限根下不同施钙量对番茄品质、产量及养分的影响

刘军丽，包 婕，李建设，高艳明

(宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021)

【研究意义】钙是植物生长的必需营养元素，参与植物体内多种生理生化过程的调控[1-2]。植物体内缺钙会导致其顶芽和根系顶端发育不良，严重时生长点坏死并出现多种生理病害[3]，阻碍作物正常生长发育、降低产量和品质，尤其是对钙敏感的果蔬类作物，危害更大。番茄是喜钙作物，因缺钙导致的脐腐病是番茄种植中常见的生理病害，严重影响番茄产量和品质。钙是一种较难移动的中量营养元素，基本只能在木质部随蒸腾流向上运输，韧皮部运输的钙量极少，这种特性决定了当土壤钙素供给或钙素在植物体内运输受到抑制时，植株幼嫩器官如幼叶、生长点、果实等首先受到影响而缺钙。蔬菜作物需钙量较大，且在整个生育期的需求量都很大[4]。【前人研究进展】蔬菜作物上施用硝酸钙对增加蔬菜产量和改善产品成分效果显著，能提高维生素C和糖的含量；钙溶液质量分数在0 %～8 %，随钙肥用量增加，果实、品质也随之提高。钙镁肥配施能显著提高番茄产量和果实中抗环血酸和还原糖的含量[5-9]。磷素的缺乏会造成作物生长的逆境胁迫，产量与品质大幅下降[10-11]，钾、钙、镁均为阳离子，通常表现为拮抗作用[12]。在钾不存在时会有利于钙的吸收。在有钾的情况下，当K+进入细胞时，阻碍了Ca2+的吸收[13-14]。番茄植株中钙的含量以叶片最高、根茎次之、果实最低[15]，钙在番茄体内含量的不均衡是导致番茄易得脐腐病的重要原因[16]。【本研究切入点】本试验通过土壤限根栽培番茄施用钙肥试验，以番茄的品质、产量为基本点，探讨钙肥对植株其他矿质元素吸收、分配的影响及不同生育期番茄根区土壤养分含量的变化趋势。【拟解决的关键问题】探求有利于提高番茄品质、产量等的钙肥施用量，为高效合理利用钙肥提供理论依据。

1 材料与方法

试验于2017年8-12月在宁夏贺兰县园艺产业园D10(温室跨度8 m，长度80 m，高度4.5 m，后墙高度3.4 m。后墙采用双层砖墙，后墙总厚度1.1 m。温室墙体后接6 m跨度阴棚)日光温室内进行。

1.1 供试肥料

四水硝酸钙、磷酸二氢铵、硝酸钾、七水硫酸镁、硫酸钾、尿素、有机肥(宁夏丰源生物科技有限公司)。

1.2 供试作物

供试作物为普通红果大番茄，品种为“粉贝尔2号”(由宁夏嘉禾源种业有限公司提供)。采用土壤栽培，有机肥及供试土壤的主要理化性质如表1所示。

1.3 试验设计

沿栽培畦挖沟宽0.4 m，深15 cm，铺设无纺布，然后回填土壤至30 cm，畦面耙磨平整。每处理3次重复，随机排列。小区面积为9.75 m2(畦宽1.5 m×畦长6.5 m)，每小区定植28株。除对照(CK)外，每小区施入有机肥45 kg，草炭50 L。具体的试验设计如表2所示。

定植后浇清水促进缓苗，缓苗后开始处理，依据植株生长和天气情况进行营养液灌溉，各处理浇灌量一致，采用熊蜂授粉，各小区栽培管理方式相同，采用单杆整枝，每株留5穗果，每穗留4～5个果。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 产量及果实品质的测定 记载采收日期，各处理的产量按小区实测。记录小区每穗果实质量和果实个数，计算平均单果重及小区产量，最后折算成667 m2产量。可溶性糖含量用蒽酮比色法测定；维生素C含量用钼蓝比色法测定；硝酸盐含量用水杨酸-硫酸法测定；可溶性固形物含量用TD-45手持式数显糖度计测定。

表1 定植前不同土层土壤及有机肥基本理化性质

表2 不同处理元素浓度

表3 不同钙肥处理对番茄果实品质的影响

注：同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level(P<0.05).

1.4.2 土壤及植株养分的测定 在开花前期、开花坐果期、结果初期、盛果期及拉秧期分别取番茄根区0～30 cm土壤及番茄植株测定养分含量，土壤速效钾采用1 mol/L乙酸铵溶液浸提，火焰光度计测定；速效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠溶液浸提，钼锑抗比色法测定；速效氮采用饱和硫酸钾浸提，凯氏定氮仪测定；土壤水溶性钙、镁含量采用EDTA配合滴定法测定；H2O2-浓硫酸消煮后按文献[17]测定全氮、磷、钾含量，用浓硝酸-高氯酸消煮-原子吸收分光光度法[18-19]测定全钙、镁含量。

1.5 数据分析

使用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 20软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同钙肥处理对番茄果实品质及产量的影响

2.1.1 不同钙肥处理对番茄果实品质的影响 各处理随机采摘5个第二穗果实测定番茄品质。由表3可知，与对照相比，处理T1～T4的番茄可溶性固形物含量分别提高了14.80 %、14.40 %、19.78 %和14.40 %；可溶性糖含量分别提高了13.42 %、20.13 %、12.41 %和6.04 %；维生素C含量分别提高了10.36 %、13.79 %、15.38 %和8.67 %；硝酸盐含量分别降低了15.02 %、3.70 %、9.61 %和7.54 %。其中，可溶性固形物、维生素C与对照组作差异性分析，结果表明处理T1～T4与对照组差异显著，T1～T4处理组间差异不显著，且T3处理的可溶性固形物、维生素C含量的平均值均为最大。可溶性糖、硝酸盐含量与对照组差异不显著，其中各处理可溶性糖含量大小顺序为T2>T1>T3>T4>CK；各处理硝酸盐含量大小顺序为CK>T2>T4>T3>T1。果形指数差异不显著，各处理的果形指数在0.8～0.9，番茄果形为圆形或近圆形，T3处理平均值最大。

2.1.2 不同钙肥处理对番茄果实产量及脐腐果率的影响 2017年10月25日至拉秧期间，实测各处理小区的产量、小区果数、脐腐果数等，各项指标数据分析如表4所示，平均单果重随着钙营养的增加呈“M”型曲线，其大小顺序为T3>T4>T1>T2>CK，且T1、T3、T4与CK差异显著，T2与T1、CK差异不显著。小区果数随着钙营养的增加呈现“降-增-降”的趋势，其大小顺序为T2>T3>T4>CK>T1，T2与CK、T1差异达显著水平，T2与T3、T4差异不显著。小区产量在一定的范围随着钙营养的增加而增加，钙营养若继续增加产量反而降低，小区产量以T3最大，T4次之，且T2、T3和T4处理间差异不显著。亩产的变化趋势及差异与小区产量相同。脐腐果率随着钙营养的增加呈先降低后增加再降低的趋势，CK最大，T2次之，显著大于T1、T3、T4。

表4 不同钙肥处理对番茄果实产量及脐腐果率的影响

注：同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level(P<0.05).

2.2 不同钙肥处理对不同生育期番茄植株茎叶与根部养分的影响

2.2.1 不同钙肥处理对不同生育期番茄植株茎叶与根部N、P、K的影响 磷作为植物生长发育所需的大量营养元素之一，不仅参与细胞的结构组成，而且在新陈代谢以及信息传递等方面都起着重要作用。由图1可知，不同生育期，各处理茎叶及根部全磷养分变化趋势不同。开花前期，T1～T4处理茎叶部全磷含量低于根部，茎叶部全磷含量大小顺序为T3>T4>T1>CK>T2，T3与CK、T1、T2差异达显著水平、与T4差异不显著。开花坐果期，根部全磷含量处理T3最大，T4次之，两者间差异不显著，但显著大于其他各处理；茎叶部全磷含量大小顺序为T1>T3>T4>CK>T2，且T3与T1间差异不显著，但显著大于其他各处理。结果初期，根部及茎叶部全磷含量处理T1均为最大，且显著大于其他各处理，T2与T3差异不显著。盛果期，T1处理茎叶部全磷含量最大，与其他各处理的差异均达到显著水平；根部全磷含量大小顺序为CK>T2>T3>T1>T4，且CK处理显著大于其他各处理。拉秧期，CK处理茎叶全磷含量与T1、T3处理差异达显著水平、与T2、T4处理差异不显著，CK处理根部含量显著小于其他各处理。

氮素对产量形成和品质提高起着至关重要的作用。由图2可知，不论茎叶部还是根部全氮含量随着生育期的推进逐渐降低。开花前期，CK茎叶部全氮含量最小、且显著小于其他各处理；根部全氮含量大小顺序为T2>T4>T3>CK>T1，T4与CK、T1差异达显著水平、与T2、T3差异不显著。开花坐果期，根部全氮含量大小顺序为T2>CK>T4>T3>T1；T2处理茎叶部全氮含量最大，T2与T3处理差异不显著，T2显著大于CK、T1、T4。结果初期，茎叶部及根部全氮含量随着钙肥的增加呈现先增加后降低的趋势，且处理T3含量最低。盛果期，各处理根部全氮含量差异不显著，其大小顺序为T3>T2>T4>T1>CK；T2茎叶部全氮含量最大、显著大于其他各处理。拉秧期，茎叶部全氮含量随着钙肥的增加呈现“增-减-增”的变化趋势，T2处理含量最小、显著小于其他各处理；根部全氮含量随着钙营养的增加而增加，CK全氮含量最低，显著低于其他各处理。

图1 不同生育时期不同钙肥处理对番茄植株茎叶及根部全磷含量的影响Fig.1 Effect of different calcium fertilizer treatments on total phosphorus content in stems, leaves and roots of tomato plants at different growth stages

图2 不同生育时期不同钙肥处理对番茄植株茎叶及根部全氮含量的影响Fig.2 Effect of different calcium fertilizer treatments on total nitrogen content in stems, leaves and roots of tomato plants at different growth stages

图3 不同生育时期不同钙肥处理对番茄植株茎叶及根部全钾含量的影响Fig.3 Effect of different calcium fertilizer treatments on total potassium content in stems, leaves and roots of tomato plants at different growth stages

钾是公认的品质元素，对提高番茄品质起着重要作用。由图3可知，开花前期，CK茎叶部全钾含量最大、显著大于T2和T4处理；T4处理根部全钾含量显著小于其他各处理。开花坐果期，T1处理茎叶部全钾含量最大，显著大于T2、T3；T2处理根部全钾含量最大，显著大于其他各处理。结果初期，T2处理茎叶部及根部全钾含量最小，其中茎叶部含量显著小于其他各处理，根部全钾含量大小顺序为T4>T3>CK>T1>T2，T4显著大于T1、T2。盛果期，根部全钾含量各处理差异不显著，其大小顺序为T2>T3>T1>CK>T4；T1处理茎叶部全钾含量最大、且显著大于其他各处理。拉秧期时，T2处理茎叶部全钾含量最小、根部最大，且与其他各处理差异显著。

2.2.2 不同钙肥处理对不同生育期番茄植株茎叶与根部Ca、Mg的影响 由图4可知，开花前期，随着钙肥的增加茎叶部与根部全钙含量呈现相反的变化趋势，T3处理茎叶部全钙含量最大，显著大于CK、T2、T3，与T1差异不显著；T1处理根部全钙含量最小、显著低于其他各处理。开花坐果期，CK处理茎叶部及根部全钙含量最小，增施钙肥有利于茎叶部对Ca元素的积累，茎叶部全钙含量大小顺序为T2>T3>T4>T1>CK，CK与T1处理间差异不显著，但是显著小于T2～T4处理；根部全钙含量T3处理含量最大，显著大于CK、T1、T4，与T2处理差异不显著。结果初期，根部全钙含量随着钙肥的增加而增加，T4处理含量最大，显著大于其他各处理；茎叶部全钙含量随着钙肥的增加呈现先增加后减小的趋势，说明过量钙肥反而会降低茎叶部对钙养分的吸收。盛果期，茎叶部全钙含量T4处理最大，T3次之；根部全钙含量大小顺序为T4>T1>T2>T3>CK，CK处理显著小于其他各处理。拉秧期，茎叶部全钙含量大小顺序为T4>T2>T1>CK>T3；T2处理根部全钙含量最大，显著大于其他各处理。

由图5可知，开花前期，T2处理茎叶部、根部全镁含量均为最大，且茎叶部全镁含量显著大于其他各处理。开花坐果期，随着钙肥的增加全镁含量茎叶部与根部变化趋势相反，T3处理茎叶部全镁含量最小但根部含量最大。结果初期，T1处理茎叶部及根部全镁含量最小，且茎叶部显著小于其他各处理；根部全镁含量大小顺序为T4>CK>T2>T3>T1，T1处理与T2、T3处理差异不显著，与T4、CK差异达显著水平。盛果期时，茎叶部全镁含量随着钙肥的增加呈现增-减-增的变化趋势，T3处理茎叶部全镁含量最大，显著大于其他各处理；根部全镁含量随着钙肥的增加呈现降低的趋势，T4处理根部全镁含量最小，显著小于其他各处理，可见，高钙抑制根部对镁元素的吸收。拉秧期，处理T4茎叶部全镁含量最大，显著大于其他各处理；根部全镁含量大小顺序为T2>CK>T3>T4>T1，T1含量最小，显著小于其他处理。

图4 不同生育时期不同钙肥处理对番茄植株茎叶及根部全钙含量的影响Fig.4 Effect of different calcium fertilizer treatments on total calcium content in stems, leaves and roots of tomato plants at different growth stages

图5 不同生育时期不同钙肥处理对番茄植株茎叶及根部全镁含量的影响Fig.5 Effect of different calcium fertilizer treatments on total magnesium content in stems, leaves and roots of tomato plants at different growth stages

2.3 番茄植株茎叶部与根部矿质元素间的相关分析

不同处理下植株全钙与其他矿质元素的相关性如表所示，由表5可知，植株茎叶部Ca与茎叶部N、P、K、根部N、K、Mg元素和根部Ca与根部N、茎叶部N、P、K元素呈负相关关系，且茎叶部Ca与N元素的相关系数随着钙肥的施入呈现降低的趋势，CK处理时相关系数最大-0.964**，表现为极显著负相关，即钙肥的施入在一定程度上有利于植物茎叶部对N元素的吸收。茎叶部Ca与茎叶部Mg元素呈正相关，随着钙肥的增加相关系数增加，CK～T4处理的相关系数分别为0.61、0.799、0.878、0.937*和0.922*。CK中茎叶部Ca与根部P、根部Ca与根部P、K、Mg元素均呈正相关，T1～T4处理的相关系数均为负值，钙肥的施入不利于植株P、K、Mg元素的吸收。CK根部Ca与茎叶部Mg元素间表现极显著负相关(-0.962**)，T1～T4处理呈正相关关系，但相关性未达显著水平。

2.4 不同钙肥处理对番茄根区土壤养分含量的影响

2.4.1 不同钙肥处理对番茄根区土壤速效养分含量的影响 番茄五个生育期不同处理0～30 cm土层中速效养分含量的变化如图6所示所示，土壤速效N含量低于速P、速K含量，CK、T3处理速效N含量在开花前期最大，且显著大于其他各处理；T1、T2、T4处理速效N含量在盛果期达到最大值。不同生育期的土壤速效P含量变化差异较大，CK处理在开花坐果期速效P含量最大且显著大于其他各处理，开花前期T1处理土壤速效P含量最大且显著大于其他各处理，T2、T3处理速效P含量在结果初期达到最大值且两处理之间差异显著，盛果期、拉秧期分别以T4、T2处理速效P含量最高且显著高于其他各处理。CK处理速效K含量随着生育期的推进逐渐降低，T1处理速效K含量随着生育期的推进逐渐升高，T2处理速效K含量在五个生育期呈现“M”型变化趋势，T3、T4处理速效K含量在不同的生育期变化趋势为先升高又降低再升高。

表5 植株不同部位全钙含量与其他元素的皮尔逊相关性

注：** 在0.01 水平(双侧)上显著相关，* 在 0.05 水平(双侧)上显著相关，未标注的表示相关性不显著。

Note: ** is significantly correlated at the 0.01 level (both sides), * is significantly correlated at the 0.05 level (both sides), and unlabeled indicates that the correlation is not significant.

图6 不同生育期不同钙肥处理对番茄根区土壤速效养分含量的影响Fig.6 Effect of different calcium fertilizer treatments on soil available nutrient content in tomato root zone at different growth stages

2.4.2 不同钙肥处理对番茄根区Ca2+、Mg2+离子含量的影响 由图7可知，除拉秧期外，同一生育期内不同处理土壤0～30 cm中Ca2+、Mg2+离子含量变化趋势相反，且镁离子含量低于钙离子含量。图7-A显示，T2、T3、T4处理Ca2+含量随着生育期的推进均呈现先升高后降低又升高的趋势，在结果初期含量达到最大值；盛果期Ca2+含量低于其他各生育期；在开花前期、结果初期不同处理的土壤中Ca2+含量均以CK处理含量最低。图7-B显示，CK、T2处理Mg2+含量随着生育期的推进呈现先降低后升高又降低的趋势；T1、T3、T4处理Mg2+含量随着生育期的推进呈现先升高后降低的趋势，且T1、T4处理在结果初期含量达到最大值；除结果初期，T4处理Mg2+含量最低。

2.5 根区土壤养分对番茄植株茎叶部及根部矿质元素的影响

探讨土壤养分对植株养分的影响，对判断植株养分吸收、分配及肥料的利用等意义重大。如表6所示。速效氮养分对植株根部P对植株Ca、Mg元素的影响作用一致，即促进植株对Ca的吸收，抑制对Mg的吸收；速效磷促进植株对Ca、茎叶部Mg元素的吸收；土壤根区Ca2+对植株Mg元素的吸收表现抑制作用，且对茎叶部Mg元素的吸收达到极显著水平，说明土壤Ca2+抑制植株对Mg 元素的吸收，两者表现出拮抗作用；土壤Mg2+对根部Ca元素的吸收表现出抑制作用，对根部Mg、茎叶部Ca、Mg表现出促进作用，但相关性不显著。综上可知，3种速效养分促进植株对N元素的吸收，抑制植株根部P元素的吸收；根区土壤Ca2+、Mg2+含量促进茎叶部对Ca元素的吸收。

图7 不同生育期不同钙肥处理对番茄根区土壤Ca2+、Mg2+含量的影响Fig.7 Effect of different calcium fertilizer treatments on soil Ca2+ and Mg2+ contents in tomato root zone at different growth stages

表6 盛果期根区土壤养分对番茄植株茎叶部及根部矿质元素的影响

注：** 在0.01 水平(双侧)上显著相关，* 在 0.05 水平(双侧)上显著相关，未标注的表示相关性不显著。

Note: ** is significantly correlated at the 0.01 level (both sides), * is significantly correlated at the 0.05 level (both sides), and unlabeled indicates that the correlation is not significant.

3 讨 论

3.1 不同钙肥处理对番茄果实品质及产量的影响

本研究结果显示，增施钙肥可以显著提高番茄果实中的可溶性固形物的含量，同时提高番茄可溶性糖和维生素C含量，但差异不显著；相反，增施钙肥会降低番茄的果实硝酸盐含量。钙肥的施入对番茄单果重、小区果数、每667 m2产量均有提高，T3(3 mmol/L)处理的每667 m2产量最大，T2～T4处理每667 m2产量分别比对照组增加272.64、381.62和307.38 kg，此结果与前人研究基本一致。

3.2 不同钙肥处理对不同生育期番茄植株茎叶、根部及土壤养分的影响

低磷显著影响番茄对K、Ca的吸收，高磷影响K、Ca、Mg向地上部转运[20]，钙肥对番茄氮素积累符合报酬递减率，即番茄茎叶部氮素含量随着生育期的推进而下降，番茄开花期到果实膨大期属于氮素最大效应期[21]。钙肥对花生进行的试验表明[22]，供钙浓度在0～2 mmol/L范围内，随着Ca2+浓度的提高，根系吸收K+的速率增加，二者表现明显的协同作用，而大于2 mmol/L，则急剧下降，表现为拮抗作用。不同生育期随着钙肥的增加，茎叶部全磷含量低于根部，钙营养的增加抑制磷素向茎叶部的转移，土壤Ca2+与茎叶部P、根部P元素含量呈现-0.635*、-0.425的负相关。当供试土壤含有丰富的钙时，作物吸收了大量的Ca2+，对K+吸收有拮抗作用。不同的生育期随着钙肥的增加，钾素的吸收变现出一致的变化趋势，在一定的浓度范围内，钙肥会促进番茄植株对钾素的吸收，过量的钙肥会抑制钾素的吸收，两者表现出拮抗作用。土壤Ca2+与地上部K元素含量呈负相关(-0.137)。

钙是番茄生长过程中必需的营养元素，番茄对钙的吸收，从花期起呈现上升趋势，直至成熟期，吸收高峰期出现在花期、盛果期、果实膨大期[23]。据吴洵[24]报道，由于离子间的拮抗作用，茶树对镁的吸收常常受到钙的极大的影响。植物镁含量下降时，即表明Ca2+在植物体内的过量积累，抑制了对Mg2+的吸收，从而降低了植物镁含量[25]。但也有试验表明[26-27]，在供钙浓度一定范围内，Ca2+并不与Mg2+拮抗或协助，Mg2+吸收速率在不同的供钙浓度下几乎十分稳定。这可能是由于Mg2+在植物体内具有移动性，可以被利用，因此镁素反应的较宽浓度。在本试验中，在苗期、花期、果期茎叶部随着钙肥的增加，镁素的吸收呈现下降的趋势，两者表现为拮抗作用；拉秧期，茎叶部全镁含量随着钙营养的增加呈现增加的趋势，即两者表现协同作用。土壤Ca2+抑制植株根部Mg元素的吸收，即两者表现出拮抗作用；土壤Mg2+促进茎叶部对Ca元素的吸收、抑制根部对Ca元素的吸收。

4 结 论

综上所述，钙肥能改善果实品质、提高产量及单果重，降低脐腐果发病率,其中以T2(2 mmol/L)和T3(3 mmol/L)处理产量较高、品质较好，考虑到肥料投入成本，建议使用T2处理的施肥方案。茎叶部Ca与Mg元素呈正相关关系，随着钙肥的增加相关系数增加。土壤Ca2+抑制根部对N 元素的吸收，两者表现出拮抗作用。土壤Ca2+、Mg2+含量对茎叶部Ca元素的吸收表现出增效作用。