基质栽培对番茄产量和品质影响的Meta分析

杨俊雪 王冲 石如岳 于点 高萌萌

摘    要：为整合分析基质栽培对番茄产量和品质的综合效应，以“番茄” “基质” “产量”或“品质”为主要关键词进行文献检索，在知网、万方和Web of Science中共筛选出符合Meta分析标准的文献38篇;以土壤栽培为对照，选择增产率=（处理产量-对照产量）/对照产量×100% 作为产量效应值，选择y=ln R（R表示处理指标/对照指标）作为品质指标效应值，采用Meta分析方法，整合分析不同配方基质栽培对番茄产量和品质的影响，并分类分析影响产量和品质效应的因素。Meta分析结果表明，与土壤栽培相比，基质栽培显著提高了番茄产量和部分品质指标;基质容重在0.6 g·cm-3左右、总孔隙度在70%～80%、有机质含量（w）>10%时所生产的番茄产量更高、品质更优。

关键词：番茄;基质栽培;产量;品质;Meta分析

中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：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]，营养丰富，深受人们喜爱。目前番茄多采用设施大棚进行栽培，连续种植多年的大棚普遍存在严重的连作障碍问题，而无土栽培技术作为克服连作障碍最有效、最经济和最彻底的办法[2]，在很多地区推广应用。无土栽培主要分成3种类型：基质栽培、水培和气雾培，其中，基质栽培所需设备简单，后期管理投入少，生产过程中性质稳定，在实际生产中应用最为广泛[3]。基质栽培根据基质的不同可分为无机基质栽培、有机基质栽培和混合基质栽培3种类型。珍珠岩、蛭石、炉渣、岩棉等无机基质一般很少含有营养，主要起固定支撑植物的作用，因此无机基质栽培完全靠营养液供给作物养分，对营养液的管理要求比较严格，应用成本相对较高。有机基质栽培主要利用草炭、菌渣、秸秆、稻壳、椰糠等作为栽培基质，有机基质虽含有丰富的养分供作物吸收利用，但其理化性质稳定性相对较差，因此不能够保证作物产量和品质的稳定。混合基质由结构性质不同的原料混配而成，由于各组分间的互补可实现理化性质的优势互补，在水、气、肥协调方面优于无机或有机基质[4]。近年来混合基质的研发倍受关注，且研究者们开始探究更多新的材料用于无土栽培，比如将农业废弃物发酵后再利用等[5]，不同栽培基质的效果也存在差异，故笔者采用Meta分析的方法来评价不同基质栽培的效果，为基质栽培技术的应用和推广提供理论依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源

以“番茄” “基质” “产量”或“品质”为主要关键词，于2020年5月在中国知网、万方和Web of Science数据库中进行全时间段文献检索，并基于以下3个标准对检索文献进行筛选：（1）研究区域位于中国范围内;（2）同一研究中必须包含土壤栽培对照处理和基质栽培试验处理;（3）文中必须列出各处理的产量或品质数据。基于以上标准，共筛选出文章38篇，从中分别获得番茄产量数据165组、维生素C含量数据121组、糖含量数据126组、酸含量数据82组、糖酸比数据83组、可溶性固形物含量数据96组、硝酸盐含量数据60组。

1.2 效应值计算及数据分析

分别建立番茄产量、品质指标的数据库，选择增产率=（处理产量-对照产量）/对照产量×100% 作为产量效应值，选择y=lnR（R表示处理指标/对照指标）作为品质指标效应值，y<0表示土壤栽培的果实品质（维生素C、糖、可溶性固形物含量，糖酸比）优于基质栽培，酸、硝酸盐含量则相反，试验组呈负效应，y>0表示基质栽培的果实品质（维生素C、糖、可溶性固形物含量，糖酸比）優于土壤栽培，酸、硝酸盐含量则相反，试验组呈正效应。

采用Excel 2010和SPSS 20进行数据分析，并使用Origin 2018绘制森林图。如果效应值的95%置信区间不包含0，则表明处理组和对照组之间的效应显著;反之，如果效应值的95%置信区间包含0，则表明处理组和对照组之间的效应不显著。

2 结果与分析

2.1 养分供应方式对番茄产量影响的效应分析

将所获得的产量相关数据和信息进行分析，可知基质栽培中为番茄提供和补充养分的方式主要有滴灌营养液、基施有机肥并追施有机肥、基施有机肥并追施化肥、基施有机肥和化肥并追施化肥等，按照养分供应方式进行分类，可分为4类：使用营养液供应养分（简称营养液）、仅使用有机肥供应养分（简称有机肥）、使用有机肥加化肥来供应养分（简称有机肥+无机肥），还有部分未明确说明施肥方式的用其他来表示（简称其他）。通过分析不同养分供应方式对番茄增产率的影响，可得结论如图1所示，与土壤栽培相比，基质栽培处理可使番茄产量总体增加10.56%，4种养分供应方式都能够比土壤栽培获得更高的产量，且均在95%置信区间内效应显著;其中增产率最高的是以营养液供应养分，增产率达23.71%，但与有机肥、有机肥+无机肥、其他的差异均不显著，表明以营养液供应养分的增产效果不稳定;以有机肥供应养分的增产率次之，增产率达20.70%，其与有机肥+无机肥、其他均呈显著性差异。

2.2 基质理化性质对番茄产量影响的效应分析

基质的有机质含量、容重、总孔隙度都是重要的理化性质指标，能够在很大程度上影响番茄产量。以基质有机质含量为解释变量，共收集数据65组，将基质的有机质含量划分为3个水平，由效应值计算结果图2可以看出，当有机质含量（w）>10%时，番茄增产效应显著，且有机质含量为10%～30%和有机质含量>30%之间的差异较小。以基质的容重为解释变量，共收集数据106组，将基质容重划分为3个水平，由效应值计算结果可以看出，基质容重>0.6 g·cm-3时，番茄的增产率最高，但与容重<0.3 g·cm-3、容重为0.3～0.6 g·cm-3的差异不显著。以基质总孔隙度为解释变量，共收集数据109组，将基质总孔隙度划分为3个水平，由效应值计算结果可以看出，不同水平总孔隙度的基质对番茄的增产效应均显著，但不同水平之间差异不显著。综上可知，基质容重、总孔隙度对番茄产量的影响不大，基质有机质含量>10%有助于番茄增产。

2.3 养分供应方式对番茄品质影响的效应分析

所收集的番茄品质数据包括维生素C、可溶性固形物、糖（包括可溶性糖、还原糖、总糖）含量，酸（包括有机酸、可滴定酸）含量、糖酸比，硝酸盐含量。分析各品质指标的综合效应值（由图3红点所示）可得，相对于土壤栽培，基质栽培能够提高番茄果实维生素C、糖、可溶性固形物含量和糖酸比，除维生素C含量在95%的置信区间内效应不显著外，糖、可溶性固形物含量和糖酸比在95%的置信区间内效应均显著;基质栽培能够降低番茄果实酸和硝酸盐含量，酸含量在95%置信区间内效应不显著，硝酸盐含量在95%置信区间内效应显著。

通过分析不同养分供应方式对番茄维生素C、糖、酸、可溶性固形物硝酸盐含量以及糖酸比的影响，可得出结论：以营养液来提供养分的基质栽培会降低番茄果实中维生素C、糖含量和糖酸比，而另外3种养分供应方式能够提高基质栽培番茄果实中维生素C、糖含量和糖酸比，其中仅使用有机肥来供应养分的基质栽培番茄果实的维生素C含量最高，与营养液、有机肥+无机肥、其他均呈显著性差异。仅使用有机肥来供应养分和使用有机肥+无机肥来供应养分均能够降低基质栽培番茄果实中酸含量，且在95%置信区间内效应显著，营养液和其他则会提高番茄果实中酸含量。4种养分供应方式的可溶性固形物含量效应值均大于0，为正效应，除使用营养液来供应养分在95%置信区间内效应不显著外，其余的在95%置信区间内效应均显著。4种养分供应方式的硝酸盐含量效应值均小于0，即4种养分供应方式的基质栽培均能够降低番茄果实中硝酸盐含量，其中以有机肥+无机肥来供应养分的方式在95%置信区间内效应不显著，其余的在95%置信区间内效应均显著。

2.4 基质理化性质对番茄品质影响的效应分析

2.4.1 基质有机质含量对番茄品质影响的效应分析 由图4以基质有机质含量为解释变量，共收集维生素C含量数据48组、糖含量数据57组、酸含量数据34组、可溶性固形物含量数据36组、硝酸盐含量数据37组，将基质的有机质含量划分为3个水平，分别是<10%、10%～30%、>30%。由效应值计算结果可以看出，维生素C含量的综合效应值及基质有机质含量3个水平的效应值均大于0，除基质有机质含量>30%在95%置信区间内效应不显著外，其余均显著;基质有机质含量为10%～30%时效应值最大，与基质有机质含量<10%之间差异显著。糖含量的综合效应值及基质有机质含量3个水平的效应值均大于0，为正效应，均在95%置信区间内效应显著;各水平的效应值随着基质有机质含量的升高而增大，且基质有机质含量>30%与<10%之间差异显著。酸含量的综合效应值及基质有机质含量3个水平的效应值均小于0，为负效应，且均在95%置信区间内效应显著，但3个水平之间差异不显著。可溶性固形物含量的综合效应值及基质有机质含量3个水平的效应值均大于0，为正效应，且均在95%置信区间内效应显著，但3个不同水平之间差异不显著。硝酸盐含量数据中基质的有机质含量划分为2个水平，硝酸盐含量的综合效应值及有机质含量<10%时的效应值均小于0，为负效应，说明有助于降低硝酸盐含量，但基质有机质含量>10%时为正效应，即增加了番茄果实硝酸盐含量。

综上可知，基质有机质含量对番茄果实中酸和可溶性固形物含量的影响不大，基质有机质含量为10%～30%对于提高番茄果实中维生素C含量的效果最好，基质有机质含量>30%对提高番茄果实中糖含量的效果显著，而基质有机质含量<10%有助于降低番茄果实中硝酸盐含量。

2.4.2 基质容重对番茄品质影响的效应分析 以基质的容重为解释变量，共收集维生素C含量数据77组、糖含量数据84组、酸含量数据62组、可溶性固形物含量数据71组、硝酸盐含量数据53组，将基质容重划分为3个水平，分别是<0.3 g·cm-3、0.3～0.6 g·cm-3、>0.6 g·cm-3，由效应值计算结果（图5）可以看出，维生素C含量的综合效应值及容重3个水平的效应值均大于0，为正效应，且随着基质容重的增大，效应值随之增大，基质容重>0.6 g·cm-3与基质容重<0.3 g·cm-3之间差异显著。糖含量的综合效应值及基质容重3个水平的效应值均大于0，为正效应，容重小于0.3 g·cm-3時效应值最小，容重为0.3～0.6 g·cm-3时效应值最大，两者之间差异显著。酸含量的综合效应值小于0，但容重<0.3 g·cm-3时的效应值大于0，即相对于土壤栽培，容重<0.3 g·cm-3的基质栽培提高了番茄果实酸含量，基质容重为0.3～0.6 g·cm-3和容重>0.6 g·cm-3的效应值均小于0，但容重>0.6 g·cm-3在95%置信区间内效应不显著。可溶性固形物含量的综合效应值及容重3个水平的效应值均大于0，为正效应，除容重<0.3 g·cm-3在95%置信区间内效应不显著外，其余均显著;容重为0.3～0.6 g·cm-3与容重>0.6 g·cm-3之间差异不大。硝酸盐含量的综合效应值小于0，基质容重<0.3 g·cm-3时的效应值接近于0且在95%置信区间内效应不显著，基质容重大于0.3 g·cm-3的效应值小于0，为负效应，且在95%置信区间内效应显著，其中0.3～0.6 g·cm-3、>0.6 g·cm-3这两个水平的效应值大小相近。

综上可知，基质容重>0.3 g·cm-3即可有助于提高番茄可溶性固形物含量、降低番茄硝酸盐含量，容重为0.3～0.6 g·cm-3时对提高番茄果实糖含量的效果显著且能够显著降低番茄酸度，容重>0.6 g·cm-3则对于提高番茄维生素C含量的效果最好。

2.4.3 基质总孔隙度对番茄品质影响的效应分析 以基质总孔隙度为解释变量，共收集维生素C含量数据80组、糖含量数据87组、酸含量数据65组、可溶性固形物含量数据74组、硝酸盐含量数据53组，将基质总孔隙度划分为3个水平（硝酸盐含量除外），分别是<70%、70%～80%、>80%（硝酸盐含量仅为<70%、>70%两个水平），由效应值计算结果图6可以看出，维生素C含量的综合效应值及总孔隙度3个水平的效应值均大于0，为正效应，其中基质总孔隙度70%～80%的效应值最大且在95%置信区间内效应显著。糖含量的综合效应值及基质总孔隙度3个水平的效应值均大于0，且均在95%置信区间内效应显著，但总孔隙度的3个水平之间差异不显著。酸含量的综合效应值小于0，为负效应，其中基质总孔隙度>80%时，番茄果实酸含量较高，基质总孔隙度为70%～80%时，番茄果实酸含量较低，两者之间差异显著。可溶性固形物含量的综合效应值及其3个水平的效应值均大于0，除总孔隙度>80%在95%置信区间内效应不显著外，其余均显著;其中总孔隙度为70%～80%时效应值最大，但与另外两个水平差异不显著。硝酸盐含量的综合效应值小于0，为负效应，其中总孔隙度<70%时为正效应，总孔隙度>70%时为负效应。

综上可知，基质总孔隙度对番茄糖含量的影响不大，基质总孔隙度>70%有助于降低番茄硝酸盐含量，基质总孔隙度不超过80%即可有助于提高番茄可溶性固形物含量，基质总孔隙度为70%～80%时，对于提高番茄维生素C含量、降低番茄酸含量的效果最好。

3 讨 论

与传统的土壤栽培相比，基质栽培能够有效地解决水、气、肥的矛盾，充分发挥作物的增产潜力，还能够有效克服设施栽培中的连作障碍，且基质栽培相对于水培、雾培投资少、易于操作，是当前无土栽培的主要方式[4，6]。

3.1 养分供应方式对番茄产量和品质的影响

在基质栽培的养分供应方式方面，Meta分析结果表明以营养液供应养分能够获得最高的增产率，但会降低番茄果实中维生素C和糖含量，增加番茄果实中酸含量，从而降低番茄果实的品质和口感;这表明使用营养液来供应养分有利有弊，其效果具有一些不确定性。究其原因，营养液用水、营养液配方的选择和配制、营养液的使用与管理、外界环境条件等都会影响植物对营养元素的吸收利用。如营养液配方选用不当、选用的肥料杂质过多或营养液配制方法不恰当，会造成某些营养元素形成沉淀或溶解度变小，从而造成植株营养失调。植物生长的不同阶段需要的营养液浓度不同，必须加以调节，否则会对生长不利，而且作物根系会对营养元素进行选择性吸收，作物根系首先吸收最需要的营养元素，对同一化合物的不同离子形式的吸收也会有明显差异，由于吸收不均衡，各组分含量的降低不一致，会导致营养液发生变化;此外营养液的酸碱度直接影响营养液中养分存在的状态、转化和有效性，灌水管和滴管头堵塞会造成养分供应不足，这都会影响番茄的生长发育、产量和品质[7-8]。

Meta分析结果显示仅使用有机肥供应养分对于提高番茄的产量和品质最为有益，根据仅以有机肥来供养养分的数据来看，这些试验都是采用有机生态型无土栽培方式，利用作物秸秆、菇渣、炉渣等作为栽培基质，施用羊粪、鸡粪等有机肥[9-10]，这些有机基质中有机物含量高，且基质中含有大量的微生物和酶，氨化细菌、硝化细菌、转化酶、脲酶、蛋白酶等均有利于有机质的分解，促使有机氮转化为易被番茄植株吸收的无机氮，从而提高有机基质的供肥能力。此外，作物秸秆和有机肥等有机基质的养分淋洗较为缓慢，持续供应作物养分的能力较强[11-12]，因此能够满足整个生育期的养分需求。

3.2 基质理化性质对番茄产量和品质的影响

有机质能够在微生物的作用下不断分解释放养分供给作物吸收利用，有机质含量增加，基质中各种酶和微生物就会积极参与其分解和转化的过程，增加基质的养分含量，所以有机质含量大于10%时有助于提高番茄的产量和部分品质指标含量。Meta分析结果显示基质有机质含量>10%时增加了番茄中硝酸盐含量，其原因可能是利用菌渣作为栽培基质时，菌渣中含有丰富的氮素，随着基质中菌渣含量的增加，含氮量增加，氮素过多不利于硝酸盐的转化和利用，因而出现硝酸盐大量累积的现象[13]，所以在基质配比中要注意各种原料的养分含量均衡。

有文献指出，栽培基质容重的适宜范围是0.15～0.80 g·cm-3[14]，容重过小，基质较轻，虽然运输、操作方便，但对植物根系的固定作用较差;容重过大，除质量大、运输不便外，还可能由于基质较紧密而导致基质的透水、透气性较差，对植物生长不利[15]，本研究中所收集的基质容重数据均在0.15～0.8 g·cm-3 的理想范围内，但结合Meta分析结果来看，一般基质容重在0.6 g·cm-3最为适宜。

基质的持水孔隙和通气孔隙之和称为总孔隙度[16]，研究表明[15，17]，总孔隙度在60%～90%范围内的基质有利于植物的生长，基质的总孔隙度大，容纳水和空气的能力则较强，但对植物根系的支撑固定能力较差，植株容易出现倒伏;基质的总孔隙度小，容纳水和空气的能力则弱，不利于植物的生长;在实际生产中，常将不同种类的基质进行混配，不同粒径大小的基质相互混合能够提高和改善基质的物理性状，可避免单一基质孔隙度偏大或偏小的问题。根据Meta分析结果，进一步确定有助于番茄生长的基质总孔隙度范围为70%～80%。

4 结 论

与土壤栽培相比，基质栽培可以显著提高番茄产量，显著提高番茄果实中糖、可溶性固形物含量以及糖酸比，并能够显著降低番茄果实中硝酸盐含量，进而改善番茄的口感和品质。基质的理化性质是影响番茄产量和品质的重要因素，基质有机质含量>10%、容重在0.6 g·cm-3左右、总孔隙度在70%～80%所生产的番茄能够获得更高的产量和更优的品质。

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