氮素水平對櫻桃番茄氮磷鉀吸收及利用率的影響研究

史亮亮,聶 俊,李艷紅,譚德龍,謝玉明,鄭錦榮,張長遠*

(1.廣東省農業(yè)科學院 設施農業(yè)研究所,廣東 廣州 510640;2.農業(yè)農村部 華南都市農業(yè)重點實驗室,廣東 廣州 510640)

櫻桃番茄(Lycopersiconesculentumvar.cerasiforme)屬于普通番茄變種,起源于南美洲的秘魯和厄瓜多爾等地,具有較高的營養(yǎng)價值和獨特的風味。因櫻桃番茄生產周期短,能填補因水果淡季造成的市場空缺,其已成為水果消費的一個重要替代產品[1-2]。FCH(Float plate capillary hydroponics,浮板毛管水培)由栽培床、貯液池、循環(huán)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等四大部分組成,具有改善根系供氧狀況、根系生長環(huán)境穩(wěn)定、不怕短期停電、結構簡單、成本低、效益高等特點[3]。葉軍等研究發(fā)現(xiàn)櫻桃番茄在FCH水培條件下,其生長速度和產量顯著高于在土壤栽培條件下的[4]。氮素是蔬菜生長發(fā)育過程中必需的大量元素之一,是蔬菜體內蛋白質、核酸、酶、葉綠素、內源激素的重要組分之一[5]。目前對番茄氮素營養(yǎng)供給的研究大多集中于土培和基質栽培條件下番茄某個生長發(fā)育階段[6-11]。本研究從浮板毛管水培營養(yǎng)液入手,研究了營養(yǎng)液中大量元素氮對櫻桃番茄各生育階段不同器官氮磷鉀吸收及利用率的影響,同時分析了氮磷鉀生產效率指標及其相關性,以期為華南地區(qū)水培櫻桃番茄營養(yǎng)液的管理提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

實驗于2018年早季在廣東省農業(yè)科學院白云基地農作物營養(yǎng)試驗溫室內進行。在綜合分析日本園試配方、山崎番茄配方等營養(yǎng)液[12]的基礎上,結合前期研究的結果,采用單因素試驗設計,設置3個氮素濃度處理:處理N1，低氮(6 mol/m3)；處理N2，中氮(12 mol/m3)；處理N3，高氮(18 mol/m3)；其余營養(yǎng)元素的用量相同。供試櫻桃番茄品種為格雷斯(紅果)。采用拼接式浮板水培種植槽種植櫻桃番茄,單槽長度為1.00 m,寬度為0.40 m,深度為0.12 m;每槽種植5株,6個種植槽設為1個小區(qū),每個小區(qū)種植30株,每個處理3次重復；種植槽行寬2.00 m,種植密度為26250株/hm2。在營養(yǎng)液循環(huán)使用完后按照處理配方重新配制營養(yǎng)液,每隔2 d測定營養(yǎng)液的pH值和EC值,并調節(jié)酸堿度,使pH值保持在5.5～7.0；其余措施為常規(guī)栽培管理措施。櫻桃番茄于2018年1月15日播種,2018年3月9日移栽,在生長至7穗花序時摘心,于6月23日拉秧。

1.2 測定項目及方法

干重:分別采集每株植株的葉、莖、果,用布袋或牛皮紙袋裝好,放入烘干機(95 ℃)烘烤48 h，烘干至恒重后用精確度為0.01 g的電子天平稱量其干重。

全氮、全磷、全鉀含量:全氮含量測定采用硫酸-雙氧水消煮-蒸餾滴定法;全磷、全鉀含量的測定采用硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法[13]。

相關指標的計算公式如下：

地上部吸氮(磷、鉀)量比例(%)=地上部吸氮(磷、鉀)量/施氮(磷、鉀)量×100%；

氮(磷、鉀)肥偏生產力PFP(kg/kg)=果實產量/施氮(磷、鉀)量；

氮(磷、鉀)產量效用指數(kg/mg)=果實產量/植株地上部吸氮(磷、鉀)量。

1.3 數據處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 22.0數據分析軟件進行數據輸入和統(tǒng)計分析。各平均數的多重比較采用最小顯著差數法(LSD),比較結果采用字母標記法標記,標記相同字母的兩組數據之間差異未達到5%顯著水平,標記不同字母的兩組數據之間差異達到了5%顯著水平。

2 結果與分析

2.1 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄含氮量與氮積累量的影響

2.1.1 對櫻桃番茄葉片含氮量與氮積累量的影響 如表1所示，櫻桃番茄葉片含氮量隨生育的推進呈逐漸下降的趨勢,在苗期～果膨期期間N2處理的葉片含氮量較高,在結果盛期～采收后期期間N3處理的葉片含氮量較高；全生育期葉片的平均含氮量表現(xiàn)為N3>N2>N1。如表2所示，櫻桃番茄葉片的氮積累量隨生育進程呈先增加后減少的趨勢；N1處理的葉片氮積累量于結果盛期達到最大值53.21 kg/hm2,N2處理的葉片氮積累量于采收初期達到最大值69.04 kg/hm2,N3處理的葉片氮積累量在采收后期達到最大值62.70 kg/hm2；全生育期葉片的平均氮素積累量表現(xiàn)為N2>N3>N1；不同氮素濃度處理的葉片氮積累量峰值期隨著氮素濃度的增加而延后。

表1 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄各生育階段不同器官含氮量的影響 g/kg

表2 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄各生育階段不同器官氮積累量的影響 kg/hm2

2.1.2 對櫻桃番茄莖含氮量與氮積累量的影響 櫻桃番茄莖含氮量從苗期到采收初期逐漸減少,在采收后期稍有增加的趨勢；全生育期莖的平均含氮量表現(xiàn)為N2>N3>N1。氮積累量隨生育進程呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢；不同處理的全生育期莖平均氮積累量表現(xiàn)為N2>N3>N1。上述結果表明:增加氮素濃度可以提高櫻桃番茄莖對氮的吸收率；N2處理可以獲得全生育期最大的氮積累量,從而提高氮素的利用效率。

2.1.3 對櫻桃番茄果實含氮量與氮積累量的影響 櫻桃番茄果實含氮量從苗期到采收初期逐漸減少,在采收后期稍有增加的趨勢；N3處理的果實含氮量較高；全生育期果實平均含氮量表現(xiàn)為N2>N3>N1。果實的氮積累量隨生育進程呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,在采收初期達到峰值；不同處理的全生育期果實平均氮積累量表現(xiàn)為N2>N3>N1。上述結果表明:N2處理更有利于提高果實對氮素的吸收能力和利用效率；過量增加氮素濃度反而不利于果實對氮素的積累。

2.2 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄含磷量與磷積累量的影響

2.2.1 對櫻桃番茄葉片含磷量與磷積累量的影響 從表3可以看出：N1、N3處理的葉片含磷量在果膨期出現(xiàn)峰值,分別為6.93、6.06 g/kg；N2處理的葉片含磷量在結果盛期出現(xiàn)峰值6.27 g/kg。由表4可知：N1、N2處理的葉片磷積累量隨生育的推進呈現(xiàn)單峰曲線,在結果盛期達到峰值,分別為11.06、10.04 kg/hm2；N3處理的葉片磷積累量在采收末期達到峰值12.53 kg/hm2；不同處理的全生育期葉片平均磷積累量表現(xiàn)為N2>N3>N1,分別為6.92、6.11、6.10 kg/hm2，說明高氮處理的葉片磷積累持續(xù)到采收末期,低氮、中氮處理的葉片磷積累到結果盛期,磷積累的峰值期隨氮素濃度的增加而延后。

表3 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄各生育階段不同器官含磷量的影響 g/kg

表4 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄各生育階段不同器官磷積累量的影響 kg/hm2

2.2.2 對櫻桃番茄莖含磷量與磷積累量的影響 櫻桃番茄不同氮素濃度處理莖含磷量隨生育進程而減少；N1、N2、N3處理的莖全生育期平均含磷量分別為6.47、6.64、6.78 g/kg,以N3處理的平均含磷量最高。不同處理的全生育期莖平均磷積累量表現(xiàn)為N2>N1>N3,分別為5.36、5.14、5.06 kg/hm2；增加氮素濃度可以促進櫻桃番茄莖含磷量以及莖磷積累量在苗期和結果盛期的增加。

2.2.3 對櫻桃番茄果實含磷量與磷積累量的影響 櫻桃番茄不同氮素濃度處理果實含磷量隨生育進程呈U形曲線變化。N1、N2、N3處理的果實磷積累量隨生育進程呈現(xiàn)單峰曲線,均在采收初期達到峰值,分別為8.61、8.40、7.12 kg/hm2；不同處理的全生育期果實平均磷積累量排序為N2>N3>N1,分別為2.81、2.48、2.37 kg/hm2。在果膨期,N3處理的果實磷積累量顯著高于N1、N2處理的;在結果盛期和采收后期，果實磷積累量隨氮素濃度增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢,以N2處理最高。說明N2處理更有利于提高櫻桃番茄果實的磷素積累,過高的氮素濃度反而不利于果實的磷素積累。

2.3 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄含鉀量與鉀積累量的影響

2.3.1 對櫻桃番茄葉片含鉀量與鉀積累量的影響 如表5所示，葉片的含鉀量在開花期達到最大值，但從果膨期開始下降。由表6可見：N1、N2處理的葉片鉀積累量隨生育進程呈現(xiàn)單峰曲線,在結果盛期達到峰值,分別為86.40、81.76 kg/hm2；N3處理的葉片鉀積累量在采收末期達到峰值，因此，高氮處理的葉片鉀積累持續(xù)到采收末期,低氮、中氮處理的葉片鉀積累持續(xù)到結果盛期。

表5 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄各生育階段不同器官含鉀量的影響 g/kg

表6 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄各生育階段不同器官鉀積累量的影響 kg/hm2

2.3.2 對櫻桃番茄莖含鉀量與鉀積累量的影響 不同氮素濃度處理櫻桃番茄的莖含鉀量在開花期達到最大值,此后不斷下降。N1處理的莖鉀積累量隨生育進程逐漸增加,在采收后期達到峰值53.34 kg/hm2；N2處理的莖鉀積累量隨生育進程先增加后減少,在采收初期達到峰值50.71 kg/hm2；N3處理的莖鉀積累量隨生育進程先增加后減少又增加,在采收后期達到峰值46.31 kg/hm2；在苗期和果膨期,N2、N3處理的莖鉀積累量顯著高于N1處理的;在開花期～采收后期期間,N1、N2、N3處理的莖鉀積累量差異均不顯著。上述結果表明,增加供氮濃度可以提高櫻桃番茄莖的鉀積累量,過高的濃度會降低鉀吸收。

2.3.3 對櫻桃番茄果實含鉀量與鉀積累量的影響 如表5所示，不同氮素濃度處理櫻桃番茄的果實含鉀量在果膨期達到最大值；不同處理的果實含鉀量隨氮素濃度增加呈現(xiàn)增加的趨勢。從表6可以看出：N1、N2、N3處理的果實鉀積累量均隨生育的推進先增加后減少,均在采收初期達到最大值,分別為54.06、53.00、46.96 kg/hm2。在果膨期,N3處理的果實鉀積累量顯著高于N1、N2處理的,且N1、N2處理間差異不顯著;在結果盛期～采收后期期間,N1、N2、N3處理的果實鉀積累量差異不顯著，說明適當增加氮素濃度可以促進櫻桃番茄果實對鉀素的吸收和積累。

2.4 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄肥料生產效率的影響

2.4.1 不同氮素濃度處理櫻桃番茄的氮、磷、鉀素投入量 不同氮素濃度處理櫻桃番茄的氮、磷、鉀投入量如表7所示。不同處理的氮素投入量排序為N3>N2>N1,N2、N3處理分別比N1處理高118.18%、145.46%,N3處理比N2處理高12.49%;磷素投入量順序為N2>N1>N3,N1、N2處理分別比N3處理高22.21%、33.32%,N2處理比N1處理高9.09%;鉀素投入量順序為N2>N1>N3,N1、N2處理分別比N3處理高22.22%、33.33%,N2處理比N1處理高9.09%。

表7 不同氮素濃度處理櫻桃番茄的氮、磷、鉀素投入量 kg/hm2

2.4.2 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄肥料利用率指標的影響 從表8可以看出：地上部吸氮量比例和氮肥偏生產力均表現(xiàn)為N1處理顯著高于N2、N3處理,且在N2和N3處理間差異不顯著;不同處理的氮產量效用指數表現(xiàn)為N1>N2>N3,但差異均不顯著。

表8 不同氮素濃度處理對櫻桃番茄肥料利用率指標的影響

地上部吸磷量比例和地上部吸鉀量比例均顯示為N3處理顯著高于N1、N2處理,且在N1、N2處理間差異不顯著;磷肥偏生產力和鉀肥偏生產力均表現(xiàn)為N3>N1>N2,但差異均不顯著;磷產量效用指數和鉀產量效用指數均表現(xiàn)為N2>N1>N3,但差異均不顯著。

上述結果說明,隨著氮素投入量的增加,地上部吸氮量比例、氮肥偏生產力、氮產量效用指數都不斷降低,氮素利用效率不斷降低，但地上部吸磷(鉀)量比例、磷(鉀)肥偏生產力比例不斷增加,磷(鉀)產量效用指數不斷增加。

2.4.3 不同氮素濃度處理櫻桃番茄氮素利用率指標間的相關性 由表9可知：地上部吸氮量比例X4與施氮量X3呈極顯著負相關;氮肥偏生產力X5與施氮量X3呈極顯著負相關;氮產量效用指數X6與果實產量X1呈極顯著正相關,與地上部吸氮量X2呈顯著負相關。

表9 不同氮素濃度處理櫻桃番茄氮素利用率指標間的相關系數

2.4.4 不同氮素濃度處理櫻桃番茄磷素利用率指標間的相關性 如表10所示：地上部吸磷量比例Y4與地上部吸磷量Y2間的相關系數為0.78,呈極顯著正相關,與施磷量Y3間的相關系數為-0.82,呈極顯著負相關;磷肥偏生產力Y5與果實產量Y1間的相關系數為0.80,呈極顯著正相關;磷產量效用指數Y6與果實產量Y1間的相關系數為0.85,呈極顯著正相關,與地上部吸磷量Y2間的相關系數為-0.63,呈顯著負相關。

表10 不同氮素濃度處理櫻桃番茄磷素利用率指標間的相關系數

2.4.5 不同氮素濃度處理櫻桃番茄鉀素利用率指標間的相關性 由表11可見：地上部吸鉀量比例Z4與地上部吸鉀量Z2間的相關系數為0.76,呈顯著正相關,與施鉀量Z3間的相關系數為-0.81,呈極顯著負相關;鉀肥偏生產力Z5與果實產量Z1間的相關系數為0.80,呈極顯著正相關;鉀產量效用指數Z6與果實產量Z1間的相關系數為0.85,呈極顯著正相關。上述結果表明:在不同氮素濃度處理條件下,鉀素投入增加將降低鉀素的利用效率。

表11 不同氮素濃度處理櫻桃番茄鉀素利用率指標間的相關系數

不同氮素濃度處理櫻桃番茄氮、磷、鉀素利用率指標間的相關性分析結果(表12)表明：地上部吸氮量比例X4與氮肥偏生產力X5間的相關系數為0.87,呈極顯著正相關;地上部吸磷量比例Y4與地上部吸鉀量比例Z4間的相關系數為1.00,呈極顯著正相關;磷肥偏生產力Y5與鉀肥偏生產力Z5間的相關系數為1.00,呈極顯著正相關;氮產量效用指數X6與磷產量效用指數Y6、鉀產量效用指數Z6間的相關系數分別為0.99、1.00,均呈極顯著正相關。

表12 不同氮素濃度處理櫻桃番茄氮、磷、鉀素利用率指標間的相關系數

3 小結與討論

本研究結果表明:櫻桃番茄葉片氮、磷、鉀的積累量峰值期隨著氮素濃度的增加而延后,氮素濃度越低降幅越大,該結果與王新等[14]、邢英英[15]的研究結果一致;櫻桃番茄莖的氮、磷、鉀積累量與氮素濃度成正比;中氮N2(12 mol/m3)處理有利于櫻桃番茄果實氮、磷、鉀的積累;隨著氮素投入量的增加,地上部吸氮量比例、氮肥偏生產力、氮產量效用指數都不斷降低,氮素利用效率不斷降低，地上部吸磷(鉀)量比例、磷(鉀)肥偏生產力比例不斷增加,磷(鉀)產量效用指數不斷增加,這與董潔等[16]的研究結果一致。徐健等[8]利用盆栽土培研究了不同氮素用量對番茄植株不同器官氮、磷、鉀含量的影響,結果表明：盛果期植株中氮、磷含量均表現(xiàn)為果實>葉>莖,而鉀含量則表現(xiàn)為果實>莖>葉；隨著氮素用量的增加,各器官中氮、鉀含量均表現(xiàn)為先增加后下降。在本試驗中，不同氮素濃度處理的櫻桃番茄在采收后期的氮含量表現(xiàn)為葉>莖>果實,磷含量表現(xiàn)為莖>果>葉,鉀含量表現(xiàn)為果>葉>莖,這與徐健等的試驗結果不同,可能因為本試驗采用了浮板毛管水培栽培方式；隨著氮素濃度的增加,櫻桃番茄各器官中氮、鉀含量基本上表現(xiàn)為先增加后下降,這個結果與徐健等的試驗結果基本一致。李建勇等[9]研究得出：氮、磷、鉀的吸收量均隨施肥量的增加而增加,基質中氮、鉀的利用率均隨施肥量的增加而降低,而磷的利用率則隨化肥施用量的增加而增加。在本試驗中，隨著氮素投入量的增加,櫻桃番茄各器官中氮、磷、鉀含量基本上表現(xiàn)為先增加后下降,營養(yǎng)液中氮素利用率指標不斷降低,磷、鉀利用率指標不斷增加。相關分析結果表明:櫻桃番茄地上部吸氮量比例和氮肥偏生產力均與施氮量呈極顯著負相關；氮產量效用指數與果實產量呈極顯著正相關,與地上部吸氮量呈顯著負相關;地上部吸磷(鉀)量比例與地上部吸磷(鉀)量呈極顯著正相關,與施磷(鉀)量呈極顯著負相關;磷(鉀)產量效用指數與果實產量呈極顯著正相關,與地上部吸磷量呈顯著負相關；地上部吸氮量比例與氮肥偏生產力呈極顯著正相關;地上部吸磷量比例與地上部吸鉀量比例呈極顯著正相關;磷肥偏生產力與鉀肥偏生產力呈極顯著正相關;氮產量效用指數與磷產量效用指數、鉀產量效用指數均呈極顯著正相關。綜上所述,中氮N2(12 mol/m3)處理最有利于提高櫻桃番茄各器官氮、磷、鉀素的積累量,同時兼顧了肥料的利用效率。