中微量元素对番茄产量和品质影响的整合分析

2021-06-06石如岳王冲杨俊雪于点高萌萌

中国瓜菜 2021年3期

石如岳王冲杨俊雪于点高萌萌

摘要：基于已有文献数据讨论了施用中微量元素对番茄单果质量、产量和品质影响的程度，以期为科学施用中微量元素肥料提供依据。研究数据来源于中国知网、万方数据和Web of science，以不施用中微量元素为对照，选择反应比作为效应值，通过Meta分析方法综合分析施用中微量元素对番茄产量和品质的作用效果，并分亚组进行讨论分析。整合分析发现，施用中微量元素能够显著提高番茄果实单果质量和产量，提高比率分别为5.8%、10.2%;显著提高了果实中维生素C和番茄红素含量，提高比率分别为26.3%、69.4%;显著降低了果实中硝酸盐含量达6.7%。综上，施用中微量元素能够显著提高番茄果实单果质量、产量和维生素C含量、番茄红素含量等品质指标，叶面喷施效果优于土壤施用，微量元素效果优于中量元素，且中微量元素施用应以平衡施肥为前提。

关键词：番茄;中微量元素;产量;品质;Meta分析

Abstract： Based on the existing literature data， the influence of the application of trace elements on the single fruit weight， yield and quality of tomato was studied in this research， which provided a basis for the scientific application of trace element fertilizers. The data of this study was sourced from CNKI， Wanfang and web of science， the effects of applying medium and trace elements on tomato yield and quality were analyzed by meta-analysis method， and sub groups were discussed and analyzed. The integrated analysis showed that the application of medium and trace elements could significantly increase the single fruit weight and yield of tomato by 5.8% and 10.2% respectively; the contents of vitamin C and lycopene were increased by 26.3% and 69.4% respectively; the nitrate content in the fruit was significantly reduced by 6.7%. In conclusion， the effect of applying microelements such as medium element and microelements on tomato yield was better than that of applying microelements in soil.

Key words： Tomato; Middle and trace elements; Yield; Quality; Meta analysis

番茄作为全世界普遍栽培的蔬菜品种之一，因其风味独特而且含有多种矿物质、番茄红素等营养成分，深受大家的喜爱[1-4]。随着经济水平的提高，人们对番茄品质需求也不断增加，因此种植者在关注番茄产量的同时越来越重视品质和风味。番茄果实中糖分的积累是提升品质风味的关键步骤，而建立在较高含糖量的基础上有合适的糖酸比是番茄具有良好风味的前提，因此果实中的糖和酸含量对于番茄的口感和风味同样重要[5-6]。

番茄生长所必需的营养元素有17种，其中质量分数为0.1%～0.5%的元素称为中量元素，包括Ca、Mg、S;质量分数介于2×10-7～2×10-4 mg·kg-1的元素为微量元素，包括Zn、B、Cl、Fe、Mn、Cu、Mo等7种元素[7-8]。中微量元素是酶、维生素、激素等的重要组成部分，直接或间接地参与作物机体的代谢过程，对于提高番茄产量、改善果实品质、增加植株抗逆性具有重要意义[9-10]。因此，探究中微量元素对番茄产量和各项品质指标的影响效果对于番茄提质增效具有重要意义。李世莹等[11]试验发现，增施中微量元素肥料能够提高番茄的单果质量、产量和糖度等品质，从而提高经济效益。但孙利萍等[12]的研究结果表明，施用中微量元素对于提高番茄果实中的维生素C、番茄红素和可溶性固形物含量效果不显著，与上述结果不一致。此外，相关方面的研究大多是基于特定地区和特定指标，均没有中微量元素对番茄影响的系统报道。

Meta-analysis方法是在系统评价质性研究过程中，通过对同类试验数据进行收集、分析、归纳，从而形成新的结论，能够更加全面地反映各研究之间的共性和普及性，使结果更具有概括性和说服力[13-14]。姜玲玲等[15]运用Meta分析方法探究有机无机肥配施对番茄产量和品质的影响，姜言娇等[16]运用Meta分析方法整合分析灌溉模式對温室番茄产量和水分生产力的影响。综上，尽管Meta分析在番茄领域有所应用，但还未运用到探究中微量元素的施用对番茄生长、产量和品质相关指标的影响。因此，笔者应用Meta分析方法对施用中微量元素对番茄产量和品质的不同效应进行综合分析，以期揭示中微量元素应用于番茄产生中的综合效应。

1 材料与方法

1.1 数据收集

数据库建立时间在2020年5月，数据均来自于中国知网、万方数据和Web of science，以“番茄/西红柿”“产量/品质”“元素”为中文主题词进行文献检索，以“tomato”“element”“China”“yield”“quality”为英文主题词进行文献检索。根据Meta-analysis方法中数据整合的要求和本研究的目的，基于以下7个标准对文献进行筛选：（1）研究区域为中国范围内;（2）试验中番茄为大果型鲜食番茄品种;（3）同一研究中必须包含施用至少1种中微量元素试验组和不施用中微量元素对照组，试验组和对照组的差别只能是有、无中微量元素;（4）必须探究对产量或品质的影响，试验记录包含中微量元素含量、产量或品质指标均值、试验样本量等，重复数至少为3次;（5）文献中试验地、试验设计、气候条件、土壤理化性质及田间管理措施等明确写出;（6）种植方式为土壤栽培;（7）必须是大田试验。由于文献数量较少，且相关研究多是近30 a（年）的，因此未在时间方面设定筛选条件。

基于以上条件共筛选出43篇符合要求的文献，从中获得株高、茎粗、单果质量、产量以及硝酸盐、可溶性糖、可溶性固形物、有机酸、维生素C、番茄红素含量的数据分别为32、24、47、89、7、15、15、16、23和8组。所有数据均来自已经发表的文献。在数据搜集过程中，如果文献中数据是以图表形式表现的，则采用GetData Graph Digitizer 2.26软件来获取[17]。

1.2 数据分析

在Excel中建立关于番茄单果质量、产量和品质的数据库，并根据研究目的进行分类和计算，使用反应比R的自然对数（lnR）作为效应值：

式中Xt是试验组的单果质量、产量或相关品质指标的均值，Xc是对照组单果质量、产量或相关品质指标的均值[18]。因为入选的研究大多没有报道试验数据的标准误或标准差，故本文采用无权重分析方法，利用重复抽样技术计算效应值。采用SPSS 20.0进行bootstrap计算，抽样频率为5000次，得到平均效应值和上下限，利用Origin 2018制作森林图[19-21]。如果在95%的置信区间内不包括0，则效应值是显著的;如果分类变量之间95%的置信区间不重叠，则分类变量之间的差异是显著的[22]。

文中各指标的提高幅度计算公式为：

其中的试验组和对照组数据均为对应指标在文章中提取的数据，n为各指标数据量。

1.3 模型选择

不同研究间土壤质地、气候条件、栽培年份、番茄品种以及田间管理等方面存在着差异，故研究间存在着很大变异，所以选择随机效应模型计算综合效应值。

1.4 数据分类

为探究施用中微量元素对番茄产量和品质的影响情况，根据从符合筛选条件的文献中所提取的数据分布，按照中微量元素的施用方式和元素种类、栽培方式以及化肥投入量进行分类。

2 结果与分析

2.1 施用中微量元素对番茄生长指标的影响

由图1可知，施用中微量元素能够提高番茄植株的株高和茎粗，提高幅度分别为4.7%和10.2%。通过整合分析关于株高的32组数据和茎粗的24组数据发现，株高和茎粗的综合效应值均大于0，且在95%的置信区间内不包括0，表明中微量元素的施用对番茄株高和茎粗等生长指标的影响是正效应，且促进增长效果显著。

2.2 施用中微量元素对单果质量的影响

从图1中可以看出，施用中微量元素能够显著提高番茄的单果质量，提高幅度为5.8%。将以上数据按照施用方式划分发现，叶面喷施和土壤施用对番茄单果质量分别提高6.9%和3.8%。两种施用方式均能增加单果质量，叶面喷施的作用效果优于总效应值，但是叶面喷施、土壤施用和总效应值在95%的置信区间内差异不显著。按照元素种类划分发现，单独施用中量元素或微量元素均能提高单果质量。无论是总效应值还是各亚组划分所得效应值均大于0，且效应值在95%置信区间内均不包括0，即中微量元素对番茄单果质量的作用效果显著。

2.3 施用中微量元素对番茄产量的影响

2.3.1 施用方式对番茄产量的影响从图2可以看出，施用中微量元素能够显著提高番茄的产量，其增产率达10.2%。将番茄产量的数据按照不同施用中微量元素的方法进行分类，主要分为叶面喷施和土壤施用，其中叶面喷施的增产率为11.4%，土壤施用的增产率为8.2%。通过整合分析结果表明，叶面喷施中微量元素的效果略优于土壤施用，但是两种方式之间差异不显著，且均与总效应之间差异不显著，其效应值均大于0且在95%置信区间内均不包括0，即叶面喷施和土壤施用中微量元素对番茄的增产效果显著。

2.3.2 元素种类对番茄产量的影响按照元素种类进行分类，发现施用中量元素或微量元素均能提高番茄产量，不同种类的中微量元素增产率分别为：中量元素为5.4%、微量元素为11.8%、喷锌为6.5%、喷硼为21.9%。通过整合分析可以看出，施用微量元素对番茄产量的作用效果优于总效应值，但未达显著性差异;施用中量元素的效果低于总效应值，且达到显著性差异。总体来说，单独施用微量元素比单独施用中量元素的增产效果更好。其中微量元素锌能够提高番茄产量，但在95%的置信区间内增产效果不显著;微量元素硼能够提高番茄产量，且与总效应值相比具有显著性差异。其他元素由于数据量太少未单独列出分析。

2.3.3 栽培方式对番茄产量的影响按照栽培方式可以分为保护地栽培和露地栽培，不同栽培方式的综合效应值均大于0，且在95%的置信区间内不包括0，故增产效果显著，其增产率分别为：保护地为6.8%，露地为7.8%。通过整合分析可以看出，露地栽培效果略优于保护地栽培，但两种栽培方式未达显著性差異。保护地栽培和露地栽培施用中微量元素均能提高番茄的产量，且在95%的置信区间内增产效应显著。

2.3.4 化肥投入量对番茄产量的影响中微量元素的作用效果是以适宜的大量元素肥料为基础的，而氮肥和钾肥是影响番茄产量的重要因素，因此通过对总化肥用量、总氮肥和钾肥用量进行分类，分别探究在不同肥料用量的条件下施用中微量元素对番茄产量的影响效应。从图3中可以看出，总化肥投入量<375 kg·hm-2时施用中微量元素对番茄增产效果最显著，且优于总效应值，但未达到显著差异，其增产率达15.3%。随着总化肥投入量的增加，施用中微量元素的增产效果依次递减，其增产率依次为：投入量375～525 kg·hm-2时为6.7%、525～675 kg·hm-2时为5.4%、≥675 kg·hm-2时为4.0%。其中总化肥投入量≥675 kg·hm-2时的增产效果低于总效应，且达到显著性差异。

对总氮肥投入量进行分类分析发现，随着氮肥投入量的增加，施用中微量元素对番茄的增产效果依次递减，其增产率依次为：氮肥用量<150 kg·hm-2时为11.3%、150～300 kg·hm-2时为8.4%、≥300 kg·hm-2时为5.2%，其中总氮肥投入量≥300 kg·hm-2时的增产效果显著低于总效应。

对总钾肥投入量进行分类分析发现，随着钾肥投入量的增加，施用中微量元素对于番茄的增产效果依次递减，其增产率依次为：钾肥用量<150 kg·hm-2时为10.9%、150～300 kg·hm-2时为5.5%、≥300 kg·hm-2时为3.3%。其中总钾肥投入量为150～300 kg·hm-2与≥300 kg·hm-2的增产效果均与总效应值呈显著性差异。

2.4 施用中微量元素对番茄品质指标的影响

通过整合分析结果可以看出，中微量元素的施用对番茄不同品质指标的作用效果不同，果实中可溶性糖、有机酸、维生素C、可溶性固形物、番茄红素和硝酸盐含量分别提高6.1%、0.9%、26.2%、5.9%、69.4%、-6.7%。从图4中可以看出，中微量元素的施用能够提高番茄果实中维生素C和番茄红素含量、降低硝酸盐含量，在95%的置信区间内效应显著;能够提高番茄果实中可溶性固形物和可溶性糖的含量，但在95%的置信区间内效应不显著;对果实中有机酸的含量没有明显改变。

按照施用中微量元素的方式不同，可分为叶面喷施和土壤施用。两种施用方式果实中可溶性糖含量分别提高为7.3%和7.0%，维生素C含量分别提高17.3%和32.1%。从图4中可以看出，两种施用方式均能提高番茄的可溶性糖含量，在95%的置信区间内叶面喷施效果显著，土壤施用的作用效果不显著。叶面喷施和土壤施用均能提高番茄果实中维生素C含量，在95%的置信区间内作用效果显著，但与总效应值相比无显著性差异。对于番茄果实中的有机酸含量来说，叶面施用能够降低有机酸含量，土壤施用能够提高有机酸的含量，但在95%的置信区间内作用效果均不显著。

3 讨论

笔者应用整合分析法针对施用中微量元素对番茄产量和品质影响的问题进行定量分析和探究，发现番茄施用中微量元素的作用效果在总体上具有积极意义，但是施用方式、元素种类以及栽培方式等的不同其作用效果有所差异，一方面可能是中微量元素的作用效果受到当地特定的气候环境、土壤条件、番茄品种等客观因素，以及肥料品种、灌水量、整枝打杈等管理条件的影响，另一方面还可能与中微量元素的浓度、用量以及施用次数和使用时间等有关[23-24]。

3.1 中微量元素对番茄单果质量的影响

与常规施肥相比，施用中微量元素能够显著提高番茄的单果质量，不同施用方式以及元素种类差异不显著。由于大多数中微量元素作为作物体内酶或辅酶的重要成分或活化剂，通过促进作物体内重要的生理生化过程和碳水化合物的运输，有利于养分转化和干物质积累，从而提高单果质量[8，25-27]。另外，中微量元素可能通过影响氮素代谢来影响番茄果实的形成和發育，从而提高单果质量。

3.2 中微量元素对番茄产量的影响

与对照相比，施用中微量元素能够显著提高番茄的产量。一方面是因为单果质量与产量之间有一定的正相关关系，随着单果质量的提高直接影响了作物的产量;另一方面，番茄的养分吸收具有“生育期短、需肥量大”等特点，在番茄的生育期内补充其所需的各种营养元素是保证产量的关键[28]。根据李比希的“最小养分定律”，作物生长受相对含量最少的养分所支配[29]。有研究表明，近百年来随着大量元素肥料的施用量急剧增加，土壤中被带走的中微量元素没有得到及时补充，因此中微量元素逐渐成为了提高番茄产量的限制因子。Mg、Fe、Mn等中微量元素对于叶绿素的合成和光合作用具有重要作用，光合作用的提高有利于作物的生长和有机物的积累，从而提高产量[30]。S、Cu、Mn、Fe、Zn等参与蛋白质的合成和氮素代谢，进而通过影响番茄的株高、茎粗等植株生长指标和果实的形成和发育，从而直接或间接影响番茄产量[31-32]。王刚[33]通过试验发现，喷施中量元素能够使番茄增产率达到7.5%。苏国顺等[34]通过试验发现，喷施微量元素肥料能够显著提高番茄的产量，增产率达16.3%。除此之外，一些微量元素如Cl、Zn等能够提高作物的抗病性和抗逆性，通过减少病虫害的发病率从而提高产量[31] 。

此外，通过整合分析发现，施用中微量元素对番茄产量影响的效应值随着大量元素施肥量的增加而降低。有研究表明，中微量元素的施用要在大量元素肥料的基础上才能发挥肥效，而且在不同的N、P、K施用水平下作物对中微量元素的反应也不尽相同[35]。马跃等[36]通过试验探究发现，适宜的大量元素肥料用量具有明显的增产效果，但是过量施用会产生负效应。蔡东升等[37]通过试验探究发现，番茄的产量随着N、P、K补充量的增加呈现先增加后降低的趋势。因此，如果农户在种植番茄时存在着过量施肥以追求高产的现象，会从一定程度上弱化施用中微量元素的作用效果。总之，施用中微量元素应该以施用适量的大量元素肥料为前提，以便更好地提高番茄果实的产量和可溶性糖、可溶性固形物、有机酸等品质指标的含量[12]。

3.3 中微量元素对果实品质指标的影响

施用中微量元素能够改善番茄品质，主要表现在提高果实中的可溶性糖、维生素C、可溶性固形物和番茄红素的含量以及降低硝酸盐的含量。提高番茄的可溶性糖含量是品质提升的重要步骤，在成熟期果实中的糖分以葡萄糖和果糖为主，这两种糖是由光合转运产物蔗糖转运到果实中代谢转变而成，这一系列过程涉及光合作用和多种酶[38]。维生素C又称抗坏血酸，既是氧化剂，也是光合作用、细胞分裂和生长代谢过程中的辅酶，其合成与代谢需要多种酶的参与[39]。番茄红素是类胡萝卜素代谢的中间产物，其合成过程需要多种酶的参与[40]。而可溶性固形物主要是由可溶性糖、有机酸、维生素C、番茄红素等构成，对番茄果实的品质好坏起着决定性作用[41]。作物吸收硝态氮肥后必须经过一系列的还原过程转变为NH3，而这一过程需要硝酸还原酶的参与，Mo作为硝酸还原酶和固氮酶的成分在氮素代谢过程中起着至关重要的作用，影响着作物体内硝酸盐的含量[8]。Zn、Mo等多种中微量元素是多种酶或辅酶的组分或活化剂，因此对于可溶性糖、维生素C、番茄红素等的合成有密切联系。此外，B的重要营养功能之一是参与糖的运输，而Ca有利于作物干物质的积累和延缓早衰，同时有效防止果实在运输过程中出现腐烂现象，从而提高贮藏品质[8]。李世莹等[11]通过试验探究发现，增施中微量元素能够提高番茄的甜度，秦鱼生等[42]发现增施中微量元素肥料能够提高番茄维生素C含量和糖酸比，同时降低硝酸盐含量。

4 结论

综上所述，中微量元素的施用可以显著提高番茄植株的株高、茎粗等生长指标和单果质量、产量等果实指标，通过显著提高番茄果实中的可溶性糖、维生素C、番茄红素含量以及降低硝酸盐含量从而提升番茄品质。另外，施用方式、元素种类以及栽培方式对产量的影响略有不同，以叶面喷施较土壤施用效果更好，微量元素较中量元素效果更好。此外，化肥投入量显著影响中微量元素对番茄产量的作用效果。因此，以平衡施肥为前提，施用中微量元素对于番茄的提质增效具有重要作用。

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