鲁中典型种植区设施番茄养分供需特征研究

2020-12-28魏建林谭德水宋效宗李燕李国生韩云堂崔荣宗

山东农业科学 2020年11期

魏建林谭德水宋效宗李燕李国生韩云堂崔荣宗

摘要：為明确设施蔬菜种植过程中施肥与产量形成、养分吸收的关系及存在的问题，指导科学施肥，对鲁中典型设施番茄种植地区14个种植户的种植管理情况进行调查并采样，研究了番茄土壤养分供应、肥料投入结构与数量、番茄产量与氮磷钾吸收特征。结果表明：鲁中区域设施番茄温室土壤养分含量丰富，有机质含量（19.81±2.66） g/kg，有效磷（71.46±25.54） mg/kg，速效钾（404.2±262.7） mg/kg，盐分处于较高水平。秋冬茬番茄生育期内N投入量（878.0±346.6） kg/hm2，P2O5投入量（693.5±366.1） kg/hm2，K2O投入量（845.1±442.8） kg/hm2;不同农户间施肥种类和数量差异较大，有机养分投入占总养分投入的比例为6.0%～58.4%，平均35.8%，氮磷钾养分平均投入比例为1∶0.81∶0.94。番茄经济产量（果实部分）为（114.36±25.19）t/hm2，氮磷钾养分内在效率（IE）分别为0.61、1.13、0.38 t/kg，形成单位经济产量（1 t）的N、P2O5、K2O吸收量分别为1.68、0.94、2.69 kg。当前鲁中区域设施番茄生产上的养分投入量远远超过需求量，磷偏高而氮钾不足，需根据当季目标产量和单位经济产量养分吸收量合理确定施肥种类和数量，实现精准施肥，以提高肥料利用率和种植效益。

关键词：设施番茄;施肥;产量;养分吸收;养分内在效率

中图分类号：S641.206+.2：S627 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2020）11-0015-06

Nutrient Supply and Demand Characteristics of Greenhouse

Tomato in Typical Planting Area of

Central Shandong Province

Wei Jianlin1， Tan Deshui1， Song Xiaozong1， Li Yan1，

Li Guosheng1， Han Yuntang2， Cui Rongzong1

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural

Sciences/ Key Laboratory of Agro-Environment of Huanghe-Huaihe-Haihe Plain， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/

Shandong Provincial Engineering Research Center of Environmental Protection Fertilizers， Jinan 250100， China;

2. Shouguang Nongkang Biotechnology Limited Company， Weifang 262700， China）

Abstract Through investigation and sampling of 14 typical tomato planting households in central Shandong Province， the nutrient supply of soil， the input structure and amount of fertilizer and yield and NPK absorption of tomato in greenhouse were determined. It was aimed to study the relationships between fertilization and yield and nutrient absorption and clarify the existing problems of fertilization，so as to guide scientific fertilization. The results showed that the soil in tomato greenhouse had rich nutrients with organic matter content as （19.81±2.66） g/kg， available phosphorus as （71.46±25.54） mg/kg， available potassium as （404.2±262.7） mg/kg， and higher salt content. The input amount of N， P2O5 and K2O during tomato growing period in autumn and winter were （878.0±346.6），（693.5±366.1） and （845.1±442.8） kg/hm2 respectively. The types and amounts of fertilization varied greatly among different farmers. The ratio of organic nutrient input to total nutrient input was 6.0%～58.4% with the mean of 35.8%. The average input ratio of nitrogen， phosphorus and potassium was 1∶0.81∶0.94. The economic output of tomato （tomato fruits） in autumn and winter facilities was （114.36±25.19） t/hm2. The inner efficiency （IE） of N， P， and K nutrients was 0.61， 1.13 and 0.38 t/kg， and the absorption of N， P2O5， and K2O per unit of economic output （1t） was 1.68， 0.94 and 2.69 kg， respectively. The amount of nutrient input in current greenhouse tomato production had far exceeded its demand，and the nutrient ratio was higher in phosphorus but insufficient in nitrogen and potassium. So the fertilizer type and amount would be reasonably determined according to the target output of current season and the nutrient absorption per unit economic output in order to increase fertilizer use efficiency and planting benefits.

Keywords Tomato in greenhouse; Fertilization; Yield; Nutrient absorption; Nutrient inner efficiency

中国是世界第一大番茄生产国，番茄产业是我国蔬菜产业的重要组成部分。2017年我国设施蔬菜面积达到393.33万hm2，其中设施番茄播种面积为77.81万hm2，占设施蔬菜种植面积的19.8%[1]。主要集中在山东、河北、河南、江苏、广东、云南等地。番茄属高产型果菜，生产周期长，需肥量大，在设施栽培生产中，种植户为追求高产，普遍进行频繁灌溉施肥。马文奇等[2]对山东省160多户设施蔬菜地养分用量的调查结果表明，该地区在设施番茄上氮、磷、钾养分的平均投入量分别为3 500、3 000、2 250 kg/hm2，远高于番茄的养分吸收量。李俊良[3]、刘兆辉[4]等通过山东省设施蔬菜施肥及土壤养分情况研究也认为，设施蔬菜施肥量很大，远远高出作物的需求量。肥料施用量超过番茄生长的养分需求量，会造成养分表观利用率下降而出现盈余，盈余的养分一部分在土壤中残留累积，另一部分则以不同途径进入大气环境和水环境，使生态环境恶化[5，6]。宋效宗等对寿光市大田（小麦-玉米）、大棚（一年两茬番茄）两种不同种植体系下农田灌溉水和农村饮用水水井的定点跟踪监测结果表明，大棚区农村饮用水硝态氮含量超标现象非常普遍，与WHO推荐饮用水上限（10 mg/L）相比超標率为42.19%，集约化大棚蔬菜栽培模式已经对农村地下水造成了很大的硝态氮污染，对当地居民健康构成了潜在威胁[7]。生产中盈余养分越多，对生态环境影响越严重。因此，明确作物养分需求规律，根据目标产量计算养分总需求，对于指导合理肥料投入具有重要意义。本研究通过对山东省中部14个典型设施番茄种植户种植管理情况的跟踪调查记录、样品采集及化验检测，明确养分投入、产量状况，分析产量与养分吸收之间的关系，探究养分在设施番茄上的内在效率及形成单位经济产量的各养分吸收量，为设施番茄科学施肥提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 调研与样品采集

以山东省设施蔬菜种植区为研究区域，2017年10月下旬调研了寿光市稻田镇、广饶县大王镇、临淄区皇城镇典型番茄种植地区，这三个乡镇均为设施番茄集约化、规模化传统种植区[8-10]，种植技术较为成熟，具有代表性。种植品种多为“齐达利”，其次为“大红7845”，也有个别农户种植“迪利奥”“金鹏118”等品种，调查时大多处于秋冬茬番茄第一、二穗果果实膨大期。随机选定14个种植番茄的设施温室（其中寿光市7个、广饶县5个、临淄区2个）进行详细记录，采集每户设施番茄种植密度、施肥、灌溉、抹叉等相关种植管理信息以及肥料样品。到当季番茄临近收获拉秧时（2018年1—2月）调研收集相应设施番茄温室的相关信息，并采集代表性设施番茄整株5株和土壤样品，每个设施温室采用9点取样法采集0～30 cm土层的土壤样品，混合制样冷冻保存。

1.2 样品处理与测定

有机肥样品参照NY 525—2012测定氮磷钾养分含量[11]。

土壤样品测定铵态氮、硝态氮、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH值和盐分含量等项目。土壤硝态氮、铵态氮：以2 mol/L KCl浸提鲜土后采用FIASTAR 5000流动注射仪测定，同时测定土壤含水量;土壤有机质：重铬酸钾容量法-外加热法;土壤有效磷：NaHCO3浸提-钼蓝比色法;土壤速效钾：NH4OAc浸提-火焰光度计法;土壤pH值：pHS-3酸度计测定（土液比1∶5）;土壤盐分：重量法[12]。

设施番茄整株按经济（果实）和非经济部分（秸秆）分别称重，利用四分法分别采取经济和非经济部分的样品，称鲜重，然后105℃杀青05 h，65℃烘干至恒重，记录干重，计算含水量。取部分烘干样品粉碎，采用浓H2SO4-H2O2消煮-蒸馏、定氮法测定植株全氮，钒钼黄比色法测定植株全磷，火焰光度计法测定植株全钾[12]。

1.3 有关指标说明及计算

施肥量折算纯养分量，化肥、商品有机肥养分含量按包装袋标识计算。其他当季施用有机肥尽量采集到肥料样品进行室内分析化验，测定其养分含量;采集不到有机肥样品的，其含量参照《中国有机肥料养分志》[13]、《中国肥料》[14]等资料，按肥料种类用统一数据计算。

经济产量（t/hm2）即生物产量中的果实部分产量，由种植户当季整个温室大棚实际收获果实产量折算公顷产量。非经济产量（t/hm2）即生物产量中秸秆部分的产量，由调查的抹叉量及采集的秸秆产量折算公顷产量。收获指数=经济产量/（经济产量+非经济产量）;

养分吸收量（kg/hm2）=经济产量干重（kg/hm2）×养分含量（%）+非经济产量干重（kg/hm2）×养分含量（%）;养分内效率（IE，作物吸收单位养分所能生产的经济产量）=经济产量（t）/养分吸收量（kg）[15，16];RIE，IE的倒数，即形成单位经济产量（1 t）所吸收养分量（kg）。

2 结果与分析

2.1 设施番茄土壤养分状况

调查结果（表1）表明，鲁中地区设施番茄土壤有机质、硝态氮、铵态氮、碱解氮、速效磷、速效钾及盐分的含量在不同农户间变异范围较大。有机质含量14.51～25.30 g/kg，平均19.81 g/kg，变异系数13.43%。硝态氮含量15.27～111.79 mg/kg，平均38.19 mg/kg，变异系数64.88%。铵态氮含量为0.27～6.21 mg/kg，平均2.47 mg/kg，变异系数65.12%。土壤有效磷含量为34.29～133.10 mg/kg，平均71.46 mg/kg，变异系数35.74%。土壤速效钾含量为104.9～822.9 mg/kg，平均404.2 mg/kg，变异系数64.79%。盐分含量0.04‰～2.01‰，平均1.01‰，变异系数5937%。可见，土壤养分含量丰富，同时盐分也属于较高水平，显然与设施栽培“高投入、高产出”模式下大量投入肥料有关。

2.2 设施番茄施肥现状

从调查结果看，14个种植户均在定植前施用了有机肥，有机肥种类有干鸡粪、鹌鹑粪、豆粕肥、猪栏粪、鲜鸡粪等，折算实物施用量3 000～150 000 kg/hm2，因有机肥的来源广、种类多，不同农户间施用方案存在很大不同。根据氮磷钾养分含量将有机肥和化肥投入折算纯养分，从总的氮磷钾养分投入量看， N投入量423.2～1 433.0 kg/hm2，平均878.0 kg/hm2，变异系数83.9%;P2O5投入量253.3～1 505.7 kg/hm2，平均693.5 kg/hm2，变异系数50.7%;K2O投入量285.4～1 588.9 kg/hm2，平均845.1 kg/hm2，变异系数35.6%。从不同养分的投入差异程度看，氮肥投入不同农户间的差异小于磷钾肥。氮磷钾总养分投入量961.9～3 699.0 kg/hm2，平均2 416.6 kg/hm2，变异系数40.2%。从各种植户的有机、无机养分投入结构看，有机养分投入占总养分投入的比例为6.0%～58.4%，平均35.8%。14个种植户在设施番茄上氮磷钾总养分平均投入比例为1∶0.81∶0.94（图1）。

2.3 设施番茄生物产量及收获指数

从调查结果（图2）看，设施番茄经济产量在不同农户间差异较大，最高达159.40 t/hm2，最低只有79.15 t/hm2，平均為114.36 t/hm2，变异系数22.03%。非经济产量为18.10～55.79 t/hm2，平均33.56 t/hm2，变异系数32.94%。设施番茄的收获指数为0.64～0.83，平均0.78，变异系数6.23%。

2.4 设施番茄养分吸收积累

设施番茄经济产量部分含水量为94.0%～96.5%，平均95.5%，变异系数0.96%。N含量为1.57%～2.47%（干基计，下同），平均2.03%;P含量为0.32%～0.80%，平均0.51%;K含量为1.45%～2.98%，平均2.31%。非经济产量部分含水量为81.7%～91.3%，平均86.7%，变异系数4.15%。N含量为1.91%～2.79%（干基计，下同），平均1.91%，P2O5含量为0.28%～0.70%，平均0.45%，K2O含量为2.19%～3.71%，平均3.08%。秋冬茬设施番茄不同营养元素总吸收积累情况见图3。

从不同农户番茄经济产量与氮磷钾养分吸收量的关系（图4）看，各养分吸收量都有随经济产量增加而增加的趋势，其中钾的趋势最为显著，氮磷变异的幅度相对较大。从三种养分积累的绝对值看，钾积累最多，其次为氮，磷最少。综合14个种植户结果，设施番茄N、P、K平均吸收比例为1∶0.24∶1.33。氮磷钾养分在设施番茄上内在效率（IE）分别为0.61、1.13、0.38 t/kg，换算RIE分别为1.68、0.94、2.69 kg/t，即每生产1 t番茄果实需要吸收N 1.68 kg、P2O5 0.94 kg、K2O 2.69 kg（图5）。

3 讨论与结论

设施番茄种植管理较为复杂，缺乏标准化技术和方法，各农户间种植经验及技术水平不同，所以设施番茄肥料施用方面差异较大，但相对于番茄生长养分需求整体上各户肥料投入均为过量。由于番茄果实采收期较长，产量高，土壤养分移出量大，需要充足的养分供应才能保证植株的持续迅速生长。菜农为追求高产量、高收益，加大供肥强度，以提高作物吸收效率，虽然能够获得较高的果实产量，但是总的养分吸收利用率下降，导致养分盈余。从养分投入量看，本次调查结果显示秋冬茬设施番茄N、P2O5、K2O总投入量分别为878.0、693.5、845.1 kg/hm2，低于1997年[4]、1998年[2]、2004年[4]、2010年[17]的调查结果，说明种植户的施肥技术有了改进和提升。测土配方施肥技术的推广、化肥使用量零增长行动方案的实施等有力推动了生产中合理施肥、科学施肥。水溶肥、水肥一体化等各类新产品、新技术的应用体现出了一定的效果。但养分投入量仍远高于番茄生长吸收量，而且不同农户间差异较大，需要进一步优化和改进。从施肥结构上看，各种植户均施用了有机肥，说明设施蔬菜种植户对有机肥的认可度高，有机-无机肥配施技术普遍[18]。本研究中当季养分计算投入按有机肥投入量和养分含量进行折算，但有机肥养分释放速度慢，并非当季全部释放，有相当部分的养分在下一季或更久才释放，在本研究中为统计总养分投入按全部养分进行折算，但建议在实际生产中计算有机肥当季养分投入时考虑其养分的当季释放率。

通过本研究计算得出设施番茄对于N、P、K的吸收比例为1∶0.24∶1.33，与刘中良等[19]通过盆栽试验得出的试验结果接近，即钾吸收量最高，其次为氮和磷。本次调查结果显示，设施番茄上总施肥量N∶P2O5∶K2O比例为1∶0.81∶0.94，与江丽华等[20]在聊城、潍坊、济南地区调查的结果基本一致，存在P2O5的投入比例过高，K2O明显不足的问题。所以在设施番茄肥料投入时应注意氮磷钾的合理配比，适当提高钾的比例。经计算分析得出形成1 t设施番茄需要N为 1.16～2.16 kg，平均1.68 kg;P2O5为0.60～1.19 kg，平均0.94 kg;K2O为2.24～3.13 kg，平均2.69 kg。据此可计算出当季不同目标产量下各养分的需求量作为确定施肥用量的参考。因施入的肥料养分并不是全部被番茄生长吸收，在明确养分吸收总量的情况下，应尽量提高肥料利用率，减少肥料投入，以实现作物产量提高、品质改善及经济效益、生态效益的协调统一。

当前设施番茄生产上的养分投入量远超其需求量，养分比例上磷偏高，而氮钾不足;可根据当季目标产量和形成单位经济产量的养分吸收量，结合肥料当季利用率合理确定施肥种类和数量，以提高肥料利用率和种植效益。

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