氮素水平对樱桃番茄氮磷钾吸收及利用率的影响研究

史亮亮,聂 俊,李艳红,谭德龙,谢玉明,郑锦荣,张长远*

(1.广东省农业科学院 设施农业研究所,广东 广州 510640;2.农业农村部 华南都市农业重点实验室,广东 广州 510640)

樱桃番茄(Lycopersiconesculentumvar.cerasiforme)属于普通番茄变种,起源于南美洲的秘鲁和厄瓜多尔等地,具有较高的营养价值和独特的风味。因樱桃番茄生产周期短,能填补因水果淡季造成的市场空缺,其已成为水果消费的一个重要替代产品[1-2]。FCH(Float plate capillary hydroponics,浮板毛管水培)由栽培床、贮液池、循环系统及控制系统等四大部分组成,具有改善根系供氧状况、根系生长环境稳定、不怕短期停电、结构简单、成本低、效益高等特点[3]。叶军等研究发现樱桃番茄在FCH水培条件下,其生长速度和产量显著高于在土壤栽培条件下的[4]。氮素是蔬菜生长发育过程中必需的大量元素之一,是蔬菜体内蛋白质、核酸、酶、叶绿素、内源激素的重要组分之一[5]。目前对番茄氮素营养供给的研究大多集中于土培和基质栽培条件下番茄某个生长发育阶段[6-11]。本研究从浮板毛管水培营养液入手,研究了营养液中大量元素氮对樱桃番茄各生育阶段不同器官氮磷钾吸收及利用率的影响,同时分析了氮磷钾生产效率指标及其相关性,以期为华南地区水培樱桃番茄营养液的管理提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验设计

实验于2018年早季在广东省农业科学院白云基地农作物营养试验温室内进行。在综合分析日本园试配方、山崎番茄配方等营养液[12]的基础上,结合前期研究的结果,采用单因素试验设计,设置3个氮素浓度处理:处理N1，低氮(6 mol/m3)；处理N2，中氮(12 mol/m3)；处理N3，高氮(18 mol/m3)；其余营养元素的用量相同。供试樱桃番茄品种为格雷斯(红果)。采用拼接式浮板水培种植槽种植樱桃番茄,单槽长度为1.00 m,宽度为0.40 m,深度为0.12 m;每槽种植5株,6个种植槽设为1个小区,每个小区种植30株,每个处理3次重复；种植槽行宽2.00 m,种植密度为26250株/hm2。在营养液循环使用完后按照处理配方重新配制营养液,每隔2 d测定营养液的pH值和EC值,并调节酸碱度,使pH值保持在5.5～7.0；其余措施为常规栽培管理措施。樱桃番茄于2018年1月15日播种,2018年3月9日移栽,在生长至7穗花序时摘心,于6月23日拉秧。

1.2 测定项目及方法

干重:分别采集每株植株的叶、茎、果,用布袋或牛皮纸袋装好,放入烘干机(95 ℃)烘烤48 h，烘干至恒重后用精确度为0.01 g的电子天平称量其干重。

全氮、全磷、全钾含量:全氮含量测定采用硫酸-双氧水消煮-蒸馏滴定法;全磷、全钾含量的测定采用硫酸-双氧水消煮-钒钼黄比色法[13]。

相关指标的计算公式如下：

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

氮(磷、钾)肥偏生产力PFP(kg/kg)=果实产量/施氮(磷、钾)量；

氮(磷、钾)产量效用指数(kg/mg)=果实产量/植株地上部吸氮(磷、钾)量。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2010和SPSS 22.0数据分析软件进行数据输入和统计分析。各平均数的多重比较采用最小显著差数法(LSD),比较结果采用字母标记法标记,标记相同字母的两组数据之间差异未达到5%显著水平,标记不同字母的两组数据之间差异达到了5%显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同氮素浓度处理对樱桃番茄含氮量与氮积累量的影响

2.1.1 对樱桃番茄叶片含氮量与氮积累量的影响 如表1所示，樱桃番茄叶片含氮量随生育的推进呈逐渐下降的趋势,在苗期～果膨期期间N2处理的叶片含氮量较高,在结果盛期～采收后期期间N3处理的叶片含氮量较高；全生育期叶片的平均含氮量表现为N3>N2>N1。如表2所示，樱桃番茄叶片的氮积累量随生育进程呈先增加后减少的趋势；N1处理的叶片氮积累量于结果盛期达到最大值53.21 kg/hm2,N2处理的叶片氮积累量于采收初期达到最大值69.04 kg/hm2,N3处理的叶片氮积累量在采收后期达到最大值62.70 kg/hm2；全生育期叶片的平均氮素积累量表现为N2>N3>N1；不同氮素浓度处理的叶片氮积累量峰值期随着氮素浓度的增加而延后。

表1 不同氮素浓度处理对樱桃番茄各生育阶段不同器官含氮量的影响 g/kg

表2 不同氮素浓度处理对樱桃番茄各生育阶段不同器官氮积累量的影响 kg/hm2

2.1.2 对樱桃番茄茎含氮量与氮积累量的影响 樱桃番茄茎含氮量从苗期到采收初期逐渐减少,在采收后期稍有增加的趋势；全生育期茎的平均含氮量表现为N2>N3>N1。氮积累量随生育进程呈现逐渐增加的趋势；不同处理的全生育期茎平均氮积累量表现为N2>N3>N1。上述结果表明:增加氮素浓度可以提高樱桃番茄茎对氮的吸收率；N2处理可以获得全生育期最大的氮积累量,从而提高氮素的利用效率。

2.1.3 对樱桃番茄果实含氮量与氮积累量的影响 樱桃番茄果实含氮量从苗期到采收初期逐渐减少,在采收后期稍有增加的趋势；N3处理的果实含氮量较高；全生育期果实平均含氮量表现为N2>N3>N1。果实的氮积累量随生育进程呈现先增加后减少的趋势,在采收初期达到峰值；不同处理的全生育期果实平均氮积累量表现为N2>N3>N1。上述结果表明:N2处理更有利于提高果实对氮素的吸收能力和利用效率；过量增加氮素浓度反而不利于果实对氮素的积累。

2.2 不同氮素浓度处理对樱桃番茄含磷量与磷积累量的影响

2.2.1 对樱桃番茄叶片含磷量与磷积累量的影响 从表3可以看出：N1、N3处理的叶片含磷量在果膨期出现峰值,分别为6.93、6.06 g/kg；N2处理的叶片含磷量在结果盛期出现峰值6.27 g/kg。由表4可知：N1、N2处理的叶片磷积累量随生育的推进呈现单峰曲线,在结果盛期达到峰值,分别为11.06、10.04 kg/hm2；N3处理的叶片磷积累量在采收末期达到峰值12.53 kg/hm2；不同处理的全生育期叶片平均磷积累量表现为N2>N3>N1,分别为6.92、6.11、6.10 kg/hm2，说明高氮处理的叶片磷积累持续到采收末期,低氮、中氮处理的叶片磷积累到结果盛期,磷积累的峰值期随氮素浓度的增加而延后。

表3 不同氮素浓度处理对樱桃番茄各生育阶段不同器官含磷量的影响 g/kg

表4 不同氮素浓度处理对樱桃番茄各生育阶段不同器官磷积累量的影响 kg/hm2

2.2.2 对樱桃番茄茎含磷量与磷积累量的影响 樱桃番茄不同氮素浓度处理茎含磷量随生育进程而减少；N1、N2、N3处理的茎全生育期平均含磷量分别为6.47、6.64、6.78 g/kg,以N3处理的平均含磷量最高。不同处理的全生育期茎平均磷积累量表现为N2>N1>N3,分别为5.36、5.14、5.06 kg/hm2；增加氮素浓度可以促进樱桃番茄茎含磷量以及茎磷积累量在苗期和结果盛期的增加。

2.2.3 对樱桃番茄果实含磷量与磷积累量的影响 樱桃番茄不同氮素浓度处理果实含磷量随生育进程呈U形曲线变化。N1、N2、N3处理的果实磷积累量随生育进程呈现单峰曲线,均在采收初期达到峰值,分别为8.61、8.40、7.12 kg/hm2；不同处理的全生育期果实平均磷积累量排序为N2>N3>N1,分别为2.81、2.48、2.37 kg/hm2。在果膨期,N3处理的果实磷积累量显著高于N1、N2处理的;在结果盛期和采收后期，果实磷积累量随氮素浓度增加呈现先增加后降低的变化趋势,以N2处理最高。说明N2处理更有利于提高樱桃番茄果实的磷素积累,过高的氮素浓度反而不利于果实的磷素积累。

2.3 不同氮素浓度处理对樱桃番茄含钾量与钾积累量的影响

2.3.1 对樱桃番茄叶片含钾量与钾积累量的影响 如表5所示，叶片的含钾量在开花期达到最大值，但从果膨期开始下降。由表6可见：N1、N2处理的叶片钾积累量随生育进程呈现单峰曲线,在结果盛期达到峰值,分别为86.40、81.76 kg/hm2；N3处理的叶片钾积累量在采收末期达到峰值，因此，高氮处理的叶片钾积累持续到采收末期,低氮、中氮处理的叶片钾积累持续到结果盛期。

表5 不同氮素浓度处理对樱桃番茄各生育阶段不同器官含钾量的影响 g/kg

表6 不同氮素浓度处理对樱桃番茄各生育阶段不同器官钾积累量的影响 kg/hm2

2.3.2 对樱桃番茄茎含钾量与钾积累量的影响 不同氮素浓度处理樱桃番茄的茎含钾量在开花期达到最大值,此后不断下降。N1处理的茎钾积累量随生育进程逐渐增加,在采收后期达到峰值53.34 kg/hm2；N2处理的茎钾积累量随生育进程先增加后减少,在采收初期达到峰值50.71 kg/hm2；N3处理的茎钾积累量随生育进程先增加后减少又增加,在采收后期达到峰值46.31 kg/hm2；在苗期和果膨期,N2、N3处理的茎钾积累量显著高于N1处理的;在开花期～采收后期期间,N1、N2、N3处理的茎钾积累量差异均不显著。上述结果表明,增加供氮浓度可以提高樱桃番茄茎的钾积累量,过高的浓度会降低钾吸收。

2.3.3 对樱桃番茄果实含钾量与钾积累量的影响 如表5所示，不同氮素浓度处理樱桃番茄的果实含钾量在果膨期达到最大值；不同处理的果实含钾量随氮素浓度增加呈现增加的趋势。从表6可以看出：N1、N2、N3处理的果实钾积累量均随生育的推进先增加后减少,均在采收初期达到最大值,分别为54.06、53.00、46.96 kg/hm2。在果膨期,N3处理的果实钾积累量显著高于N1、N2处理的,且N1、N2处理间差异不显著;在结果盛期～采收后期期间,N1、N2、N3处理的果实钾积累量差异不显著，说明适当增加氮素浓度可以促进樱桃番茄果实对钾素的吸收和积累。

2.4 不同氮素浓度处理对樱桃番茄肥料生产效率的影响

2.4.1 不同氮素浓度处理樱桃番茄的氮、磷、钾素投入量 不同氮素浓度处理樱桃番茄的氮、磷、钾投入量如表7所示。不同处理的氮素投入量排序为N3>N2>N1,N2、N3处理分别比N1处理高118.18%、145.46%,N3处理比N2处理高12.49%;磷素投入量顺序为N2>N1>N3,N1、N2处理分别比N3处理高22.21%、33.32%,N2处理比N1处理高9.09%;钾素投入量顺序为N2>N1>N3,N1、N2处理分别比N3处理高22.22%、33.33%,N2处理比N1处理高9.09%。

表7 不同氮素浓度处理樱桃番茄的氮、磷、钾素投入量 kg/hm2

2.4.2 不同氮素浓度处理对樱桃番茄肥料利用率指标的影响 从表8可以看出：地上部吸氮量比例和氮肥偏生产力均表现为N1处理显著高于N2、N3处理,且在N2和N3处理间差异不显著;不同处理的氮产量效用指数表现为N1>N2>N3,但差异均不显著。

表8 不同氮素浓度处理对樱桃番茄肥料利用率指标的影响

地上部吸磷量比例和地上部吸钾量比例均显示为N3处理显著高于N1、N2处理,且在N1、N2处理间差异不显著;磷肥偏生产力和钾肥偏生产力均表现为N3>N1>N2,但差异均不显著;磷产量效用指数和钾产量效用指数均表现为N2>N1>N3,但差异均不显著。

上述结果说明,随着氮素投入量的增加,地上部吸氮量比例、氮肥偏生产力、氮产量效用指数都不断降低,氮素利用效率不断降低，但地上部吸磷(钾)量比例、磷(钾)肥偏生产力比例不断增加,磷(钾)产量效用指数不断增加。

2.4.3 不同氮素浓度处理樱桃番茄氮素利用率指标间的相关性 由表9可知：地上部吸氮量比例X4与施氮量X3呈极显著负相关;氮肥偏生产力X5与施氮量X3呈极显著负相关;氮产量效用指数X6与果实产量X1呈极显著正相关,与地上部吸氮量X2呈显著负相关。

表9 不同氮素浓度处理樱桃番茄氮素利用率指标间的相关系数

2.4.4 不同氮素浓度处理樱桃番茄磷素利用率指标间的相关性 如表10所示：地上部吸磷量比例Y4与地上部吸磷量Y2间的相关系数为0.78,呈极显著正相关,与施磷量Y3间的相关系数为-0.82,呈极显著负相关;磷肥偏生产力Y5与果实产量Y1间的相关系数为0.80,呈极显著正相关;磷产量效用指数Y6与果实产量Y1间的相关系数为0.85,呈极显著正相关,与地上部吸磷量Y2间的相关系数为-0.63,呈显著负相关。

表10 不同氮素浓度处理樱桃番茄磷素利用率指标间的相关系数

2.4.5 不同氮素浓度处理樱桃番茄钾素利用率指标间的相关性 由表11可见：地上部吸钾量比例Z4与地上部吸钾量Z2间的相关系数为0.76,呈显著正相关,与施钾量Z3间的相关系数为-0.81,呈极显著负相关;钾肥偏生产力Z5与果实产量Z1间的相关系数为0.80,呈极显著正相关;钾产量效用指数Z6与果实产量Z1间的相关系数为0.85,呈极显著正相关。上述结果表明:在不同氮素浓度处理条件下,钾素投入增加将降低钾素的利用效率。

表11 不同氮素浓度处理樱桃番茄钾素利用率指标间的相关系数

不同氮素浓度处理樱桃番茄氮、磷、钾素利用率指标间的相关性分析结果(表12)表明：地上部吸氮量比例X4与氮肥偏生产力X5间的相关系数为0.87,呈极显著正相关;地上部吸磷量比例Y4与地上部吸钾量比例Z4间的相关系数为1.00,呈极显著正相关;磷肥偏生产力Y5与钾肥偏生产力Z5间的相关系数为1.00,呈极显著正相关;氮产量效用指数X6与磷产量效用指数Y6、钾产量效用指数Z6间的相关系数分别为0.99、1.00,均呈极显著正相关。

表12 不同氮素浓度处理樱桃番茄氮、磷、钾素利用率指标间的相关系数

3 小结与讨论

本研究结果表明:樱桃番茄叶片氮、磷、钾的积累量峰值期随着氮素浓度的增加而延后,氮素浓度越低降幅越大,该结果与王新等[14]、邢英英[15]的研究结果一致;樱桃番茄茎的氮、磷、钾积累量与氮素浓度成正比;中氮N2(12 mol/m3)处理有利于樱桃番茄果实氮、磷、钾的积累;随着氮素投入量的增加,地上部吸氮量比例、氮肥偏生产力、氮产量效用指数都不断降低,氮素利用效率不断降低，地上部吸磷(钾)量比例、磷(钾)肥偏生产力比例不断增加,磷(钾)产量效用指数不断增加,这与董洁等[16]的研究结果一致。徐健等[8]利用盆栽土培研究了不同氮素用量对番茄植株不同器官氮、磷、钾含量的影响,结果表明：盛果期植株中氮、磷含量均表现为果实>叶>茎,而钾含量则表现为果实>茎>叶；随着氮素用量的增加,各器官中氮、钾含量均表现为先增加后下降。在本试验中，不同氮素浓度处理的樱桃番茄在采收后期的氮含量表现为叶>茎>果实,磷含量表现为茎>果>叶,钾含量表现为果>叶>茎,这与徐健等的试验结果不同,可能因为本试验采用了浮板毛管水培栽培方式；随着氮素浓度的增加,樱桃番茄各器官中氮、钾含量基本上表现为先增加后下降,这个结果与徐健等的试验结果基本一致。李建勇等[9]研究得出：氮、磷、钾的吸收量均随施肥量的增加而增加,基质中氮、钾的利用率均随施肥量的增加而降低,而磷的利用率则随化肥施用量的增加而增加。在本试验中，随着氮素投入量的增加,樱桃番茄各器官中氮、磷、钾含量基本上表现为先增加后下降,营养液中氮素利用率指标不断降低,磷、钾利用率指标不断增加。相关分析结果表明:樱桃番茄地上部吸氮量比例和氮肥偏生产力均与施氮量呈极显著负相关；氮产量效用指数与果实产量呈极显著正相关,与地上部吸氮量呈显著负相关;地上部吸磷(钾)量比例与地上部吸磷(钾)量呈极显著正相关,与施磷(钾)量呈极显著负相关;磷(钾)产量效用指数与果实产量呈极显著正相关,与地上部吸磷量呈显著负相关；地上部吸氮量比例与氮肥偏生产力呈极显著正相关;地上部吸磷量比例与地上部吸钾量比例呈极显著正相关;磷肥偏生产力与钾肥偏生产力呈极显著正相关;氮产量效用指数与磷产量效用指数、钾产量效用指数均呈极显著正相关。综上所述,中氮N2(12 mol/m3)处理最有利于提高樱桃番茄各器官氮、磷、钾素的积累量,同时兼顾了肥料的利用效率。