施氮量对设施滴灌番茄生长发育及品质和产量的影响

周 进,吴杨焕,陈 芳,门雪杰

(新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所，新疆五家渠 831300)

0 引 言

【研究意义】番茄营养价值丰富,已成为我国蔬菜构成的主要组成部分，占全国蔬菜产量的 30%，位居全国蔬菜种植排名前四[1]。新疆地处西北内陆，昼夜温差大，光照充足，有效积温高，太阳辐射量大，具有明显的气候优势，利于番茄可溶性固形物含量的提高和番茄红素的生成，已成为全球第三大番茄酱产区，是我国番茄制品的主要产区，同时也是亚洲最大的番茄生产和加工基地[2-3]。据统计，2017年新疆番茄种植面积95万亩，占全国产量的2/3左右[4-5]。近年来，随着新疆滴灌技术的发展和设施栽培技术的完善，设施滴灌番茄种植得到了快速的发展和推广，已成为番茄主要生产种植模式之一。氮肥作为番茄生长发育的主要贡献因子，参与番茄体内各种代谢过程，对设施滴灌番茄的光合作用、叶绿素及其品质和产量等的影响深刻而复杂[6]。【前人研究进展】土壤中的氮素对一般作物产量贡献率可达48.6%～79.4%[7]，但氮肥的利用率低，一般在 28%～ 41%[8]。适度的施氮可提高番茄的产量、果实中可溶性糖含量、VC含量，降低总酸度[9]。【本研究切入点】近年来，随着新疆设施滴灌番茄大面积的种植和推广，有过量的使用氮肥现象，不仅使番茄的的产量和品质下降，也会使水土富营养化。研究设施滴灌番茄的需氮规律和氮肥用量。【拟解决的关键问题】研究通过不同的施氮处理研究设施滴灌番茄干物质动态变化、光合特征、叶绿素变化、品质及产量构成因子，分析氮肥用量对设施滴灌番茄的影响，为设施滴灌番茄的氮肥管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2017～2018年在新疆五家渠市国家农业园区设施基地43号温室内进行，地理位置为44°13'N，87°43'E，属典型的温带大陆性气候。年平均气温12.8℃，平均日照时间3 300 h，年均无霜期 180 d，年均≥10℃ 积温3 200℃/d。供试土壤有机质为 7.28 g/kg，全氮为 0.98 g/kg，有效磷为 22.7 mg/kg，速效钾为219.62 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

供试番茄品种为天马54号，试验设N0(不施氮肥)、N1(150 kg/hm2)、N2(300 kg/hm2)、N3(450 kg/hm2)、N4(600 kg/hm2)、N5(750 kg/hm2)共6个处理，随机区组设计，3次重复，采取膜下滴灌栽培模式，滴灌带布设方式为1管 2 行，实行宽窄行，株距 30 cm，窄行 40 cm，宽行 70 cm，小区面积 45 m2，分别于 2017年 2月 7 日和2018年2月13日移栽定植。氮肥分 4 次施入，25%用于基肥，75%分 3 次在设施番茄初花期、果实膨大期、盛果期随水滴施，其他田间管理与当地常规管理相同。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 干物质量

从初花期开始，每隔10 d进行破坏性取样每小区取样3株，每次取样后，记录叶片、果实数，分别称量地上部茎、叶、果鲜质量，在 105℃ 下烘15 min 杀青，75℃下烘至恒量为干质量。

1.2.2.2 叶面积指数

在设施番茄生育期各阶段于各小区选取生长状况良好、长势基本一致的番茄各3株，用LI-300C(LI-COR Inc,Lincoln,NE,USA)叶面积仪测定植株叶面积，取其平均值，计算叶面积指数(LAI)。

1.2.2.3 光合参数

在果实膨大期选取番茄植株顶部往下完全展开第 5 片叶，用 Li-6400 型光合仪测定叶的光合参数，用SPAD-502Plus叶绿素测定叶片SPAD值。

1.2.2.4 品质

番茄成熟期，选择大小色泽一致的第 2 穗番茄果，根据李合生[10]测定其品质，主要包括可溶性糖、番茄红素、VC、硝酸盐、可溶性固形物含量。

1.2.2.5 产量

成熟期各小区调查面积4 m2的加工番茄株数，并采收5株测定设施番茄单株果数、单果重，计算产量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 对数据计算和归一化处理，用SPSS 16.0 进行方差分析、LSD 法做多重比较分析，OriginPro8.5 绘图。

2 结果与分析

2.1 施氮量对设施滴灌番茄地上部分干物质累积量的影响

研究表明,不同氮肥处理干物质累积量随定植后天数增加而增加，呈现出“慢—快—慢”的S型变化。定植后30 d内不同氮肥处理干物质累计没有显著差异，定植30 d后，干物质累计随氮肥用量增加而增加，N0处理干物质最小，显著低于其他处理。N5处理干物质最大，且与N4处理没有显著差异，N4和N5显著高于N1、N2、N3处理。N3和N2处理没有明显差异，二者明显高于N1处理，各处理干物质累积量分别为N5>N4>N3>N2>N1>N0。图1

单株干物质累积量(y)与定植后的天数(x)增长过程符合生长模型Y=a/(1+b×exp(-k×x))。拟合方程的相关系数均达到显著水平，其决定系数R2均在95%以上。不同氮肥处理最大干物质质量分别为129～214.2和161.5～247.5 g。干物质最大增长速率随氮肥的增加而增大，N0处理显著低于其他各处理，分别为2.0和2.5 g/d，2017年N5处理最大为3.9 g/d，2018年N4处理最大为4.3 g/d，各处理年度间差异不明显。干物质最大增长速率出现天数N5处理最早，N0最晚，分别为43.7、49.4和51.9、57.2 d，各处理干物质最大增长速率出现平均天数分别在45.8和52.7 d。表1

图1 不同施氮量下设施滴灌番茄地上部分干物质累积量变化

Fig. 1 Effects of nitrogen application on dry matter accumulation in above-ground parts of tomatoes under facility drip irrigation

表1 不同处理地上部干物质积累动态的logistics回归方程

2.2 施氮量对设施滴灌番茄叶面积指数的影响

研究表明,定植后20和30 d，不同氮肥处理对设施番茄叶面积指数没有明显影响，各处理无显著差异，定植后40～80 d，各处理叶面积指数差异显著，在定植后60 d各处理叶面积指数最大，为先增加后降低的抛物线趋势。在整个生育过程中，设施番茄叶面积指数随施氮量的增加而增大，为N5>N4>N3>N2>N1>N0，叶面积指数变化趋势相同，没有明显的差异。图2

2.3 施氮量对设施滴灌番茄光合参数和SPAD 值的影响

研究表明,随着氮肥施用量的增加，净光合速率表现为升高后降低的趋势，N4处理最大分别为23.24和21.53 mol/(m2·s)，显著高于其他处理，分别较不施肥N0处理增加47.16%和37.31%，N3和N5处理间没有显著差异，显著高于N1、N2处理。蒸腾速率和叶片气孔导度随施氮量的增加而增大，N5处理最大，2试验年分别为9.56、9.21 mmol/(m2·s)和0.76、0.79 mol/(m2·s)，显著大于N0、N1、N2和N3处理，较N4处理没有显著差异。胞间CO2浓度随氮肥的增加而下降，不施氮肥处理N0最大，N1处理次之，二者显著高于其他处理，N5处理最低。SPAD值在一定的范围内随氮肥的增加而增大，当施氮量达到一定值后，随氮肥的增加而降低，N4处理最大，分别为61.6和63.5，显著高于其他处理，较N0增大67.39%、77.87%。表2

图2 不同施氮量下设施滴灌番茄叶面积指数变化

Fig. 2 Effect of nitrogen application rate on LAI of tomato under facility drip irrigation

表2 不同施氮量下设施滴灌番茄光合参数和SPAD 值变化

Table 2 Effects of nitrogen application on photosynthetic parameters and SPAD value of tomato under facility drip irrigation

处理Treatments净光合速率Pn(μmol/(m2·s ))蒸腾速率Tr(mmol/(m2·s))叶片气孔导度Gs(mol/(m2·s))胞间CO2浓度Ci(μmol/mol)SPAD值SPAD values2017N015.18e6.53d0.46d324.9a36.8dN117.36d7.21c0.52c318.2a42.9cN218.21c7.99b0.61b306.4b48.3bcN319.84b8.87ab0.64b302.3b52.7bN422.34a9.42a0.72a284.7c61.6aN520.06b9.56a0.76a278.3c54.8b2018N015.68d6.41c0.49d335.6a35.7dN117.84c7.09b0.56c329.7a43.7cN218.56c7.71b0.62c318.5b46.6cN320.02b8.64a0.71b309.7c51.9bN421.53a9.06a0.74a283.9d63.5aN519.94b9.21a0.79a274.6c55.9b

注：数据后不同小写字母表示不同施氮量间的差异显著(P< 0.05)，下同

Note: Different letters after data indicate significant difference (P< 0.05) of different nitrogen application amounts，the same as below

2.4 施氮量对设施滴灌番茄品质的影响

研究表明,可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量均随施氮量的增加而增加，各施肥处理均显著高于不施肥N0处理，N5处理最大，分别为5.06～5.11、45.36～44.58和468.25～485.58 mg/kg，较N0增加97.65%～83.81%、72.14%～71.17%、47.92%～56.81%，且N5与N4之间无显著差异，二者显著高于N1和N2处理。硝酸盐一定的范围内随氮肥的增加而增大，当施氮量达到一定值后，随氮肥的增加而降低，N4处理最高，分别为58.36和61.35 mg/kg，显著高于N0、N1、N2、N3处理。可溶性固形物含量随氮肥施用量的增加而降低，不施氮肥处理N0最大，分别为4.69%和4.48%，N1处理次之，无显著差异，二者显著高于N2、N3、N4、N5处理，各处理N5最小，分别为3.56%和3.29%。表3

表3 不同施氮量下设施滴灌番茄品质变化

Table 3 Effect of nitrogen application rate on tomato quality under facility drip irrigation

处理Treatments可溶性蛋白Soluble protein(mg/g)可溶性糖Soluble sugar(mg/g)VC含量VC(mg/kg)硝酸盐Nitrate(mg/kg)可溶性固形物含量Soluble solids mass fraction(%)2017N02.56d26.35c316.56d28.22d4.69aN13.51c32.34b381.35b40.31c4.56aN24.17b35.05b398.63b46.82b4.35abN34.26b40.98a435.87a49.62b4.13bN44.98a43.14a453.56a58.36a3.68cN55.06a45.36a468.25a56.31a3.56c2018N02.78d25.45c309.65d30.56e4.48aN13.61c35.67bc356.86c38.21d4.35aN24.29b36.75b399.02b48.26c4.03abN34.42b39.89ab415.68b50.31b3.88bN45.03a42.85a473.21a61.35a3.35cN55.11a44.58a485.58a58.42a3.29c

2.5 施氮量对设施滴灌番茄产量及氮肥利用效率的影响

研究表明,不同氮肥处理对设施番茄单株果数、单果质量及产量均有影响，在一定的氮肥施用范围内，设施番茄单株果数、单果质量和产量均随施氮量的增加而增加，氮肥施用量达到一定值后，单株果数、单果质量和产量均随施氮量的增加而有所下降。单株果数、单果质量和产量均在N4处理下最大，分别为14.6～15.3个、244.7～254.8 g、9.35～10.26 t/667 m2，显著高于N0、N1、N2处理，较N0增加52.08%～48.54%、67.94%～64.49%、51.29%～42.69%。就氮肥利用率而言，各处理N4最高，可达42.61%～43.56%、显著高于N1、N2处理，较N3和N4没有明显差异。各处理氮肥产量贡献率N4最高为33.89%～29.92%，显著高于其他处理，N5次之为32.75%～27.08%，N1处理最低。表4

表4 不同施氮量下设施滴灌番茄产量及氮肥利用效率变化

Table 4 Effects of nitrogen application rate on tomato yield and nitrogen use efficiency under facility drip irrigation

处理Treatments单株果数Fruit number perplant(No)单果质量Weight of single fruit(g)产量Yield(t/667m2)氮肥利用率Fertilizer nitrogenuse efficiency(%)氮肥产量贡献率Yield rate of Nitrogen (%)2017N09.6c145.7c6.18c//N111.4b178.9b7.78b32.67b20.56cN212.3b183.6b8.05b35.89b23.22cN313.9a221.5a8.86a39.83a30.24bN414.6a244.7a9.35a42.61a33.89aN513.4a229.5a9.19a40.96a32.75b2018N010.3c154.9c7.19c//N112.9b177.9bc8.31b31.25b13.48dN213.3b205.6b8.75b36.87b17.82cN314.1a239.5a9.73a40.32a26.11bN415.3a254.8a10.26a43.56a29.92aN514.5a246.6a9.86a41.57a27.08b

3 讨 论

氮是番茄生长发育的关键因子，参与植株体内各种代谢过程，对设施番茄的生长发育及产量影响较为复杂。前人研究发现，番茄的干物质与氮素生产在一定范围内与施肥量呈正相关[11-12]。研究表明，干物质累积量随氮肥用量增加而增加，呈现出“慢—快—慢”的S型变化。单株干物质累积量和单株干物质最大增长速率均表现为N5处理最大，分别214.2和247.5 g、3.9和4.3 g/d，各处理单株干物质最大增长速率出现平均天数2个试验年分别在45.8和52.7 d。与前人研究结果一致[13]。叶面积指数作为番茄群体生长发育的重要指标，可以用来反映番茄群体的光合同化能力，与产量密切相关。研究发现，随施氮量的增加叶面积指数增大，年均表现为N5处理最大，整个生育期表现为先增加后降低的抛物线趋势，在定植后60 d各处理叶面积指数最大，各处理叶面积指数介于4～5，这与刘美琴等[14]的研究结果一致。

光合作用是番茄生长发育和产量形成的基础，直接决定了作物产量的形成。研究表明，随着氮肥施用量的增加，净光合速率表现为升高后降低的趋势，蒸腾速率和叶片气孔导度随施氮量的增加而增大，胞间CO2浓度随氮肥的增加而下降。说明氮肥在一定程度上可显著提高番茄叶片的光合速率，过高的施用氮肥抑制了设施番茄的净光合速率，不利于番茄光合速率提高，这与Müller P[15]、刘中良等[16]的研究相同。叶绿素是番茄光合作用过程中重要的物质，起到吸收光能并进行转化和传递的核心功能，在一定范围内，叶绿素含量与番茄光合同化能力呈正相关[17]。研究表明，SPAD值在一定的范围内随氮肥的增加而增大，当施氮量达到一定值后，随氮肥的增加而降低，N4处理最大，分别为61.6和63.5，过低或过高的氮肥均不利于叶绿素的形成。

品质决定了番茄的口感和经济价值，已有研究表明，不同密度和氮肥对番茄品质的影响极显著，在相同密度条件下，随着氮肥的降低番茄果实中硝酸盐、可溶性蛋白、VC 以及可溶性糖含量逐渐降低[18]。研究发现，可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量均随施氮量的增加而增加，硝酸盐在一定的范围内随氮肥的增加而增大，当施氮量达到一定值后，随氮肥的增加而降低，可溶性固形物含量随氮肥施用量的增加而降低。就产量及氮肥利用效率而言，随氮肥的增加，单株果数、单果质量、产量、氮肥利用率和氮肥产量贡献率均为先增加后降低的形式，各处理N4处理最高。过低过高的氮肥均不利于设施番茄的生长发育和产量的提高，降低了氮肥利用率和氮肥产量贡献率。

4 结 论

随着氮肥用量的增加，干物质累积量和叶面积指数增加，干物质最大增长速率出现天为45.8～52.7 d。叶面积指数在定植后60 d最大，表现为先增加后降低的抛物线趋势。净光合速率和SPAD值随施氮量增加表现为升高后降低的趋势，胞间CO2浓度随氮肥的增加而下降。产量、氮肥利用率和氮肥产量贡献率随氮肥用量的增加表现为先增加后降低的趋势。过低或过高的施氮量均不利于设施滴灌番茄的生长发育，会抑制番茄的生长发育、降低番茄产量，而适宜的氮肥用量能有效促进设施番茄的生长发育，改善番茄品质，提高番茄产量。干物质变化、光合参数、产量及品质等指标，5个氮肥处理下N4(600 kg/hm2)处理效果最佳。