陕北有机基质栽培薄皮甜瓜品种筛选

孙 涛，甘海玲，周道明，黄文献，胡晓辉,3

(1 西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌712100；2 农业农村部西北设施园艺工程重点实验室，陕西 杨凌712100；3 陕西省设施农业工程技术研究中心，陕西 杨凌712100)

甜瓜作为高效率、高价值农产品之一，在我国园艺作物生产中占有重要地位。根据联合国粮农组织(FAO)统计，中国甜瓜总种植面积占全世界甜瓜种植面积的45%以上，产量占50%左右[6-7]。有关资料显示，华北地区冬春茬薄皮甜瓜一般情况下每亩收益可达到5万元，且栽培周期较短，因此吸引了较多的农户种植[8]。陕北地区薄皮甜瓜种植区域大，受众群体广，但优良品种匮乏且缺乏基质栽培管理经验，进而导致整体甜瓜产量低品质差[9]。筛选引进适合陕北地区有机基质栽培优质甜瓜品种，可为促进陕北地区有机基质栽培技术发展提供选择。

本研究以14个薄皮甜瓜品种为对象，利用主成分分析法和优劣解距离法(TOPSIS)对其产量和品质进行综合评价，筛选适合陕北地区有机基质栽培的高品质薄皮甜瓜品种，以期为陕北地区有机基质栽培薄皮甜瓜种植提供优质品种。

1 材料与方法

1.1 试验材料

14个供试薄皮甜瓜品种为：青农甜宝(沈阳青农种业)、玲珑黄(天津科润种业)、日本甜宝(大连米可多国际种业)、青农翠宝(沈阳青农种业)、京玉352(京研益农种业)、凌甜绿冠(杨凌秦瑞种业)、gk-03(齐齐哈尔大学提供)、ze-04(齐齐哈尔大学提供)、中原9016(郑州中原西甜瓜研究所)、金帝(湖南鼎牌种业)、冰糖王子(寿光欣欣然种业)、泽甜四号(齐齐哈尔市泽甜种业)、 吉创20B(乾源种业)和绿博特(河北粒而甜种业)，其中绿博特为延安当地主栽品种。

1.2 栽培管理

试验于2021年3―6月在西北农林科技大学延安蔬菜试验示范站(北纬36°87′，东经109°32′，海拔1 009.23 m)的下沉式日光温室(长110 m，宽12 m，下沉深度1 m)内进行。供试甜瓜品种采用有机基质袋栽培，栽培基质用羊粪、菇渣、珍珠岩三者按体积比2∶4∶1配成，其理化性质为：有效氮1 780.5 mg/kg，速效磷788.7 mg/kg，有效钾1985.5 mg/kg，总氮18.85 mg/g，总磷6.85 mg/g，总钾18.65 mg/g，pH值6.82，EC值2.4 mS/cm。基质袋大小为70 cm×20 cm×16 cm，每袋定植2株甜瓜苗。采用水肥一体化设备(水源、PLC控制器、管道、流量计、电磁阀、毛管、滴箭，每个滴头额定流速为1.2 L/h)进行灌溉施肥，每天上午按照单株500 mL的量供应1个剂量的日本山崎甜瓜专用营养液(阴雨天除外)。试验植株行株距为0. 8 m×0.4 m，每个小区种植44株，采用随机区组设计，每个品种设置3次重复，试验布局采取随机分布。试验采用人工授粉，单蔓整枝法整枝打叉，在第9～15节位子蔓留瓜，第22～25节位摘心。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 产 量 每个品种随机选取10 株，单个品种株系单层果60%以上果实转色成熟后进行采摘，用电子天平(YP，上海衡际科技仪器有限公司，精度0.001 g)测定单果质量和小区产量，记录单株果数，整个生育期采摘6次。总产量由小区产量折算，小区产量=单株产量×小区株数。

1.3.2 果实品质 在2层甜瓜果实采收期，分别在植株相同坐果位点取样，选取同一天授粉且大小和色泽基本相同的果实进行品质测定。可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[10]测定；维生素C含量采用钼蓝比色法[10]测定；可溶性总糖含量采用蒽酮比色法[10]测定；有机酸含量采用氢氧化钠滴定法[10]测定；游离氨基酸含量采用茚三酮显色法[10]测定；可溶性固形物含量和糖酸比采用糖酸一体机(PLA-BX/ACID日本)测定；固酸比为可溶性固形物与可滴定酸之比；果肉厚度、横径、纵径采用游标卡尺测量，果形指数=果实纵径/果实横径、坐果数每次采摘时记录。

1.4 数据分析

采用 SPSS 23.0软件进行数据处理和主成分分析，Duncan’s法[11]进行多重比较(P<0.05)，采用单因素(one-way ANOVA)进行方差分析，采用Pearson相关系数对各指标间的相关性进行分析，参考胡晓辉等[12]的方法进行TOPSIS综合分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种甜瓜果实品质的比较

不同品种甜瓜果实品质各指标之间存在较大差异(表1)。其中，日本甜宝的可溶性蛋白含量最高(4.19 mg/g)；日本甜宝、金帝和青农甜宝的维生素C含量(依次为60.86，60.56和58.07 mg/hg)显著高于其余品种(P<0.05)；中原9016的可溶性总糖含量、可溶性固形物含量和糖酸比(72.98%，15.63%，43.88)显著高于其余品种(P<0.05)；青农翠宝的有机酸含量最高(2.24%)；金帝、中原9016和泽甜四号的游离氨基酸含量相对较高，分别为2 985.22，2 964.28和2 913.09 μg/g；中原9016和吉创20B的固酸比(9.41，8.87)显著高于其余品种(P<0.05)；ze-04的果肉厚度和单果质量(17.46 mm和363.59 g)显著高于其余品种(P<0.05)；吉创20B的果形指数最高(1.15)；玲珑黄、冰糖王子的坐果数最高(均为4.67)。

在发展休闲农业之前，乡村旅游资源主要以乡村本身自然风光以及地理条件作为依托，所采用的经营模式较为传统。对于现代休闲农业而言，可以将其和其他产业结合在一起。对乡村旅游做出规范化管理，提升管理水平。进一步发展休闲农业以及乡村旅游，必须高度重视旅游地饮食卫生和公共安全等，进一步提升服务质量，采取科学方式避免开展旅游导致的当地环境受到污染。结合实际情况，制定行业标准，并且加大管理力度，确保餐饮食谱绿色卫生，对当地种植业以及养殖业卫生清洁，从而确保前来旅游的游客健康安全，

表1 不同品种薄皮甜瓜果实品质的比较

表1(续) Continued table 1

由表1还可知，可溶性蛋白含量、维生素C含量、可溶性总糖含量、有机酸含量、游离氨基酸含量、可溶性固形物含量、固酸比、糖酸比、果肉厚度、单果质量、果形指数和坐果数最低的品种分别为：玲珑黄(2.63 mg/g)、ze-04(26.23 mg/hg)、青农翠宝(20.17%)、吉创20B(1.33%)、青农甜宝(1 421.52 μg/g)、青农翠宝(11.33%)、青农翠宝(4.06)、青农翠宝(7.22)、绿博特(9.66 mm)、日本甜宝(180.51 g)、gk-03(0.77)和京玉352、凌甜绿宝、ze-04、中原9016(均为3.33)。

2.2 甜瓜品质指标间的相关性分析

对试供14个甜瓜品种12个果实品质指标间的相关性进行分析，结果见表2。由表2可知，可溶性蛋白含量与果肉厚度呈极显著负相关(P<0.01)；维生素C含量与单果质量呈极显著负相关(P<0.01)，与果形指数呈显著正相关(P<0.05)；可溶性总糖含量与有机酸含量呈极显著负相关(P<0.01)，与可溶性固形物含量、固酸比、糖酸比、单果质量均呈极显著正相关(P<0.01)，与游离氨基酸含量呈显著正相关(P<0.05)；有机酸含量与固酸比、糖酸比均呈极显著负相关(P<0.01)，与果形指数呈显著负相关(P<0.05)；游离氨基酸含量与糖酸比呈显著正相关(P<0.05)；可溶性固形物含量与固酸比、糖酸比、单果质量均呈极显著正相关(P<0.01)，与果肉厚度、果形指数均呈显著正相关(P<0.05)；固酸比与糖酸比呈极显著正相关(P<0.01)，与果形指数呈显著正相关(P<0.05)；糖酸比和果肉厚度均与单果质量呈显著正相关(P<0.05)；坐果数与其余指标均无显著相关性。可见不同甜瓜品种除坐果数外的其他品质指标间存在不同程度的相关性，表明甜瓜11项品质指标间存在信息重叠，为避免综合评价结果出现偏差，必须剔除重复信息[13]。

表2 不同品种薄皮甜瓜品质指标的相关性分析

2.3 基于甜瓜果实品质指标的主成分分析

对不同薄皮甜瓜品种除坐果数外的11项品质指标进行主成分分析，以筛选能表征薄皮甜瓜品质的关键指标[14]。结果(表3)发现，前4个主成分的特征值分别为4.39，2.39，1.72和1.04，均大于1，且累计方差贡献率为86.65%，表明前4个主成分包含了14个薄皮甜瓜11个品质指标86.65%的信息，能够代表甜瓜的品质表现。

成分荷载是主成分与变量的相关系数，其数值大小表示原有变量在降维后的综合变量中贡献率高低，荷载绝对值越大表示主成分与该变量关系越密切，也更能代表这个变量[15]。由表3可知，第1主成分的方差贡献率为39.90%，表明第1主成分可表示甜瓜品质指标信息的39.90%。

表3 14个薄皮甜瓜品种主成分的特征值及方差贡献率

由表4和表5综合分析可得出，第1主成分主要包含固酸比、糖酸比和可溶性总糖含量，其中固酸比和糖酸比起决定性作用，该主成分主要反映果实的糖酸度，可命名为风味因子。第2主成分的方差贡献率为21.68%，主要包含维生素C含量和单果质量，其中维生素C含量起决定性作用，因此命名为抗氧化因子。第3主成分的方差贡献率为15.64%，主要包含果肉厚度和可溶性蛋白含量,其中果肉厚度起决定作用，其是反映薄皮甜瓜可食用部分的重要指标，因此将该部分命名为食用因子。第4主成分的方差贡献率为9.44%，主要由游离氨基酸含量决定，游离氨基酸含量是果实品质的重要组成部分，参与果实其他品质特征成分和风味物质的合成，因此命名为合成因子。

表4 14个薄皮甜瓜品种果实品质指标的成分荷载矩阵

2.4 14个薄皮甜瓜品种果实品质的综合评价

根据表3～表5的成分荷载矩阵和主成分特征值，计算各主成分因子得分(Yi,i=1,2,3,4)。

表5 14个薄皮甜瓜品种果实品质指标旋转后的成分荷载矩阵

Y1=0.01X1-0.01X2+0.45X3-0.36X4+0.15X5+0.35X6+0.45X7+0.46X8+0.07X9+0.26X10+0.18X11。

(1)

Y2=0.39X1+0.51X2-0.05X3-0.31X4+0.11X5-0.18X6+0.15X7+0.08X8-0.46X9-0.41X10+0.20X11。

(2)

Y3=-0.46X1+0.27X2-0.08X3+0.01X4-0.44X5+0.23X6+0.05X7-0.05X8+0.22X9-0.27X10+0.59X11。

(3)

Y4=-0.18X1+0.31X2+0.10X3+0.08X4+0.69X5-0.23X6-0.10X7+0.06X8+0.53X9-0.15X10+0.08X11。

(4)

式中：X1～X11依次代表可溶性蛋白、维生素C、可溶性总糖、有机酸、游离氨基酸、可溶性固形物含量、固酸比、糖酸比、果肉厚度、单果质量和果形指数等11个品质指标，Y1～Y4为主成分1～4得分。以各主成分的方差贡献率作为权重，构建品质性状综合评价方程为：

F=0.40Y1+0.22Y2+0.16Y3+0.09Y4。

(5)

式中：F为14个薄皮甜瓜品种11个品质指标的综合得分。不同甜瓜品种11个品质性状的综合得分及排序见表6。由表6可知，主成分1中排名前5的品种为中原9016(4.84)、吉创20B(3.64)、ze-04(0.95)、绿博特(0.52)和泽甜四号(0.45)，表明这5个品种的风味因子即糖酸度明显优于其余品种；主成分2中排名前5的品种为日本甜宝(2.61)、金帝(2.39)、绿博特(1.01)、京玉352(0.62)和中原9016(0.54)，表明这5个品种的抗氧化因子即维生素C含量显著优于其他品种；主成分3中排名前5的品种为青农甜宝(2.26)、泽甜四号(1.25)、日本甜宝(0.97)、ze-04(0.55)和冰糖王子(-0.20)，表明这5个品种的食用因子即果肉厚度显著优于其他品种。主成分4中排名前5的品种为泽甜四号(2.08)、金帝(1.23)、凌甜绿宝(0.80)、中原9016(0.33)和冰糖王子(0.31)，表明这5个品种的合成因子即游离氨基酸含量显著优于其他品种。综合得分排名前5的品种为中原9016(1.92)、吉创20B(1.28)、泽甜四号(0.62)、金帝(0.59)和日本甜宝(0.24)，表明这5个品种在果实营养品质方面优于其他品种，与实测结果一致。

表6 14个薄皮甜瓜品种果实品质综合评价得分及排名

2.5 基于TOPSIS法的14个薄皮甜瓜品种果实产量、品质综合评价

通过主成分分析确定影响甜瓜品质的代表性指标为固酸比、糖酸比、维生素C、果肉厚度和游离氨基酸。分别对14个薄皮甜瓜品种的果实产量以及上述5个代表性果实品质指标的实测值归一化，进行TOPSIS综合评价。利用TOPSIS法可得到各处理的相对贴合度(Ci)值(表7)，Ci值大小可反映各处理产量品质综合评价的优劣。表7中排名前5的品种分别为中原9016(0.77)、吉创20B(0.61)、金帝(0.47)、泽甜四号(0.41)、冰糖王子(0.36)；排名后3的品种为青农翠宝(0.18)、玲珑黄(0.21)、凌甜绿宝(0.26)；当地品种绿博特排名第6，其Ci为0.31。

表7 基于TOPSIS法的14个薄皮甜瓜品种果实品质、产量综合评价及排序

3 讨 论

甜瓜的优秀品质主要表现在外观形状、果肉厚度、糖分、质地、口感和产量等方面。甜瓜中含有大量的可溶性固形物、可溶性糖、维生素C和有机酸等[169]，而糖的组成和含量是影响甜瓜果实品质的重要因素，其主要影响果实的甜度[17]。本试验中，中原9016、吉创20B、金帝和绿博特等5个薄皮甜瓜品种果实的可溶性总糖含量较高，且以中原9016薄皮甜瓜最高。水果甜酸风味主要由糖、酸含量及其比值决定[18]。研究显示，含糖量高或极高、含酸量低或中等的果实风味佳；含酸量极高者，无论含糖量高低，风味均不理想[19]。本试验通过主成分分析发现，影响甜瓜品质的主要指标为糖酸比和固酸比，这与前人的研究结果[20]相似。固酸比和糖酸比前3的品种分别为中原9016、吉创20B、京玉352和中原9016、吉创20B、金帝。

园艺产品品质的综合评价是指通过采用科学的分析方法，综合分析园艺产品单方面或多方面的品质指标，以实现对园艺产品品质的标准化、系统化评价，达到简化评价程序，建立合适品质评价体系的目的[21]。主成分综合评价法是一种将大量数据进行数据降维的分析方法，可将原有多个具有一定相关性的变量，重新组合成一组新的、相互无关的综合指标来代替原有变量[22]。马庆华等[23]采用这种方法将枣的品质因子归纳为果实甜脆因子、内质因子、质地因子、外观因子和其他因子，实现了优良品质单株的目标。本研究通过主成分分析法对14个薄皮甜瓜品种的11个果实品质指标进行分析，最终得到代表甜瓜品质性状86.65%信息的4个主成分因子，根据其代表性品质指标分别命名为风味因子、抗氧化因子、食用因子和合成因子；按综合得分对14个甜瓜品种进行排名，依次为中原9016、吉创20B、泽甜四号、金帝、日本甜宝、绿博特、青农甜宝、ze-04、京玉352、凌甜绿宝、冰糖王子、gk-03、玲珑黄和青农翠宝。TOPSIS多目标决策方法通过评估不同对象之间的相对相似度以及积极和消极的理想状态来计算综合效益[24]，可为兼顾果实品质、产量等指标提供解决方案[25]。本研究将主成分分析得到的代表性品质指标与产量结合进行TOPSIS综合评价，最终获得各品种综合排名依次为中原9016、吉创20B、金帝、泽甜四号、冰糖王子、绿博特、日本甜宝、ze-04、京玉352、gk-03、青农甜宝、凌甜绿宝、玲珑黄和青农翠宝。

综上可见，中原9016、吉创20B、金帝和泽甜四号等薄皮甜瓜品种品质表现优于其余品种，更适宜在陕北地区进行有机基质栽培。