不同营养液浓度对温室番茄生长发育中N元素分布影响特征

杨青松 马万征 邹长明 马万敏 王金光 万梦 徐彦涵

摘 要：番茄作为最为普遍的果菜之一，在我国深受人民喜爱，广为种植。通过对种植温室大棚番茄的研究，将更有利于番茄的种植增产、培育优良品种和完善研究科学种植番茄的方法。本实验研究在不同营养液长期浇灌培养下番茄植株生长发育过程中的各不同时期的各部位N元素分布影响特征;将番茄种植在装有珍珠岩的培养盆中，采用营养添加法，设置霍格兰营养液配方并长期浇灌番茄植株。5个处理组分别为T1：1：20;T2：1：50;T3：1：100;T4：1：150;T5：1：200通过每7d采取各处理组实验样株，观察生长状况，实验检测分析各组处理组采样番茄植株根茎叶;在T1、T2、T3、T4（T1：1：20;T2：1：50;T3：1：100;T4：1：150;T5：1：200）5种不同营养液浓度长期浇灌培养下，从各组番茄植株根、茎、叶、果N元素含量分析特征可得出，T4组设置的营养液浓度最有利于番茄植株各生理器官组织生长。

关键词：生长发育;氮;番茄;影响;分布特征;营养液

中图分类号：S-3文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190730006

引言

番茄（Tomato），茄科，番茄属，一年生或多年生草本，植株株高可达1.5～2m，果实营养丰富，富含番茄红素，VC，可溶性固形物等营养物质，具特殊风味。无土栽培营养液是指根据植物生长对养分的需求将肥料按一定的数量和适宜的比例溶解于水中配制而成的水溶液，植物在适宜的营养液浓度下能够正常生长发育，如果营养液的浓度过高，相反会造成营养浪费导致植物发生一些生理性障碍严重影响其产量和品质[1]。番茄幼苗时缺氮，植株会生长缓慢，茎叶分化少，植株矮小，营养生长受到抑制;开花结果时如果缺少氮素供应[2]，会影响番茄根系的发育，造成落花落果，下部功能叶片黄化脱落，造成番茄结果期短，果实畸形，产量降低。土壤中氮素供应过量也会对番茄的生长发育造成影响，易造成苗期徒长，开花结果期的茎叶徒长，同时造成果实营养不良，易出现空洞果[3]，在此之前邢英英在温室番茄滴灌施肥水肥耦合效应研究中探究了实现温室蔬菜高产优质高效及制定最优灌溉施肥制度的方法[4]。 邢英英，张富仓，张燕等人研究了膜下滴灌不同水肥调控措施对日光温室番茄生长、产量、养分吸收利用的影响[5]。通过本实验探究，将更有利于番茄的种植增产、培育优良品种。

1 材料与方法

1.1 实验地点、仪器及试剂

实验是在安徽科技学院农场的Venlo型智能玻璃温室进行的，使用不同浓度的霍格兰营养液配方长期浇灌以盆装珍珠岩为固定载体的番茄植株，通过测定番茄根茎叶N含量，来分析番茄植株生长发育过程中的各个生长时期的各个器官的N素分布状况。

实验材料：花盆、长绳、育苗槽、珍珠岩、蒸馏水塑料桶、水桶。

实验仪器：分光光度计、电热鼓风干燥箱、万分之一天平、消化炉、消煮管以及实验室常用玻璃仪器等。

实验试剂：硫酸（H2SO4）、双氧水（H2O2）、霍格兰营养配方试剂等。

1.2 霍格兰营养液配方

本实验是以霍格兰营养液配方作为种植番茄植株生长发育的所需营养，以此配方作为原始营养浓度，以T1：1：20;T2：1：50;T3：1：100;T4：1：150;T5：1：200稀释的营养液做5组番茄长期浇灌处理。

1.3 实验处理

本实验是以盆装珍珠岩作为番茄植株的固定载体的无土培育方法，用珍珠岩覆盖番茄种子，育种于育苗槽中，育苗初期，每天浇灌T4营养液2次（早晚各1次），定植期，从所育幼苗中选取生长状况相似的150株幼苗分别定植移栽到T1、T2、T3、T4、T5 5个组，每组30株，并将5组种植的番茄植株用对应的实验设置的营养液浓度每天定时定量浇灌培养。

1.4 测定项目与方法

定植移栽后，分别用实验设置好的各组营养浓度浇灌培养黄瓜植株10d后开始进行各組采样，此后每7d进行1次采样处理。分别称取每组采样植株根、茎、叶的鲜重然后放入电热鼓风干燥箱中105℃杀青15min，再调节温度到85℃烘干至恒重，用万分之一天平称量各干重。

测N（%）：称磨细烘干的番茄烘干磨碎后的根、茎、叶各0.1000～0.2000g，置于100mL的消煮管中[6]。采用H2SO4-H2O2消煮法，将获取的消煮液过滤，然后将过滤液存储于瓶中，定容至100mL，用分光光度计测定。

2 结果与分析

2.1 番茄植株根的N元素含量分布特征规律

从实验结果图1中可以看出，从5月13日第1次采样到第3次采样5月24日期间，5组番茄植株根部的N素含量在逐步升高，这说明这一时期番茄植株对N素的需求开始增加，番茄植株生长活动旺盛正处在植株的开花期，第3次采样后，植株根系N素开始略有回落开始平稳化，植株开始果实的发育，直到果期后期植株根系N素含量稳定下来。根作为植物体在土壤等载体中的固定支撑的器官组织，并从所固定的载体中吸收生长发育所需要的矿物元素、无机盐、水等养分[7]，它的N素百分比含量可以反映出植株的生长发育状态。

在5组浓度不同的营养液中可以看出番茄植株根系N（%）值呈现：T4>T3>T2>T5>T1。总体T4组的根系N（%）含量最大，说明T4浓度最适合番茄根系吸收N素。T1组的浓度根系N素含量最小，说明营养液浓度不够从而限制了植物的生长和根系吸收作用。T5的营养液浓度最高但T2>T5>T1表明T5营养液的浓度过高导致植物的吸收效果开始下降，但吸收情况较T1组的营养液浓度不足仍好一些。

2.2 番茄植株根的生长状况及其干重质量特征

在图2可以得到前14～21d根系的干重质量基本不变，这是由于作物育完苗，移植到营养液中，根系进入新的环境中，对环境的抗逆作用和适应作用导致根前期的生长缓慢，在第4次采样（5月31日）后植株的根系干重开始进行明显的变化增加，随着时间的推移，根系的干重越来越大。结合图1，后期植物根系的N（%）虽然有所回落，但植物的根系的生长仍继续进行，根系干重并不会减少。

同时实验为无土栽培植株绝大部分营养物质来自于营养液中，所以各组浓度的不同，根的生长状况也明显不同，对根有着明显直接的关系，由图中可以得出尽管植株根系重量都在不断上升，但增加的量有着明显的差距，T4组的根系干重增长速度和质量相比较另外4组更加迅速。结合图1，表明在T4组浓度下，根系可以充分吸收营养液，获取氮素，加快根系生长，根系的生长加快反馈着对营养液的吸收和对氮素的获取，T4浓度时5组中适合番茄生长发育的浓度，该浓度植株根系干重最大。5组浓度中T5>T4>T3>T2>T1，但根系的干重T4>T5>T1，这表明在高浓度的营养液中，根的生长受到抑制。T1的浓度太低从而使得T1组的番茄植株不能获得充分的养分，植株生长发育受到影响，该组植株的根系干重最小。

2.3 番茄植株茎的N元素含量分布特征规律

根据图3可知番茄植株幼苗定植后第1次采样后一段阶段内，这段时期番茄植株生长发育旺盛，所需营养较多，根系吸收活力旺盛，茎部输导和贮藏备用供给植物体利用养分也多，番茄植株茎的N（%）值呈线性增长趋势，直到第3次采样期达到茎N（%）值达到最大值，此时期为花期。番茄植株花开时期是茎部N（%）最大时期，而后从番茄植株花期到盛果期阶段茎部的N（%）值呈逐渐下降的趋势，此时期果实成长，茎部储藏的有机养料以及营养成分都供给植物体此阶段时期茎部N（%）值会下降。

各组番茄植株茎部N素含量关系：T4>T3>T2>T5>T1。由图可知T4组植株茎部N素含量最高，番茄的茎输导和贮藏备用供给给植物体的养分最多，T4组的浓度是5组浓度中植株生长的最适浓度，T2>T5>T1，T5的营养液浓度最大，但其茎叶的N素水平却小于T2组，说明T5的浓度过高，对植物体吸收营养液起着抑制的作用，但T5>T1表明T5组营养液浓度虽高但吸收效果仍較T1的浓度不足，生长的态势还是较好。T1的浓度最小，番茄植株茎的N素水平最低，由此可以得出番茄植株吸收营养物质是从配制霍格兰营养液中获取。

总体来说番茄植株茎中的N素在一定范围内和营养液的浓度成正比，但浓度过高反而会有着抑制的效果。

2.4 番茄植株叶的N元素含量分布特征规律

观察图4可以看出番茄植株的叶中N素在5月13日第1次采样到5月24日第3次采样期间含量明显上升，植株叶片在这一时期生长旺盛，N素主要存在叶片蛋白质和叶绿素中，其中N素营养主要是由植物根系吸收N素营养通过茎部木质部运输供给叶片生长发育所需要的N素营养[8]。5月24日第3次采样即开花期后，番茄植株中的N元素流向果实发育中，叶片中的N含量也开始下降，一直到7月5日趋于稳定。

分析各组数据五组浓度叶片N含量为T4>T3>T2>T5>T1，在T4的浓度下，植株根系能够可以充分获取养分，并通过茎的运输使叶片中N（%）最高，叶片的发育良好，光合作用更加充分。而T5的浓度是5组中最高的，但植物叶N（%）T2>T5表明过高的营养液浓度对番茄植株根系的吸收活力有着抑制的作用，导致运输到叶片中的N的量偏低，T1的浓度是5组中最低的，同时其叶的N（%）也是最低的，说明植株根系从营养液中获取养分。营养液浓度偏低其叶片N素水平也就偏低。T2的浓度大于T1，T2组番茄植株能够从营养液中获取的养分就多所以T2组的叶片N（%）也就高于T1。在5组浓度里浓度在一定范围内，叶片的N（%）和营养液的浓度呈现正相关。

2.5 番茄植株叶中叶绿素变化规律特征

在图5，从第1次采样（5月13日）到第7次采样（6月21日）期间植物的叶绿素含量稳步上升，植株叶片在这一时期生长旺盛，根系从营养液中获取N素，在茎中运输贮存到叶片，叶片N素主要存在叶片蛋白质和叶绿素中所以，植物的叶绿素含量稳步上升，光合作用增强。随后到最后一次采样（7月5日）番茄植株叶片内的叶绿素的N（%）开始稍许下降，光合作用减弱。

比较各组数据得出在5组浓度下叶绿素含量：T4>T3>T2>T5>T1，番茄植株在T4的浓度下，根系能够充分从营养液中获取N素，在茎中运输到叶片，从而促进叶的生长使得叶绿素含量在5组中达到最高，番茄植株的光合作用最强，产量最高。T5的浓度最高，但是叶中的叶绿素含量反没有T2组的含量高，表明由于营养液浓度过高抑制了根的活性，从营养液中获得N素减少，进入叶绿素的N下降从而减弱了植株的光合作用，对果实的发育有着不利影响。T1的浓度最小，T1的叶绿素含量最少，说明番茄植株获得营养的直接途径是从营养液中获取的。

3 讨论

N元素作为植物的必须元素，本次实验使用不同浓度的霍格兰营养液对温室番茄进行无土栽培，在通过对番茄植株根茎叶部位的N（%）的测定，来反映番茄生长发育过程中N元素分布特征。

3.1 不同营养液浓度对番茄根生长发育中的N元素含量分布特征规律  在本次实验中根系直接从营养液中获取养分，根系的活性直接影响到番茄吸收养分的快慢从而影响植株生长发育速度。植株的生长是一个累积的过程，根系在植株生长过程中也在不断生长发育，其活性也在不断增长中[9]，在5个不同的营养液浓度组中，T5的浓度由于过高，抑制了根的活性，根部吸收的N（%）并不是太高，T1的浓度最低，根的活性虽高，由于营养液浓度偏低，根系吸收养分效率和获取养分量不足，使得该组番茄植株根系的N（%）最低。这表明根系从营养液中吸收营养物质的效率和营养液的浓度有关。合适的浓度根能快速的生长。超出一定浓度范围，根系的活性不仅不会升高反而会如同T5组一样，根的活性被抑制。

3.2 不同营养液浓度对番茄茎生长发育中的N元素含量分布特征规律  茎作为植物运输和贮藏的场所，本身不能够直接从营养液中获取养分，而是通过根对营养液的吸收，获取养分再进入植物茎干。所以茎的N素水平，取决于植物根系的获取养分和N的速率。根系吸收营养液养分的速度越快，相对应的番茄茎秆内的N（%）就越高，根系吸收营养液养分的速度越慢，番茄茎秆内的N（%）就低。本次实验中虽然T5的营养液浓度最高，但根系的活性并不高，吸收养分的速率不快，导致茎秆获得养分不充足，N（%）并不高。T4组的营养液浓度没有T5组的高，T4组的茎秆N（%）却高于另外4组，表明在这5组中T4组的浓度最适合根系生长发育，根系的活性能够充分利用而不降低。使得该组植株茎秆发育良好N（%）最高。T1组营养液浓度在5组中最低，T1组植株的根系活性虽然没被抑制，但由于营养液浓度偏低，根系不能充分获取足够的养分，使该组番茄植株茎秆发育不良N（%）含量低。

3.3 不同营养液浓度对番茄叶生长发育中的N元素含量分布特征规律   光合作用是植物合成有机物的重要途径，而叶绿素含量的大小是反映作物光合能力的重要指标之一[10]。本次实验通过对叶片N含量的测定和叶绿素含量的测定来探究不同营养液浓度对番茄植株叶生长发育过程中的N元素含量分布特征规律。

对图6的分析，叶绿素通过时间的增长进行累积所以叶绿素的含量总体趋势是增加的。由于果实的形成，植物叶部的N素运输到果实中，会有一段下降的时间段。5组营养液中5组中T5浓度最高，植株的叶的N（%）较同时期的T4、T3组偏低，而T4浓度大于T3，T4组番茄植株叶N（%）也大于T3，而T1浓度最小，植株的叶的N（%）和叶绿素含量都是最低的。表明过高的营养液浓度会对根有着限制作用，根的活性低，在高浓度的营养液中，養分获取的就慢，不利于叶绿素和叶的生长。营养液的浓度适宜，同时根的活性高，养分的获取速度才快。营养液浓度过低，根部不能获取足够多的养分，导致植物整体的生长状况偏差，叶部的N（%）偏低，叶绿素含量偏低。

4 结论

通过探究不同营养液浓度对温室番茄生长发育中的N元素分布特征的影响，研究表明，在T1、T2、T3、T4、T5（T1：1：20;T2：1：50;T3：1：100;T4：1：150;T5：1：200）5种不同营养液浓度进行浇灌，结果发现T4组的浓度最适合番茄植株的生长，达到的经济效益最高。

参考文献

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