日光温室袋培番茄氮、磷、钾、钙、镁 营养吸收分配规律研究

王丹丹，张庆银，李 燕，齐连芬，牛瑞生，赵晓明，师建华，田国英

（石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050021）

番茄是世界范围内栽培面积最广的蔬菜作物之一，也是中国设施栽培的主要蔬菜之一［1-4］。长期以来，种植者为了提高番茄产量和品质，大量施用化肥农药，但长此以往不仅不利于番茄安全生长发育，还会造成浪费，导致土壤次生盐渍化、土壤板结以及果实品质下降等问题，影响设施农业的健康持续发展［5-7］。因此急需制定科学的番茄施肥措施，但科学施肥的前提是了解其养分吸收规律。

目前，关于肥料对番茄产量和品质的作用已有报道：齐连芬等［8］研究认为有机肥与微生物菌剂不同配比可以提高番茄产量或品质；张小兰等［9］分析了控释肥不仅可以提高日光温室基质袋培番茄养分利用效率，而且提高番茄产量。随着大量元素的施用，中微量元素对番茄增产的效果越来越明显：馆西林等［10］研究了设施基质条件下不同茬口樱桃番茄的养分吸收及分配规律，结果表明形成1000 kg 果实樱桃番茄植株的N、P、K、Ca、Mg 吸收量分别是4.31 ～4.79 kg、0.68 ～0.78 kg、5.60 ～6.43 kg、0.68 ～0.99 kg、0.31 ～0.48 kg，同时，开花期要注重钙、镁的补充，盛果期要提供充足的营养，因为盛果期为养分大量吸收累积的关键期；申晓芳［11］研究表明不同钙、镁肥处理可以提高番茄产量和品质；张剑等［12］研究表明钙镁硼肥配合施用可提高番茄产量和品质。

当前关于番茄营养元素需求研究较多，研究重点在施基肥和追肥的条件下番茄植株的营养需求规律，而施入的基肥和追肥必然会有所流失不被植株完全吸收，当前土壤盐渍化问题严重，土壤中所含的营养元素基本可以维持植物正常生长发育，且有关不施基肥和追肥条件下番茄植株各营养元素吸收规律的研究尚未报道，因此本研究旨在袋培条件下研究不施基肥和追肥对番茄氮、磷、钾、钙、镁吸收分配规律的研究，为番茄氮、磷、钾、钙、镁肥追施时期提供理论依据与技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验区及试验材料

试验在石家庄市农林科学研究院赵县试验基地日光温室开展，东经114°49＇26＂，北纬37°49’59＂，属暖温带半湿润大陆季风气候，年均温度12.5 ℃。采用工厂化育苗，自动灌溉设施灌溉。上下风口均安装60目防虫网。供试番茄品种为‘拉姆’。供试土壤为轻壤质潮褐土，其基本理化性质如下：有机质42.2 g/kg，全氮（N）2.52 g/kg，全磷（P）0.25 g/kg，全钾（K） 1.42 g/kg，全钙（Ca）25.5 g/kg，全镁（Mg）7.39 g/kg，pH 值7.4。

1.2 试验设计及栽培管理

2019 年3 月15 日定植于栽培袋内，栽培袋长20 cm×宽20 cm×高30 cm，每袋装干土6.0 kg，每袋1 株。采用大小行距种植，大行距90 cm，小行距70 cm，株距40 cm，采用单干整枝（及时去除侧枝，只留1 个结果枝），单株留6 穗果，于2019年6 月2 日打顶。番茄生长全生育期不追施任何肥料。根据番茄生长发育特性，将定植后19 ～46 d 定为苗期，46 ～74 d 定为开花结果期，74 ～103 d 定为果实成熟期。试验共种植四垄160 株番茄，每周随机取样1 次，每次选取3 株长势一致的植株作为3次重复，分别称量植株的根、茎、叶、果的干鲜质量。

1.3 测定项目及方法

植株鲜质量：选择长势一致的番茄植株进行破坏性取样。将根、茎、叶、果及时剪下（根用水冲洗干净后用吸水纸擦干），在电子秤上分别测量各部分的质量。

植株干物质量：将称量好的根、茎、叶、果分装在牛皮纸袋中，置于烘箱内105 ℃杀青30 min，然后调至80 ℃恒温烘干至恒重，干燥冷却后分别称量根、茎、叶、果的质量。

全氮、全磷、全钾：采用硫酸- 过氧化氢（H2SO4-H2O2）消化改进法［13］。

全钙、全镁：采用湿法消解法。用原子吸收分光光度计测定浓度值［14］。

1.4 计算方法

各器官氮（磷、钾、钙、镁）吸收量（mg/株）＝各器官氮（磷、钾、钙、镁）含量×干物质量；

各器官氮（磷、钾、钙、镁）分配比例（%）＝各器官氮（磷、钾、钙、镁）吸收量/植株总氮（磷、钾、钙、镁）吸收量×100%。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2010 进行基础数据处理，采用Spss18.0 对数据进行统计和方差分析，采用Origin8.0 制图。

2 结果与分析

2.1 根、茎、叶、果干物质变化

植株中根、茎、叶、果的干物质随取样时间变化而变化。图1 为根、茎、叶、果的干物质随取样时间的变化图，其中根的增加较缓慢，茎、叶、果的增速较快，定植60 d 后茎、叶、果的干物质增速加快，后期果的干物质增速最快。因此，将定植后19 ～46 d 定为苗期，此时干物质积累较少，46 ～74 d 为开花结果期，干物质积累迅速增加，74 ～103 d 为果实成熟期，干物质积累速率下降。

图2 为根、茎、叶、果各部分占总干物质的比例图。可以看到根、叶所占总干物质比例均呈下降趋势，根中干物质在前期下降迅速，后期下降缓慢，叶在定植后32 ～46 d 期间下降速度最快。茎所占比例先升高后降低，且后期平缓下降。果所占比例持续上升，且定植后32 ～46 d 期间的增速最快，表明定植后32 ～46 d（苗期）是果的生长速率最快的时期。

图1 根、茎、叶、果干物质随取样时间变化图Fig. 1 Dry matter changes in root, stem, leaf and fruit with sampling time

图2 根、茎、叶、果占总干物质比例Fig. 2 The ratio of roots, stems, leaves and fruits to total dry matter

2.2 植株中氮、磷、钾元素含量和吸收量的变化规律

2.2.1 根中氮、磷、钾、钙、镁元素的含量和吸收量 随定植天数的增加，全钾、全镁的元素含量均呈下降趋势（表1），全氮、全磷含量变化不大，全钙含量呈上升趋势，但是在定植后32 d 全钾含量及定植后60 d 全钙含量呈现迅速下降情况。全磷、全钾、全镁在植株的生长后期均低于前期，而全钙含量高于生长前期。氮、钾、钙、镁元素的吸收量自定植后19 d 到103 d 持续增加，分别从9.54、17.70、2.90、0.23 mg/ 株增加到105.16、134.75、74.05、1.75 mg/ 株；磷元素的吸收量前期一直增加，后期呈下降趋势，但前期为1.47 mg/株，后期8.82 mg/株（表2）。根中各元素的吸收量均是后期 多于前期。2.2.2 茎中氮、磷、钾、钙、镁元素的含量和吸收量 茎中全氮、全磷、全钾元素含量均呈下降趋势（表1）），分别从20.92、4.45、50.85 g/kg 下降到13.79、1.01、26.00 g/kg，全钙、全镁呈上升趋势，分别从5.06、0.31 g/kg 上升到10.97、0.36 g/kg。氮、钾、钙、镁元素的吸收量均呈上升趋势（表2），分别从前期的23.36、56.78、5.65、0.35 mg/株上升到后期的600.37、1 131.96、477.58、15.75 mg/株；磷元素的吸收量与根中磷元素的吸收量变化趋势一致，均为前期增加后期下降，但前期为4.97 mg/株，后期为43.92 mg/株。茎中各元素的吸收量均高于根中。

表1 番茄不同定植天数各部位中氮、磷、钾、钙、镁元素含量的测定结果Table 1 Determination results of contents of nitrogen, phosphorous, potassium, calcium and magnesium in each part of tomato after different planting days

2.2.3 叶中氮、磷、钾、钙、镁元素的含量和吸收量 叶中全氮、全磷、全钾元素含量均呈下降趋势，分 别 从48.96、4.41、34.03 g/kg 下 降 到24.52、1.65、15.76 g/kg，全钙、全镁元素含量呈上升趋势，分别从15.37、0.43 g/kg 上升到16.38、0.52 g/kg，与茎中元素含量变化趋势一致。氮、磷、钾、钙、镁元素的吸收量均呈上升趋势（表2），分别从158.30、14.27、110.01、49.71、1.37 mg/ 株 上 升 到2 872.24、193.38、1 846.51、1 918.49、60.37 mg/株。叶中各元素的吸收量前期和后期均比茎中各元素的吸收量高。

2.2.4 果中氮、磷、钾、钙、镁元素的含量和吸收量 由于定植后19 d 番茄刚开始坐果，果实器官太小，测定元素含量的取样量不够，故此时果中各元素含量未测定。全氮、全磷、全钙、全镁元素含量均在定植后32 d 最高，分别为42.75、6.43、5.40、0.32 g/kg，然后均下降。定植后46 d 至拉秧期间各元素含量相对稳定，全氮保持在25 g/kg 左右，全磷保持在5 g/kg 左右，全钙保持在1.8 g/kg 左右，全镁保持在0.2 g/kg 左右。全钾呈先升高后降低的趋势，在定植后74 d 含量最高，为35.63 g/kg（表1）。果中各元素的吸收量持续上升，氮、磷、钾元素的吸收量均高于叶中，钙、镁元素的吸收量低于叶中 （见表2）。

2.2.5 全株中氮、磷、钾、钙、镁元素含量和吸收量 全株中全氮、全磷、全钾元素的含量均是先上升后下降，全钙、全镁元素的含量均呈上升趋势。全氮、全磷、全钾、全钙、全镁元素分别由前期的191.20、20.72、184.49、58.26、1.96 mg/ 株 上 升到后期的7 623.60、750.78、8 027.10、2 728.10、109.05 mg/株（表1）。全生育期中各元素总吸收量由高到低依次为钾、氮、钙、磷、镁（27 413.53、22 350.43、8 635.61、2 371.39、309.56 mg/株） （表2），氮、磷、钾、钙、镁各元素吸收量比例约为1 ∶0.11 ∶1.23 ∶0.39 ∶0.01。

表2 番茄不同定植天数各部位中氮、磷、钾、钙、镁元素吸收量的测定结果Table 2 Determination results of accumulation of nitrogen, phosphorous, potassium, calcium and magnesium in each part of tomato after different planting days

续表：

2.3 番茄不同定植天数植株各部位氮、磷、钾、钙、镁营养元素分配规律

番茄不同定植天数氮、磷、钾、钙、镁分配见图3。由图可知，定植后74 d 之前叶中氮的分配比例最高，定植初期所占比例最高，为82.79%，74 d之后果中氮的分配比例超过叶中，其分配比例最高达53.25%，根、茎中氮、磷、钾、钙、镁的分配比例始终相对叶、果较低。叶中钙、镁的分配比例始终大于茎、果、根中的分配比例。果中氮、磷、钾、钙、镁分配比例随定植天数的增加而增大，但钙、镁分配比例增大幅度较氮、磷、钾分配比例小。

图3 不同定植天数番茄氮、磷、钾、钙、镁分配规律Fig. 3 Nutrients distribution of N, P, K, Ca, and Mg after different planting days of tomato

由图4 可知，定植后46 ～74 d（开花结果期），番茄对磷、钾、钙的吸收量最高，分别占总吸收量的40.35%、51.70%、45.65%占5 种元素全生育期吸收总量的29.62%；定植后74 ～103 d（成熟期），番茄对氮、镁的吸收量最高，分别占总吸收量的45.06%、45.65%，占5 种元素全生育期吸收总量的18.11%；氮、磷、钾、钙、镁5 种元素在定植后19 ～46 d（苗期）的吸收量均最低，分别占总吸收量的15.74%、22.78%、19.08%、16.43%、13.13%，占5 种元素全生育期吸收总量的17.49%；上述数据表明，磷、钾、钙的最大效率期为开花结果期，其次为果实成熟期，苗期效率最低；氮、镁的最大效率期为果实成熟期，其次为开花结果期，幼苗期效率最低。

图4 不同定植天数番茄氮、磷、钾、钙、镁分配规律Fig. 4 Nutrients distribution of N, P, K, Ca, and Mg after different planting days of tomato

3 讨论

3.1 番茄植株干物质积累与分配规律

干物质是植物光合作用最终产物，植物经济产量的形成与干物质的积累、分配、转运密切相关［15］。番茄全生育期内，各器官干物质积累速度整体呈慢—快—慢的变化趋势，不同生长时期各器官的干物质积累量存在差异，茎、叶、果的干物质积累变化情况较根的变化情况明显。苗期各部位干物质积累速度较慢，开花结果期干物质积累量增加迅速，果实成熟期干物质积累速度又有所下降。苗期和开花结果期叶占植株中干物质总量的比例最大，果实成熟期果所占比例超过叶所占比例。

3.2 番茄营养元素吸收与分配规律

养分是构成植物体的组成成分，也是植株进行生理活动不可或缺的参与者，其中，氮、磷、钾、钙和镁是植物正常生长发育所必需的大、中量 元素［16-20］。

本试验是在未施基肥和追肥的条件下进行的，5种营养元素在番茄干物质生产中均发挥重要作用，但由于各营养元素及番茄需肥特性的差异，生育期内各营养元素的吸收量存在较大差异。苗期5 种元素均主要分布于叶中，且氮和钾的量显著高于磷、钙、镁元素。这可能是由于氮在植物叶中用于合成叶绿素，钾参与光合作用，增强光合产物运输，因此生长前期叶中氮、钾累积有利于植株叶片光合功能及产物正常运转，为后期物质累积提供物质基础。茎中钾的含量较高，是由于钾元素在植物体内以离子状态存在，可促进茎秆维管束发育、参与光合产物向贮存器官运输［21］。磷的主要功能是对遗传信息的存储和传递、能量代谢与腺苷磷酸、磷储藏库［17］，果实中磷的含量在开花结果期中最高，说明此时磷可能在发挥其遗传信息的存储和传递功能；钾的主要生理功能是激活酶、参与光合作用、调节植物水分平衡、调节阴阳离子平衡和pH 值、促进蛋白质代谢、改善果实品质等［22］，而本试验果中钾的含量在结果期最高，说明此时钾的主要功能是促进蛋白质代谢、改善果实品质；开花结果期叶中的氮、磷、钾、钙、镁量均下降，说明植株开始由营养生长向生殖生长转变。茎和果实中的全钾均超过全氮全磷，与吴建繁［23］研究结果一致。茎叶中钙的含量较少，根中含量较高，这可能是由于生长后期，植株衰老，幼嫩组织较少，而只有幼嫩根尖能吸收钙，且钙很难在韧皮部运输［19］，所以很难向下转移，因此由韧皮部汁液供应的器官—果实和种子，果中钙的含量较低。镁元素是植物生长发育过程中不可或缺的营养元素，一般植物体内的镁含量约为0.5%～ 0.7%［24］。镁是叶绿素分子的中心原子，位于叶绿素分子结构的卟啉环中心，对光合作用来说是必不可少的［20］。由于番茄植株的不断生长，其需要的养分越多，因此需要进行的光合作用越来越强，所以叶中全镁的含量较高。

本试验中番茄全生育期内对5 种元素需求的大小顺序为钾＞氮＞钙＞磷＞镁，各元素吸收量比例约为1∶0.11∶1.23∶0.39∶0.01。蒋卫杰等［25］得出番茄氮、磷、钾的吸收比例为1∶0.25∶1.14，柴喜荣等［26］得出番茄氮、磷、钾最适宜的吸收比例为1∶0.24∶1.45，均与本试验中氮、磷、钾的吸收比例相似。本试验中磷所占比例偏低，且结果期需磷量较大，因此可在结果之前补施磷肥，因为19 ～46 d 为苗期，此时尚未开花结果，磷的需要量较少，但肥料从施入到被植物吸收需要一段时间，因此本研究认为可在定植后1 个月开始补充磷肥，以防由于磷肥补充不及时导致植株生长缓慢、果实发育不良等。氮、钾肥作为大量元素肥，在苗期所占比例较低，而苗期正是营养生长的关键时期，因此认为可于苗期开始补充。柳美玉等［21］研究的营养液浓度对番茄营养生长期干物质积累及养分吸收的影响中，营养生长期番茄植株氮、磷、钾、钙、镁吸收总量的比例为1∶(0.22～0.25)∶(0.80～0.87)∶(1.21～1.28)∶(0.31～ 0.34)，其钙、镁的吸收量高于本试验，而钙、镁与光合作用、细胞伸长等密切相关，因此可在苗期未见花蕾时即补充钙镁肥。