不同灌排模式对避雨环境下番茄品质的影响

孔琼菊，邓 升*，王萱子，裴世强，万春泉

(1.江西省水利科学研究院 农村水利研究所，江西 南昌 330029；2.江西省洪图水利水电设计有限公司，江西 南昌 330029)

不同灌排模式对避雨环境下番茄品质的影响

孔琼菊1，邓 升1*，王萱子1，裴世强2，万春泉1

(1.江西省水利科学研究院 农村水利研究所，江西 南昌 330029；2.江西省洪图水利水电设计有限公司，江西 南昌 330029)

为了优选南方地区番茄优质、节水的高效模式，研究了避雨环境下不同灌排方式对番茄品质的影响。结果表明：相对于其他处理，无避雨措施的处理(T1)的番茄品质较差。相同暗管埋深下，充分灌水处理的品质指标元素含量显著低于各亏缺灌溉处理，其中，T6、T10灌水量最少的2个处理的可溶性糖分别比对照高35.18%、38.93%；相同灌水下限的灌排处理，暗管埋深越深，品质指标元素总体含量表现为越多，但对可溶性固体物含量的影响不显著。利用主成分分析法对不同控水处理的番茄品质进行评价，结果表明：T4与T8的综合主成分的得分最高，是能够得到节水、优质的优选方案。

番茄；灌排模式；品质；主成分分析；优选

目前，我国主要采取设施栽培技术来改善果实品质，延长供货期来满足市场对葡萄等作物的需求[1-2]。避雨栽培可以作为一种有效的防治手段预防病虫害、减少农药的施用以及水肥流失、提高番茄等作物的品质、调整采收期[3-4]。番茄的水分状况与品质密切相关，土壤水分变化会直接引起作物内部的生理变化，最终表现在番茄品质上。不同控水对番茄品质的影响相对复杂，前人关于追求高产灌溉下露天或温室栽培作物的耗水规律和品质响应已做了大量研究[5-7]。但避雨下不同灌排处理使得番茄生长的基本条件发生了改变，因此有必要对避雨下不同灌排处理作物的品质影响开展进一步的试验研究。

主成分分析是将多个指标转化为较少几个综合指标的一种多元统计方法，广泛应用于诸多领域的综合评价中[8-10]。目前应用于避雨下不同灌排方式的番茄品质评价的研究较少，本研究应用主成分分析法评价番茄综合品质，优选节水、优质灌排模式，为高效种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及试验设计

试验于2013年3～9月在河海大学教育部重点实验室避雨小区内进行(N 31°57′,E 118°50′)，试验地成土母质为下蜀黄土，土壤质地为粘壤土，试验场地设钢架结构避雨棚，长18 m、宽8 m，东西两侧设有排水沟，沟深1 m,水泥衬砌，地下铺设暗管，间距7 m，埋深分别为0.6和0.8 m。供试番茄为“中蔬四号”，于4月13日选取生长状况一致的幼苗移栽定植，移栽前开沟起垄，沟深15～20 cm，沟宽30 cm，每小区种植两行，行距60 cm,株距50 cm,种植密度为4.17万株/hm2。为确保幼苗的成活率，定植后对各处理灌水1次，灌水量相同，并施农家肥作为底肥，6月8日追加尿素(含N 46%)200 kg/hm2,各处理其他田间管理措施(如锄草、催熟等)均保持一致。试验共设10个处理(表1)，每个处理3次重复，共30个小区，各小区随机布设。各处理间设保护区，且在各处理暗管的出口安装水表及水桶，用来测量排水量；灌水量借助廊道式蒸渗仪中自动灌溉系统中数字水表来测量。

表1 避雨栽培番茄试验处理

注：表中灌水下限80%指田间持水量的80%。

1.2 观测项目及方法

1.2.1 水位及土壤水分观测方法

在番茄生育期内用取土烘干法测定0～10、10～30、30～50 cm各层次的土壤含水率分布(包括湿润区和干燥区)，每3～5 d观测1次，灌水前后加测。从移栽后33 d开始，每隔5 d测量1次地下水位，监测3种暗管埋置条件下地下水位的变化情况。

1.2.2 品质指标 果实密度：电子称测质量，排水法测体积，根据重量和体积计算密度。可溶性固形物：取果实汁液利用手持折光仪测量可溶固形物的含量；可溶性糖：称1 g鲜果研细，加25 mL蒸馏水煮沸10 min，定容250 mL,取1 mL提取液，加入5 mL蒽酮试剂煮沸10 min后取出冷却，测定吸光度，从标准曲线查得滤液含糖量，计算含糖百分数；总酸含量：称取5 g鲜果研细，加30 mL蒸馏水在80 ℃水浴中加热30 min,过滤并定容50 mL,提取样品10 mL,加3滴1%酚酞试剂，用NaOH滴定；维生素C：取30 g样品，加1%草酸磨成匀浆，转入200 mL容量瓶中，加入30%硫酸锌和15%亚铁氰化钾各0.5 mL，用1%草酸定容，摇匀后过滤，取5 mL滤液滴定。

2 结果与分析

2.1 对果实外观品质的影响

从表2可知，T1的单果质量、体积及密度平均值均最小，这是由于我国大陆季风气候不利于番茄正常生长，高温高湿极易使露地栽培的番茄遭受较为严重的病害。T4和T8的单果质量较T3和T7有所提高，说明在70%正常灌水量时，适当水分亏缺能增加单果质量，但随着灌水量继续减少，单果质量有所下降；随着灌水量的减小和暗管埋深的加深，T10与其他有避雨措施处理具有显著性差异，说明严重水分亏缺会导致单果质量下降。单果体积变化对土壤含水量的响应规律与单果质量相似。果实密度除T1外，其他控水处理间未出现显著性差异，但随着灌水量的减少，果实密度随之上升，T10果实密度最大。

表2 不同灌排处理下番茄品质评价指标

注：表中数据为每处理6株平均值，不同小字母表示同一测定时间内同一列数值在0.05水平上的差异显著性。

2.2 对果实内在品质的影响

T10的可溶性糖含量最高，为7.03%，CK可溶性糖含量最低，仅为4.90%，避雨各处理的可溶性糖较对照均有显著增加；充分灌水的T2、T3和T7的可溶性糖含量显著少于亏缺灌溉处理，其中T6、T10的可溶性糖分别比对照高35.18%、38.93%；避雨环境相同暗管埋深下，灌水量越少，可溶性糖含量越高；相同灌水下限的处理，暗管埋深越深，可溶性糖总体表现为越多。可溶性固体物的变化规律与可溶性糖基本相同，避雨下各处理的可溶性固体物显著高于对照，相同暗管埋深，灌水量越小，可溶性固体物含量越高；灌水量相同，暗管埋的深度对可溶性固体物含量的影响不显著(表2)。

有避雨措施的有机酸含量显著高于CK，随着灌水量的减少，有机酸含量增加，其中T4、T5、T6、T9和T10含量显著高于T3和T7。CK的维生素C含量显著低于其他处理，不同灌排处理下，维生素C含量随着灌水量减少而减少，因此，维生素C含量受灌水量影响较大。随着土壤含水量下降，果实可溶性糖、可溶性固体物、有机酸、维生素C等含量均有所增加,说明适当水分亏缺可以提高番茄的口感及营养价值，从而提高番茄果实的内在品质。

2.3 番茄果实品质综合评价体系的建立

2.3.1 综合主成分分析 主成分分析与评价是一种多元统计方法，通过将多个变量的线性变化，在少损失原有指标信息的情况下，实现减少变量个数与综合评价的目的。具体计算与评价步骤如下。

若有n个处理，每个处理观测p项品质指标，可记作x1,x2,…,xp，所形成品质指标矩阵可表示为：

(1)

(2)

(3)

(3)得到标准化评价指标Zj=(Z1j,Z2j,…,Znj)T并计算其相关系数矩阵。

(4)

式(4)中rjk表示品质评价指标Zj和Zk之间的相关性系数，其中k=1,2,…,p。

(4)根据相关系数矩阵R的特征根λk及相应的特征向量αk=(αk1,αk2,…,αkp)T，计算第k个主成分fik。

fik=αk1zi1+αk2zi2+αk3zi3+…+αkpzip

(5)

(5)将选出的m个主成分的方差贡献率ηk=λkp作为权重，将少数m个主要主成分进行线性组合，得到评价番茄品质的综合主成分Fi。

Fi=η1fi1+η2fi2…+ηmfim

(6)

(7)

2.3.2 综合主成分评价 将番茄各项品质评价指标标准化后形成相关系数矩阵R，采用SPSS对相关系数矩阵R进行主成分计算，见表3。结果表明，前两个主成分累积方差贡献率为98.97%(大于85%)，因此可选择前两个主成分f1和f2的作为主要主成分。其中第一个主分量f1对原有信息的方差贡献率达到67.978%，由表3可知这些主成分主要包括了可溶性糖(X1)、可溶性固体物(X2)，有机酸(X3)、维生素C(X4)等指标的变异信息，主要反映番茄的内在品质指标；第二主成分则主要反映了质量(X5)、体积(X6)的变异信息，这2项主要反映番茄的外部指标。

表3 主要主成分的系数和贡献率

避雨下不同控水番茄品质综合主成分评价结果及其优劣排序如表4所示，其中T4的综合主成分评价值最高，其次为T8，无避雨措施的T1综合主成分评价值最小。说明适当水分亏缺可以提高作物的综合品质，T6和T10虽提升了果实的可溶性糖等指标的含量，改善了果实内在品质，但因严重水分亏缺对果实外观影响较大，因此综合主成分相对较低。相同灌水下限下不同暗管埋置的各处理间，T2综合主成分较T3和T7分别降低了38.6%和44.6%，说明有暗管埋置可以通过控制地下水位，调节土壤含水率来改善番茄品质；相同灌水下限下不同暗管埋置深度的各处理间两两差别不明显，说明暗管埋置深度对番茄综合品质影响不大。

表4 不同控水处理番茄品质综合主成分

3 结论

本文通过研究避雨栽培不同灌排模式对番茄品质的影响得出以下结论：

(1)无避雨措施的T1外在品质最差，说明高温高湿极易使番茄受到病害。避雨下单果质量在灌水量适量下降时略有增加，但到一定程度后质量下降显著，体积与质量表现出相似的变化规律，但果实密度随着灌水量的减少而增加。

(2)番茄生育期内，适当减少灌水量，使得土壤含水率降低，可以增加番茄可溶性糖、有机酸及维生素C的含量，改善番茄品质以及营养价值。

(3)番茄品质有多个评价指标的情况下，为了实现减少变量个数且达到综合评价目的，用主成分分析法对不同控水的番茄品质进行评价，结果显示T4与T8的综合主成分得分最高。

[1] 杨志强，周士冲，陈磊.我国设施农业的发展分析[J].农机化研究,2006(12):42-43.

[2] 初江，徐丽波，姜丽娟，等.设施农业的发展分析[J].农业机械学报,2004,35(3):191-192.

[3] 张前荣，国亚慧，甘桂云，等.番茄设施避雨栽培初探[J].亚热带农业研究,2013,9(4):251-253.

[4] 左丽丽，刘美迎，惠竹梅，等.棚膜颜色对避雨栽培酿酒葡萄果实品质的影响[J].西北农业学报，2015，24(8)：116-122.

[5] Patanea C, Tringali S, Sortinob O. Effects of deficit irrigation on biomass, yield, water productivity and fruit quality of processing tomato under semi-arid Mediterranean climate condition[J]. Scientia Horticulturae, 2011, 129(4): 590-596.

[6] Mukherjee A, Sarkar S, Chakraborty P K. Marginal analysis of water productivity function of tomato crop grown different irrigation regimes and mulch managements[J]. Agricultural Water Management, 2012, 104(2): 121-127.

[7] 邵光成，蓝晶晶，仝道斌，等.灌排方案对避雨番茄需水特性与产量的影响[J].排灌机械工程学报，2013，31(1)：75-80.

[8] 王峰，杜太生，邱让建.基于品质主成分分析的温室番茄亏缺灌溉制度[J].农业工程学报，2011，27(1)：75-80.

[9] Róth E, Berna A, Beullens K, et al. Postharvest quality of integrated and organically produced apple fruit[J]. Postharvest Biology and Technology, 2007, 45(1): 11-19.

[10] 张洪霞.基于稻米力学指标主成分分析的质量评价模型[J].农业工程学报,2009,25(2):251-255.

(责任编辑：曾小军)

Influence and Optimization of Different Irrigation and Drainage Modes on Fruit Quality of Tomato Cultivated in Rain-shelter

KONG Qiong-ju1, DENG Sheng1*, WANG Xuan-zi1, PEI Shi-qiang2, WAN Chun-quan1

(1. Institute of Rural Water Conservancy, Jiangxi Academy of Hydro Sciences, Nanchang 330029, China;2. Jiangxi Hongtu Water Conservancy and Hydropower Design Company Limited, Nanchang 330029, China)

In order to optimize good-quality and water-saving tomato cultivation mode in Southern China, the author studied the influence of different irrigation and drainage modes on the fruit quality of tomato under rain-shelter condition. The results showed that tomato quality in the check T1(without rain-shelter measure) was poorer than that in other treatments. Under the condition of the same concealed drainage conduit depth, the element content in tomato fruits in the treatment of full irrigation was significantly lower than that in the deficit irrigation treatments, and the soluble sugar content in the least irrigation treatments T6and T10was 35.18% and 38.93% higher than that in the check, respectively. Under the condition of the same irrigation lower limit, the element content generally increased with the increase in concealed drainage conduit depth, but concealed drainage conduit depth had no significant impact on the soluble solid content. The tomato quality in different irrigation and drainage treatments was evaluated by using principal component analysis (PCA), and the results indicated that the treatments T4and T8obtained the highest score of comprehensive principal component, and they were the optimum modes for the good-quality and water-saving cultivation of tomato.

Tomato; Irrigation and drainage mode; Quality; Principal component analysis; Optimization

2016-08-29

国家自然科学基金项目(51279059)；江西省水利厅科技项目(KT201304)。

孔琼菊 (1972─),女，云南宣威人,高级工程师，硕士，主要从事水文与水资源研究。*通讯作者：邓升。

S641.2

A

1001-8581(2017)02-0045-04