不同配方营养液对番茄产量、品质及养分吸收的影响

范兵华,马乐乐,李建明

(西北农林科技大学 园艺学院,农业部西北设施园艺工程重点实验室，陕西 杨凌 712100)

番茄因其产量高、种植效益好，成为农民增产创收的首选蔬菜品种之一[1]。传统的土壤种植方式认为，化肥投入量越大，作物产量就越高，于是为了提高作物产量不断加大化肥的施用。然而，化肥的过量施用却导致了土壤酸化、有机质含量下降、盐渍化等诸多问题[2]，限制了设施蔬菜种植的可持续性。与此同时，不合理的施肥还造成作物品质下降[3]，因为过量化肥在土壤中经过硝化作用会生成对人体有害的亚硝酸盐，被作物根部吸收并在粮食、蔬菜、水果中积累[4]，从而间接地影响人类健康。为了解决传统种植方式的弊端，研究人员开创了形式多样的农业生产模式，如生态农业、有机农业、生物动力学农业、自然农法等[5]，其中有机农业是最有影响力的代表[6]，越来越受到国内外学者的关注。

据联合国粮食及农业组织(FAO)统计，全世界几乎所有国家都不同程度开展了有机农业活动，有机农业生产面积不断扩大，并且欧美发达国家都在生产有机食品。由于消费者对健康和环境保护意识的增强，有机食品市场前景广阔。我国有机农业起步较晚，对有机农业生产技术还缺乏深入、系统的研究。近年来有机肥替代化肥在作物上施用，不仅明显改善了土壤pH值、有机质含量，还促进了微生物的多样性变化，并且诱发植物产生病况的微生物数量也显著降低[7]。然而有机肥肥效释放缓慢，在作物生长过程中直接施用易造成脱肥问题[8]。目前有机农业中流行施用有机浸提液(也称堆肥茶，即将堆置腐熟后的有机物料经浸提后获得的提取液)，其可使农作物吸收更多的营养，施用效果更持久，并且能加速作物对有害毒素的分解，提高农产品的营养价值、风味和口感[9]。此外，利用动物粪便等农业废弃物作为栽培基质及有机营养液原材料，还可以降低农业废弃物对环境的污染。

当前蔬菜基质栽培中施用的营养液主要是无机态营养液，关于有机营养液灌溉的相关研究较少，本试验以发展可持续有机农业为出发点，改变果蔬“好的不多，多的不好”的栽培现状，探究不同配方营养液对设施番茄光合特性、产量、品质及养分吸收利用的影响，并利用主成分分析法，综合评价番茄果实品质，寻找番茄优质高产营养液配方，拟建立有机基质和有机营养液结合的番茄全有机栽培模式，以解决番茄品质低劣问题，为有机农业在我国的进一步推广和发展提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验场地与材料

试验于2018-08-10―2019-02-22在西北农林科技大学北校区园艺场的大跨度非对称酿热保温大棚内进行。供试材料为荷兰“佳西娜”串番茄。供试有机基质由西北农林科技大学园艺学院设施生理栽培课题组前期试验筛选确定，即将腐熟牛粪、菇渣和珍珠岩以体积比3∶3∶4混合配制而成[10]，其理化性质为：体积质量0.41 g/cm3，持水孔隙45.15%，通气孔隙25.37%，总孔隙68.39%，pH 6.96，电导率2 045.88 μs/cm，速效N含量2 343.51 mg/kg，速效P含量1 026.66 mg/kg，速效K含量2 312.01 mg/kg，有机质含量210.54 g/kg。番茄采用基质袋栽培，栽培袋每条长1.2 m，宽0.3 m，高0.2 m，基质装至2/3处，每袋种植3株苗。土壤栽培行定植前施底肥，底肥理化性质：pH 7.12，电导率2 035.64 μs/cm，速效N含量2 236.96 mg/kg，速效P含量1 006.18 mg/kg，速效K含量2 189.97 mg/kg，有机质含量2 04.47 g/kg，接近栽培基质的养分含量，并在土壤栽培行上覆地膜以减少土壤表面蒸发。利用荷兰HortiMax公司生产的水肥一体化滴灌设备进行肥水管理。

1.2 试验设计

因猪粪浸提液氮元素含量较高，牛粪和羊粪浸提液钾元素含量高，故本试验将3种浸提液按不同比例混合配成3种有机营养液：配方1.猪粪、牛粪、羊粪浸提液按体积比2∶1∶1混合，稀释3.93倍；配方2.猪粪、牛粪、羊粪浸提液按体积比1∶2∶1混合，稀释2.93倍；配方3.猪粪、牛粪、羊粪浸提液按体积比1∶1∶2混合，稀释2.85倍。试验设置有机基质栽培分别浇灌上述3种配方营养液的T1、T2和T3处理，再以有机基质栽培浇灌山崎营养液的处理作为对照1(CK1)，以土壤栽培浇灌山崎营养液的处理作为对照2(CK2)。试验采用随机区组设计，小区长16 m、宽2 m，每个处理重复3次，每重复39株苗(每个小区放13个基质袋)，土壤栽培行与基质栽培行定植株行距相同。2018年8月10日开始育苗，9月28日选取五叶一心、长势一致的壮苗进行定植，缓苗10 d后开始按试验设计进行肥水管理，水分管理及营养液供给方式按照马乐乐等[11]的研究结果进行，其中水分供给按照1.35倍日蒸腾蒸发量(ET)灌溉。ET值由自动连续作物耗水记录仪(国家专利号CN105699244A)[12]进行监测。由于基质养分充足，故营养液处理从现蕾期开始进行，所有处理施肥频率相同，每隔7 d施肥1次，共施15次，每次每株860 mL。各处理施肥当天，除对应的营养液灌溉量外，实际灌水量应为计算灌水量减去营养液灌溉量。整枝打杈吊蔓等田间管理措施同常规栽培。

试验所用有机营养液浸提按照课题组前期试验总结的方法，3种粪肥浸提并用滤网过滤得到猪粪、牛粪、羊粪浸提液[13]，再按不同体积比混合后稀释至山崎配方营养液中氮元素的含量。不同配方营养液的pH、电导率及速效养分含量见表1。

表1 不同配方营养液的pH、电导率及速效养分含量Table 1 The pH,conductivity and available nutrient contents with different nutrient solutions formula

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光合指标 采用Li-6800便携式光合仪，在番茄不同生育期(开花坐果期、果实膨大期、采收期) 于晴天上午09：00-11：00测定番茄叶片的光合特性(净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr))。每个处理测定3株长势一致的壮苗，选取其顶部生长点以下第4片功能叶进行测量，并采集叶片用锡箔纸包裹后放入冰盒立即带回实验室测定叶绿素含量[14]。

1.3.3 果实养分含量和养分利用率 分别在一、二、三穗果采收期取样，在105 ℃下杀青30 min后，65 ℃烘至恒质量，称质量后将样品磨碎过孔径0.5 mm筛后保存。测定前先用H2SO4+H2O2消煮样品，再用AA3型高分辨自动化学分析仪(德国SEAL公司)分别测定不同果穗果实全氮、全磷含量，用Flame photometer 410型火焰光度计(英国Sherwood公司)测定全钾含量，每个处理重复3次。果实氮肥利用率(η)计算公式为:η=Nu/Na，其中Nu表示果实中的全氮含量，Na表示营养液中的速效氮含量。磷、钾肥利用率计算方法与此相同。

1.4 数据处理

试验数据用“平均值±标准差”表示，利用Excel 2007和SPSS 25.0软件进行数据统计分析。采用单因素(one-way ANOVA)和LSD法对数据进行方差分析和多重比较(α=0.05)，利用Excel 2007软件绘制图表。

评价番茄品质指标时，单一指标并不能作为综合评价的有效依据，因此本研究采用了多指标综合评价方法。首先选取果形指数(X1)、颜色指数(X2)、硬度(X3)、可溶性固形物含量(X4)、有机酸含量(X5)、糖酸比(X6)、可溶性蛋白含量(X7)、VC含量(X8)、番茄红素含量(X9)、可溶性总糖含量(X10)、硝酸盐含量(X11)共11个品质指标作为评价因子，利用SPSS软件进行数据标准化，然后利用DPS数据分析软件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同配方营养液对设施番茄光合作用的影响

由表2可以看出，随着生育期的推移，番茄叶片Pn整体变小。在开花坐果期，各处理Pn差异显著，其中CK1处理的Pn最大，显著高于其他处理13.50%～39.65%,CK2处理的Pn也高于有机营养液处理的Pn;Tr及叶绿素含量变化规律与Pn一致，均为山崎营养液处理高于有机营养液处理。进入番茄果实膨大期，各处理Pn差异不显著，但基质栽培CK1处理Pn高于土壤栽培CK2处理，且有机营养液T2处理的Pn高于基质栽培CK1处理;有机营养液处理中T2处理的Tr及叶绿素含量显著高于其他处理。在番茄采收期，各指标测量值均以T2处理最高，且有机营养液各处理高于基质栽培CK1处理，基质栽培CK1处理又高于土壤栽培CK2处理。

表2 不同配方营养液对设施番茄叶片光合特性和叶绿素含量的影响Table 2 Effects of different nutrient solutions on photosynthetic characteristics and chlorophyll content oftomato leaves in greenhouse

2.2 不同配方营养液对番茄果实产量的影响

不同处理番茄果实单果质量、单株产量及单位面积产量见表3。由表3可知，基质栽培CK1处理的单果质量与土壤栽培CK2处理及有机营养液T2处理间差异不显著，均达到50 g以上。各处理番茄单株产量及单位面积产量均无显著差异(P>0.05)。基质栽培各处理单位面积产量略高于土壤栽培，均达到5.0 kg/m2以上。此外，有机营养液各处理中，随着有机营养液中钾元素含量的升高，番茄单位面积产量升高，以T3处理番茄果实产量最高，仅比基质栽培CK1处理低3.3%，其次是T2处理，最低的是T1处理。

表3 不同配方营养液对番茄产量的影响Table 3 Effects of different nutrient solutions on tomato yield

2.3 不同配方营养液对番茄果实品质的影响

2.3.1 番茄果实品质比较 由表4可以看出，各处理番茄果实果形指数和颜色指数差异不显著，其中果实颜色指数值表现为基质栽培CK1处理高于土壤栽培CK2处理，有机营养液处理高于山崎营养液CK1处理，说明基质栽培模式灌溉有机营养液处理可以促进番茄果实着色。

硬度、可溶性固形物含量、有机酸含量及糖酸比属于果实的口感品质，是消费者评价果实品质好坏的重要指标。由表4可以看出，土壤栽培CK2处理番茄果实的硬度最大，比其他处理高出1.2%～47.7%；有机营养液处理中，以T2处理的果实硬度最大。基质栽培CK1处理的果实可溶性固形物含量显著高于土壤栽培CK2处理；有机营养液各处理可溶性固形物含量显著高于山崎营养液CK1处理，其中T1处理的最高，但与T2处理间差异不显著。各处理有机酸含量差异不显著，但有机营养液各处理的有机酸含量高于山崎营养液处理，T1、T2处理的有机酸含量最高，均达到0.86。各处理糖酸比的变化趋势与可溶性固形物含量的变化一致，均是有机营养液处理偏高。说明有机营养液处理可以提高番茄果实口感品质，改善番茄风味。

表4 不同配方营养液对番茄果实品质的影响Table 4 Effects of different nutrient solutions on tomato fruit quality

由表4还可以看出，在有机基质栽培模式下，与山崎营养液相比，有机营养液处理提高了番茄果实的可溶性蛋白、番茄红素及可溶性总糖含量，但显著降低了果实Vc和硝酸盐含量。其中T2处理的可溶性蛋白和番茄红素含量比其他处理分别显著高出12.9%～18.0%及12.7%～52.4%；T3处理的可溶性总糖含量显著高于其他处理10.4%～98.7%，T1和T2处理的可溶性总糖含量也显著高于CK1和CK2，说明有机基质与有机营养液的全有机栽培模式可以促进番茄果实糖分的积累。有机营养液各处理的硝酸盐含量显著低于CK1和CK2处理，其中T1处理的硝酸盐含量比其他处理低14.7%～68.4%，其次是T2处理。基质栽培CK1处理的VC含量显著高于其他处理16.0%～30.9%，达到17.27 mg/hg。

2.3.2 基于主成分分析的番茄综合品质评价 主要主成分的特征值和累积贡献率如表5所示。由表5可知，前3个主成分的累积贡献率已经达到95.891%，满足大于 85%的条件，说明前3个主成分可以代表所有变量的主要信息。

表5 不同配方营养液处理下番茄综合品质的主成分分析结果Table 5 Principal component analysis results of tomato comprehensive quality treated with different nutrient solutions

为进一步确定主成分与不同品质指标之间的定量关系，分析主成分载荷矩阵，得到3 个主成分的表达式为：

F1=-0.235X1+0.244X2-0.153X3+0.408X4+0.234X5+0.362X6+0.277X7-0.085X8+0.394X9+0.363X10-0.372X11；

(1)

F2=0.486X1+0.223X2-0.070X3+0.010X4-0.505X5+0.267X6-0.003X7+0.556X8+0.162X9-0.073X10-0.208X11；

(2)

F3=-0.162X1+0.436X2+0.613X3-0.110X4+0.055X5-0.153X6+0.514X7+0.199X8+0.086X9-0.143X10+0.191X11。

(3)

综合评价计算公式如下：

F=(λ1F1+λ2F2+λ3F3)/(λ1+λ2+λ3)。

(4)

式中：F1、F2、F3分别是3个主成分的得分值，X1～X11分别表示11个果实品质指标，λ1、λ2、λ3分别是3个主成分的特征根。

不同处理的综合得分F见表6。由表6可知，各处理番茄果实综合品质评价排序为：T2>T1>T3>CK1>CK2，说明有机营养液处理番茄果实的综合品质优于山崎营养液CK1处理，基质栽培CK1处理优于土壤栽培CK2处理，有机营养液中又以T2处理番茄果实的综合品质最好。

表6 不同营养液处理下番茄品质的综合评价结果Table 6 Comprehensive evaluation of tomato quality under different nutrient solutions

2.4 不同配方营养液对番茄果实养分吸收的影响

不同配方营养液对番茄不同果穗果实养分吸收利用的影响如表7所示。由表7可以看出，T2处理每穗果实氮磷钾元素含量均显著高于其他处理，氮肥利用率与磷肥利用率也以T2处理最高；钾肥利用率为T3处理最高，其次是T2处理；氮磷钾元素含量及肥料利用率大多表现为有机营养液处理高于山崎营养液处理，基质栽培CK1处理高于土壤栽培CK2处理。此外，各穗果实的养分吸收利用规律一致，第二穗果的养分含量略高，说明第二穗果期是植株生长旺盛期，对养分的吸收利用更高效，在生产中应注意养分供给，确保果实的产量和品质形成。

表7 不同配方营养液对番茄果实养分吸收利用的影响Table 7 Effects of different nutrient solutions on nutrient absorption and utilization of tomato fruits

3 讨 论

有机营养液一方面含有植物所需的丰富的矿质营养，另一方面还含有许多有益微生物及其代谢产物，因此有机营养液有促进作物生长及防治有害生物的作用[9]，应用到蔬菜种植上，将会改善蔬菜品质。

研究表明，叶绿素含量与叶片净光合速率、蒸腾速率呈显著正相关[17]。本研究发现，在番茄生殖生长旺期，基质栽培模式配套有机营养液处理番茄净光合速率和蒸腾速率均较强，可以促进光合同化产物的积累，为果实产量和品质形成奠定基础。此外，基质栽培番茄产量略高于土壤栽培，这与李道清[18]研究发现利用基质种植番茄,无论是单株产量还是总产量都有所提升的结论一致。本试验结果还表明，在有机营养液处理中，随着有机营养液中钾元素含量的升高，番茄产量升高，这与张炎等[19]的合理施用钾肥可以显著增加番茄产量的结论一致。因为合理施用钾肥可在番茄生育前期为番茄根系生长提供动力,进而提高番茄的根冠比；且适量钾能提高植株对水分的利用率, 减缓植株衰老和提高对逆境的抵御能力,形成合理的绿体体积,从而为产量的形成打下基础[20]。

本研究还发现，不同穗的果实养分含量及肥料利用率变化规律一致，即T2处理番茄果实的氮磷钾元素含量及氮磷肥利用率显著高于其他处理，T3处理的钾肥利用率最高，其次是T2处理。果实中钾肥利用率表现出有机营养液栽培高于山崎营养液栽培，基质栽培高于土壤栽培，可能是有机营养液中钾元素含量较高，也可能是有机营养液可以改善根际微环境，从而更有利于作物对养分的吸收利用。

目前有机营养液已在蔬菜种植上广泛施用[11,30-32]，其在提升蔬菜安全性、改善蔬菜品质及产量方面效果显著。有机农产品是顺应市场要求应运而生的，有机基质栽培模式配套有机营养液的全有机栽培方式将蓬勃发展。关于有机营养液养分释放规律及其在其他作物上的施用方法，还有待进一步探究。

4 结 论

综合考虑番茄光合特性、产量、品质、果实养分吸收利用率后认为，基质栽培模式配套有机营养液配方2(即T2)处理为优质有机番茄生产的最佳栽培管理方案。在本研究的有机基质栽培模式下，该有机营养液配方可以兼顾番茄多项品质指标，并保证番茄产量不会降低，实现了设施番茄全有机营养管理。