不同施肥水平對溫室番茄生長、氮吸收及產量品質的影響

韓 雪，曲 梅，李銀坤，王 湛，郭文忠，陳 菲

（1.北京農業智能裝備技術研究中心，北京 100097；2.中國農業大學園藝學院，北京 100094；3.南京農業大學農學院，江蘇 南京 210095）

番茄（Lycopersicon esculentumMill.）是我國主栽蔬菜作物，常年種植量在5000萬t以上，可占全國蔬菜總產量的7.1%［1］。

在設施栽培過程中，因其環境條件相比露地栽培更適宜作物生長，溫室番茄對養分供應有著更高的要求［2-4］。大量研究表明，氮肥的增施對于植株地上部生物量及地上部氮素累積都有顯著的促進作用，但施氮量超過一定范圍后，氮素累積速率顯著降低且伴隨產量的明顯下降［5-7］，同時增施氮肥有利于植株對于氮、磷、鉀元素的吸收，有利于番茄葉、根等營養器官的發育［8-9］。畢曉慶等［10］研究表明，施氮量為360 kg/hm2時番茄產量最高，達到風味最佳施氮量則需提高至450 kg/hm2。除氮肥作為主要影響因素外，磷鉀肥的施用對番茄生長也有著重要影響。番茄在缺磷條件下栽培會導致生長減慢或停滯，葉片凈光合速率、氣孔導度等生理指標顯著下降；而高磷處理則會使番茄植株生物量顯著降低，同時導致光合速率、光補償點和表觀量子產量下降，但對葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量沒有明顯的影響［11-12］。關于鉀肥對番茄影響的研究表明，在一定范圍內供鉀量的提高對番茄果實單果重和番茄紅素合成的提高有顯著影響［13］。無土栽培中，K+濃度的提高可以在不影響產量的條件下提高番茄品質［14］。在栽培過程中，鉀肥是除氮肥外易淋失的大量元素［15］。現有很多關于增施單一養分元素對蔬菜生長及品質影響的研究，如對氮肥用量的研究試驗中多采用不同氮處理，但磷鉀肥一般均等量基施［16-18］。

隨著水肥一體化技術的推廣與廣泛應用，N-P-K可溶性復合肥料是目前設施蔬菜生產中常用的肥料種類［19-21］，由于菜農片面追求產量，造成肥料施用過量、超量現象普遍存在。不合理的養分供應水平不僅會導致肥料浪費，植株營養器官徒長，阻礙植株對養分的吸收，嚴重時還會造成燒苗、作物產量與品質的下降以及地下水污染等不良后果［22-24］。針對以上實際生產中出現的問題，進行水肥一體化條件下可溶性復合肥料合理利用的研究十分必要。因此，本研究通過設置5種施肥水平，基于水肥一體化技術研究了不同施肥水平下番茄生長、養分累積吸收量的動態變化以及產量品質、肥料利用效率對不同養分施用量的響應規律，以期為設施生產中番茄的合理施肥提供理論依據和數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年2月至6月在北京市農林科學院溫室內進行。試驗溫室為非加熱型溫室，主體結構為鋼架，透明覆蓋材料為玻璃，供試溫室長度和寬度分別為38和11 m，南北走向，溫室土壤為砂壤土。試驗點位于116.29°E、39.94°N，海拔56 m，試驗期間溫室內平均溫度為21.6℃，累積水面蒸發量為295.5 mm（圖1）。試驗前0～20 cm土層pH為6.69，EC值為0.44 dS/m，速效氮含量為143 mg/kg，有效磷為93 mg/kg，速效鉀為238 mg/kg，土壤容重為1.40 g/cm3。

1.2 試驗設計

本試驗以N為主要試驗因素，使用氮磷鉀質量占比為15∶5∶25的可溶性復合肥料，設計5個施肥水平：N0（N-P-K施用量為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），每個處理3次重復。試驗小區間用深度為0.6 m的PVC板隔離。供試番茄品種為“歐官”，于2019年2月26日定植，6月29日拉秧。采用定植后天數標記開花、坐果、結果的生育期起始時間分別為28、49、82 d，定植日和拉秧日分別標記為0和123 d。番茄幼苗按壟上雙行種植，株距35 cm，行距50 cm。

試驗采用滴箭灌溉的灌水方式，每株番茄在距主莖15 cm處的土壤插設一根滴箭，施肥時將水溶肥料溶于灌溉水中，以水肥一體化的方式隨水灌至植株根區土壤。自定植之日使用直徑為20 mm的標準蒸發皿于每日8：00記錄植株冠層水面蒸發量，實際灌水量為灌溉系數與累積水面蒸發量的乘積，本試驗中灌溉系數以0.85計，蒸發量每累積約20 mm時進行灌溉，整個生育期共灌水14次，共計235 mm。復合肥料均分4次分別在番茄開花期以及一、二、三穗果膨大期（定植后30、49、70、87 d）溶于水后隨灌溉水施入。具體灌水施肥情況如圖1所示。

圖1 番茄生育期內氣溫的變化、累積蒸發量及灌水施肥過程

1.3 觀測項目與方法

1.3.1 生長指標

在每個處理中選擇長勢整齊一致的3株番茄，全生育期每隔15 d測定一次株高、莖粗和SPAD值（相對葉綠素含量）。其中株高采用卷尺測量，莖粗采用游標卡尺在地面以上2 cm處進行直徑的測量，SPAD值則是對自上而下第5節葉采用SPAD 502葉綠素儀測量不同的葉片5次后，其平均值作為該株番茄的SPAD值。

1.3.2 番茄地上部生物量

定植后每隔25 d進行一次破壞性取樣，總計取樣次數為6次，取樣時間分別為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。每次取樣后，將番茄地上部莖、葉、果分別在105℃下烘30 min殺青，85℃下烘干至恒重，之后分開稱重計算其生物量。

1.3.3 植株各器官含氮量測定

將烘干后的植物樣品分器官用小型粉碎機粉碎后過0.5 mm篩，用H2SO4-H2O2消煮法將植物干樣消煮至澄清，用全自動凱氏定氮儀進行植株各器官全氮含量的測定以用于計算全株全氮含量。

1.3.4 果實產量及品質測定

果實產量測定：果實成熟后，每個處理取3株分別稱重計算產量。

果實品質測定：采用蒽酮比色法進行可溶性總糖含量測定；采用酸堿滴定法進行可滴定酸含量測定；使用TD-45手持式數顯糖度計進行可溶性固形物含量測定。

1.3.5 氣象數據獲取

試驗所需氣象數據由溫室中部設置的美國CAMPBELL公司的AG1000小氣候監測系統進行自動監測。

1.3.6 計算方法

地上部植株氮累積量、植株含氮量、氮素利用效率、肥料偏生產力及氮肥農學利用率的計算方法如下［8-9］：

各器官氮吸收量（g/株）=各器官全氮含量×干物質量；

地上部植株氮累積量（g/株）=∑地上部植株各器官氮吸收量；

氮素利用效率（NUE）（kg/kg）=植株總氮吸收量/氮養分投入；

肥料偏生產力（PFP）（kg/kg）=產量/施肥量總和；

氮肥農學利用率（kg/kg）=（施氮區番茄產量-不施氮區番茄產量）/施氮量。

1.4 數據處理

使用Excel 2007進行數據處理及繪圖，采用SPSS 19.0軟件進行數據方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥水平對溫室番茄株高、莖粗的影響

對不同施肥水平下溫室番茄株高、莖粗隨生長進行跟蹤測量，得到方差分析結果如表1。番茄株高均隨植株生長發育增長迅速，施肥顯著影響到株高，并隨施肥水平的增加呈先下降再上升的趨勢。在定植85～115 d內，N2和N3處理下的番茄株高顯著低于其它3個處理，在115 d時差異最顯著，N2處理下的株高較N0處理下降了20.6%，較N4處理下降了15.9%（P<0.05）。說明在N2和N3施肥水平下有利于溫室番茄矮化生長。各處理下番茄莖粗在苗期及開花期時增長迅速，進入結果期后莖粗增長速度明顯減緩。隨施肥水平的升高，番茄莖粗呈先上升后下降趨勢，與株高變化趨勢相反。N4處理下的植株莖粗，在100 d顯著低于N2和N3處理，在150 d顯著低于N1、N2和N3處理，而與N0處理間并無顯著性差異。在115 d時，N2處理下的莖粗較N4處理增加21.2%（P<0.05）。可見，N4施肥水平對莖粗有抑制作用。

表1 不同施肥水平下溫室番茄株高、莖粗方差分析

2.2 不同施肥水平對溫室番茄葉綠素SPAD值的影響

各施肥處理的溫室番茄葉片SPAD值隨定植天數的增加均呈“增-減-增”的變化趨勢，在25～40 d的增長幅度最大，為4.1%～26.8%（P<0.05）。施肥顯著影響到SPAD值，隨施肥水平的升高SPAD值呈先增大后減小的趨勢。N2處理具有較高的SPAD值，其中在定植55 d時N2處理的SPAD值較N0、N4處理顯著增加了8.7%和10.7%（P<0.05），而在定植115 d時N2處理較N0、N4處理顯著增加13.7%和13.2%（P<0.05）。說明N2施肥水平有利于植株葉片內的葉綠素累積。

表2 不同施肥水平下溫室番茄葉綠素SPAD值方差分析

2.3 溫室番茄地上部干物質量和氮累積量變化

由圖2a可知，不同施肥水平下溫室番茄地上部干物質量隨著生育期的推進逐漸增大。干物質量累積速率呈中間快兩頭慢的變化趨勢，定植0～25 d干物質量累積速度緩慢，50～75 d植株地上部干物質量累積近似線性增長，隨后的100～123 d增長速率趨于平緩。100～123 d，各施肥處理相比不施肥處理N0干物質量增加明顯，123 d時增加幅度為8.0%～22.7%，但各施肥處理間并無顯著性差異。

由圖2b可知，不同施肥水平下溫室番茄植株地上部氮累積量增長趨勢與干物質量相似，但累積速率變緩的轉折點（75 d）要早于干物質量累 積（100 d）。100和123 d時，各 施 肥 處 理 下的氮累積量相比不施肥處理N0增長幅度分別為8.2%～28.0%、5.9%～21.9%，但各施肥處理間無顯著性差異。

圖2 不同施肥水平下溫室番茄地上部干物質量和氮累積量的動態變化

2.4 不同施肥水平對溫室番茄果實品質的影響

由表3可知，施肥水平對溫室番茄的品質有一定的影響。當施肥量超過300 kg/hm2（N2）時可溶性糖含量不再隨施肥量增加繼續上升，但不同施肥水平并沒有引起可溶性糖的顯著變化，N2處理較N0處理增加18.3%。在N2處理下，番茄果實可溶性固形物含量最高，較N0處理增加28.3%（P<0.05）。番茄果實內可滴定酸含量N2處理較N0和N4處理分別增加22.5%和19.8%（P<0.05）。N2處理下的番茄果實糖酸比最高，不同施肥水平下果實糖酸比無顯著性差異。可見，在一定范圍內，施肥水平的升高會顯著增加番茄果實內可溶性固形物和可滴定酸含量，對番茄內可溶性糖含量的影響雖未表現顯著，但對其含量的增加仍有一定的促進效果。

表3 不同施肥水平對溫室番茄果實品質的影響

2.5 不同施肥水平對溫室番茄產量和養分利用效率的影響

由表4可知，施肥處理對溫室番茄產量有增產作用，其中N4處理較N0處理增加24.8%（P<0.05）。N4與N3、N2處理間番茄產量無顯著性差異，說明番茄產量并沒有隨施肥量的大幅度提高而顯著增加。不同施肥水平下溫室番茄的氮素利用效率隨施肥水平的升高呈逐漸降低趨勢，其中N1處理的氮素利用率是N4處理的3.4倍。溫室番茄的肥料偏生產力也表現出了相同趨勢，即施肥水平的升高使溫室番茄的肥料偏生產力顯著下降，其中N1處理是N4處理的3.1倍。N2施肥水平下氮肥農學利用效率顯著高于N3、N4處理，分別是N3、N4處理的1.9和2.9倍。說明N2處理在保持產量的同時能夠使肥料更有效地得到利用。

表4 不同施肥水平下溫室番茄的產量及養分利用效率

3 討論

本試驗中，不同施肥水平對溫室番茄的株高、莖粗、葉綠素含量影響顯著。當施肥水平由N0提升至N2時，定植115 d時的番茄株高有顯著下降趨勢（P<0.05）；繼續提升至N4水平時，番茄株高又呈升高趨勢（表2）。說明番茄株高隨施肥水平的提升呈先降低后升高的變化規律，而N2處理的植株趨向矮化生長。這與張燕等［25］研究得出的相同灌溉水平下高施肥處理具有最大株高的結果類似。番茄莖粗則隨施肥水平升高表現為先促進后抑制（表2），其中N2處理的莖粗在115 d時較N4處理增加21.2%（P<0.05），賈宋楠等［26］在設施番茄上的研究也表明，施肥量與莖粗呈反比關系。由此說明，本試驗N2處理（N 300 kg/hm2）的株高相對較低，而莖粗較大，更有利于植株向矮壯化生長。相對葉綠素含量（SPAD值）可以反映植株氮營養水平［27］，本試驗中植株葉片SPAD值隨施肥量增加呈先增大后減小的變化趨勢，其中N2處理下SPAD值最高，為55.7（表3）。其原因可能與適宜施肥量加快了葉片中葉綠素沉積有關［28］；此外，植株對氮的轉運、吸收與蒸騰速率呈正相關［29］，而施肥量過高會引起植株蒸騰速率下降［30］，造成植株氮營養水平下降，進而降低葉片SPAD值［31］。

前人研究表明，施肥會影響到溫室番茄干物質量和氮累積［32-34］。本試驗中，施肥處理對溫室番茄地上部干物質量和氮累積量均有促進作用，但從圖2a與圖2b對比可以看出，植株干物質量和氮累積速率變緩的時間轉折點分別為100和75 d，說明植株氮累積對不同施肥處理的響應早于干物質量，原因可能是植株需先將從土壤中吸收的無機氮轉化為有機氮和蛋白質，才能后續通過部分與植物體內碳水化合物合成有關的蛋白質共同協作完成植株干物質的累積［35-36］。在定植后100 d時，施肥處理的干物質量較不施肥處理增加了9.5%～16.7%，氮累積量增幅為8.2%～28.0%。而不同施肥處理間的地上部干物質量差異并不顯著，其原因可能與試驗小區土壤基礎養分較高有關［37］。Omondi等［29］在木薯試驗中的研究也證明，施肥水平滿足植株營養生長后，繼續提升施肥水平對地上部干重無顯著影響。本試驗條件下N2處理的果實可滴定酸含量顯著高于N4處理，且可溶性糖、可溶性固形物以及糖酸比等指標均較高（表3）。說明N2處理具有相對較優的番茄品質。其原因可能與適量減氮有利于提高植物體內蔗糖磷酸合成酶的活性，進而有助于植株體內非結構性碳水化合物的累積有關［38］。番茄產量隨施肥量的升高而增加，其中N2處理產量較N0處理增加了13.1%（P<0.05），但與N3、N4處理相比并無顯著性差異。李銀坤等［39-40］研究也表明，施肥量過高對溫室黃瓜與番茄產量并沒有顯著提升作用，而適量施肥不僅可以獲得較高的黃瓜與番茄產量，還能顯著降低氮肥的氣態損失，提高肥料利用率。本試驗中N2處理的氮肥農學利用效率顯著高于N3、N4處理，分別為N3、N4處理的1.9和2.9倍，說明N2處理不僅能夠確保產量，而且能夠大幅度提高氮肥農學利用率。

4 結論

合理施肥水平有利于植株向矮壯化生長，并提高葉片中葉綠素含量，增加地上部干物質量和氮累積量。與N4相比，N2處理下溫室番茄的株高較低，但莖粗增加21.2%（P<0.05），SPAD值增加13.2%。植株地上部干物質量和地上部氮累積量之間雖無顯著差異，但施肥處理對二者累積有促進作用。

溫室番茄的產量隨施肥水平的提高而增加，但施肥水平過高對產量并無顯著提升作用。N2處理具有相對較高的產量水平，且與N3、N4處理無顯著差異。同時N2處理的氮肥農學利用效率顯著高于N3、N4處理，分別為N3、N4處理的1.9和2.9倍。

適量施肥可提升溫室番茄品質，但過高施肥量會造成番茄品質下降。相比處理N0和N4，N2處理的番茄可溶性固形物含量分別提高了28.3%與17.2%（P<0.05），且N2處理較N0處理的可溶性糖含量提高了18.3%。

綜上所述，水肥一體化條件下施肥量為N 300 kg/hm2、N-P-K=15-5-25時不僅有利于番茄向矮壯化生長，提高葉片相對葉綠素含量，且保證了產量并提高了品質，肥料利用率也處在較高水平，也在保證番茄優良生長的情況下減少了肥料的投入與浪費。