枸溶性钙镁肥对加工番茄钙、镁吸收及品质的影响

蒲 敏,阮向阳,肖乐乐,索常凯,陈国永,冶 军,高 波

(1.石河子大学农学院资环系,新疆石河子 832003;2. 沃达农业科技股份有限公司,新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意义】加工番茄是一种喜光、喜温的蔬菜作物。新疆具有光热资源丰富、昼夜温差大的独特气候条件,适合加工番茄生长。目前新疆加工番茄生产总量及出口量占全国的90%以上。如果加工番茄出口价格呈现降低趋势,其中主要原因之一就是加工番茄品质问题[1]。加工番茄品质极易受水肥、土壤的影响[2]。我国北方石灰性土壤富含钙、镁元素,一般都可满足植株正常生长发育过程中的需求[3]。但由于钙在植物体内移动性较差,当土壤钙元素供给或钙在植物体的运输受阻时,最先影响的是植株幼叶、果实等部位,导致果实因缺钙得脐腐病的现象越来越普遍。研究表明[4]石灰性土壤番茄缺镁的主要原因是施肥不平衡导致土壤阳离子比例失调引起番茄生理性缺镁,从而影响植株正常生长发育,使其品质下降。又因为加工番茄需钙、镁量较大,且整个生育期的需求量都很大,很容易造成钙、镁的相对缺乏而影响品质[5]。因此,北方石灰性土壤加工番茄种植过程中钙、镁的补充有重要意义。【前人研究进展】钙、镁是作物生长发育的必须元素。王丹丹等[6]发现番茄开花期要注重钙、镁的补充,坐果期应给番茄提供充足的营养,坐果期为果实大量吸收养分的重要时期,补充作物所需的养分,对促进作物生长发育、防止缺素症状发生及改善果实品质等方面起着重要作用[7]。王娟等[8-9]研究表明,石灰性土壤施入钙、镁肥可以提高番茄、葡萄的产量和品质,降低脐腐病的发生;申晓芳[10]研究表明,不同钙、镁肥处理可提质增产。刘军丽等[11]研究发现,施入钙肥可以提高番茄果实中可溶性固形物、可溶性糖含量,降低硝酸盐含量;刘卫萍、秦鱼生等[12-13]研究发现,钙、镁、锌、锰肥的施用可增加果实VC含量,增加糖酸比和固酸比,而缺钙会明显减少植物各器官可溶性糖含量。Trolove等[14-15]研究发现,K、Ca、Mg离子间产生的拮抗作用会导致柑橘和葡萄缺镁。但也有试验表明[16],在供钙浓度一定范围内,Ca2+并不与Mg2+拮抗或协助。【本研究切入点】加工番茄是一种喜钙、镁的作物。目前,关于石灰性土壤对番茄施用钙镁肥的研究还相对较少。因此在石灰性土壤中施用钙、镁肥的最适浓度还需研究,尤其需研究石灰性土壤施用枸溶性钙镁肥对加工番茄果实钙、镁吸收及品质的影响。【拟解决的关键问题】施用4个枸溶性钙镁肥梯度,测定加工番茄果实的钙、镁含量及外观品质、口感品质、营养品质,综合评价品质,研究其施用效果,为石灰性土壤加工番茄的优质与高效生产提供应用基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年5～9月在新疆石河子市农业科学研究院试验基地进行。土壤类型为灌耕灰漠土,质地为中壤土。土壤耕作层(0～20 cm)基本理化性状为有机质18.66 g/kg,碱解氮 38.12 mg/kg,有效磷38.56 mg/kg,速效钾386.9 mg/kg,交换性钙20.2 g/kg,交换性镁0.45 g/kg,pH 7.9。

供试作物为加工番茄,品种为金番3166,具有晚熟、高产、硬度大的特性。供试的钙镁肥由金玛(宽甸)肥业有限公司提供。枸溶性钙镁肥化学组成为Ca≥2%,Mg≥10%,Fe≥1%,B≥0.3%。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

设置4个处理:(1)对照(CK,不施钙镁肥);(2)450 kg/hm2枸溶性钙镁肥(C450);(3)900 kg/hm2枸溶性钙镁肥(C900);(4)1 800 kg/hm2枸溶性钙镁肥(C1 800)。钙镁肥于播种前结合耕翻基施。每个处理重复3次,共12个处理。

试验为田间小区试验,采用地膜覆盖栽培,一膜两管双行,膜宽1.2 m,行距为0.4 m,株距0.3 m,每小区面积为60 m2。2021年5月6日移栽至小区,密度2 600株/667m2。生长期内共灌水11次,灌水周期为7～10 d。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 果实全钙、镁

在开花坐果期、结果期、成熟期采集成熟度相对一致的加工番茄果实样品,将果实样品用去离子水洗净并用滤纸吸干表面水分后,置于105℃烘箱下烘30 min杀青,75℃下烘干至恒重,称其干重。样品粉碎并过80目筛装瓶用于全钙、镁含量的测定。Ca、Mg含量用盐酸浸提-原子吸收分光光度计法测定。

1.2.2.2 脐腐病发生率

在加工番茄成熟期时,划分调查区,记录各个处理小区脐腐病果数和总果数,计算脐腐病发生率。

脐腐病发生率=脐腐病果数/总果数×100%。

1.2.2.3 品 质

在成熟期采收成熟度一致的果实,每处理随机选取30个,测定果实品质。(1)外观品质:称30 个果实鲜重质量,取其平均值为单果重;用游标卡尺测量果实横、纵径,并计算果形指数(纵径/横径);用色差仪测定果实颜色,果实颜色指数(CI)[17]用CI=2 000×a/L×(a2+b2)1/2;横切加工番茄果实,观察番茄心室数。(2)口感品质:果实硬度用硬度计测定;可溶性固形物用手持糖度计测定;可溶性糖用蒽酮比色法[18];可滴定酸用氢氧化钠滴定法测定;游标卡尺测已横切的果实厚度。(3)营养品质:维生素C用2,6-二氯酚靛酚法测定[18];番茄红素含量用石油醚比色法;硝酸盐含量用水杨酸-硫酸法[18]。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2019软件进行处理并绘制图表,用SPSS22.0软件进行方差分析、相关分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 枸溶性钙镁肥对加工番茄果实钙、镁吸收的影响

2.1.1 钙、镁的吸收量

研究表明,在加工番茄生长发育过程中,果实对钙元素的吸收量高于镁元素的吸收量。各处理果实中钙、镁的吸收量随生长发育而逐渐增加,以开花坐果期最小,结果期次之,成熟期最大。在开花坐果期,与CK相比,C450～C1 800处理果实对镁的吸收量分别提高了16.44%～64.38%,对钙的吸收量提高了9.51%～48.59%。结果期,C900、C1 800处理显著提高镁的吸收量,分别比CK增加53.92%、69.29%;C1 800处理果实钙的吸收量比CK、C450、C900处理提高49.38%、25.16%、11.10%。在成熟期,C450、C900、C1 800处理果实镁的吸收量显著高于CK,分别比CK增加29.56%、46.54%、49.69%,但处理间无明显差异;钙的吸收量以C1 800处理最高,与其他处理差异达到显著水平。施用枸溶性钙镁肥可显著促进果实对钙、镁元素的吸收,并且随着施用量的增加,果实对钙、镁的吸收量也随之增加。但在成熟期时,果实生长到一定程度,增加枸溶性钙镁肥的施用量对促进镁的吸收无明显作用。图1、图2

注:图柱上的字母不同表示同一时期不同处理间差异达到显著水平(P <0.05)。下同

图2 不同枸溶性钙镁肥处理下果实钙吸收变化

2.1.2 钙、镁的吸收特性

研究表明,施用枸溶性钙镁肥可显著提高果实对钙、镁的吸收速率,并且加工番茄果实对钙的吸收速率大于镁的吸收速率。果实对钙的吸收速率在生育期呈现先增加后降低的趋势。在整个生育发育过程中,C1 800处理果实对钙的吸收速率均显著高于其他处理。果实对镁的吸收速率随着生长发育呈现一直增加的趋势。在开花期-坐果初期,C1 800处理果实对镁的吸收速率显著高于其他处理,但在生长后期,C900与C1 800处理无显著差异。高施用量钙镁肥在果实的生长后期对促进镁的吸收无显著效果。加工番茄果实在不同生育时期对钙素、镁素的吸收比例也不相同,在开花期-坐果初期,钙、镁的吸收比例最高,而后随着果实的生长发育,吸收比例下降。果实在生长发育前期对钙的吸收较大,在生长后期对镁元素的吸收逐渐增加。表1

表1 不同生育期果实对钙、镁的吸收特性

2.2 脐腐病发生率

研究表明,施用枸溶性钙镁肥可以显著降低加工番茄果实的脐腐病发生率,与CK相比,C450、C900、C1 800处理分别减少了29.30%、46.04%、59.84%。C1 800处理的脐腐病发生率最低,显著低于其他处理,分别比CK、C450、C900处理减少了37.43%、19.11%、8.63%。随着枸溶性钙镁肥施用量的增加,对降低脐腐病发生率效果越好。图3

图3 不同处理下加工番茄脐腐病发生率变化

2.3 不同施用量对加工番茄果实外观品质影响

研究表明,C450～C1 800处理较CK处理相比,显著增加果实的心室数和单果重。果形指数介于1.31～1.41,皆呈长圆形,C450和C900处理果形指数与CK处理无显著差异,但C1 800处理与各处理存在显著差异,施用枸溶性钙镁肥可增加加工番茄心室数和单果重量,但施用量过大会降低加工番茄果形指数。果实颜色指数值表现为CK处理显著低于C900和C1 800处理,与C450处理无显著差异,随着钙镁肥施用量的增加,颜色指数也随之增加。表2

表2 不同施用量下加工番茄果实外观品质变化

2.4 不同施用量对加工番茄果实口感品质影响

研究表明,施用钙镁肥可提高可溶性糖、可滴定酸含量,增加糖酸比和果肉厚度。各施钙镁肥处理中,随着施用量的增加,这些指标的变化规律不尽相同:其中,可滴定酸含量随钙镁肥的增施先增大后减小;可溶性糖含量随着钙镁肥施用量的增大而增加,且处理间差异显著,与CK相比,C450、C900、C1 800处理可溶性糖含量分别提高了4.67%、25.33%、62.00%;糖酸比为C1 800处理最大,分别比CK、C450、C900处理提高55.01%、74.76%、43.39%,但C450、C900处理与CK无显著差异;果肉厚度随施用量增加而增加,且C450～C1 800处理显著高于CK,分别比CK高18.03%、19.67%、29.51%。各处理加工番茄果实硬度和可溶性固形物含量差异不显著。表3

2.5 不同钙镁肥对加工番茄果实营养品质的影响

研究表明,C450处理的VC含量显著低于CK处理,但随着施用量增加,VC含量也增加;C1 800处理VC含量最高,分别比CK、C450、C900处理高了18.86%、31.55%、25.08%,低施用量钙镁肥对提高VC含量无作用,但施用量增加时对提高VC含量效果显著。C900和C1 800处理间番茄红素含量无显著差异,但与CK、C450处理差异显著,C900处理比CK、C450处理多13.02%、26.93%,C1 800处理比CK、C450处理多12.89%、26.79%。C450～C1 800处理硝酸盐含量显著低于CK处理,硝酸盐含量大小顺序为CK>C450>C900>C1 800,施用钙镁肥可显著降低果实中硝酸盐含量,并随着施用量的增加,硝酸盐含量显著降低。表4

表4 不同钙镁肥下加工番茄果实营养品质变化

2.6 果实品质的主成分

研究表明,第一因子反映原始数据信息量的45.58%,其中果实的VC、可滴定酸、可溶性糖、糖酸比和番茄红素的正向载荷权数较大,对第一因子起决定性作用,VC正向载荷权数最大,和糖酸比、可滴定酸、可溶性糖呈高度正相关,第一因子主要反映了加工番茄果实的营养品质,并将VC作为第1主成分的代表指标。第二因子方差贡献率20.98%,单果重、心室数、横径×纵径、果肉厚度的正向载荷权数最大,和加工番茄外观品质密切相关,可定义为外观因子,单果重的载荷值高达0.980,单果重为第二因子的代表指标。第三因子方差贡献率14.37%,决定其大小的指标主要是硬度和可溶性固形物,载荷值分别为0.893、0.835,由于硬度因子载荷更大且硬度是口感的直接来源,可用硬度代表口感因子。第四因子方差贡献率7.92%,在颜色指数、果形指数上的载荷值较大,对第4主成分起决定性作用,主要反映了加工番茄果实的外观品质,且颜色指数因子载荷远大于其他指标,选择颜色指数代表加工番茄外观品质。表5,表6,图4

表5 主成分的特征值和贡献率

表6 旋转后的成分矩阵

图4 主成分分析碎石图

2.7 果实品质综合评价

研究表明,以特征向量为权重得到4个主成分的得分表达式:

F1=0.183X1-0.357X2+0.281X3+0.379X4+0.372X5+0.333X6+0.184X7+0.048X8+0.185X9-0.241X10-0.019X11+0.223X12+0.283X13+0.329X14.

F2=0.403X1-0.111X2-0.310X3-0.111X4-0.145X5-0.260X6-0.279X7+0.219X8+0.174X9-0.088X10+0.522X11+0.079X12+0.364X13+0.230X14.

F3=-0.251X1+0.120X2+0.274X3+0.054X4+0.000X5+0.082X6-0.402X7+0.499X8+0.522X9-0.154X10+0.037X11-0.309X12-0.187X13+0.007X14.

F1=-0.373X1-0.136X2-0.050X3+0.023X4+0.027X5+0.058X6+0.174X7+0.358X8+0.131X9-0.653X10+0.025X11+0.478X12-0.007X13-0.075X14.

其中X1～X14分别表示加工番茄果实14个品质指标的原始测定结果经过标准化处理之后的值。得出果实品质综合评价模型:

F=0.46F1+0.21F2+0.14F3+0.08F4.

不同施肥处理下加工番茄果实综合品质评价排序为C1 800>C450>C900>CK。表7

表7 不同施肥处理下加工番茄品质的综合评价

3 讨 论

3.1钙、镁元素是加工番茄生产的关键因子[19],施用适当的钙镁肥是保证作物生长发育过程中钙、镁元素供应充足、提高品质的关键措施。有研究表明,基施钙镁肥可以促进番茄生长,改善品质[20]。试验显示,加工番茄果实对钙的吸收量大于镁的吸收量。各生育期内随着枸溶性钙镁肥施用量的增加,果实对钙、镁的吸收量增加,吸收速率提高,钙镁元素之间并未产生拮抗作用,这与李娟等[15、21]研究发现,在供钙浓度一定范围内,Ca2+并不与Mg2+拮抗或协助的结论相同。并且施用钙镁肥后脐腐病发生率显著降低,与前人[8]研究结果一致。脐腐病的发生大部分是由缺钙引起的,应当增加植株中的Ca2+含量,促进番茄对钙的吸收,降低脐腐病发生率。

3.2果实的外观和口感品质是评价果实品质差异的主要指标,并且也是消费者选择果实的重要影响因素[22-23]。试验在基施枸溶性钙镁肥的条件下,果实的品质显著高于对照,施用钙镁肥可提高果实品质。不同施用量处理的果实从外观品质上看,其果形指数方面有差异,施用量为1 800 kg/hm2果形指数最小,枸溶性钙镁肥施用量过高会抑制果实大小的生长。在姚棋等[24]研究外源钙处理对番茄果实品质的影响中有着相同的结论。试验还发现,钙镁肥的施用会促进番茄果实颜色指数增大,与刘军丽等[25]研究发现施用钙肥可使番茄果色更为鲜亮的结论相似。施用枸溶性钙镁肥可以改善果实颜色,可能是因为番茄果色主要与番茄红素含量有关,而植株体内Ca2+促进了果实中的乙烯合成,进而增加果实中的番茄红素含量,使加工番茄果实的颜色鲜亮[26-27]。口感品质方面,糖酸比是衡量口感好坏的重要指标。试验中,当枸溶性钙镁肥为1 800 kg/hm2时糖酸比最大,其他处理与对照无差异,说明高浓度钙镁会促进糖酸比,提高果实品质,钙镁离子间的拮抗作用对果实品质的影响较小,与吴一群等[28]研究结果一致。施用枸溶性钙镁肥还显著增加可溶性糖含量和果肉厚度,随着施用量增加,可溶性糖含量和果肉厚度也随之增加,改善了加工番茄的口感。各处理硬度差异不显著,这可能跟番茄品种的遗传特性有关[29]。

3.3有研究发现[10,30]施入钙、镁肥可以提高番茄果实中VC和番茄红素含量,降低硝酸盐含量。研究结果表明,施用枸溶性钙镁肥显著降低了硝酸盐的含量,增加了番茄红素和VC含量,施用量为1 800 kg/hm2时提质效果最优。但蒋欣梅等[31]研究发现,施用钙肥后都不同程度地降低了VC含量。这可能是由于不同的地理环境和栽培条件所致。

目前,主成分分析已广泛用于果蔬、食品品质的综合评价[32]。研究对14个品质指标进行综合评价。经综合评价发现,施用量为1 800 kg/hm2的得分最高,对照处理得分最低。可见,施用枸溶性钙镁肥可显著提高果实品质,有利于番茄生长发育,改善果实品质。但是综合分析评价加工番茄品质时运用哪些指标才能更加准确、全面的评判加工番茄品质的优劣,以及如何根据不同性状确定一个更为标准的权重系数仍需进一步研究。

4 结 论

C1 800处理下果实的糖酸比、果肉厚度、VC含量最高,分别比CK高55.01%、29.51%、18.86%,硝酸盐含量最低,脐腐病发生率分别比CK、C450、C900处理减少了37.43%、19.11%、8.63%。在石灰性土壤中施用枸溶性钙镁肥可促进加工番茄果实对钙、镁元素的吸收,从而降低脐腐病发生率,提高果实品质,以施用量为1 800 kg/hm2时效果最好。