穗果可溶性糖、可溶性固形物、有機酸、糖酸比與VC的最高值分別出現(xiàn)在K+-3.8、K+-3.8、K+-5.0、K+-3.8和K+-3.8處理下，第2穗果在3.8株·m-2與高K+營養(yǎng)液條件下可獲得最高的TQI。由于第2穗果是生產(chǎn)高品質番茄的關鍵，在實際生產(chǎn)中，控制栽培密度為3.8株·m-2同時采用高K+營養(yǎng)液灌溉，可在穩(wěn)產(chǎn)條件下獲得更高的番茄品質。綜上，在3.8株·m-2栽培密度下提高營養(yǎng)液中的K+濃度，能夠在不影響產(chǎn)量的同時顯著增加番茄果實的綜合品質。