商品有机肥添加条件下间歇干旱对番茄生长生理及产量的影响

2021-12-14王光梅胡兵辉

西南农业学报 2021年9期

王光梅，胡兵辉

(西南林业大学生态与环境学院，云南昆明 650224)

【研究意义】番茄(Solanumlycopersicum)的营养丰富且栽培面积广[1]，为云南省重要的蔬菜作物[2]。但栽培番茄发展经济受水资源和环境的制约[3]。番茄在不同生育阶段需不同的水肥[4-5]，适当的干旱胁迫能提高番茄的抗性、产量和品质等[6]，合理施用有机肥能提高土壤养分与产量[7-9]。在云贵高原季节性旱区的露地栽培条件下，番茄生长期大多虽为雨季，但也有缺水或干旱的情况，鉴于社会对番茄产品的需求，研究施肥量和间歇性干旱对番茄生长生理、产量及水肥利用的影响，对云南地区番茄产量的提高、水肥资源的高效利用以及生产实践具有重要的指导意义。【前人研究进展】有机肥的肥效持久及养分充足，能改善果实品质和土壤环境[10-11]，如施用鸡粪和羊粪能提高番茄产量及品质[12]；用油茶饼粕做番茄的有机肥能促其生长[13]；蚯蚓处理过的废弃物能提高土壤肥力和作物产量[14]。曹荣利等[15]筛选出栽培有机番茄的最佳蓖麻饼施用量；李艳宁等[16]研究出番茄的最佳施肥量及经济效益，一般水分胁迫会导致番茄减产[6,17-18]。袁宇霞[19]研究表明，适当上调灌水下限与增加施肥量都可以促进番茄生长，提高光合速率、干物质累积量和产量。李耀霞等[20]认为中水中肥处理番茄的产量和水分利用效率最高。【本研究切入点】已有大量关于施肥种类、施肥量和干旱胁迫单一作用及灌水量与施肥量交互作用对番茄的影响研究，而针对番茄不同生长阶段持续干旱和商品有机肥不同施用量组合对番茄的生长生理、产量的影响研究较少，尚有待深入。【拟解决的关键问题】明确受间歇性干旱影响较小的番茄生育期，为科学有效栽培番茄水分管理提供理论依据，降低番茄减产率；明确在间歇性干旱下最佳的施肥量，为合理施肥提供参考，避免浪费肥料和造成土壤生态环境破坏；探索利于番茄生长生理、产量及水肥利用的最佳处理组，并将其推广应用以实现番茄优质高产。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用番茄品种为西安金晟种业有限公司的“凯瑟琳”；有机肥为河南莲花生物菌肥有限公司全水溶有机肥，总养分，其营养成分为有机质45%、氨基酸10%、腐殖酸15%；土壤为红壤，其背景值为有机质28.93,全氮含量0.87,速效氮含量85.36,速效磷含量3.42,速效钾含量205.48,pH 7.45；花盆统一规格(上口径25 cm、底径18 cm、高17 cm)。

1.2 试验设计

2019年9月3日在西南林业大学温室大棚中进行盆栽试验，每盆土质量4 kg，选取一致的番茄种子播种，在每盆中央穴播3粒，覆土4 cm，各处理播种后立即灌出苗水，发芽期均正常灌水，每隔5 d灌水1次，每次500 mL，定植前施肥相同。

待4片真叶时选取长势一致的盆栽植株定苗，缓苗后开始进行施肥量和间歇性干旱的2因素处理。有机肥施用量设F1(600 kg/hm2)、F2(1200 kg/hm2)、F3(1800 kg/hm2)3个水平；间歇性干旱设A1(苗期干旱，始于4叶1心灌水500 mL持续20 d后恢复正常灌水)、A2(花期干旱，前期正常灌水，始于第一穗花蕾出现灌水500 mL持续20 d后转为正常灌水)，A3(对照，全生育时期正常灌水，每隔5 d灌水1次，每次500 mL)3个水平。不处理阶段也正常灌水。A1在F1施肥水平下的处理记为F1A1，并以此类推。试验有9个处理，各处理重复3次，共27盆。试验除有机肥施用量和间歇性干旱不同外，其他管理均相同。

1.3 测定项目

(1)植株生长指标测定：每隔20 d测定番茄株高(用直尺测量)和茎粗(用游标卡尺测量)，2个时期各测1次叶片叶面积(用叶面积仪测量从上往下数第3枝的全部叶片求平均值，平均值再乘以叶片数即为每株番茄的叶面积)。

(2)光合指标测定：各处理结束后正常灌水时选择晴天用Li-6400便携式光合仪在早上9:00-11:00时测量3片健康叶片(从上往下数第3枝)的光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)，计算叶片瞬时水分利用效率(IWUE=Pn/Tr)。

(3)干物质量(DW)：采收后，获取番茄植株根、茎和叶，冲洗根茎的泥土，分别在烘箱中105 ℃杀青30 min后调至65 ℃烘干至恒重，用分析天平称量植株叶片、茎和根干重，并计算根冠比(RSR，为根干重与地上部干重的比值)。

(4)产量(Y)：收获期测定每株番茄产量，换算为公顷产量，根据产量和施肥量(F)计算肥料偏生产力(PFP)，PFP=Y/F。

(5)总耗水量(TWC)：用水分平衡法计算番茄总耗水量，TWC=P+K+M-F-D+△W，P为降水量，K为地下水补给量，M为灌水量，F为地表径流，D为下渗水量，ΔW为土壤储水量变化量(用TDR土壤水分测定仪测定土壤含水量，进而计算得出)。因试验是在温室进行的盆栽试验，所以P、K和F忽略不计。因此，W=M+△W。本试验的总耗水量是从水肥处理开始计算的。

(6)水分利用效率(WUE)：WUE=Y/W，其中Y为产量，W为总耗水量。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2010进行数据处理并作图；利用SPSS 20.0进行Duncan法多重比较(P<0.05)和双因素方差分析，各图表中的数据均为平均值。

2 结果与分析

2.1 各处理对番茄株高和茎粗的影响

由图1～2可知，番茄随时间推移而长高和变粗。番茄株高、茎粗在苗期(第20～40天)和花期(第60～80天)都随着施肥量增加而增大，F2和F3较F1的株高分别提高18.56%～27.13%和51.32%～60.81%，茎粗分别提高14.29%～15.79%和20.96%～23.22%。番茄株高和茎粗均表现为A3 > A2 > A1；A1和A2较A3的株高降低15.99%～18.67%和0.79%～13.64%，茎粗分别降低5.83%～7.54%和2.10%～5.52%，间歇性干旱均抑制番茄茎的纵横生长。第80天，A1比A2的番茄植株矮且茎秆细。综合看，F3A3、F3A2和F2A3的长势较好；F2A2处理组的茎秆较粗，且可节水节肥。

2.2 各处理对番茄叶面积的影响

由图3可知，在苗期，F2和F3下，A1比A3番茄的叶面积显著小，A1抑制了番茄叶片生长；在花期，A1、A2较A3无显著差异，A2对叶片生长的影响不显著，干旱后恢复正常灌水的番茄叶片能补偿生长。番茄叶面积随施肥量的增大表现为F3>F2>F1，但在花期F2较F3的番茄的叶面积无显著差异。综合来看，F2A2可节水节肥，且叶面积较大。

2.3 各处理对番茄光合特性的影响

由表1可知，施肥量、干旱及其交互作用都对番茄的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和叶片瞬时水分利用效率(IWUE)具有极显著影响。

番茄的Pn和Tr在A1下呈现F3>F2>F1的规律，而在A2和A3下呈现F2>F1>F3的规律；F2A1与F3A1的Pn和Tr、F1A2与F2A2的Tr无显著差异。F2几乎比F1及F3下的Pn和Tr大。瞬时水分利用效率在A2下的不同施肥量间无显著差异；而在A1和A3下，都呈现F1>F2>F3的规律，F2A1与F3A1、F2A2与F3A2间无显著差异。

F1下，番茄的PnA1显著低于A3；F3下，A1显著高于A3；而F2下无显著差异。F1和F3下，Tr呈现A2>A3>A1的规律；而F2下，A3比A1和A2的Tr大。瞬时水分利用效率表现为A1>A3>A2，在F1和F2下的A2比A3的瞬时水分利用效率小是因A2比A3的Tr高，而A1比A3的瞬时水分利用效率大是因F1和F3下的A1比A3的Tr小。综合看，F2A1、F2A2、F2A3及F3A1处理组的Pn较大，它们之间无显著差异；F1A1、F2A1和F3A1的瞬时水分利用效率较大，说明A1能提高瞬时水分利用效率。

2.4 各处理对番茄干物质量及根冠比的影响

由表2可知，除施肥量对根冠比无显著影响外，施肥量、间歇性干旱及其交互作用对干物质量(DW)和根冠比(RSR)影响显著。番茄的干物质量随施肥量的增加而增加，而RSR规律不明显；番茄的干物质量规律为A3>A2>A1，说明间歇性干旱抑制了番茄生长，且番茄苗期对水分敏感而受干旱影响更大；番茄的RSR表现为A1>A2>A3，说明干旱胁迫有利于根系分蘖生长，对A1影响较明显。

番茄的DW大小为F3A3>F3A2>(F2A3、F3A1)>F2A2>F2A1>F1A3>(F1A1、F1A2)，其范围为1.66～4.01 g。RSR值较大的处理组为F1A1>F3A1>F1A2>F2A3，范围为0.193～0.202 g/g，这4个处理组无显著差异，而最小值为0.163 g/g。

表1 施肥量与间歇性干旱对番茄光合特性的影响

表2 施肥量与间歇性干旱对番茄干物质量及根冠比的影响

2.5 各处理对番茄产量及水肥利用的影响

由表3可知，施肥量、间歇性干旱及两因素的交互作用对番茄总耗水量(TWC)、产量(Y)、水分利用效率(WUE)及肥料偏生产力(PFP)几乎均有极显著影响。

番茄的TWC、Y和PFP都表现为A3>A2>A1；A1和A2较A3分别减产17.21%～20.28%和6.90%～7.69%，A1较A2对番茄的TWC和PFP降低幅度大；而WUE表现为A2>A1>A3，A1和A2较A3的WUE分别提高2.52%～6.54%和18.71%～19.8%，说明干旱提高了WUE，且A2比A1提高效果显著。

番茄的TWC、Y和WUE都随着施肥量的增加表现为F3>F2>F1；但PFP表现为F1>F2>F3。F1、F2和F3下的平均产量分别为61.59、87.86和102.84 t/hm2；F2和F3较F1的Y分别提高41.49%～43.92%和63.79%～68.65%、WUE分别提高41.42%～43.86%和63.60%～68.66%、PFP分别降低28.04%～29.26%和43.78%～45.41%。说明较F1、F2比F3的Y和WUE的增加幅度大，PFP降低幅度小。

综合来看，Y、WUE和PFP均表现为A2显著大于A1，显著小于A3；F3的Y高但PFP最低，投入肥量最大，Y的增加量随着肥料增加量的增加而减少导致Y的增长量达不到理想效果。

2.6 番茄产量、干物质量、水分利用效率及肥料偏生产力之间的关系

由表4可知，番茄产量(Y)与其干物质量(DW)、水分利用效率(WUE)、肥料偏生产力(PFP)间存在显著的相关关系，Y与DW、Y与WUE、DW与WUE都呈正相关关系，但PFP与Y、DW及WUE均呈负相关关系。说明这几个指标可以作为间接评价番茄产量的指标。

表3 施肥量与间歇性干旱对产量及水肥利用的影响

表4 番茄产量及其干物质量、水分利用效率、肥料偏生产力的相关性

3 讨论

3.1 施肥和间歇性干旱对番茄生长特性的影响

适宜的水肥可促进番茄生长、提高产量[19-20]。干旱胁迫使干物质量下降，但适度的水分胁迫可抑制营养生长促进生殖生长，降低减产率[21]。番茄的株高、茎粗、叶面积、干物质量均随施肥量的增加而增加，张国红等[22]研究也有类似结果。高方胜[23]研究发现适宜水分可显著提高番茄株高、茎粗及各器官质量，这与所试验的生长指标表现为A3>A2>A1相类似；与A3相比，A1和A2均抑制了番茄生长而植株较矮，A1抑制作用更大；恢复正常灌水后，A2与A3的番茄叶面积无显著差异，说明番茄叶片能补偿生长。

干旱使番茄的根冠比增大，表现为A1>A2>A3；A1、A2较A3有利于根系分蘖生长提高根冠比，土壤水分胁迫抑制番茄植株地上部分的生长减小根冠比[24-25]。

3.2 施肥和间歇性干旱对番茄光合特性的影响

F1下，A1较A3番茄的光合速率显著低，说明A1不利于番茄光合作用，杜清洁[26]研究也表现为水分胁迫显著抑制了番茄植株的光合作用；而F1下的A2与A3的光合速率无显著差异，呈现A2对番茄的光合作用影响不显著。F2和F3下，A1比A3的光合速率及瞬时水分利用效率高，说明F2A1较F2A3、F3A1较F3A3处理组利于光合作用，呈现复水后的补偿现象；A2较A3的瞬时水分利用效率低，因在测定时期是花期干旱后生理活动还没恢复正常。总之，A1、A2较A3的光合速率高或低或无显著差异，高或无显著差异呈现复水后的补偿现象，低是干旱引起的抑制作用。A1的光合速率随着施肥量的增加而增大，但A2和A3的光合速率表现为F2>F1>F3，李耀霞[20]的研究也有类似结果。

3.3 施肥和间歇性干旱对番茄产量及水肥利用的影响

施肥量和干旱影响番茄总耗水量(TWC)、产量(Y)、水分利用效率(WUE)及肥料偏生产力(PFP)。番茄的总耗水量、产量和肥料偏生产力均表现为A3>A2>A1。A1、A2较A3分别减产17.21%～20.28%和6.90%～7.69%，而A2较A1番茄的产量高，呈现苗期对水分极度敏感，干旱不利于生长进而影响产量，而A2较A1的产量高，呈现水分亏缺可提高坐果数，刘浩[27]的研究也有类似结果。此外，间歇性干旱均提高了水分利用效率，且A2比A1的水分利用效率高。综合看，A3的总耗水量大，水分利用效率低，而A2较A3的减产率较低，在水资源缺乏时种植番茄，花期干旱较苗期干旱较有利。

产量和水分利用效率随着施肥量的增加而提高，而肥料偏生产力相反。F2和F3较F1增产41.49%～43.92%和63.79%～68.65%，施肥对产量的影响符合报酬递减律，F3投入肥量大，产量增长量达不到理想效果。所以并不是施肥越多越好，需要综合考虑产量、经济效益。施中肥能节约成本，经济效益较高。而A2较A1的产量、水分利用效率和肥料偏生产力高。虽然F2A2和F2A1都可达到节水节肥的目的，但从长势、光合速率、蒸腾速率、产量、水分利用效率和肥料偏生产力上看，F2A2优于F2A1。种植番茄F2A2处理组可加以推广应用。