不同保水剂对戈壁日光温室基质栽培番茄生长和产量及品质的影响

闫文涛 米兴旺 李波 贾琪 何萌 李娟 钱宝玲

收稿日期：2023 - 10 - 09

作者简介：闫文涛（1997 — ），男，甘肃酒泉人，研究实习员，硕士，研究方向为园艺学。Email： 531829105@qq.com。

通信作者：米兴旺（1978 — ），男，甘肃宁县人，副研究员，研究方向为园艺学 。Email： 645829150@qq.com。

摘要：为了给戈壁日光温室番茄基质生产中保水剂的合理添加提供技术依据，以酒番6号为试材，设置正常灌溉水平下不添加保水剂、添加90 kg/hm2凹凸棒、添加90 kg/hm2高分子树脂3个处理；定植后7 d减量灌水15%水平下不添加保水剂、添加90 kg/hm2凹凸棒、添加90 kg/hm2高分子樹脂3个处理，研究了添加不同保水剂对戈壁日光温室基质栽培番茄生长、品质和产量的影响。结果表明，在正常灌溉水平下，与对照不添加保水剂相比较，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子树脂处理的番茄产量提高5.67%～5.85%，可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、可溶性固形物含量及水分利用效率分别提高10.83%～12.50%、11.88%～38.61%、1.98%～2.20%、7.74%～13.47%、5.70%～5.89%。减量灌水15%水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子树脂处理的番茄产量提高8.65%～15.48%，可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量及水分利用效率分别提高30.50%～37.24%、70.14%～84.86%、15.83%～18.38%、8.64%～15.50%，可溶性固形物含量降低3.36%～17.75%。表明添加保水剂可显著提高番茄植株生长，提高产量，改善果实品质。主成分分析表明，正常灌溉水平（4 500 m3/hm2）下，以添加90 kg/hm2高分子树脂效果最佳。

关键词：番茄；保水剂；戈壁日光温室；基质栽培；产量；品质；水分利用效率

中图分类号：S641.2；S626.5          文献标志码：A          文章编号：2097-2172（2024）04-0342-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.04.008

Effects of Different Water-holding Agents on the Growth，Yield and Quality of Tomatoes using Substrate Culture in Gobi Solar Greenhouse

YAN Wentao， MI Xingwang， LI Bo， JIA Qi， HE Meng， LI Juan， QIAN Baoling

（Jiuquan Academy of Agricultural Sciences， Jiuquan Gansu 735000， China）

Abstract： To study the effects of adding different water-retaining agents on tomato growth， quality and yield， and to provide technical basis for reasonable addition of water-retaining agents in tomato substrate production in Gobi solar greenhouse， Jiufan 6 was used as the test material and 3 treatments were set， i.e.， no water retaining agent， 90 kg/ha attapulgite and 90 kg/ha polymer resin， under normal irrigation level. One week after colonization， there were 3 treatments i.e.， no water retaining agent， 90 kg/ha attapulgite and 90 kg/ha polymer resin at the reduced irrigation level of 15%， and a total of 6 treatments were performed to explore the effects of different water-retaining agents on the growth， quality， and yield of tomatoes. Results showed that under normal irrigation level， yields of tomatoes treated with 90 kg/ha attapulgite and 90 kg/ha polymer resin were increased by 5.67% to 5.85%. Contents of soluble sugar， soluble protein， vitamin C， soluble solid and water use efficiency were increased by 10.83% to 12.50%， 11.88% to 38.61%， 1.98% to 2.20%， 7.74% to 13.47% and 5.70% to 5.89%， respectively. The yield of tomatoes treated with 90 kg/ha attapulgite and 90 kg/ha polymer resin increased by 8.65% to 15.48% at the reduced irrigation level of 15%. Contents of soluble sugar， soluble protein， vitamin C and water use efficiency were increased by 30.50% to 37.24%， 70.14% to 84.86%， 15.83% to 18.38% and 8.64% to 15.50%， respectively， while soluble solid content was decreased by 3.36% to 17.75%. Adding water-retaining agent can significantly promote tomato plant growth， increase yield and improve fruit quality. Principal component analysis showed that under normal irrigation level （4 500 m3/ha）， adding 90 kg/ha polymer resin had the best effect.

Key words： Tomato; Water retaining agent; Gobi solar greenhouse; Substrate culture; Yield; Quality; Water use efficiency

保水剂（SAP）是一种含有羟基、羧基等强亲水性基团，吸水能力极强的高分子物质统称［1 ］，又名土壤保水剂、高分子吸水剂、持水剂，具有较强的吸水性。已有研究表明，保水剂能够短时间内吸收高于自身重百倍的水分［2 - 3 ］，通过吸水形成特殊的分散体系，能有效地限制水分自由程度，从而长期维持水分［4 ］，不断地吸收和缓慢释放，为作物提供必要的水分［5 ］。白岗栓等［6 ］、李扬等［7 ］研究表明，保水剂能有效提高土壤水分，降低水分蒸发，促进土壤颗粒团聚体形成，改善土壤理化性质。高奇等［8 ］研究表明，添加保水剂能有效提高旱作谷子成熟期生物量积累和产量，其中谷子地上部生物量和籽粒产量较对照分别提高28.47%、19.92%和20.54%、20.42%。Li等［9 ］研究表明，添加保水剂60～90 kg/hm2可显著降低0～40 cm土壤容重6.2%～8.2%，总孔隙度显著提高8.5%～11.2%，施加保水剂60～90 kg/hm2显著促进作物生长和玉米产量。Xu等［10 ］研究表明，通过在盐碱地添加保水剂30 kg/hm2处理的部分细菌类群的相对丰度均有不同程度提高。

番茄（Solanum lycopersicum L.）属茄科植物番茄属，其因含丰富的营养物质和酸甜的口感成为广受大众喜爱的蔬菜和调味品［11 ］。2020年全球番茄种植面积达505.20万hm2，产量高达1.87亿t；我国番茄种植面积达到了111.15万hm2，占世界总面积约22%，已成为全球最大的番茄生产、消费和出口国［12 ］。随着市场需求的不断增加，酒泉市戈壁日光温室番茄基质栽培面积逐渐扩大。但前人的研究多集中在抗旱增产、轻简栽培、缓解连作障碍等方面，关于基质添加保水剂对番茄生长和品质影响的研究较少。本研究以酒泉市农科院自育品种酒番6号为指示品种，研究了添加不同保水剂对戈壁日光温室基质栽培番茄生长、产量及果实品质的影响，旨在为戈壁日光温室番茄生产中保水剂的合理添加提供技术依据。

1   材料与方法

1.1   试验地概况

试验地位于甘肃酒泉市肃州区戈壁生态循环经济产业园。当地属于大陆性气候，年均降水量176 mm，年均蒸发量2 810.6 mm，全年无霜期140 d，≥10℃的年活动积温为2 220～3 490 ℃，4 — 9月光照时数达1 600～1 800 h。该区降水少，蒸發量大，热量充沛，光照充足，戈壁面积大，地势平坦，现已成为全国最大的戈壁生态农业示范基地。

供试戈壁日光温室为全钢架装配型结构，东西走向，脊高5.9 m、长80 m、跨度10 m，可以满足番茄越冬生产对温光环境的需求。

1.2   试验材料

指示番茄品种为酒番6号，为酒泉市农业科学研究院自育品种。供试保水剂分别为凹凸棒保水剂（由临泽丰化凹凸棒产业有限公司提供，吸水率为150%， pH为8.5，外观为黄色粉末）和高分子树脂保水剂（由任丘市金誉化工有限公司提供，吸水率为180%，pH为7.0，外观为白色晶体）。供试基质容重为0.53 g/cm3，总孔隙度为72.36%，pH为7.49。

1.3   试验设计

试验共设6个处理，具体见表1。采用间比法排列，重复3次，小区面积15.12 m2，走道宽75 cm。试验采用营养钵栽培，各处理均采用酒泉市农业科学研究院自主研发全营养液配方肥（N∶P∶K=1∶0.5∶1.5）随水追肥，每次随水追施120 kg/hm2，番茄全生育期（150 d）共追肥15次，每隔10 d追肥1次。追肥时进行水肥一体化管理，苗期施肥2次；开花坐果期施肥2次，盛果期施肥11次，其余田间管理与当地基质栽培番茄管理一致。

定植前（2023年3月13日）按试验设计用量将保水剂一次性翻入栽培基质中。采用营养钵（直径22 cm、高22 cm）栽培，钵内填充15 cm栽培基质。2023年3月26日按株距20 cm、行距19 cm定植，每行定植44株。每小区选取9株长势一致的植株挂牌，于盛果期开始测定相关指标。

1.4   测定项目及方法

1.4.1    番茄生长指标及果实外观品质    采用卷尺测定株高，采用电子游标卡尺测定茎粗和果实横纵径。于开花期采用SPAD 502叶绿素计测量叶绿素相对含量（SPAD值）。

1.4.2    果实营养品质指标    于盛果期（5月10日）选取成熟度一致的果实测定营养品质指标。采用考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白含量，采用蒽酮-硫酸比色法测定可溶性糖含量［13 ］，采用二氯靛酚（DPI）氧化还原滴定法测定维生素C含量。参照NY/T2637 — 2014测定方法［14 ］，使用PAL-1手持式折光仪测定可溶性固形物含量。

1.4.3    产量及单果质量    番茄每次采收时测定小区产量，计总产后折算折合产量，同时测定单果质量。

1.4.4    水分利用效率    水分利用效率WUE采用公式：WUE=Ya/ET计算。

式中，Ya为产量，ET为灌水量［15 ］。

1.5   数据处理

采用IBM SPSS Statistics 26.0进行统计学分析及主成分分析，利用Excel 2021 进行制表和数据统计分析。

2   结果与分析

2.1   不同保水剂对番茄生长和SPAD值的影响

由表2可看出，添加凹凸棒保水剂和高分子树脂保水剂对番茄株高、茎粗和SPAD值均有促进作用，减量灌溉各处理（CK、C1、C2）株高、茎粗和SPAD值均低于正常灌溉处理（TK、T1、T2）。在正常灌溉水平下，T1处理和T2处理番茄株高较TK分别提高11.41%和12.36%，差异均达显著水平。在减量灌溉15%的水平下，C1处理和C2处理的番茄株高、茎粗均高于CK，但茎粗在各处理间无显著性差异。在正常灌溉水平下，T1处理和T2处理SPAD值均高于TK，但无显著性差异；在减量灌溉水平下C2处理SPAD值最高，较CK增长9.59%，且显著高于CK。

2.2   不同保水剂对番茄果实外观品质的影响

由表3所示，添加凹凸棒保水剂和高分子树脂保水剂对番茄外观品质均有不同程度的影响。在正常灌溉水平下，番茄果实横径、纵径和果形指数均以T2处理最高，显著高于TK与T1，且较TK分别增加了6.45%、10.05%、3.53%。在减量灌溉15%的水平下，C2处理番茄果实横径显著高于CK和C1处理，较CK、C1处理分别增加了3.86%、1.42%。在正常灌溉和减量灌溉15%水平下，高分子树脂保水剂处理（T2、C2）番茄单果质量均高于同水平下其他处理，T2处理较TK显著增加6.71%，C2处理较CK显著增加9.78%。2.3   不同保水剂对番茄果实营养品质的影响

由图1可以看出，添加保水剂各处理（T1、T2、C1、C2）均可改善番茄果实营养品质。在正常灌溉水平下，T1、T2处理的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、可溶性固形物含量较TK分别提高10.83%～12.50%、11.88%～38.61%、1.98%～2.20%、7.74%～13.47%；减量灌水15%水平下，C1、C2处理的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量较CK分别提高30.50%～37.24%、70.14%～84.86%、15.83%～18.38%，可溶性固形物含量较CK降低3.36%～17.75%。减量灌溉15%水平下保水剂处理番茄的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量均高于正常灌溉水平下各处理，其中C2处理可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量均最高，较CK分别提高了37.38%、84.89%、18.38%。减量灌溉15%水平下各处理（CK、C1、C2）番茄果实可溶性固形物均高于正常灌溉处理，其中CK可溶性固形物含量最高，显著高于TK，较TK提高了40.40%。

2.4   不同保水剂对番茄产量、 产值及水分利用效率的影响

从表4可以看出，不同灌溉水平下添加凹凸棒保水剂和高分子树脂保水剂均能够提高番茄产量和水平利用效率。在正常灌溉水平下，T1、T2处理的番茄产量较TK分别提高5.67%、5.85%，水分利用效率较TK提高5.70%、5.89%。减量灌水15%水平下，T1、T2處理的番茄产量较CK分别提高8.65%、15.48%，水分利用效率较CK分别提高8.64%、15.50%。且正常灌溉水平下各处理番茄产量均高于减量灌溉15%水平下各处理。水分利用效率由大到小依次为C2、T2、C1、T1、TK、CK，C2处理显著高于其他处理，达24.07 kg/m3，即适度的减量灌溉并添加保水剂可有效提高水分利用效率。各处理总产值均显著高于CK，提高了8.65%～24.96%。

2.5   不同保水剂对番茄生长、 品质及产量等的综合评价

采用主成分分析法得到主成分特征向量、特征值、方差贡献率和累计方差贡献率如表5所示。选取了2个主成分，累计方差贡献率达93.01%，可代表所检测的指标成分。

通过各指标的载荷值（表6）除以相对应主成分特征值的开平方根，得到2个主成分的函数表达式：

F1=0.317 0X1 + 0.289 0X2 + 0.300 3X3 + 0.297 7X4+

0.308 9 X5 + 0.289 7 X6 + 0.310 2 X7 + 0.121 8 X8 + 0.113 2 X9 - 0.247 5 X10 + 0.209 0 X11 + 0.314 1 X12 + 0.314 1 X13 + 0.178 7 X14

F2=-0.031 7 X1 - 0.1520 X2 - 0.171 1 X3 - 0.156 9 X4- 0.061 2  X5+0.112 1  X6-0.137 8 X7+0.503 6  X8+ 0.503 0 X9 + 0.170 0 X10 + 0.388 8 X11 - 0.085 3 X12 - 0.085 3 X13 + 0.430 3 X14

根据各主成分的方差贡献率，得到番茄生长、品质及产量等综合评价函数（综合得分F=0.691 2F1+ 0.238 9F2），依此计算出各处理对番茄生长、品质及产量的综合得分排序（表7），各处理得分由大到小次为T2、T1、C2、TK、C1、CK。说明在正常灌溉水平下，添加90 kg/hm2高分子树脂保水剂处理（T2）的日光温室基质栽培番茄生长、品质及产量最佳，添加90 kg/hm2凹凸棒保水剂处理（T1）效果较好。

3  讨论与结论

水分在作物的生长过程中起着决定性的作  用［16 ］。大量研究表明，保水剂可以通过自身吸水-释水过程改善土壤结构［17 - 18 ］，可显著促进作物生长及土壤持水能力［19 - 20 ］。李欣燕等［21 ］研究表明，添加SAP保水剂、沃特保水剂和自制保水剂均能增加烟叶中叶绿素含量。邓超超等［22 ］研究表明，施用生态保水剂显著提高了玉米生育期叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度，其中添加75 kg/hm2保水剂效果最好。魏秀华等［23 ］研究表明，施用保水剂45、75 kg/hm2能有效增加潍坊寒亭、柘山两地小麦的冬前次生根条数和分蘖数，增加千粒重和穗粒数，最终显著增产24.6%～36.9%。刘丽珠等［24 ］在番茄上进行基质添加保水剂处理，发现等量浇水情况下，垫料基质添加0.8%SAP1、SAP2和SAP3的番茄总产量提高了10.0%～26.5%，以添加0.8% SAP3的增产效果最佳；添加3种SAP均有利于提高番茄叶片光合速率和蒸腾速率。本研究中，添加2种保水剂的处理均能够使番茄株高、茎粗和相对叶绿素含量增加，证明保水剂能有效促进番茄生长，这与张蕊等［25 ］的研究一致。

随着经济水平的发展，消费者对蔬菜品质的要求也日益提高，品质已成为衡量蔬菜商品价值的重要因素［26 ］。刘世亮等［27 ］通过大田试验发现，添加15 kg/hm2保水剂提高了烟叶中还原糖、钾的含量，并显著降低淀粉、烟碱和氯离子含量，有利于烟叶品质的改善；其中，添加15 kg/hm2和30 kg/hm2能够明显提高烟叶经济性状，增加烟叶生产经济效益。程云霞等［28 ］研究表明，在栽培基质中适量施加保水剂（≤0.300 g/L）有利于促进辣椒维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量。Lavado等［29 ］研究表明，减量灌溉能显著提高葡萄可滴定酸、苹果酸、总多酚、总花色苷含量，但同时导致了较高的产量损失。刘晓奇等［30 ］在日光温室基质番茄上进行了水分亏缺处理，研究发现轻度水分亏缺（正常灌溉80%）和中度水分亏缺（正常灌溉60%）处理均能够提高番茄的风味品质，其中轻度水分亏缺下番茄果实可溶性糖、有机酸含量分别比对照正常灌溉提高12.81%和10.34%，而中度水分亏缺处理可溶性糖含量提高20.60%。本研究发现，在正常灌溉水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子树脂处理的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、可溶性固形物含量较对照不添加保水剂分别提高10.83%～12.50%、11.88%～38.61%、1.98%～2.20%、7.74%～13.47%；减量灌水15%水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子树脂处理的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量较对照不添加保水剂分别提高30.50%～37.24%、70.14%～84.86%、15.83%～18.38%，可溶性固形物含量较对照不添加保水剂降低3.36%～17.75%。减量灌溉并添加保水剂的处理可提高番茄果实的可溶性蛋白、可溶性糖、维生素C含量，并且高于常规灌溉添加保水剂处理，这与Patane等［31 ］研究結果一致。

添加保水剂不仅能促进植株生长，还提高了作物的产量。邹超煜等［32 ］研究发现，施用保水剂处理的西瓜、马铃薯和玉米较对照不施保水剂分别增产29.08%、54.78% 、11.47%，春小麦、向日葵、玉米、番茄较对照不施保水剂分别增产22.6%、26.8%、30.64%、11.01%；西瓜、马铃薯、玉米的水分利用效率较对照不施保水剂分别增加了34.76%、46.52%、27.73%，春小麦、向日葵、玉米和番茄的水分利用效率较对照不施保水剂分别增加了19.54%、49.29%、18.97%、85.09%。史中兴等［33 ］的研究表明，保水剂的添加提高了菠菜的产量及水分利用效率，当保水剂施用量为285.6 kg/hm2、拌施深度5～10 cm、滴灌灌水定额150 m3/hm2时菠菜产量和水分利用效率均达到较大值。卫琦等［34 ］在对辣椒研究中发现，添加占土壤干重0.2%保水剂并浅埋于土壤10 cm处理可促进日光温室辣椒生长和干物质累积，有助于作物增产增收，并且显著提升水分利用效率。本研究发现，在正常灌溉水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子树脂处理的番茄产量较不添加保水剂分别提高5.67%、5.85%，水分利用效率较不添加保水剂分别提高5.70%、5.89%。减量灌水15%水平下，添加90 kg/hm2凹凸棒和90 kg/hm2高分子树脂处理的番茄产量较不添加保水剂分别提高8.65%、15.48%，水分利用效率较不添加保水剂分别提高8.64%、15.50%。添加保水剂处理下的番茄单果质量和产量均较对照不添加保水剂处理有不同程度提高，并且适当程度的减量灌溉条件下添加保水剂可有效提高水分利用效率，这与朱梦真［35 ］的研究一致。

综上所述，添加凹凸棒保水剂及高分子树脂保水剂对戈壁日光温室基质栽培番茄的生长、品质、产量等均有不同程度的提升效果。通过主成分分析可以看出，在正常灌溉水平（4 500 m3/hm2）下，添加90 kg/hm2高分子树脂处理最佳，可明显促进番茄生长，提高番茄产量及水分利用效率，改善番茄品质。

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