氮磷钾配施对戈壁日光温室基质槽培番茄产量和品质的影响

张俊峰,蒯佳琳,王晓巍,张玉鑫,马彦霞

(甘肃省农业科学院 a蔬菜研究所，b科技成果转化处，甘肃 兰州 730070)

戈壁农业泛指在戈壁、砂石、盐碱、沙化、滩涂等不宜耕作的闲置土地上，以日光温室为载体，基质栽培为核心，集成先进栽培管理技术，发展设施优质安全瓜果蔬菜等特色农产品为主的现代农业发展新业态[1]。近年来，甘肃省充分利用戈壁和光照等自然资源，发展戈壁设施蔬菜面积已超6 600 hm2[2-3]。番茄是戈壁设施栽培的主要蔬菜种类，种植面积、产量和产值均居戈壁设施蔬菜生产的主导地位，已成为助推区域农村经济发展和实现农民脱贫致富的支柱产业之一[4]。多年来，有许多学者对露地番茄的施肥进行了研究[5-8]，也有众多科研工作者研究了保护地番茄的需肥规律[9-13]，为露地和保护地番茄的合理施肥提供了理论依据。由于戈壁农业蔬菜生产时间相对较短，技术储备不足，笔者所在的研究团队对戈壁设施番茄的施肥研究也做了一些探索工作[14]，同时参考了不同学者的番茄施肥方案进行了戈壁设施环境下的适应性筛选，但均未取得较为满意的效果。因此，本试验拟通过研究氮、磷、钾配施对戈壁日光温室有机基质槽培番茄产量和品质的影响，以期探明番茄高产、优质的适宜氮、磷、钾施肥方案和施用比例，为戈壁日光温室基质槽培番茄的养分管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019年8月至2020年2月在甘肃省高台县新绿达戈壁农业示范园日光温室内进行，采用基质槽式栽培。试验温室为沙袋墙体钢架结构，跨度10 m、长度100 m。栽培槽为下挖式，槽内径55 cm，深30 cm，长8.5 m，走道宽0.75 m。槽内填充25 cm深的栽培基质。基质采用自配基质(玉米秸秆、牛粪、菇渣、炉渣体积比为2.5∶2∶2.5∶3)，其理化性质为pH 7.03，EC 1.20 mS/cm，体积质量0.529 g/cm3，全氮6.97 g/kg，全磷0.947 g/kg，全钾15.37 g/kg。基质原材料均来源于当地，玉米秸秆、牛粪、菇渣喷水后进行45 d堆肥覆膜高温发酵处理，番茄拉秧后往基质槽中添加基质至25 cm并翻搅均匀、刮平，以备下茬继续使用。供试番茄品种为吉诺比利(武汉楚为生物科技有限公司)。

试验采用氮、磷、钾3因素5水平正交旋转组合设计方案[15]，小区面积11.05 m2，3次重复，具体试验方案和肥料用量见表1。供试肥料分别为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、硫酸钾(K2O 60%)。番茄定植前滴灌浇水，基质表面完全浸湿即可，按每槽两行倒三角形定植，使基质略高于苗根茎部。株距45 cm，灌水方式为膜下滴灌，每槽铺设两根双上孔型薄壁软管。番茄定植20 d后开始第1次施肥处理，之后每隔15 d追肥1次，共施肥10次，单次施肥量按照总施肥量和施肥次数平均分配，将肥料溶解后利用水肥一体化施肥器滴灌施入。2019年8月23日定植，11月15日始收，2020年2月11日拉秧，共采收了18次。在生长期内，根据设施温湿度环境和外界气温条件，每天滴灌1～2次，每次15～30 min，从定植到拉秧期，共计灌水量为129.37 m3。其他生产措施按常规管理。

表1 番茄氮磷钾配比试验设计

1.2 测定项目及方法

1.2.1 产 量 每次采收时测定单株产量及结果数，至采收全部结束后，统计各小区的单株总产量及结果数；采用田间称量法，记录各处理小区每次的产量，至采收全部结束后，统计各小区总产量。

1.2.2 果实品质 于盛果期(12月23日)选取成熟的番茄，用于测定VC、番茄红素、可溶性蛋白、可溶性糖、硝酸盐和有机酸含量。VC含量采用改进的2,6-二氯靛酚滴定法[16]测定，番茄红素含量采用分光光度法[17]测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[18]测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[18]测定，硝酸盐含量采用紫外分光光度法[17]测定，有机酸含量采用碱滴定法[18]测定。

番茄品质综合评分标准：根据番茄生产要求和市场销售标准，参考宋春凤等[19]对芋头、赵铠等[20]对洋葱和杜少平等[21]对西瓜的品质评分标准，确定番茄品质综合评分标准。首先，将与番茄品质呈正相关的5个品质(可溶性糖含量、有机酸含量、番茄红素含量、VC含量和可溶性蛋白含量)最佳值的得分确定为100分，其中可溶性糖含量的最佳值为3.5%，有机酸含量的最佳值为0.5%，番茄红素含量的最佳值为160 mg/kg，VC含量的最佳值为210 mg/kg，可溶性蛋白含量的最佳值为2.6 mg/g；各处理不同品质指标实测值占最佳值的比例即为该处理不同指标的相对得分，其相对得分乘以权重值(可溶性糖含量、有机酸含量、番茄红素含量、VC含量的权重均为0.2，可溶性蛋白含量的权重为0.1)即为各指标评分，然后计算各处理5个品质指标评分之和。其次，硝酸盐含量与番茄品质呈负相关，以100 mg/kg作为其最佳值，最佳值的得分确定为 100 分，实测值每增加10 mg/kg，得分减1分，即可得到硝酸盐的相对得分，相对得分乘以权重值(硝酸盐含量的权重为0.1)即为最后评分。最后，将与番茄品质正相关的5个指标评分之和减去与番茄品质负相关的硝酸盐含量评分即为番茄品质综合评分。

1.2.3 番茄高产优质氮磷钾肥施用量的确定 对具有同等重要性的试验指标，通过频率出现的高低可优先排序，频率高的因素水平可被优先选择，从而获得最佳置信区间和配比方案[20-21]。

1.3 数据处理

采用SPSS 22.0和Excel 2010对番茄产量和品质数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾肥施用量与番茄产量和品质之间回归模型的建立

不同施肥处理番茄产量和品质测定结果见表2。

表2 不同施肥处理对番茄产量和品质的影响

以表1中氮、磷、钾肥施用量编码值为自变量，表2中产量为因变量，进行二次多项式回归分析，得出番茄产量(Y1)与氮、磷、钾肥施用量编码值之间的回归方程:

(1)

对该回归方程进行F检验可知，F=2 023.44,P=0.007 3,表明回归关系达极显著水平(P<0.01)，这也说明此方程可以反映肥料施用量与番茄产量之间的关系，因此该回归方程对番茄产量有很好的预测效果。表3显示，该回归方程各偏回归系数的检验结果均达到极显著水平(P<0.01)。

表3 番茄产量与氮磷钾肥施用量编码值之间回归方程的偏回归系数检验

同理可求得肥料施用量编码值与番茄品质综合评分(Y2)之间的回归方程:

(2)

对该回归方程进行F检验，可知F=6.17,P=0.003,表明回归关系达极显著水平(P<0.01)。

2.2 氮磷钾肥施用量与番茄产量和品质之间回归模型的分析

2.2.1 主效因子分析 从方程(1)、(2)可以看出，一次项的偏回归系数均为正值，二次项系数均为负值，符合报酬递减定率，模型属于典型模型，一次项回归系数绝对值的大小可以直接比较各因素对基质槽培番茄产量和品质的影响。从氮、磷、钾肥施用量编码值与番茄产量和品质回归模型的一次项可以看出，氮、磷、钾肥施用量编码值的偏回归系数绝对值分别为1 152.030，191.661，452.939和1.521，0.124，0.975，说明试验中各因素对基质槽培番茄产量和品质影响由大到小的顺序均为氮肥>钾肥>磷肥。

2.2.2 单因子效应分析 为了进一步探讨各个因素的单独效应，将番茄产量回归模型中氮、磷、钾肥3个自变量中的任意2个的编码值固定为0，可以得到剩余自变量与目标函数的关系，即可得到氮、磷、钾肥施用量编码值与番茄产量关系的单因子效应方程分别为：

(3)

(4)

(5)

同理可得到氮、磷、钾肥施用量编码值与番茄品质综合评分关系的单因子效应方程分别为：

(6)

(7)

(8)

由图1和图2 可以看出，番茄产量和品质的氮、磷、钾肥施用量单因子效应曲线均开口向下。当施用量较低时，番茄产量随着氮、磷、钾肥施用量的增大而增加，达到最高值后，继续增大施用量，番茄产量开始降低，且磷肥对番茄产量的正效应大于钾肥，钾肥的负效应大于氮肥。在施用量较低条件下，番茄品质综合评分随着氮、磷、钾肥施用量的增大而提高，达到最大值后继续增大施肥量，番茄品质综合评分下降，其中氮、磷、钾肥对番茄品质综合评分的正效应差异不显著，而磷肥的负效应显著大于氮、钾。在本试验设置的肥料使用范围内，对单因子效应方程求导，可得产量最高、品质最佳时的氮、磷、钾肥最高施用量(表4)。

图1 氮磷钾肥施用量编码值与番茄产量单因子效应分析

表4 番茄产量和品质综合评分最高时的肥料单因子效应分析

2.2.3 因子互作效应分析 本试验确定的番茄产量与氮、磷、钾肥施用量编码值之间的回归模型，存在氮磷、磷钾、氮钾之间的互作效应，并且其偏回归系数均达极显著水平，说明氮磷、磷钾、氮钾之间的互作效应对番茄产量的影响达到了极显著水平，即在氮磷钾配施条件下，番茄产量的变化不仅仅是单因子效应的线性累加，还存在因子间的互作效应。为了探讨氮、磷、钾肥3个因子之间的互作效应，对回归方程(1)进行降维处理，即固定任意一因子编码值为0 ，则可得其他两个因子互作效应与番茄产量之间的回归子模型：

(9)

(10)

(11)

将方程(9)、(10)和(11)绘图，则可得到任意两因子交互作用对番茄产量的影响，结果见图3。

图3 氮磷钾肥互作效应对番茄产量的影响

由图3可知，在编码值范围内，氮、磷、钾两两之间对番茄产量的互作效应均呈抛物线型，产量先升高后降低，符合报酬递减定律。单独施用某一种肥料均不利于提高基质槽培番茄的产量，但氮、磷、钾肥两两之间的互作效应则对番茄产量有较强的促进作用，其中磷钾互作时，磷的效应大于钾；氮钾互作时，钾的效应大于氮；氮磷互作时，磷的效应大于氮。

2.3 番茄高产优质氮磷钾肥施用量的确定

本试验条件下，对回归方程(1)、(2)进行寻优，结果见表5和表6。由表5可知，当X1取0.444～1.065,X2取0.903～1.723,X3取0.494～1.140，即氮、磷、钾肥施用量为284～367，173～228，437～566 kg/hm2时，戈壁日光温室秋冬茬基质槽培番茄产量有望超过80 000 kg/hm2。由表6可知，当X1取0.642～1.358，X2取1.623～2.671，X3取0.582～1.270，即氮、磷、钾肥施用量为311～407，221～291，454～592 kg/hm2时，戈壁日光温室秋冬茬基质槽培番茄品质综合得分有望超过85分。综合分析对比，确定了戈壁日光温室秋冬茬基质槽培番茄高产优质的施肥方案为：N 311～367 kg/hm2，P2O5221～228 kg/hm2，K2O 454～566 kg/hm2，适宜的N、P2O5、K2O施用量之比约为1∶0.66∶1.50。

表6 番茄品质综合评分超过85分的氮磷钾肥施用量取值频率分布

3 讨论与结论

本试验结果表明，氮、磷、钾肥对基质槽培番茄产量和品质影响由大到小的顺序均为氮肥>钾肥>磷肥。番茄产量随氮、磷、钾肥施用量的增大而增加，达到最高值后，继续增加施肥量，番茄产量开始降低，且磷肥对番茄产量的正效应大于钾肥，钾肥的负效应大于氮肥；番茄品质综合评分随着氮、磷、钾肥施用量的增大而增加，达到最大值后继续增加施肥量，番茄品质综合评分逐渐下降，且氮、磷、钾肥对番茄品质综合评分的正效应差异不显著，而磷肥的负效应显著大于氮、钾肥。这与赵铠等[20]在洋葱和杜少平等[21]在西瓜上的研究结果不一致，这可能与作物种类、茬口不同有关。本试验中，氮磷、磷钾、氮钾的互作效应对番茄产量的影响均达极显著水平，其中磷钾互作时，磷的效应大于钾；氮钾互作时，钾的效应大于氮；氮磷互作时，磷的效应大于氮。同时利用模型决策分析，得到了戈壁日光温室秋冬茬基质槽培番茄目标产量大于80 000 kg/hm2的优化施肥方案为：N 284～367 kg/hm2，P2O5173～228 kg/hm2，K2O 437～566 kg/hm2；番茄品质综合评分超85分的优化施肥方案为：N 311～407 kg/hm2，P2O5221～291 kg/hm2，K2O 454～592 kg/hm2。这与贺会强等[22]、马跃[23]、李远新等[24]、杨阳等[25]关于番茄施肥的研究结果有差异，这可能主要与茬口安排、基质基础肥力、设施环境、试验番茄品种不同有密切关系。吴建繁等[26]的研究结果表明，不同土壤肥力条件下，保护地番茄的最佳施肥量之间差异显著。程季珍等[27]的研究结果也证实，菜田土壤养分状况不同时，各种蔬菜的平衡施肥方案也有较大差异。本试验中，由于基质槽的体积有限，故基质中的氮、磷、钾含量较低，这一特点使得番茄定植后追施的氮、磷、钾肥能充分地发挥其生理功能，但同时也导致了整个生育期氮、磷、钾肥的施用量偏高。

通过试验结果综合分析，最终确定戈壁日光温室秋冬茬基质槽培番茄的高产优质施肥方案为：N 311～367 kg/hm2，P2O5221～228 kg/hm2，K2O 454～566 kg/hm2，适宜的 N、P2O5、K2O施用量之比约为1∶0.66∶1.50。