营养液浓度对基质栽培番茄果实矿质元素含量的影响

金莉，肖雪梅，郁继华，金宁，吕剑，乔亚丽，茹朝，闫晓花

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州 730070)

番茄(Solanumlycopersicum)属于茄科茄属，是我国设施农业栽培的主要果菜之一，由于丰富的营养价值而深受消费者的喜爱.目前美国、苏联、意大利和中国是主要生产国家[1].番茄果实中矿质元素的含量是表观其品质优劣的重要指标，如番茄果实中Ca元素含量过低，会导致脐腐病的发生[2-3]；提高番茄果实中K和Mg元素的含量，可显著降低番茄裂果率[4].另外，矿质元素在人体中同样有至关重要的作用，因此如何促进番茄果实矿质元素的吸收与积累是目前的研究热点.

固体基质栽培可以高效利用有限的水肥资源和土地面积，近几年来，为实现生态、环保和农业可持续发展，已出现较多关于利用农林废弃物开发研制固体栽培基质的报道[5-7]，这也将是现代农业发展的必然趋势，尤其在西北地区的戈壁农业中已被广泛应用.但固体基质中可供植物生长的速效养分有限，需在后期通过补充营养液以供植物生长发育[8]，因此营养液合理补充对提高基质栽培番茄的产量和品质至关重要[9].然而，目前的研究结果多集中在水培营养液对作物的影响[10].国内外虽已有较多适于番茄生长营养液配方，但这些配方都更适于作物在水培条件下生长，而适用于番茄固体基质栽培条件下的专用营养液配方和适宜的浓度较少，因此确定固体基质栽培条件下适宜的补充营养液浓度是研究关键.

目前国内关于番茄对矿质营养的吸收利用的研究主要集中在无土栽培条件下番茄的幼苗或叶片[11,12]，而鲜有关于固体基质栽培下番茄果实对矿质元素吸收的报道.因此，本试验基于固体基质栽培条件下，在番茄结果期进行不同浓度营养液的浇灌试验，研究番茄果实营养品质指标和矿质元素吸收对不同营养液浓度水平的响应规律，以期为番茄基质栽培的养分管理提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年10月20日育苗，2018年11月24日定植于兰州市榆中县李家庄栖云山国家田园综合体的日光温室内.供试番茄品种为‘181’，栽培方式为基质袋式栽培，栽培基质购于甘肃绿能农业科技股份有限公司.

1.2 试验设计

本试验采用完全随机区组设计，所用营养液配方为‘甘肃农业大学营养液配方B’，共设置4个营养液浓度，对照为常规营养液浓度(CK)，处理T1～T3依次在CK的基础上将配方中的各个化合物均增加30%、50%、100%，各处理具体施肥量如表1所示.每个处理设置4个小区，每小区四槽，每槽定植番茄36株.自第一穗花坐果后开始灌溉营养液，每5天1次，浇灌方式为滴箭水肥一体化.

1.3 试验方法

1.3.1 果实干物质积累量 在结果盛期(第三穗果)采集果实样品，采用“Z”形取样法每小区随机选取10株进行采样.称量样品鲜质量后放入培养皿，置于烘箱中105 ℃杀青30 min，再将温度调至80 ℃烘干至恒质量，称其干质量，计算干物质积累量，每个处理3次重复.

表1 不同处理组施肥量

1.3.2 果实矿质元素含量 将烘干的样品研磨后过筛(0.25 mm)，大量元素K和P采用湿式消解法(H2SO4-H2O2法)处理，中量元素Ca、Mg和微量元素Cu、Fe、Mn、Zn采用干灰化法处理.非金属元素P采用钼锑抗比色(双光束紫外可见分光光度计TU-1900)法测定；金属元素K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn采用原子吸收光谱(ZEEnit 700P，德国)法测定.

1.3.3 果实营养品质 参考李合生的方法[13]，在成熟期选取各处理中成熟度一致的果实，测定果实营养品质，可溶性固形物含量采用折光仪测定、可溶性糖含量采用蒽酮-乙酸乙酯法测定；有机酸含量采用酸碱滴定法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定；抗坏血酸含量采用草酸-EDTA法测定；硝酸盐含量采用水杨酸-浓硫酸法测定.

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 19.0等软件对数据进行统计分析并作图，显著性分析为LSD法(α=0.05).

2 结果与分析

2.1 不同处理对番茄果实中大、中量元素含量的影响

4种不同营养液浓度处理下番茄果实中K、P、Mg、Ca元素的含量呈现不同的变化规律(图1).番茄果实大、中量元素的含量为K>P>Mg>Ca，且随营养液浓度的升高，K和P元素含量呈先升高后下降的趋势，在增加50%营养液浓度(T2)时达到最高，相较于CK，显著增加了55.02%和18.75%.而番茄果实Mg和Ca元素含量随营养液浓度的升高均呈现逐渐增加的趋势，在T3时达到最高，分别比CK显著增加了16.29%和40.28%.

图1 不同处理对番茄果实中K、Ca、Mg、P元素含量的影响

2.2 不同处理对番茄果实中微量元素含量的影响

由图2可知，番茄果实微量元素的含量为Fe>Zn>Cu>Mn.Fe和Zn元素的含量随营养液浓度的升高呈先升高后下降的趋势，在T2处理达到最高，相比CK，分别显著增加了11.46%和10.19%(P<0.05).Cu元素的含量随施肥水平的升高呈逐渐下降的趋势，T3处理的Cu元素含量最低，比CK显著降低了60.14%(P<0.05).Mn元素的含量随营养液浓度的升高呈逐渐上升的趋势，T3处理的Mn元素含量最高，相比对照CK，显著增加了198.78%(P<0.05).

2.3 不同处理对番茄果实营养品质的影响

由表2可知，随营养液浓度的升高，番茄果实的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、可溶性蛋白含量和抗坏血酸的含量均呈现先升高后下降的趋势，且均于T2处理达到最大值，其中，T2处理下番茄果实中可溶性固形物含量显著高于其他处理，相较CK增加了10.79%(P<0.05)；T1和T2处理下番茄果实中可溶性糖含量、糖酸比、可溶性蛋白含量和抗坏血酸含量均显著高于CK和T3处理，T1和T2处理之间无显著性差异，但T2处理要稍高于T1处理.番茄果实中有机酸含量和硝酸盐含量也均在T2处理下达到最小值，分别比CK降低了18.25%和0.15%.番茄果实干物质量随营养液浓度的升高呈逐渐上升的趋势，在增加100%营养液浓度(T3)时达到最高，与CK相比，显著增加了36.22%(P<0.05)，且T2处理和T3处理间无显著差异.

图2 不同处理对番茄果实中Cu、Fe、Mn、Zn元素含量的影响

表2 不同营养液浓度对番茄果实营养品质的影响

同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

Different letters in the same column indicate significant difference(P<0.05).

2.4 番茄果实各矿质元素间的相关性分析

如表3所示，番茄果实中P元素与Ca元素和Mn元素呈显著正相关，与Cu元素呈显著负相关；Ca元素与Mn元素呈显著正相关，而Cu元素与Mn元素呈显著负相关关系.因此可以认为P元素与Ca元素和Mn元素、Ca元素与Mn元素间存在增效作用，而Cu元素与Mn元素和P元素间存在拮抗作用.

2.5 番茄果实中各矿质元素与品质指标间的相关性分析

由表4可知，K元素与番茄果实可溶性固形物含量、糖酸比呈显著正相关，与可溶性糖含量和可溶性蛋白含量呈极显著正相关关系；P元素与可溶性固形物呈显著正相关；P、Ca和Mn元素与番茄果实干物质呈极显著正相关，但Cu元素与干物质呈显著负相关关系.

表3 番茄果实各矿质元素间的相关性

*表示在0.05水平(双侧)上显著相关；**表示在0.01水平(双侧)上显著相关.

* indicates significant correlation at 0.05 level(bilateral)；** indicates significant correlation at 0.01 level(bilateral).

表4 番茄果实中各矿质元素与品质指标间的相关性分析

*表示在0.05水平(双侧)上显著相关；**表示在0.01水平(双侧)上显著相关.

* indicates significant correlation at 0.05 level(bilateral)；** indicates significant correlation at 0.01 level(bilateral).

3 讨论

据报道，适宜的营养液浓度可以促进作物的正常生长发育，果实的产量和品质也较高，而过高或过低的营养液浓度都会对作物的生长发育不利[14-15].本试验结果表明，适当提高营养液浓度，可以增加番茄果实中大、中量矿质元素的含量，各元素含量高低为：K>P>Mg>Ca，且Ca和Mg元素含量随营养液浓度的升高呈逐渐增加的趋势(图1)，这与Zhang等[16]和牛佳等[17]研究结果类似，即高浓度营养液可以促进植株对营养元素的吸收；而K和P元素含量随营养液浓度的升高呈先上升后下降的趋势，在增加50%营养液浓度(T2)时已达到最高，继续增加营养液浓度反而阻止了番茄果实对K和P元素的吸收，本研究结果与孙美等[18]在葡萄中的研究结果一致.

微量元素Fe、Zn、Cu、Mn在植物生长发育过程中必不可少，可直接或间接的参与植物体内化合物的形成和许多代谢过程[19].在李娟等[20]研究中，果实中微量元素含量以Fe、Zn较高，Cu和Mn较低，在本研究中也得到相同的结果，即不同营养液浓度处理下番茄果实中微量元素的积累量为：Fe>Zn>Cu>Mn.Fe和Zn元素的含量在T2处理达到最高，Cu和Mn元素的含量随营养液浓度的增加呈现相反的变化趋势(图2)，在相关性分析中(表3)，Cu元素和Mn元素呈显著负相关.在白永超等[21]的研究中也发现，笃斯越橘的果实和叶片中Cu和Mn元素的含量呈极显著负相关，说明它们之间存在拮抗作用.

增加基质中营养液浓度虽然提高了果实中的营养元素含量，但过高的浓度不仅会导致果实品质的变劣[22]，同时也会造成基质中的盐积累[23].本研究同样得出结论，当营养液浓度增加50%(T2)时，番茄果实中可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、抗坏血酸含量和可溶性蛋白含量均显著提高，同时也显著降低了有机酸含量和硝酸盐含量(表2)，继续将营养液浓度增加100%(T3)时，则显著降低了果实的品质，提高了果实中硝酸盐含量.

宋少华等[24]通过对陕西甜柿‘阳丰’果实矿质元素与品质指标的相关性分析得出，N、P、K、Zn和Mn是影响果实品质最主要的矿质元素，本试验结果也表明，番茄果实中K元素含量与可溶性固形物含量和糖酸比呈显著正相关，与可溶性糖含量和可溶性蛋白含量呈极显著正相关，P元素与可溶性固形物也呈正相关关系(表4).植物对矿质元素的积累又是干物质积累的基础.有研究表明，适当增加营养液浓度有利于作物的光合作用，并有效增加干物质的累积及向地上部分的分配[25-26].本研究结果表明，番茄果实干物质量随营养液浓度的升高呈逐渐上升的趋势，在T3处理达到最高.通过相关性分析得出，番茄果实的干物质积累量与P、Ca和Mn元素呈极显著正相关，而与Cu呈显著负相关，这与霍昭光等[27]报道的结果相似.说明P、Ca和 Mn元素可以提高果实干物质积累量.

综上所述，不同营养液浓度处理对番茄果实矿质元素的吸收量影响较大，其中大量元素以K和P的吸收为主，而微量元素中Fe和Zn的吸收量较大，这4种元素均在增加营养液浓度50%时达到最高，且番茄果实营养品质也在增加50%营养液浓度时达到最优.番茄果实品质和干物质积累与矿质元素的吸收密切相关，其中 K元素与可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、可溶性蛋白含量呈显著正相关，P、Ca和 Mn元素与番茄果实干物质积累量也呈显著正相关.

4 结论

营养液是作物基质栽培必不可少的要素之一.本试验通过设置30%、50%、100%的3个浓度梯度来比较得出最适宜番茄矿质元素积累的营养液浓度.研究表明，番茄果实中K、P、Fe和Zn元素含量随营养液浓度的升高呈先上升后下降的趋势，在50%营养液浓度处理下达到最高，而Mg、Ca和Mn元素随营养液浓度的升高呈逐渐上升的趋势，在100%营养液浓度处理下达到最高；番茄果实中可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比、可溶性蛋白和抗坏血酸含量均在50%营养液浓度处理下达到最大值，且其有机酸和硝酸盐含量最少.因此，增加50%营养液浓度处理更有利于番茄果实矿质元素的吸收、品质的提高及干物质累积，且成本较低，可作为固体基质栽培条件下适宜的养分供应.