水肥耦合對沙培番茄生長發育及品質的影響

李春雨，譚占明，程云霞，束 勝，何 濤，靳鈺婕，馬新超，杜佳庚，張 婧

（1.塔里木大學信息工程學院，新疆阿拉爾 843300；2.塔里木大學園藝與林學學院，新疆阿拉爾 843300；3.南京農業大學園藝學院，南京 210000；4.新疆農業大學園藝學院，烏魯木齊 830052）

0 前言

【研究意義】番茄是新疆南疆設施主要栽培的茄果類蔬菜之一[1]，無土栽培，基質成本較高[2]。新疆南疆地區光熱充足，黃沙資源豐富，充分利用黃沙可有效克服土壤連作障礙鹽堿化等問題，并以此逐步形成南疆設施番茄黃沙無土栽培種植模式[2]。實現設施番茄的連年高效生產，促進設施番茄種植技術的快速發展[3]。但在南疆設施番茄黃沙無土栽培種植模式應用過程中，水肥管理至關重要。【前人研究進展】王艷等[4]研究水肥耦合對冬春番茄產量及其品質的影響發現，番茄產量和品質易受水分供應限制，而受氮肥影響較小；王虎兵等[5]認為灌水量和施肥量對番茄的總產量及干物質影響顯著并成正比；王鵬勃等[6]認為施肥量、灌水量以及水肥交互作用極顯著影響番茄產量，影響作用的大小為水分作用＞肥料作用＞水肥交互作用。在相同灌水量下，果實可溶性蛋白含量隨著肥料施用量的增加而提高，VC、番茄紅素和可溶性糖含量呈先增后減的趨勢，而在相同的肥料施用量下，隨灌水量的增加，番茄品質下降。【本研究切入點】前人在設施番茄水肥管理方面做了許多研究，但大多水肥耦合研究僅針對灌水量與施氮量（N）、施磷量（P）或施鉀量（K），鮮有將灌水量和氮磷鉀四因素進行交互和研究。針對新疆南疆設施番茄黃沙無土栽培種植模式生產過程中高水高肥、以及番茄栽培過程當中不合理的控制灌水和施肥等問題，需研究基于主成分分析水肥耦合對沙培番茄生長發育及品質的影響。【擬解決的關鍵問題】采用四元二次通用旋轉組合設計，研究水肥耦合對番茄生長、果實品質及產量的影響，分析適合該模式下水肥管理模式，為新疆南疆設施番茄黃沙無土栽培種植模式制定科學水肥調控策略和示范推廣提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2021年1～8月在新疆阿拉爾市塔里木大學園藝試驗站（N40°32′48″，E81°17′33″）智能溫室中進行。

采用南疆設施番茄黃沙無土栽培種植模式進行栽培，深0.4 m，株距為0.35 m，行距為1.1 m，每個小區面積7.5 m2，單行栽培，試驗地共設置62個栽培槽，溫室東西兩側各設1行保護栽培槽。用廢舊棚膜鋪在栽培槽下，以防水分徑流滲漏，栽培槽上用塑料膜覆蓋減少株間蒸發。

以秦蔬領越番茄品種（西安秦蔬農業有限公司）為供試品種。所用尿素（N 46%）購置于新疆玉象胡楊化工有限公司，磷酸氫二銨（（NH4）2HPO298%）購置于新疆天山通農資連鎖有限公司，氧化鉀（K2O 50%）購置于新疆中泰聯合化工有限公司，速溶磷酸二氫鉀（KH2PO498%）購置于中國化工建設有限公司。

供試基質黃沙購置于阿拉爾市十二團，使用前用84消毒液和1 000倍多菌靈溶液消毒基質，爐渣購置于十團鍋爐房。栽培基質配比為黃沙∶爐渣=5∶3（體積比）。

滴灌系統主要由水源、水泵、全自動施肥器、儲水桶、輸配水管道系統、壓力補償滴頭等組成。滴灌灌水器為壓力補償式，流量為2 L/h，滴頭間距35 cm。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

設定不同的灌水量、氮肥、磷肥和鉀肥4個因素。研究水肥耦合對沙培番茄生長發育及品質的影響，且每個因素設定5個水平，采用四元二次通用旋轉組合設計并以二分之一設計，共20個處理，每個處理3次重復。番茄7葉1心時定植于定植槽內。盛果期（定植后120 d）測定生長健壯、長勢一致的植株。表1、表2

表1 試驗因素水平及編碼Table 1 Experimental factors level and coding

表2 試驗設計Table 2 Experiment design

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 生長指標

盛果期選取10株長勢一致的番茄植株測定生長指標。卷尺測量株高（基質表面與植株自然生長高度間的距離，cm）；數顯游標卡尺測量莖粗（植株第1片葉基部下1 cm處的部位莖稈粗度，mm）；直尺測量最大葉長和葉寬，并利用葉長和葉寬計算葉面積，葉面積=長×寬×0.546 8[7]；根系活力采用TTC法測定[7]；葉綠素含量采用乙醇浸提法測定[8]；將植株洗凈去除表面水分后，用電子天平測定植株地上部、地下部鮮重，120℃殺青后，70℃烘干至恒重，測定地上部和地下部干重[9]。

1.2.2.2 品質指標

盛果期各處理隨機選取6個成熟度一致的番茄果實測定品質。手持式折光儀測定可溶性固形物[7]；蒽酮-濃硫酸比色法測定可溶性糖含量[10]；紫外分光法測定番茄紅素含量[10]；NaOH溶液滴定法測定有機酸含量[11]；2，6-二氯靛酚滴定法測定VC含量[12]。

1.2.2.3 產量

盛果期各處理隨機選取12個成熟度一致的番茄果實，稱量單果重，利用單果重和小區面積計算產量。

1.3 數據處理

采用DPS進行四元二次通用旋轉組合設計并以二分之一設計，使用Excel對數據進行整理及排序，利用SPSS 19.0數據分析軟件進行數據標準化、主成分分析及Duncan多重比較。

1.3.1 各綜合指標的隸屬函數值

使用公式（1）計算綜合指標對應的隸屬函數值[13]：

式中Fi為第i個指標的綜合平均值，Fmax和Fmin分別為第i個指標均值的最大值、最小值。

1.3.2 各綜合指標權重

式中Pi為第i個指標的方差貢獻率，Wi為綜合指標在所有綜合指標中的重要程度即權重[14]。

1.3.3 各指標的綜合評價D值

式中D值為沙培番茄在不同處理條件下，綜合指標評價結果加權得到的各指標的綜合評價D值[15]。

2 結果與分析

2.1 不同處理條件下沙培番茄生長指標變化

研究表明，隨著灌水量和施肥量的減少，株高和根系活力逐漸下降，莖粗、葉面積、葉綠素含量大致呈現增加的趨勢，地上部干重、地下部干重、地下部鮮重呈現先增加后下降的趨勢，而葉厚變化不大。其中，T1處理的葉厚較厚，為0.38 mm，與T5、T7、T8、T10、T11、T17處理無顯著性差異；T5處理的葉面積較大，為66.03 cm2；T9處理的地上部干重和地上部鮮重較重，分別為72.30、616.70 g，根系活力較大，為917.09μg/（g·h）；T11處理的莖粗較粗，為12.48 mm；T12處理的地下部鮮重較重，為35.71 g；T16處理的株高較高，為121.90 cm，除T12處理外，與其它處理均有顯著性差異；T18處理的地下部干重較重，為4.8 g；T20處理的葉綠素含量較多，為2.62 mg/g。表3

2.2 不同處理條件下沙培番茄品質指標變化

?

研究表明，隨著水肥用量的逐漸降低，番茄產量、有機酸含量、番茄紅素含量均呈現逐漸下降的趨勢，可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比和VC含量則大致呈現上升的趨勢。其中，T1處理的可溶性固形物含量較高，為4.6%；T3處理的產量較高，為8 102.72 kg/667m2；T4處理的糖酸比較高，為6.17，與T2無顯著性差異，與其他處理有顯著性差異；T5處理的有機酸含量較多，為0.65%，除T6處理外，與其它處理均有顯著性差異；T6處理的可溶性糖、VC含量較多，分別為2.69%、4.63μg/g；T14處理的番茄紅素含量較高，為15.80 mg/kg。表4

表4 不同處理條件下沙培番茄品質指標變化Table 4 The test results of quality indexes of sand culture tomato under different treatment conditions

2.3 各指標的相關性

研究表明，地上部鮮重與地上部干重極顯著相關（R2=0.695，P＜0.01）；地下部鮮重與株高和地下部干重極顯著相關（R2=0.584，P＜0.01；R2=0.876，P＜0.01）；根系活力與株高顯著相關（R2=0.527，P＜0.05）；產量與地上部干重顯著負相關（R2=-0.454，P＜0.05）；可溶性固形物與產量顯著相關（R2=0.468，P＜0.05）；有機酸與葉面積極顯著相關（R2=0.605，P＜0.01），與可溶性糖顯著相關（R2=0.466，P＜0.05）；糖酸比與有機酸極顯著負相關（R2=-0.648，P＜0.01）；VC含量與地下部干重顯著負相關（R2=-0.475，P＜0.05）；番茄紅素與葉厚顯著負相關（R2=-0.556，P＜0.05）。各指標之間具有一定的相關性。圖1

圖1 各指標相關性熱圖Fig.1 Correlation analysis heat map of each index

2.4 主成分

研究表明，依據特征值大于1的原則，共提取7個主要成分。其中，特征值分別為3.75、2.796、2.248、1.613、1.534、1.303、1.052；7個主成分的貢獻率分別為22.061%、16.448%、13.225%、9.489%、9.025%、7.666%、6.191%，累計貢獻率為84.105%。表5

表5 解釋的總方差和提取主成分的貢獻率Table 5 The explained total variance and the contribution rate of extracted principal components

第一主成分中地下部鮮重的系數較大，為0.413；第二主成分中地上部干重的系數較大，為0.454；第三主成分中糖酸比的系數較大，為0.528；第四主成分中產量的系數較大，為0.412；第五主成分中莖粗的系數較大，為0.538；第六主成分中葉綠素含量的系數較大，為0.485；第七主成分中葉厚的系數較大，為0.470。得到7個主成分的方程式。表6

表6 特征向量Table 6 Table of feature vectors

第一主成分：

第二主成分：

第三主成分：

第四主成分：

第五主成分：

?

第六主成分：

第七主成分：

將7個主成分的得分加權后計算各指標的主成分綜合得分。其中，T9處理的U（F1）值最大，為1.000，T6處理的U（F1）值最小，為0.000，T9處理表現較優，T6處理表現較差；T4處理的U（F2）值最大，為1.000，T12處理的U（F2）值最小，為0.000，T4處理表現較優，T12處理表現較差；T5處理的U（F3）值最大，為1.000，T2處理的U（F3）值最小，為0.000，T5處理表現較優，T2處理表現較差；T5處理的U（F4）值最大，為1.000，T8處理的U（F4）值最小，為0.000，T5處理表現較優，T8處理表現較差；T9處理的U（F5）值最大，為1.000，T3處理的U（F5）值最小，為0.000，T9處理表現較優，T3處理表現較差；T1處理的U（F6）值最大，為1.000，T15處理的U（F6）值最小，為0.000，T1處理表現較優，T15處理表現較差；T6處理的U（F7）值最大，為1.000，T15處理的U（F7）值最小，為0.000，T6處理表現較優，T15處理表現較差。根據D值對各處理進行綜合得分排序，由高到低依次為T9＞T5＞T14＞T11＞T16＞T10＞T3＞T20＞T17＞T19＞T12＞T7＞T4＞T1＞T6＞T2＞T18＞T13＞T8＞T15，T9處理的D值最大，為0.695，T9處理（即灌水量310 mm，施氮量570 kg/hm2，施磷量438 kg/hm2，施鉀量738 kg/hm2）時，可以有效促進沙培番茄的生長發育并提高果實品質和產量。表7

3 討論

3.1 不同處理條件下番茄植株生長的比較

灌水量相較施肥量對番茄植株生長指標影響較大，其中隨著灌水量的增加，番茄植株株高和莖粗增長率逐漸增大[16]；灌水量與施肥量極顯著影響番茄株高，且成正比，而在番茄生長前期，莖粗不受水肥施用量的影響，適宜的低水低肥有助于促進根系生長，提高根系活力[17]；研究結果發現，低水中肥有助于提高番茄植株的株高和莖粗值，增大葉面積，增加地上部和地下部的同化物積累量，提高根系活力，而過量的水肥則會降低番茄植株地上部和地下部的同化物積累量，抑制根系的生長與于賢磊和滕飛研究結果相似[18-19]。適宜的低水中肥有助于促進番茄植株的生長，高水高肥反而會抑制番茄植株生長。

3.2 不同處理條件下番茄果實產量和品質的比較

番茄產量和品質一直以來都是生產者和消費者最為關注的問題[20]。適當的增加灌水有助于提高番茄坐果率及產量，而過量的灌水則會導致番茄坐果率降低，產量下降[21]；陳宇等[22]研究指出相對灌水量而言，增加適宜的施肥量可顯著提高產量，改善果實品質；隨著水肥施用量的減少，番茄產量逐漸下降，而果實品質則隨著水肥不斷減少呈現先增大后降低的變化趨勢[23]。

研究結果表明，適宜的水肥施用有助于產量和品質的提升，而過量水肥施用量或過度減少水肥用量均會抑制番茄生長，導致番茄減產，品質下降，與李建明、蔡苗等[24-25]研究結果一致。

4 結論

適宜的水肥管理有利于沙培番茄植株的生長，過高或過低的水肥施用量均會抑制沙培番茄植株的生長發育，降低產量。共提取7個主成分，各指標累計貢獻率為84.105%，可代替17個指標進行綜合分析，其中T9處理綜合評價值最大，為0.695。T9處理（即灌水量310 mm，施氮量570 kg/hm2，施磷量438 kg/hm2，施鉀量738 kg/hm2）為新疆南疆地區設施番茄黃沙無土栽培種植模式中較為適宜的水肥耦合施用選擇。