基质栽培中营养液配方对番茄养分吸收利用的影响

2021-01-02王越温祥珍李亚灵

江苏农业科学 2021年23期

王越温祥珍李亚灵

摘要：为了寻找一种较为简单的基质栽培番茄的营养液代替方案，实现番茄无土栽培的轻简化，以番茄品种“夏朗”为试验材料，采用腐熟羊粪和泥炭（1 ∶5）为基质进行封闭式营养液循环栽培，以市售AB肥作为对照（CK），以尿素类化肥（T1）、硝酸类化肥（T2）、高氮钾复合肥（T3）、氮磷钾平衡复合肥（T4）配制简化营养液，浇灌番茄，比较各简化营养液配方对番茄植株生物量、产量及系统中养分变化的影响。试验结果表明：以T1处理植株干物质积累量最高，超过CK 13.5%，果实产量也略高于CK，氮、磷、钾养分吸收率分别为65%、103%、44%，氮肥的损耗率只有7%，可以忽略不计，磷肥不仅没有损耗，还吸收了基质中的养分。T3处理植株干质量只有CK的77%，果实产量只有CK的57%，氮、钾的养分吸收率不足30%，但是肥料损耗率却达到44%、73%。可见，本试验所采用的几种肥料配制的营养液一定程度上均可满足番茄的生长需求，但是尿素类肥料是营养液配制中氮源的较好来源;如采用复合肥配制营养液时最好采用氮磷钾平衡肥，这样肥料容易被植株吸收利用，损耗率小。

关键词：番茄;无土栽培;营养液;养分吸收率;养分消耗率

中图分类号： S641.204 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）23-0139-06

收稿日期：2021-08-16

基金项目：山西省重点研发项目（编号：201803D2210001-1）。

作者简介：王越（1995—），男，山西太原人，硕士研究生，主要从事蔬菜栽培生理研究。E-mail：1023698637@qq.com。

通信作者：李亚灵，博士，教授，主要从事蔬菜栽培生理研究。E-mail：yalingli1988@163.com。

番茄是设施蔬菜生产中的主要蔬菜之一[1]。在设施生产中，土壤盐渍化、连作障碍等一系列问题，致使设施番茄产量降低，而在设施生产中使用无土基质栽培是解决设施番茄生产连作障碍的重要措施之一[2]。但是由于无土栽培基质成本较高、技术复杂，特别是营养液配制技术难度大，直接购买商品营养液不仅昂贵，而且难以适应当地种植要求，因此研究一种比较简单且便宜的营养液代替配方就显得尤为重要。蒋卫杰等通过研究发现，在添加一定基肥的条件下无土栽培中基质本身就可以提供充足的Ca、Fe、Mn、Zn、Cu等营养元素，作物的需求重点在N、P、K三要素[3]。郑光华等通过研究发现，有机肥配合无机肥施用，比单纯施用有机肥效果好[4]。在此基础上，已有许多关于代替营养液方面的研究，谭学文等利用普通化肥代替化学试剂配制营养液，大幅降低了成本，并且发现适当比例的铵态氮能促进黄瓜总产量的提高，硝态氮和酰胺态氮的化肥同时作氮源时，可不同程度地促进黄瓜的生殖生长[5]。杨红丽等利用复合肥与冲施有机肥进行番茄育苗取得了不错的效果[6]。但这些研究大多集中于不同代替方案对植株生长及生理方面的影响上[7-8]，而对基质内养分变化规律及肥料的吸收与利用方面却缺乏报道。本试验采用封闭式基质营养液循环栽培，希望通过比较基质中养分变化规律的差异，寻找一种较为简单的营养液代替方案，实现无土栽培的轻简化。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在山西农业大学设施农业工程研究所三连跨温室中进行。供试番茄品种为夏朗，2020年6月17日定植，9月24日拉秧，共种植 98 d。栽培槽采用硬质PVC塑料，纵切面为等腰梯形，其上口宽19 cm，下底宽12 cm，高为16 cm。每个槽长为8 m，栽培槽用角钢支架支起，前端（供水端）距离地面 50 cm，与地面夹角为1°，在栽培槽后端（出水端）设置1排液管与营养液桶相连，营养液桶容积为 450 L。栽培槽间距1.5 m，每2个相邻的栽培槽由1个营养液桶供液。在营养液桶中加入所需要的肥料，按照比例配制营养液。在栽培槽中安装滴灌带，营养液从供水端进入，从出水端經出水口海绵过滤杂质后排出回到营养液桶，不断循环供应。

1.2 试验方法

试验将每2个槽设为1个处理，每个处理面积为24 m2（8 m×3 m），种植番茄64株，株距为 25 cm。栽培槽内的基质为腐熟羊粪 ∶泥炭=1 ∶5，其理化性质如表1所示，基质的量达到栽培槽深度的2/3以上，平均每株番茄的基质占有量为6.25 L。

以市售无土栽培固体AB肥为对照，分别以当地生产者常用的普通市售尿素、硝酸类肥料、高氮钾复合肥、氮磷钾平衡复合肥配制营养液。具体试验设置处理如下：

CK，市售A肥、B肥（福建万果农资有限公司），按照其提供的标准A ∶B=1.4 ∶1配制，其中A肥N ∶P2O5 ∶K2O为11 ∶9 ∶30，B肥 N ∶P2O5 ∶K2O 为12 ∶1 ∶1，最终添加的营养液 N ∶P2O5 ∶K2O 为12 ∶6 ∶18。T1，以市售尿素为主，添加尿素、磷酸二氢钾、硝酸钾，其氮磷钾比例按照CK配制。T2，以硝酸类肥料为主，添加市售常见农用化肥硝酸钙、磷酸二氢钾、硝酸钾，其氮磷钾比例按照CK配制。T3，以市售常见高氮钾复合肥（复合肥Ⅰ，深圳市杜高生物新技术有限公司）为主，其固有的 N ∶P2O5 ∶K2O 为25 ∶8 ∶20。T4，以市售常见平衡复合肥（复合肥Ⅱ，深圳市杜高生物新技术有限公司）为主，其固有的 N ∶P2O5 ∶K2O 为18 ∶18 ∶20。

根据每生产1 000 kg番茄需要N、P、K分别为4.0、1.8、4.8 kg的标准[9]计算，肥料的添加量按目标产量为24 000 kg/hm2计，同时考虑了肥料的吸收率（氮吸收率为60%，磷为30%，钾为70%[10]）。由于T3、T4为市售复合肥，其N、P、K比例固定，所以添加量是以CK中K的添加量为基准，使其K含量与其处理相同，整个试验各个处理的最终肥料添加量结果如表2所示。由于基质中添加了羊粪，含有一定量的养分，因此各处理定植后的3周只浇清水不加肥，在第4、第5周统一加入A肥、B肥进行缓苗。其余肥料从定植后42 d（即7月28日）开始按照表2的量平均分4次加入。肥料的施用方法是将肥料溶入营养液桶中，然后随日常浇水供应。

1.3 测定项目及方法

在番茄生长期间每隔14 d（6月30日开始）测量番茄各部分干鲜质量。将植株整株取样，洗净植株上的泥土后擦干，分为根、茎、叶、果四部分，分别测量其鲜质量，后放入烘箱105 ℃杀青，80 ℃烘干后测量其干质量，每次每个处理测4株。采收期（8月21日开始）每隔1周采果1次，统计其单株产量。在植株最后一次测量根、茎、叶、果实部位干质量后，将所得的干样混匀后，用于矿质养分含量测定。采用奈氏比色法测定全氮含量，钼锑抗比色法测全磷含量，火焰光度法测定全钾含量。

在番茄生长期间每隔14 d（6月17日开始）分别取栽培槽内基质（距离植株基部10 cm处取样）、营养液桶中的营养液，测定其氮磷钾的含量。使用碱解氮扩散法、凯氏定氮法测定速效氮、全氮含量;用碳酸氢钠浸提、钼锑抗比色法测定速效磷及全磷含量;用醋酸铵浸提、火焰光度法测定速效钾及全钾含量。对于营养液使用过硫酸钾氧化-紫外分光度法测定总氮含量，过硫酸钾氧化-钼锑抗比色法测定总磷含量，火焰光度法测定总钾含量[11-12]。本研究所用概念与计算公式[13-14]如下：

肥料投入量即各处理所投入的化肥量;

残留量=基质中的速效养分量+营养液桶中的残留量;

累积加肥量=基质中的原始速效养分量+肥料投入量;

肥料消耗量=累积加肥量-残留量;

肥料消耗率=肥料消耗量/肥料投入量;

番茄养分吸收量=根系中元素的含量×根系干质量+茎中元素的含量×茎干质量+叶中元素的含量×叶的干质量+果实的元素含量×果实干质量;

番茄养分吸收率=番茄养分吸收量/肥料投入量;

肥料损耗率=肥料消耗率-番茄养分吸收率。

1.4 数据分析

采用Excel 2010和 SPSS 软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 种植系统中N、P、K养分含量的变化

试验中各处理均处于封闭式循环中，所以不存在养分流失的问题，定植前基质中的速效养分与投入的肥料量之和定义为累积加肥量，因此其一部分被植物吸收或者被基质固定（这部分定义为消耗量），一部分留存在基质和营养液桶中（定义为残留量）。

2.1.1 系统中N累积加肥量、残留量及消耗量随着栽培时间的延长和植株的生长，不断地往营养液桶中添加肥料。由图1可知，在定植后42 d，随着氮肥不断添加，其中T1、T2与CK接近，最后的累积加肥量达到5 000 mg/kg;而T3、T4在最后一次施肥后氮肥累积加肥量分别达到 7 546、5 723 mg/kg，是CK的1.73、1.20倍。

系统中氮肥的残留量是由基质中的碱解氮含量与营养液桶总氮含量相加得出的。由图1可知，在整个栽培时期，各处理的残留量整体随着施加量的增加呈上升趋势，其中T3上升速度最快，在最后一次测定时其残留量也是最高的，为2 715 mg/kg，是CK的1.71倍;其次是T4，为2 159 mg/kg，是CK的1.36倍;T1、T2中的氮残留量与CK接近，为CK的1.19、1.05倍，均低于2 000 mg/kg。

累积加肥量减去当时所测定的残留量，获得了氮肥的消耗量。为了进一步研究系统中肥料消耗量与肥料投入量之间的关系，利用氮肥消耗量除以氮肥的投入量即氮肥的消耗率（表3）。由表3可知，各处理氮肥的消耗率约占投入量的75%，其中T1处理最小，为72%。从最终氮肥消耗量来看，T1、T2与CK相似，均在 3 500 mg/kg 左右;T3消耗量最多，为5 494 mg/kg，是CK的1.60倍;T4次之，其消耗量为4 226 mg/kg，为CK的1.23倍。

另外，从图1可知，栽培系统中的速效氮消耗量在定植后14 d时呈现负值，其原因可能是基质通过分解释放出了一部分养分，释放养分的量超过了这段时间植株所吸收的量，所以其系统中的残留量超过其累积加肥量，从而导致消耗量为负。

2.1.2 系统中P、K累积加肥量、残留量及消耗量类似于氮肥的方法，图2、图3为不同处理系统内P、K的累积加肥量、基质及营养液桶中的残留量以及肥料消耗量的动态变化。从图2可知，T1、T2处理P的累积加肥量与CK接近，CK最后达到 1 134 mg/kg;T3、T4分别为1 324、2 461 g/kg，是CK的1.17、2.17倍。各处理使用钾肥作为配制标准，所以各处理添加钾肥的量相同，最后钾肥的累积加肥量均在9 185 g/kg左右（图3）。

基质及营养液桶中磷肥和钾肥的残留量的测定结果也如图2、图3所示。从最后一次测定看P的残留量，T1处理比CK略低，为590 mg/kg，T2、T3处理与CK相比降幅较大，T4残留量最高，为 968 mg/kg。几个处理之间K的残留量相差不大，为 4 000 g/kg 左右，是CK的1.20～1.40倍。

与氮肥相类似，考察磷肥、钾肥消耗量与投入量之间的关系，计算其消耗率，结果见表3。从表3可以看出，P的消耗率在52%～88%，K的消耗率都在90%以上，而且还出现了大于100%的情况。

2.2 番茄干物质生产及果实产量

由图4可知，各处理植株的干质量在定植后 42 d 施加肥料处理前大致相同，而在施加肥料后各处理开始出现差异，其中T1的干质量与CK类似，增加最快。试验结束时，T1的植株干质量达到 114.24 g/株，超过CK（100.68 g/株）13.47%，T2、T3、T4的植株干質量分别为79.02、77.51、86.00 g/株，只有CK的78.49%、76.99%、85.42%。番茄果实的干质量与植株干质量的变化趋势大致相同。

由表4可知，T1单株产量为946.7 g，比CK的933.9 g略高，两者差异不显著，T3处理产量最低为532.9 g，仅为CK的57%，显著小于CK和T1处理。

T4处理为 785.68 g，达到CK产量的84%。由单株产量计算出了1 hm2的产量，T1处理以及CK较高，达到24 000 kg/hm2以上，超过了预期产量。

2.3 番茄植株体内养分吸收量、吸收率与损耗率

试验结束时分别测定番茄植株根、茎、叶、果实不同部位氮磷钾养分含量，根据各部位干质量计算植株全株养分的吸收量（表5）。由表5可知，植株氮、磷、钾养分的吸收量都以T1处理最高，分别为2.90、1.01、2.56 g/株，比CK高16.94%、12.22%、18.52%，T2、T3、T4的養分吸收量均比CK低。这与T1单株长势最好、干质量大有直接关系。

根据植株养分的吸收量和各处理肥料的投入量，计算出养分的吸收率并列于表5。由表5可知，氮肥的吸收率以T1最高为65%，是CK的1.18倍，而T3最低为29%，只有CK的52.73%;T2、T4处理为CK的70%左右。T1处理磷肥的吸收率为103%超过1，说明植株不仅吸收了追肥中的磷，还吸收了部分基质中的磷;T4处理磷肥的吸收率最低，只有29%;T2、T3处理为60%左右。从钾肥的吸收率来看，T1处理最高，也仅为44%;而T2、T3、T4处理分别为32%、27%、28%。

肥料的消耗率（表3）与植株养分的吸收率（表5）之差看作为速效养分的损耗率（表5），正值说明追肥中部分肥料并没有被植株吸收，可能被转化固定在基质中，负值说明基质不仅没有固定追肥中的养分，还释放出了基质中原有的迟效养分。由表5中的损耗率可知，相对于氮肥、磷肥来说，钾肥的损耗率在所有处理中都很高，T1处理最小，但也达到47%，其他处理在67%～74%之间，说明钾肥整体过量。T1处理氮的损耗率只有7%，T2、T3、T4处理高达35%、44%、36%。T1处理磷肥的耗损率为负值，而T3、T4处理为24%、37%。对照处理的氮肥损耗率为24%，磷肥也是负值。

3 讨论与结论

营养液是无土栽培的核心，基质栽培需通过营养液的不断供应来满足作物的生长需求[15]。营养液配方组成和浓度是否合适、是否满足植物各个生长阶段的要求，很大程度上决定了无土栽培能否成功[16]。本试验中，各处理的番茄均能正常生长并获得产量，说明所采用的几种肥料配制的营养液一定程度上均可满足番茄的生长需求。

从养分变化情况看，陈新之等的研究表明，NH+4与K+同时使用会降低土壤的固钾率，使得NH+4与K+的固定率都会下降，使土壤中的NH+4与K+含量上升[17]。因为尿素在使用时可释放出NH+4，而NH+4与K+存在一定的拮抗作用，进而使系统中N、K含量相对升高，所以在施肥量相同的3个处理CK、T1、T2中，施加尿素的T1处理在系统中的N、K残留量最高。试验中N、P施加量较高的T3、T4处理中的N、P残留量随施肥量的增加均有不同程度的增加，并高于其余3个处理，廉晓娟等的研究表明，随着土壤中N、P施入量的增加，土壤中的碱解氮、速效磷呈增加趋势[18]。由于T3处理采用的复合肥是高氮钾肥，而T4处理是氮磷钾平衡肥，于丹等的研究表明，营养液中的可溶性化学磷肥施入土壤中会很快转化为缓效磷，且在基质中的固定率较高，固定速度也较快[19-20]。张学军等的研究表明，NO-3在基质中移动性较强，容易被淋溶。以上说明P在基质中易被固定，而NO-3在基质中移动性较强，容易被淋溶，试验中氮肥的增幅要高于磷肥的增幅[21]。这也就说明了氮肥对系统中养分含量的影响要大于磷肥的影响。

本试验结果表明，T1处理和CK产量较高，这可能是由于CK采用AB肥，其氮磷钾配方较为合理，T1处理中添加了尿素肥料，适当比例的尿素有一定的增产作用，乔慧萍等研究表明尿素部分代替硝态氮可以增加作物的产量[22]。对于施加复合肥的T3、T4处理，所添加肥料的质量量相同，但是产量较低。陈连发等研究表明，随着系统中氮磷钾补充水平的逐步提高，番茄的干物质和产量呈现出先增加后减少的情况[23]。T3处理中氮肥施入过多，导致产量下降。T2、T4处理产量相似，这是由于其氮肥的添加量大致相等，磷肥添加量相差虽大，但P在系统中易被固定，从而其对作物生长的影响也较小。

在肥料的吸收率方面，在施肥量相同的处理上，T1处理的利用率要高于CK、T2处理，而T3、T4处理的N、P利用率分别最低。这与杨竹青等的研究结果：施入肥料过多会导致其肥料的吸收量和吸收率均降低，添加适量铵态氮会提高氮肥利用水平[24-26]一致。刘代欢研究表明系统中养分含量的上升会使基质对养分的固定量上升[27]。本试验结果表明，T1处理中由于NH+4与K+存在一定拮抗作用，因此氮肥损耗率只有7%（表5），可以忽略不计，钾肥的损耗率在各处理中也是最低。氮肥施加量大致相同的T2、T4处理养分的N、K损耗率相近，而氮肥施加量较高的T3处理氮、钾的损耗率是所有处理中最高的。

本试验在营养液配制中以钾肥为参照，原因是各复合肥与AB肥相比钾肥的比例较小，以钾肥为参照可以保证各处理获得足够的N、P养分量。然而过量的肥料不仅造成肥料较高的损耗率和较低的利用率，更对植株的生长造成了抑制。适当降低复合肥的添加量会对系统养分变化和植株养分吸收造成什么程度影响还值得进一步研究。

综上所述，基质无土栽培中尿素类、硝酸类以及复合肥均可以用来配制番茄生长的营养液，其中尿素类肥料是营养液配制中较好的氮源。采用复合肥配制营养液时最好采用氮磷钾平衡肥，这样肥料容易被植株吸收利用，肥料的损耗率小。

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