楊俊雪 王沖 石如岳 于點 高萌萌

摘? ? 要：為整合分析基質栽培對番茄產(chǎn)量和品質的綜合效應，以“番茄” “基質” “產(chǎn)量”或“品質”為主要關鍵詞進行文獻檢索，在知網(wǎng)、萬方和Web of Science中共篩選出符合Meta分析標準的文獻38篇;以土壤栽培為對照，選擇增產(chǎn)率=（處理產(chǎn)量-對照產(chǎn)量）/對照產(chǎn)量×100% 作為產(chǎn)量效應值，選擇y=ln R（R表示處理指標/對照指標）作為品質指標效應值，采用Meta分析方法，整合分析不同配方基質栽培對番茄產(chǎn)量和品質的影響，并分類分析影響產(chǎn)量和品質效應的因素。Meta分析結果表明，與土壤栽培相比，基質栽培顯著提高了番茄產(chǎn)量和部分品質指標;基質容重在0.6 g·cm-3左右、總孔隙度在70%～80%、有機質含量（w）>10%時所生產(chǎn)的番茄產(chǎn)量更高、品質更優(yōu)。

關鍵詞：番茄;基質栽培;產(chǎn)量;品質;Meta分析

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）06-047-07

Effects of substrate culture on the yield and quality of tomato： a Meta-analysis

YANG Junxue1， WANG Chong1， SHI Ruyue1， YU Dian1， GAO Mengmeng2

（1. College of Resources and Environmental Science， China Agricultural University， Beijing 100193， China; 2. College of Horticulture， China Agricultural University， Beijing 100193， China ）

Abstract： In order to integrate and analyze the comprehensive effects of substrate cultivation on tomato yield and quality， 38 papers were selected from CNKI， Wanfang and web of science with the key words of "tomato"， "substrate"， "yield" or "quality". The soil cultivation was set as control， yield increasing rate = （treatment yield - control yield） / control yield×100% was selected as yield effect value， and y = lnR （R=treatment index / control index） was selected as the effect value of quality index. The influence of different formula substrates on the yield and quality of tomato was analyzed by meta-analysis method， and the factors influencing the yield and quality were classified and analyzed. The results of meta-analysis showed that compared with the soil culture， tomato yield and some quality indicators were significantly increased by substrate culture. When the bulk density of the substrate was about 0.6 g·cm-3， the total porosity was 70%-80%， and the organic matter content was more than 10%， the tomato could obtain high yield and good quality.

Key words： Tomato; Substrate culture; Yield; Quality; Meta-analysis

番茄是一種世界性的蔬菜、水果作物[1]，營養(yǎng)豐富，深受人們喜愛。目前番茄多采用設施大棚進行栽培，連續(xù)種植多年的大棚普遍存在嚴重的連作障礙問題，而無土栽培技術作為克服連作障礙最有效、最經(jīng)濟和最徹底的辦法[2]，在很多地區(qū)推廣應用。無土栽培主要分成3種類型：基質栽培、水培和氣霧培，其中，基質栽培所需設備簡單，后期管理投入少，生產(chǎn)過程中性質穩(wěn)定，在實際生產(chǎn)中應用最為廣泛[3]?；|栽培根據(jù)基質的不同可分為無機基質栽培、有機基質栽培和混合基質栽培3種類型。珍珠巖、蛭石、爐渣、巖棉等無機基質一般很少含有營養(yǎng)，主要起固定支撐植物的作用，因此無機基質栽培完全靠營養(yǎng)液供給作物養(yǎng)分，對營養(yǎng)液的管理要求比較嚴格，應用成本相對較高。有機基質栽培主要利用草炭、菌渣、秸稈、稻殼、椰糠等作為栽培基質，有機基質雖含有豐富的養(yǎng)分供作物吸收利用，但其理化性質穩(wěn)定性相對較差，因此不能夠保證作物產(chǎn)量和品質的穩(wěn)定?；旌匣|由結構性質不同的原料混配而成，由于各組分間的互補可實現(xiàn)理化性質的優(yōu)勢互補，在水、氣、肥協(xié)調方面優(yōu)于無機或有機基質[4]。近年來混合基質的研發(fā)倍受關注，且研究者們開始探究更多新的材料用于無土栽培，比如將農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵后再利用等[5]，不同栽培基質的效果也存在差異，故筆者采用Meta分析的方法來評價不同基質栽培的效果，為基質栽培技術的應用和推廣提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以“番茄” “基質” “產(chǎn)量”或“品質”為主要關鍵詞，于2020年5月在中國知網(wǎng)、萬方和Web of Science數(shù)據(jù)庫中進行全時間段文獻檢索，并基于以下3個標準對檢索文獻進行篩選：（1）研究區(qū)域位于中國范圍內;（2）同一研究中必須包含土壤栽培對照處理和基質栽培試驗處理;（3）文中必須列出各處理的產(chǎn)量或品質數(shù)據(jù)。基于以上標準，共篩選出文章38篇，從中分別獲得番茄產(chǎn)量數(shù)據(jù)165組、維生素C含量數(shù)據(jù)121組、糖含量數(shù)據(jù)126組、酸含量數(shù)據(jù)82組、糖酸比數(shù)據(jù)83組、可溶性固形物含量數(shù)據(jù)96組、硝酸鹽含量數(shù)據(jù)60組。

1.2 效應值計算及數(shù)據(jù)分析

分別建立番茄產(chǎn)量、品質指標的數(shù)據(jù)庫，選擇增產(chǎn)率=（處理產(chǎn)量-對照產(chǎn)量）/對照產(chǎn)量×100% 作為產(chǎn)量效應值，選擇y=lnR（R表示處理指標/對照指標）作為品質指標效應值，y<0表示土壤栽培的果實品質（維生素C、糖、可溶性固形物含量，糖酸比）優(yōu)于基質栽培，酸、硝酸鹽含量則相反，試驗組呈負效應，y>0表示基質栽培的果實品質（維生素C、糖、可溶性固形物含量，糖酸比）優(yōu)于土壤栽培，酸、硝酸鹽含量則相反，試驗組呈正效應。

采用Excel 2010和SPSS 20進行數(shù)據(jù)分析，并使用Origin 2018繪制森林圖。如果效應值的95%置信區(qū)間不包含0，則表明處理組和對照組之間的效應顯著;反之，如果效應值的95%置信區(qū)間包含0，則表明處理組和對照組之間的效應不顯著。

2 結果與分析

2.1 養(yǎng)分供應方式對番茄產(chǎn)量影響的效應分析

將所獲得的產(chǎn)量相關數(shù)據(jù)和信息進行分析，可知基質栽培中為番茄提供和補充養(yǎng)分的方式主要有滴灌營養(yǎng)液、基施有機肥并追施有機肥、基施有機肥并追施化肥、基施有機肥和化肥并追施化肥等，按照養(yǎng)分供應方式進行分類，可分為4類：使用營養(yǎng)液供應養(yǎng)分（簡稱營養(yǎng)液）、僅使用有機肥供應養(yǎng)分（簡稱有機肥）、使用有機肥加化肥來供應養(yǎng)分（簡稱有機肥+無機肥），還有部分未明確說明施肥方式的用其他來表示（簡稱其他）。通過分析不同養(yǎng)分供應方式對番茄增產(chǎn)率的影響，可得結論如圖1所示，與土壤栽培相比，基質栽培處理可使番茄產(chǎn)量總體增加10.56%，4種養(yǎng)分供應方式都能夠比土壤栽培獲得更高的產(chǎn)量，且均在95%置信區(qū)間內效應顯著;其中增產(chǎn)率最高的是以營養(yǎng)液供應養(yǎng)分，增產(chǎn)率達23.71%，但與有機肥、有機肥+無機肥、其他的差異均不顯著，表明以營養(yǎng)液供應養(yǎng)分的增產(chǎn)效果不穩(wěn)定;以有機肥供應養(yǎng)分的增產(chǎn)率次之，增產(chǎn)率達20.70%，其與有機肥+無機肥、其他均呈顯著性差異。

2.2 基質理化性質對番茄產(chǎn)量影響的效應分析

基質的有機質含量、容重、總孔隙度都是重要的理化性質指標，能夠在很大程度上影響番茄產(chǎn)量。以基質有機質含量為解釋變量，共收集數(shù)據(jù)65組，將基質的有機質含量劃分為3個水平，由效應值計算結果圖2可以看出，當有機質含量（w）>10%時，番茄增產(chǎn)效應顯著，且有機質含量為10%～30%和有機質含量>30%之間的差異較小。以基質的容重為解釋變量，共收集數(shù)據(jù)106組，將基質容重劃分為3個水平，由效應值計算結果可以看出，基質容重>0.6 g·cm-3時，番茄的增產(chǎn)率最高，但與容重<0.3 g·cm-3、容重為0.3～0.6 g·cm-3的差異不顯著。以基質總孔隙度為解釋變量，共收集數(shù)據(jù)109組，將基質總孔隙度劃分為3個水平，由效應值計算結果可以看出，不同水平總孔隙度的基質對番茄的增產(chǎn)效應均顯著，但不同水平之間差異不顯著。綜上可知，基質容重、總孔隙度對番茄產(chǎn)量的影響不大，基質有機質含量>10%有助于番茄增產(chǎn)。

2.3 養(yǎng)分供應方式對番茄品質影響的效應分析

所收集的番茄品質數(shù)據(jù)包括維生素C、可溶性固形物、糖（包括可溶性糖、還原糖、總糖）含量，酸（包括有機酸、可滴定酸）含量、糖酸比，硝酸鹽含量。分析各品質指標的綜合效應值（由圖3紅點所示）可得，相對于土壤栽培，基質栽培能夠提高番茄果實維生素C、糖、可溶性固形物含量和糖酸比，除維生素C含量在95%的置信區(qū)間內效應不顯著外，糖、可溶性固形物含量和糖酸比在95%的置信區(qū)間內效應均顯著;基質栽培能夠降低番茄果實酸和硝酸鹽含量，酸含量在95%置信區(qū)間內效應不顯著，硝酸鹽含量在95%置信區(qū)間內效應顯著。

通過分析不同養(yǎng)分供應方式對番茄維生素C、糖、酸、可溶性固形物硝酸鹽含量以及糖酸比的影響，可得出結論：以營養(yǎng)液來提供養(yǎng)分的基質栽培會降低番茄果實中維生素C、糖含量和糖酸比，而另外3種養(yǎng)分供應方式能夠提高基質栽培番茄果實中維生素C、糖含量和糖酸比，其中僅使用有機肥來供應養(yǎng)分的基質栽培番茄果實的維生素C含量最高，與營養(yǎng)液、有機肥+無機肥、其他均呈顯著性差異。僅使用有機肥來供應養(yǎng)分和使用有機肥+無機肥來供應養(yǎng)分均能夠降低基質栽培番茄果實中酸含量，且在95%置信區(qū)間內效應顯著，營養(yǎng)液和其他則會提高番茄果實中酸含量。4種養(yǎng)分供應方式的可溶性固形物含量效應值均大于0，為正效應，除使用營養(yǎng)液來供應養(yǎng)分在95%置信區(qū)間內效應不顯著外，其余的在95%置信區(qū)間內效應均顯著。4種養(yǎng)分供應方式的硝酸鹽含量效應值均小于0，即4種養(yǎng)分供應方式的基質栽培均能夠降低番茄果實中硝酸鹽含量，其中以有機肥+無機肥來供應養(yǎng)分的方式在95%置信區(qū)間內效應不顯著，其余的在95%置信區(qū)間內效應均顯著。

2.4 基質理化性質對番茄品質影響的效應分析

2.4.1 基質有機質含量對番茄品質影響的效應分析 由圖4以基質有機質含量為解釋變量，共收集維生素C含量數(shù)據(jù)48組、糖含量數(shù)據(jù)57組、酸含量數(shù)據(jù)34組、可溶性固形物含量數(shù)據(jù)36組、硝酸鹽含量數(shù)據(jù)37組，將基質的有機質含量劃分為3個水平，分別是<10%、10%～30%、>30%。由效應值計算結果可以看出，維生素C含量的綜合效應值及基質有機質含量3個水平的效應值均大于0，除基質有機質含量>30%在95%置信區(qū)間內效應不顯著外，其余均顯著;基質有機質含量為10%～30%時效應值最大，與基質有機質含量<10%之間差異顯著。糖含量的綜合效應值及基質有機質含量3個水平的效應值均大于0，為正效應，均在95%置信區(qū)間內效應顯著;各水平的效應值隨著基質有機質含量的升高而增大，且基質有機質含量>30%與<10%之間差異顯著。酸含量的綜合效應值及基質有機質含量3個水平的效應值均小于0，為負效應，且均在95%置信區(qū)間內效應顯著，但3個水平之間差異不顯著?？扇苄怨绦挝锖康木C合效應值及基質有機質含量3個水平的效應值均大于0，為正效應，且均在95%置信區(qū)間內效應顯著，但3個不同水平之間差異不顯著。硝酸鹽含量數(shù)據(jù)中基質的有機質含量劃分為2個水平，硝酸鹽含量的綜合效應值及有機質含量<10%時的效應值均小于0，為負效應，說明有助于降低硝酸鹽含量，但基質有機質含量>10%時為正效應，即增加了番茄果實硝酸鹽含量。

綜上可知，基質有機質含量對番茄果實中酸和可溶性固形物含量的影響不大，基質有機質含量為10%～30%對于提高番茄果實中維生素C含量的效果最好，基質有機質含量>30%對提高番茄果實中糖含量的效果顯著，而基質有機質含量<10%有助于降低番茄果實中硝酸鹽含量。

2.4.2 基質容重對番茄品質影響的效應分析 以基質的容重為解釋變量，共收集維生素C含量數(shù)據(jù)77組、糖含量數(shù)據(jù)84組、酸含量數(shù)據(jù)62組、可溶性固形物含量數(shù)據(jù)71組、硝酸鹽含量數(shù)據(jù)53組，將基質容重劃分為3個水平，分別是<0.3 g·cm-3、0.3～0.6 g·cm-3、>0.6 g·cm-3，由效應值計算結果（圖5）可以看出，維生素C含量的綜合效應值及容重3個水平的效應值均大于0，為正效應，且隨著基質容重的增大，效應值隨之增大，基質容重>0.6 g·cm-3與基質容重<0.3 g·cm-3之間差異顯著。糖含量的綜合效應值及基質容重3個水平的效應值均大于0，為正效應，容重小于0.3 g·cm-3時效應值最小，容重為0.3～0.6 g·cm-3時效應值最大，兩者之間差異顯著。酸含量的綜合效應值小于0，但容重<0.3 g·cm-3時的效應值大于0，即相對于土壤栽培，容重<0.3 g·cm-3的基質栽培提高了番茄果實酸含量，基質容重為0.3～0.6 g·cm-3和容重>0.6 g·cm-3的效應值均小于0，但容重>0.6 g·cm-3在95%置信區(qū)間內效應不顯著?？扇苄怨绦挝锖康木C合效應值及容重3個水平的效應值均大于0，為正效應，除容重<0.3 g·cm-3在95%置信區(qū)間內效應不顯著外，其余均顯著;容重為0.3～0.6 g·cm-3與容重>0.6 g·cm-3之間差異不大。硝酸鹽含量的綜合效應值小于0，基質容重<0.3 g·cm-3時的效應值接近于0且在95%置信區(qū)間內效應不顯著，基質容重大于0.3 g·cm-3的效應值小于0，為負效應，且在95%置信區(qū)間內效應顯著，其中0.3～0.6 g·cm-3、>0.6 g·cm-3這兩個水平的效應值大小相近。

綜上可知，基質容重>0.3 g·cm-3即可有助于提高番茄可溶性固形物含量、降低番茄硝酸鹽含量，容重為0.3～0.6 g·cm-3時對提高番茄果實糖含量的效果顯著且能夠顯著降低番茄酸度，容重>0.6 g·cm-3則對于提高番茄維生素C含量的效果最好。

2.4.3 基質總孔隙度對番茄品質影響的效應分析 以基質總孔隙度為解釋變量，共收集維生素C含量數(shù)據(jù)80組、糖含量數(shù)據(jù)87組、酸含量數(shù)據(jù)65組、可溶性固形物含量數(shù)據(jù)74組、硝酸鹽含量數(shù)據(jù)53組，將基質總孔隙度劃分為3個水平（硝酸鹽含量除外），分別是<70%、70%～80%、>80%（硝酸鹽含量僅為<70%、>70%兩個水平），由效應值計算結果圖6可以看出，維生素C含量的綜合效應值及總孔隙度3個水平的效應值均大于0，為正效應，其中基質總孔隙度70%～80%的效應值最大且在95%置信區(qū)間內效應顯著。糖含量的綜合效應值及基質總孔隙度3個水平的效應值均大于0，且均在95%置信區(qū)間內效應顯著，但總孔隙度的3個水平之間差異不顯著。酸含量的綜合效應值小于0，為負效應，其中基質總孔隙度>80%時，番茄果實酸含量較高，基質總孔隙度為70%～80%時，番茄果實酸含量較低，兩者之間差異顯著?？扇苄怨绦挝锖康木C合效應值及其3個水平的效應值均大于0，除總孔隙度>80%在95%置信區(qū)間內效應不顯著外，其余均顯著;其中總孔隙度為70%～80%時效應值最大，但與另外兩個水平差異不顯著。硝酸鹽含量的綜合效應值小于0，為負效應，其中總孔隙度<70%時為正效應，總孔隙度>70%時為負效應。

綜上可知，基質總孔隙度對番茄糖含量的影響不大，基質總孔隙度>70%有助于降低番茄硝酸鹽含量，基質總孔隙度不超過80%即可有助于提高番茄可溶性固形物含量，基質總孔隙度為70%～80%時，對于提高番茄維生素C含量、降低番茄酸含量的效果最好。

3 討 論

與傳統(tǒng)的土壤栽培相比，基質栽培能夠有效地解決水、氣、肥的矛盾，充分發(fā)揮作物的增產(chǎn)潛力，還能夠有效克服設施栽培中的連作障礙，且基質栽培相對于水培、霧培投資少、易于操作，是當前無土栽培的主要方式[4，6]。

3.1 養(yǎng)分供應方式對番茄產(chǎn)量和品質的影響

在基質栽培的養(yǎng)分供應方式方面，Meta分析結果表明以營養(yǎng)液供應養(yǎng)分能夠獲得最高的增產(chǎn)率，但會降低番茄果實中維生素C和糖含量，增加番茄果實中酸含量，從而降低番茄果實的品質和口感;這表明使用營養(yǎng)液來供應養(yǎng)分有利有弊，其效果具有一些不確定性。究其原因，營養(yǎng)液用水、營養(yǎng)液配方的選擇和配制、營養(yǎng)液的使用與管理、外界環(huán)境條件等都會影響植物對營養(yǎng)元素的吸收利用。如營養(yǎng)液配方選用不當、選用的肥料雜質過多或營養(yǎng)液配制方法不恰當，會造成某些營養(yǎng)元素形成沉淀或溶解度變小，從而造成植株營養(yǎng)失調。植物生長的不同階段需要的營養(yǎng)液濃度不同，必須加以調節(jié)，否則會對生長不利，而且作物根系會對營養(yǎng)元素進行選擇性吸收，作物根系首先吸收最需要的營養(yǎng)元素，對同一化合物的不同離子形式的吸收也會有明顯差異，由于吸收不均衡，各組分含量的降低不一致，會導致營養(yǎng)液發(fā)生變化;此外營養(yǎng)液的酸堿度直接影響營養(yǎng)液中養(yǎng)分存在的狀態(tài)、轉化和有效性，灌水管和滴管頭堵塞會造成養(yǎng)分供應不足，這都會影響番茄的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質[7-8]。

Meta分析結果顯示僅使用有機肥供應養(yǎng)分對于提高番茄的產(chǎn)量和品質最為有益，根據(jù)僅以有機肥來供養(yǎng)養(yǎng)分的數(shù)據(jù)來看，這些試驗都是采用有機生態(tài)型無土栽培方式，利用作物秸稈、菇渣、爐渣等作為栽培基質，施用羊糞、雞糞等有機肥[9-10]，這些有機基質中有機物含量高，且基質中含有大量的微生物和酶，氨化細菌、硝化細菌、轉化酶、脲酶、蛋白酶等均有利于有機質的分解，促使有機氮轉化為易被番茄植株吸收的無機氮，從而提高有機基質的供肥能力。此外，作物秸稈和有機肥等有機基質的養(yǎng)分淋洗較為緩慢，持續(xù)供應作物養(yǎng)分的能力較強[11-12]，因此能夠滿足整個生育期的養(yǎng)分需求。

3.2 基質理化性質對番茄產(chǎn)量和品質的影響

有機質能夠在微生物的作用下不斷分解釋放養(yǎng)分供給作物吸收利用，有機質含量增加，基質中各種酶和微生物就會積極參與其分解和轉化的過程，增加基質的養(yǎng)分含量，所以有機質含量大于10%時有助于提高番茄的產(chǎn)量和部分品質指標含量。Meta分析結果顯示基質有機質含量>10%時增加了番茄中硝酸鹽含量，其原因可能是利用菌渣作為栽培基質時，菌渣中含有豐富的氮素，隨著基質中菌渣含量的增加，含氮量增加，氮素過多不利于硝酸鹽的轉化和利用，因而出現(xiàn)硝酸鹽大量累積的現(xiàn)象[13]，所以在基質配比中要注意各種原料的養(yǎng)分含量均衡。

有文獻指出，栽培基質容重的適宜范圍是0.15～0.80 g·cm-3[14]，容重過小，基質較輕，雖然運輸、操作方便，但對植物根系的固定作用較差;容重過大，除質量大、運輸不便外，還可能由于基質較緊密而導致基質的透水、透氣性較差，對植物生長不利[15]，本研究中所收集的基質容重數(shù)據(jù)均在0.15～0.8 g·cm-3 的理想范圍內，但結合Meta分析結果來看，一般基質容重在0.6 g·cm-3最為適宜。

基質的持水孔隙和通氣孔隙之和稱為總孔隙度[16]，研究表明[15，17]，總孔隙度在60%～90%范圍內的基質有利于植物的生長，基質的總孔隙度大，容納水和空氣的能力則較強，但對植物根系的支撐固定能力較差，植株容易出現(xiàn)倒伏;基質的總孔隙度小，容納水和空氣的能力則弱，不利于植物的生長;在實際生產(chǎn)中，常將不同種類的基質進行混配，不同粒徑大小的基質相互混合能夠提高和改善基質的物理性狀，可避免單一基質孔隙度偏大或偏小的問題。根據(jù)Meta分析結果，進一步確定有助于番茄生長的基質總孔隙度范圍為70%～80%。

4 結 論

與土壤栽培相比，基質栽培可以顯著提高番茄產(chǎn)量，顯著提高番茄果實中糖、可溶性固形物含量以及糖酸比，并能夠顯著降低番茄果實中硝酸鹽含量，進而改善番茄的口感和品質?；|的理化性質是影響番茄產(chǎn)量和品質的重要因素，基質有機質含量>10%、容重在0.6 g·cm-3左右、總孔隙度在70%～80%所生產(chǎn)的番茄能夠獲得更高的產(chǎn)量和更優(yōu)的品質。

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