靖远旱砂西瓜产地环境及产品品质分析与评价

唐桃霞,任凯丽,苏永全,孔维萍,张化生,程鸿*,樊东隆

1(甘肃省农业科学院蔬菜研究所,甘肃 兰州,730070)2(甘肃省靖远县农业技术推广中心,甘肃 靖远,730600)

西瓜(Citrulluslanatus)为葫芦科(Cucurbitaceae)的一种世界性园艺作物,原产非洲南部的卡拉哈里沙漠地区[1],其生产规模仅次于葡萄、香蕉、柑橘、苹果,居世界第5位[2]。我国西瓜生产规模已连续20年位居世界第一[3]。在干旱少雨的西北地区,旱砂田西瓜已成为农业的特色支柱产业之一,栽培面积逐年增加[4]。

靖远县地处甘肃省中北部,位于东经104°13′～105° 15′、北纬36°～37°15′,属典型的温带干旱半干旱气候,四季分明,年均气温10.5 ℃,年均降雨量250.9 mm,年均日照2 539.1 h,光照充足,昼夜温差大,利于西瓜的生长。靖远旱砂西瓜生产历史久远,据《靖远志》记载,早在康熙年间就有种植,加之独特的产地环境和特定的生产方式,盛产的旱砂西瓜甘甜爽口且营养丰富,外在感官和内在品质具有明显的差异性和不可复制性。通过多年的发展,2016年获批农业部“靖远旱砂西瓜”农产品地理标志[5],标志着“靖远旱砂西瓜”农产品质量安全工作和农业品牌建设有了突破性进展。

然而,在市场竞争日益剧烈的浪潮中,靖远旱砂西瓜产品知名度和品牌优势还远未形成,距离质量兴农、品牌强农的乡村振兴战略要求还有很大距离;此外,也未见关于靖远旱砂西瓜产地环境、质量安全与产品品质方面比较系统的研究报道。因此,本研究以靖远旱砂西瓜为研究对象,以产地环境、质量安全和产品品质等方面的关键指标为评价依据,开展“靖远旱砂西瓜”农产品评价,利用科学数据证明支撑优势农产品的品牌和优势[6],以期为“靖远旱砂西瓜”的品牌知名度和影响力拓展提供有力的支撑,对推进特色农业健康发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

靖远旱砂西瓜评价材料采自主产区3个重点生产乡镇的9个行政村,分别为高湾镇的葛淌村、笠山村和三场村,五合镇的白塔村、野马涝村和田窝村,靖安镇的陆合村、五星村和新丰村。每村选取具有代表性的样品3份,每份10个瓜,要求节位、大小、表观特性一致,自然成熟,表面无损伤,平均分成2组,一组用于表观特性指标测评,另一组用于质量安全、生理品质及营养元素的分析,每个瓜采用四分法取可食部分后将各瓜样品等量混匀,根据各指标检测方法进行样品处理。

土壤采样点的布设以能代表整个产区土壤质量为原则,采用5点取样法,取样点土壤混合均匀后形成1个土样,每个行政村采集3个重复。刨开上层的砂层,采集0～30 cm深度的土壤,去除石块等杂物后装入样品保存袋,样品量约500 g。产品采集每村选取具有代表性的样品3份,产品一致性较好,表面无损伤、无明显病虫危害。

1.2 实验方法

1.2.1 产地环境检测指标

主要测定土壤养分及重金属含量指标,其中土壤养分指标测定pH、全氮、有效磷、速效钾、有机质和阳离子交换量(cation exchange capacity,CEC),分别参照NY/T 1121.2—2006、NY/T 1121.24—2012、NY/T 1121.7—2014、NY/T 889—2004、NY/T 1121.6—2006、NY/T 1121.5—2006测定;土壤重金属铅(Pb)和镉(Cd)参照GB/T 17141—1997测定;铬(Cr)和铜(Cu)参照HJ 491—2019测定;砷(As)参照GB/T 22105.2—2008测定;汞(Hg)参照GB/T 22105.1—2008测定。

1.2.2 产品质量安全指标

产品质量安全指标主要以影响旱砂瓜质量安全的主要危害因子农药残留、重金属和硝酸盐为评价对象,主要测定指标包括硝酸盐、亚硝酸盐、铅、镉、啶虫脒、啶酰菌胺、吡唑醚菌酯和多菌灵共8项,其中重金属铅和镉参照GB 5009.268—2016;硝酸盐和亚硝酸盐的参照GB 5009.33—2016测定;啶虫脒、啶酰菌胺、吡唑醚菌酯和多菌灵参照GB 23200.8—2016测定。

1.2.3 产品品质指标

产品品质指标主要包括旱砂瓜果实感官特性指标,生理特性指标和中微量元素指标。其中表观特性指标主要包括单瓜重、果肉硬度、果皮硬度、果实容重、可食率、果形指数、果皮厚度、质地等,其中单瓜重用电子秤测量;果形指数为果实纵经与横径之比,果实的纵横经和皮厚用直尺测量;果皮硬度和果肉硬度用果实硬度计GY-4测定;果实容重是果实质量与果实体积的比值,用环刀量取固定体积的果实,电子秤称量质量;果实可食率的计算如公式(1)所示:

(1)

果皮颜色和果肉颜色的Lab值用WR18色差仪测定;果实的质地通过5个专家人员综合评定。

生理特性指标包括粗纤维、蛋白质、果胶、番茄红素、水分、维生素C、葡萄糖、果糖、蔗糖、总糖、可溶性固形物、苹果酸、柠檬酸、糖酸比、瓜氨酸和精氨酸含量,其中粗纤维含量参照GB 5009.10—2003测定;蛋白质含量参照GB 5009.5—2016测定;果胶含量参照NY/T 2016—2011测定;番茄红素含量参照GB/T 14215—2008测定;水分含量参照GB 5009.3—2016测定;维生素C含量参照GB 5009.86—2016测定;葡萄糖、果糖和蔗糖含量参照GB 5009.8—2016测定;可溶性固形物含量用手持测糖仪(PAL-1)测定;苹果酸和柠檬酸含量参照GB 5009.157—2016测定;瓜氨酸和精氨酸含量参照GB 5009.124—2016测定;总糖含量、糖酸比的计算分别如公式(2)、(3)所示:

总糖含量=葡萄糖含量+蔗糖含量+果糖含量

(2)

(3)

中微量元素指标主要包括钙(Ca)、磷(P)、钾(K)、镁(Mg)、硒(Se)5种元素,参照GB 5009.268—2016测定。

1.3 数据分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0软件进行数据整理和分析。

2 结果与分析

2.1 靖远旱砂西瓜主产区产地环境分析

2.1.1 土壤养分

靖远旱砂西瓜主产区的主要覆盖类型为卵石和片砂,沙砾的覆盖有更好的蓄水保墒、保温、压碱、水土保持、保肥和改善作物微生态环境的作用。由表1可知,9个行政村土壤肥力指标均存在差异,除速效钾外,高湾镇三场村各肥力指标均最高。主产区土壤全氮含量为0.25～0.75 g/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为0.57、0.30、0.37 g/kg,主产区平均全氮含量为0.41 g/kg,达到绿色食品土壤要求Ⅲ标准;土壤有效磷含量为6.21～13.85 mg/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别12.58、11.06、12.11 mg/kg,主产区土壤平均有效磷含量为11.92 mg/kg,达到绿色食品土壤要求Ⅰ标准;速效钾含量为122.28～274.00 mg/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为198.48、146.08、197.57 mg/kg,主产区土壤平均速效钾含量为180.71 mg/kg,达到绿色食品土壤要求Ⅰ标准;有机质含量为4.98～12.70 g/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为9.57、5.07、7.64 g/kg,主产区平均有机质含量为7.43 g/kg,达到绿色食品土壤要求Ⅲ标准;CEC介于为5.43～14.59 cmol/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为9.51、8.22、8.94 cmol/kg,主产区平均CEC为8.89 cmol/kg,达到绿色食品土壤要求Ⅲ标准;主产区pH为8.46～8.84,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为8.54、8.78和8.66,主产区pH均值为8.66。综上,靖远旱砂西瓜主产区土壤养分指标均符合《绿色食品 产地环境质量》(NY/T 391—2021)要求。

表1 靖远旱砂西瓜主产区土壤养分含量

2.1.2 土壤重金属

对靖远旱砂西瓜主产区土壤中的重金属汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、铬(Cr)、镉(Cd)和铅(Pb)进行了测定分析,结果如表2所示,靖远旱砂西瓜主产区土壤中的汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、铬(Cr)、镉(Cd)和铅(Pb)含量均存在不同程度的差异,分别为0.02～0.03、6.54～13.16、21.14～26.86、60.60～72.97、0.07～0.15、22.29～28.91 mg/kg,均低于生产绿色食品对产地土壤重金属含量的上限要求。

表2 靖远旱砂西瓜主产区土壤重金属含量 单位:mg/kg

2.2 靖远旱砂西瓜主产区产品质量安全分析

如表3所示,靖远旱砂西瓜样品的8个农产品主要危害性指标(硝酸盐、亚硝酸盐、铅、镉、啶虫脒、啶酰菌胺、吡唑醚菌酯和多菌灵)检测结果均为未检出(低于检测限度),表明靖远旱砂西瓜不存在上述指标的产品质量安全问题,产品质量符合绿色食品质量标准。

表3 靖远旱砂西瓜产品质量安全检测结果

2.3 靖远旱砂西瓜产品品质分析

2.3.1 感官品质

靖远旱砂西瓜主产区产品的感官品质指标测定结果如表4所示,靖远旱砂西瓜单瓜重为7.45～10.66 kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为9.90、8.74、8.91 kg,主产区平均单瓜重为9.19 kg,说明靖远旱砂西瓜主栽品种为中大果形西瓜;果肉硬度介于 1.08～2.48 cm2/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为2.07、1.62、1.27 cm2/kg,主产区平均果肉硬度为1.65 cm2/kg;果皮硬度为43.78～111.77 cm2/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为96.98、66.40、79.82 cm2/kg,主产区平均果皮硬度为81.07 cm2/kg;果实容重为0.80～0.93 g/cm3,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为0.91、0.88、0.87 g/cm3,主产区平均果实容重为0.89 g/cm3;可食率为60.90%～67.85%,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为66.43%、64.95%和63.34%,主产区平均可食率为64.91%;果形指数为1.29～1.46,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为1.38、1.36和1.40,主产区平均果形指数为1.38,说明靖远旱砂西瓜果形为长椭圆形;果皮厚度为0.55～1.45 cm,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为0.98、1.05、0.93 cm,主产区平均果皮厚度为0.99 cm;果实质地有一个共同特征即为酥。

表4 靖远旱砂西瓜产品感官品质

Lab颜色模式中L值表示亮度,a值表示红绿方向颜色变化,+a表示向红色方向变化,-a表示向绿色方向变化,b值表示黄蓝方向变化,+b表示向黄色方向变化,-b表示向蓝色方向变化[7]。由表5可知,靖远旱砂西瓜果皮亮,颜色黄绿,果肉颜色红润。

表5 靖远旱砂西瓜产品果皮及果肉颜色Lab值

2.3.2 生理品质

对影响靖远旱砂西瓜品质的16项生理指标进行了测定,9个产地结果如表6所示。糖含量是评价西瓜品质的关键指标,靖远旱砂西瓜主产区葡萄糖、果糖和蔗糖含量分别为10.78～29.39、26.52～51.36、29.26～60.44 g/kg,葡萄糖、果糖和蔗糖平均含量分别为16.65、34.06、48.21 g/kg;总糖含量为79.45～119.96 g/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为105.62、101.53、89.63 g/kg,总糖平均含量为98.93 g/kg,总糖中蔗糖是主要成分,占总糖含量的48.73%,其次为果糖和葡萄糖,分别占总糖含量的34.43%和16.83%;苹果酸为1.27～1.76 g/kg,高湾镇、五合镇和靖安镇均值分别为1.43、1.53、1.49 g/kg;糖酸比是影响西瓜口感的核心指标,高湾镇、五合镇和靖安镇的糖酸比均值分别为74.03、66.97和60.17;3个乡镇中五合镇的番茄红素、蛋白质、维生素C、瓜氨酸和精氨酸含量最高,粗纤维最低,说明靖远旱砂西瓜主产区中五合镇西瓜的营养品质最高。

表6 靖远旱砂西瓜产品生理品质

2.3.3 营养元素

营养元素是衡量西瓜产品的营养价值的重要指标,通过对靖远旱砂西瓜主产区产品的5种营养元素进行测定,结果如表7所示,主产区各行政村之间的钙、磷、钾、镁和硒含量均存在不同程度的差异,钙、磷、钾、镁和硒的平均含量分别为67.93 mg/kg、211.70 mg/kg、0.11%、129.25 mg/kg和10.82 μg/kg,3个乡镇中高湾镇的钙、磷、钾、镁和硒平均含量均为最高。

表7 靖远旱砂西瓜产品营养元素

2.4 相关性分析

2.4.1 靖远旱砂西瓜生理品质间的相关性分析

对靖远旱砂西瓜生理品质指标进行相关性分析,可明确各指标间的关系,为靖远旱砂西瓜品质评价的合理选择提供理论依据。靖远旱砂西瓜生理特性指标间的相关性分析结果如表8所示,葡萄糖与总糖和糖酸比呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.702和0.787,与果糖呈显著正相关(P<0.05),与瓜氨酸呈显著负相关(P<0.05);果糖与总糖、糖酸比、番茄红素之间存在极显著正相关性(P<0.01),相关系数分别为0.584、0.718、0.753,与瓜氨酸、粗纤维、维生素C含量呈极显著负相关(P<0.01);蔗糖与苹果酸、瓜氨酸、维生素C含量呈极显著正相关(P<0.01),与果胶呈极显著负相关(P<0.01);总糖与糖酸比呈极显著正相关(P<0.01),与粗纤维呈极显著负相关(P<0.01);苹果酸与蛋白质、果胶、可溶性固形物呈极显著负相关(P<0.01);糖酸比与粗纤维之间呈极显著负相关(P<0.01);瓜氨酸与番茄红素之间呈极显著负相关(P<0.01),与维生素C含量之间呈极显著正相关(P<0.01);粗纤维与果胶之间呈极显著正相关(P<0.01);果胶与维生素C、精氨酸之间呈极显著负相关(P<0.01),与可溶性固形物之间呈极显著正相关(P<0.01);精氨酸与可溶性固形物之间呈极显著负相关(P<0.01)。该结果与熊思亦[8]的报道内容部分一致。存在差异原因主要在于地域土壤等的不同。

表8 靖远旱砂西瓜产品生理品质间的相关性分析

2.4.2 靖远旱砂西瓜产区土壤养分与产品品质间的相关性分析

对靖远旱砂西瓜的6项土壤养分指标与27项产品品质指标进行了相关性分析,结果如表9所示,土壤全氮含量与西瓜单瓜重、果皮硬度、营养元素磷、钾、镁、葡萄糖、粗纤维之间呈极显著正相关性(P<0.01);土壤有效磷与营养元素磷、硒之间呈极显著正相关性(P<0.01),与蛋白质之间呈极显著负相关性(P<0.01);土壤速效钾与营养元素钙、钾、镁之间呈极显著正相关性(P<0.01);土壤有机质与单瓜重、果皮硬度、营养元素磷、钾、镁、硒、葡萄糖、粗纤维之间呈极显著正相关性(P<0.01);土壤CEC与单瓜重、果皮硬度、果形指数、葡萄糖之间呈极显著正相关性(P<0.01);pH与蔗糖、苹果酸、精氨酸之间呈极显著正相关性(P<0.01),综上表明,土壤养分与靖远旱砂西瓜关键品质指标之间相关性很强,可为生产实践提供理论指导。

表9 靖远旱砂西瓜产区土壤养分与产品品质间的相关性分析

3 讨论与结论

产地环境是保障农产品质量安全的前提条件,也是农产品品牌优劣的决定因素[9]。通过对靖远旱砂西瓜主产区土壤养分和土壤重金属的抽样调查和检测分析,结果表明靖远旱砂西瓜主产区土壤pH、主要养分指标和重金属指标均完全达到《绿色食品 产地环境质量》(NY/T 391—2021)标准要求,且有效磷和速效钾达Ⅰ级标准,全氮、有机质和CEC达到Ⅲ标准,可见靖远旱砂西瓜主产区的砂田土壤为旱砂西瓜的生长提供了绿色且营养的产地环境。

农产品质量安全是农产品品牌建设和发展的关键环节,也是党和政府一直关心的民生问题[9-10]。从根本上保障靖远旱砂西瓜产品的安全,切实维护产品市场,是靖远旱砂西瓜产业可持续、高质量发展的必然之路。本研究通过对硝酸盐、亚硝酸盐、重金属和农残指标检测分析,结果表明靖远旱砂西瓜产品质量安全,符合绿色食品要求。

西瓜果实中含糖量是衡量西瓜品质成分的一项重要指标[11]。目前在西瓜果实中认定3种主要糖分,其中包括果糖、蔗糖、葡萄糖[12],在成熟的商品西瓜中,果糖占总糖的30%～40%,蔗糖占总糖的40%～50%,葡萄糖占总糖的20%～25%[13],本研究结果也表明靖远旱砂西瓜主产区总糖中蔗糖是主要成分,占总糖含量的48.73%,其次为果糖和葡萄糖,分别占总糖含量的34.43%和16.83%。糖酸比是衡量西瓜风味品质的指标,本研究结果表明,靖远旱砂西瓜糖酸比高,风味佳,平均糖酸比高达67.06,但是各地存在差异;有研究表明通过不同补灌水处理可提高宁夏压砂瓜的可溶性固形物和糖酸比[14],适宜配比的氮磷钾可以提高西瓜含糖量等品质指标[2],因此,可通过调整施肥比例和补灌水,改变果实品质,从而提高靖远旱砂西瓜产品品质的一致性,助推品牌发展。

番茄红素是一种天然的色素,不仅具有重要的保健功能[15],还是影响西瓜果肉颜色的重要指标[16],有研究表明西瓜果实中番茄红素比番茄中的番茄红素更容易被人体吸收[17-18],此外,还有研究表明西瓜果肉颜色和果肉番茄红素含量呈极显著正相关关系,本研究中靖远旱砂西瓜产品中番茄红素含量高,最高达26.83 mg/100 g,平均含量为15.49 mg/100 g,说明靖远旱西瓜富含番茄红素,具有较好的营养价值,而且果肉颜色红润,具有较高的感官特性。瓜氨酸具有抗氧化和提高机体免疫力等功能[19-20],虽说瓜氨酸在葫芦科作物中含量丰富,但研究表明西瓜中瓜氨酸含量最高,比黄瓜和南瓜中的瓜氨酸含量高6～9 倍[21],鲜食即可被人体直接吸收,是人体获取瓜氨酸的重要途径[22],本研究中靖远旱砂西瓜产品瓜氨酸最高达2.50 g/kg,平均含量1.64 g/kg。硒是人体生长发育和维持人体健康所必需的微量营养元素及生命元素[23],可增强人体免疫力,具有延缓衰老、预防癌症,减少心脑血管疾病的发生等作用,经检测,靖远旱砂西瓜平均硒含量为10.82 μg/kg,根据《富硒农产品》(GH/T 1135—2017)的规定,靖远旱砂西瓜为富硒产品,此外,靖远旱砂西瓜还富含对人体有益的钙元素和镁元素。

相关性分析是衡量变量因素的相关密切程度[24],通过对靖远旱砂西瓜土壤养分与品质指标以及各品质指标间的相关性分析结果表明,靖远旱砂西瓜各品质指标间存在相关性,且相关程度因指标而异,同类指标之间(如糖类)存在极显著或显著相关,反映出同一地域的西瓜产品性状的一致性;土壤养分与西瓜品质间也存在相关性,如单瓜重与土壤全氮、土壤有机质和土壤CEC之间均存在极显著正相关性,可通过此依据指导生产提高当地西瓜产量,营养元素硒与土壤有效磷和有机质呈极显著正相关,其他品质与土壤养分也存在相关性,因此可通过改善土壤养分来实现西瓜品质的提升。

综上,靖远旱砂西瓜栽培历史悠久,产地环境独特且环保,产品质量绿色安全,果实皮薄肉酥耐贮运,甘甜爽口风味佳,果肉细腻可食率高,富含番茄红素、瓜氨酸和营养元素钙镁硒,是极具特色的甘味农产品。