不同施肥水平对温室番茄生长、氮吸收及产量品质的影响

2021-05-28李银坤郭文忠

中国土壤与肥料 2021年2期

韩雪，曲梅，李银坤，王湛，郭文忠，陈菲

（1.北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097；2.中国农业大学园艺学院，北京 100094；3.南京农业大学农学院，江苏南京 210095）

番茄（Lycopersicon esculentumMill.）是我国主栽蔬菜作物，常年种植量在5000万t以上，可占全国蔬菜总产量的7.1%［1］。

在设施栽培过程中，因其环境条件相比露地栽培更适宜作物生长，温室番茄对养分供应有着更高的要求［2-4］。大量研究表明，氮肥的增施对于植株地上部生物量及地上部氮素累积都有显著的促进作用，但施氮量超过一定范围后，氮素累积速率显著降低且伴随产量的明显下降［5-7］，同时增施氮肥有利于植株对于氮、磷、钾元素的吸收，有利于番茄叶、根等营养器官的发育［8-9］。毕晓庆等［10］研究表明，施氮量为360 kg/hm2时番茄产量最高，达到风味最佳施氮量则需提高至450 kg/hm2。除氮肥作为主要影响因素外，磷钾肥的施用对番茄生长也有着重要影响。番茄在缺磷条件下栽培会导致生长减慢或停滞，叶片净光合速率、气孔导度等生理指标显著下降；而高磷处理则会使番茄植株生物量显著降低，同时导致光合速率、光补偿点和表观量子产量下降，但对叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量没有明显的影响［11-12］。关于钾肥对番茄影响的研究表明，在一定范围内供钾量的提高对番茄果实单果重和番茄红素合成的提高有显著影响［13］。无土栽培中，K+浓度的提高可以在不影响产量的条件下提高番茄品质［14］。在栽培过程中，钾肥是除氮肥外易淋失的大量元素［15］。现有很多关于增施单一养分元素对蔬菜生长及品质影响的研究，如对氮肥用量的研究试验中多采用不同氮处理，但磷钾肥一般均等量基施［16-18］。

随着水肥一体化技术的推广与广泛应用，N-P-K可溶性复合肥料是目前设施蔬菜生产中常用的肥料种类［19-21］，由于菜农片面追求产量，造成肥料施用过量、超量现象普遍存在。不合理的养分供应水平不仅会导致肥料浪费，植株营养器官徒长，阻碍植株对养分的吸收，严重时还会造成烧苗、作物产量与品质的下降以及地下水污染等不良后果［22-24］。针对以上实际生产中出现的问题，进行水肥一体化条件下可溶性复合肥料合理利用的研究十分必要。因此，本研究通过设置5种施肥水平，基于水肥一体化技术研究了不同施肥水平下番茄生长、养分累积吸收量的动态变化以及产量品质、肥料利用效率对不同养分施用量的响应规律，以期为设施生产中番茄的合理施肥提供理论依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年2月至6月在北京市农林科学院温室内进行。试验温室为非加热型温室，主体结构为钢架，透明覆盖材料为玻璃，供试温室长度和宽度分别为38和11 m，南北走向，温室土壤为砂壤土。试验点位于116.29°E、39.94°N，海拔56 m，试验期间温室内平均温度为21.6℃，累积水面蒸发量为295.5 mm（图1）。试验前0～20 cm土层pH为6.69，EC值为0.44 dS/m，速效氮含量为143 mg/kg，有效磷为93 mg/kg，速效钾为238 mg/kg，土壤容重为1.40 g/cm3。

1.2 试验设计

本试验以N为主要试验因素，使用氮磷钾质量占比为15∶5∶25的可溶性复合肥料，设计5个施肥水平：N0（N-P-K施用量为0-0-0 kg/hm2，下同）、N1（150-50-250 kg/hm2）、N2（300-100-500 kg/hm2）、N3（450-150-750 kg/hm2）、N4（600-200-1000 kg/hm2），每个处理3次重复。试验小区间用深度为0.6 m的PVC板隔离。供试番茄品种为“欧官”，于2019年2月26日定植，6月29日拉秧。采用定植后天数标记开花、坐果、结果的生育期起始时间分别为28、49、82 d，定植日和拉秧日分别标记为0和123 d。番茄幼苗按垄上双行种植，株距35 cm，行距50 cm。

试验采用滴箭灌溉的灌水方式，每株番茄在距主茎15 cm处的土壤插设一根滴箭，施肥时将水溶肥料溶于灌溉水中，以水肥一体化的方式随水灌至植株根区土壤。自定植之日使用直径为20 mm的标准蒸发皿于每日8：00记录植株冠层水面蒸发量，实际灌水量为灌溉系数与累积水面蒸发量的乘积，本试验中灌溉系数以0.85计，蒸发量每累积约20 mm时进行灌溉，整个生育期共灌水14次，共计235 mm。复合肥料均分4次分别在番茄开花期以及一、二、三穗果膨大期（定植后30、49、70、87 d）溶于水后随灌溉水施入。具体灌水施肥情况如图1所示。

图1 番茄生育期内气温的变化、累积蒸发量及灌水施肥过程

1.3 观测项目与方法

1.3.1 生长指标

在每个处理中选择长势整齐一致的3株番茄，全生育期每隔15 d测定一次株高、茎粗和SPAD值（相对叶绿素含量）。其中株高采用卷尺测量，茎粗采用游标卡尺在地面以上2 cm处进行直径的测量，SPAD值则是对自上而下第5节叶采用SPAD 502叶绿素仪测量不同的叶片5次后，其平均值作为该株番茄的SPAD值。

1.3.2 番茄地上部生物量

定植后每隔25 d进行一次破坏性取样，总计取样次数为6次，取样时间分别为2019年2月26日、3月23日、4月17日、5月12日、6月6日和6月29日。每次取样后，将番茄地上部茎、叶、果分别在105℃下烘30 min杀青，85℃下烘干至恒重，之后分开称重计算其生物量。

1.3.3 植株各器官含氮量测定

将烘干后的植物样品分器官用小型粉碎机粉碎后过0.5 mm筛，用H2SO4-H2O2消煮法将植物干样消煮至澄清，用全自动凯氏定氮仪进行植株各器官全氮含量的测定以用于计算全株全氮含量。

1.3.4 果实产量及品质测定

果实产量测定：果实成熟后，每个处理取3株分别称重计算产量。

果实品质测定：采用蒽酮比色法进行可溶性总糖含量测定；采用酸碱滴定法进行可滴定酸含量测定；使用TD-45手持式数显糖度计进行可溶性固形物含量测定。

1.3.5 气象数据获取

试验所需气象数据由温室中部设置的美国CAMPBELL公司的AG1000小气候监测系统进行自动监测。

1.3.6 计算方法

地上部植株氮累积量、植株含氮量、氮素利用效率、肥料偏生产力及氮肥农学利用率的计算方法如下［8-9］：

各器官氮吸收量（g/株）=各器官全氮含量×干物质量；

地上部植株氮累积量（g/株）=∑地上部植株各器官氮吸收量；

氮素利用效率（NUE）（kg/kg）=植株总氮吸收量/氮养分投入；

肥料偏生产力（PFP）（kg/kg）=产量/施肥量总和；

氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区番茄产量-不施氮区番茄产量）/施氮量。

1.4 数据处理

使用Excel 2007进行数据处理及绘图，采用SPSS 19.0软件进行数据方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥水平对温室番茄株高、茎粗的影响

对不同施肥水平下温室番茄株高、茎粗随生长进行跟踪测量，得到方差分析结果如表1。番茄株高均随植株生长发育增长迅速，施肥显著影响到株高，并随施肥水平的增加呈先下降再上升的趋势。在定植85～115 d内，N2和N3处理下的番茄株高显著低于其它3个处理，在115 d时差异最显著，N2处理下的株高较N0处理下降了20.6%，较N4处理下降了15.9%（P<0.05）。说明在N2和N3施肥水平下有利于温室番茄矮化生长。各处理下番茄茎粗在苗期及开花期时增长迅速，进入结果期后茎粗增长速度明显减缓。随施肥水平的升高，番茄茎粗呈先上升后下降趋势，与株高变化趋势相反。N4处理下的植株茎粗，在100 d显著低于N2和N3处理，在150 d显著低于N1、N2和N3处理，而与N0处理间并无显著性差异。在115 d时，N2处理下的茎粗较N4处理增加21.2%（P<0.05）。可见，N4施肥水平对茎粗有抑制作用。

表1 不同施肥水平下温室番茄株高、茎粗方差分析

2.2 不同施肥水平对温室番茄叶绿素SPAD值的影响

各施肥处理的温室番茄叶片SPAD值随定植天数的增加均呈“增-减-增”的变化趋势，在25～40 d的增长幅度最大，为4.1%～26.8%（P<0.05）。施肥显著影响到SPAD值，随施肥水平的升高SPAD值呈先增大后减小的趋势。N2处理具有较高的SPAD值，其中在定植55 d时N2处理的SPAD值较N0、N4处理显著增加了8.7%和10.7%（P<0.05），而在定植115 d时N2处理较N0、N4处理显著增加13.7%和13.2%（P<0.05）。说明N2施肥水平有利于植株叶片内的叶绿素累积。

表2 不同施肥水平下温室番茄叶绿素SPAD值方差分析

2.3 温室番茄地上部干物质量和氮累积量变化

由图2a可知，不同施肥水平下温室番茄地上部干物质量随着生育期的推进逐渐增大。干物质量累积速率呈中间快两头慢的变化趋势，定植0～25 d干物质量累积速度缓慢，50～75 d植株地上部干物质量累积近似线性增长，随后的100～123 d增长速率趋于平缓。100～123 d，各施肥处理相比不施肥处理N0干物质量增加明显，123 d时增加幅度为8.0%～22.7%，但各施肥处理间并无显著性差异。

由图2b可知，不同施肥水平下温室番茄植株地上部氮累积量增长趋势与干物质量相似，但累积速率变缓的转折点（75 d）要早于干物质量累积（100 d）。100和123 d时，各施肥处理下的氮累积量相比不施肥处理N0增长幅度分别为8.2%～28.0%、5.9%～21.9%，但各施肥处理间无显著性差异。

图2 不同施肥水平下温室番茄地上部干物质量和氮累积量的动态变化

2.4 不同施肥水平对温室番茄果实品质的影响

由表3可知，施肥水平对温室番茄的品质有一定的影响。当施肥量超过300 kg/hm2（N2）时可溶性糖含量不再随施肥量增加继续上升，但不同施肥水平并没有引起可溶性糖的显著变化，N2处理较N0处理增加18.3%。在N2处理下，番茄果实可溶性固形物含量最高，较N0处理增加28.3%（P<0.05）。番茄果实内可滴定酸含量N2处理较N0和N4处理分别增加22.5%和19.8%（P<0.05）。N2处理下的番茄果实糖酸比最高，不同施肥水平下果实糖酸比无显著性差异。可见，在一定范围内，施肥水平的升高会显著增加番茄果实内可溶性固形物和可滴定酸含量，对番茄内可溶性糖含量的影响虽未表现显著，但对其含量的增加仍有一定的促进效果。

表3 不同施肥水平对温室番茄果实品质的影响

2.5 不同施肥水平对温室番茄产量和养分利用效率的影响

由表4可知，施肥处理对温室番茄产量有增产作用，其中N4处理较N0处理增加24.8%（P<0.05）。N4与N3、N2处理间番茄产量无显著性差异，说明番茄产量并没有随施肥量的大幅度提高而显著增加。不同施肥水平下温室番茄的氮素利用效率随施肥水平的升高呈逐渐降低趋势，其中N1处理的氮素利用率是N4处理的3.4倍。温室番茄的肥料偏生产力也表现出了相同趋势，即施肥水平的升高使温室番茄的肥料偏生产力显著下降，其中N1处理是N4处理的3.1倍。N2施肥水平下氮肥农学利用效率显著高于N3、N4处理，分别是N3、N4处理的1.9和2.9倍。说明N2处理在保持产量的同时能够使肥料更有效地得到利用。

表4 不同施肥水平下温室番茄的产量及养分利用效率

3 讨论

本试验中，不同施肥水平对温室番茄的株高、茎粗、叶绿素含量影响显著。当施肥水平由N0提升至N2时，定植115 d时的番茄株高有显著下降趋势（P<0.05）；继续提升至N4水平时，番茄株高又呈升高趋势（表2）。说明番茄株高随施肥水平的提升呈先降低后升高的变化规律，而N2处理的植株趋向矮化生长。这与张燕等［25］研究得出的相同灌溉水平下高施肥处理具有最大株高的结果类似。番茄茎粗则随施肥水平升高表现为先促进后抑制（表2），其中N2处理的茎粗在115 d时较N4处理增加21.2%（P<0.05），贾宋楠等［26］在设施番茄上的研究也表明，施肥量与茎粗呈反比关系。由此说明，本试验N2处理（N 300 kg/hm2）的株高相对较低，而茎粗较大，更有利于植株向矮壮化生长。相对叶绿素含量（SPAD值）可以反映植株氮营养水平［27］，本试验中植株叶片SPAD值随施肥量增加呈先增大后减小的变化趋势，其中N2处理下SPAD值最高，为55.7（表3）。其原因可能与适宜施肥量加快了叶片中叶绿素沉积有关［28］；此外，植株对氮的转运、吸收与蒸腾速率呈正相关［29］，而施肥量过高会引起植株蒸腾速率下降［30］，造成植株氮营养水平下降，进而降低叶片SPAD值［31］。

前人研究表明，施肥会影响到温室番茄干物质量和氮累积［32-34］。本试验中，施肥处理对温室番茄地上部干物质量和氮累积量均有促进作用，但从图2a与图2b对比可以看出，植株干物质量和氮累积速率变缓的时间转折点分别为100和75 d，说明植株氮累积对不同施肥处理的响应早于干物质量，原因可能是植株需先将从土壤中吸收的无机氮转化为有机氮和蛋白质，才能后续通过部分与植物体内碳水化合物合成有关的蛋白质共同协作完成植株干物质的累积［35-36］。在定植后100 d时，施肥处理的干物质量较不施肥处理增加了9.5%～16.7%，氮累积量增幅为8.2%～28.0%。而不同施肥处理间的地上部干物质量差异并不显著，其原因可能与试验小区土壤基础养分较高有关［37］。Omondi等［29］在木薯试验中的研究也证明，施肥水平满足植株营养生长后，继续提升施肥水平对地上部干重无显著影响。本试验条件下N2处理的果实可滴定酸含量显著高于N4处理，且可溶性糖、可溶性固形物以及糖酸比等指标均较高（表3）。说明N2处理具有相对较优的番茄品质。其原因可能与适量减氮有利于提高植物体内蔗糖磷酸合成酶的活性，进而有助于植株体内非结构性碳水化合物的累积有关［38］。番茄产量随施肥量的升高而增加，其中N2处理产量较N0处理增加了13.1%（P<0.05），但与N3、N4处理相比并无显著性差异。李银坤等［39-40］研究也表明，施肥量过高对温室黄瓜与番茄产量并没有显著提升作用，而适量施肥不仅可以获得较高的黄瓜与番茄产量，还能显著降低氮肥的气态损失，提高肥料利用率。本试验中N2处理的氮肥农学利用效率显著高于N3、N4处理，分别为N3、N4处理的1.9和2.9倍，说明N2处理不仅能够确保产量，而且能够大幅度提高氮肥农学利用率。