不同追氮量对日光温室樱桃番茄品质、生长和氮素利用效率的影响

刘宇曦 王娟娟 武隆楷 李衍素 贺超兴 于贤昌 王 君*

（1 中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2 全国农业技术推广服务中心，北京 100125）

随着农业产业结构调整，我国设施园艺面积不断扩大，2016年我国设施蔬菜栽培面积达391万hm2，总产值2.52亿t（左绪金，2019）。我国设施蔬菜生产中普遍存在氮肥施用过量的问题，每年氮肥投入量超过作物吸氮量的4～6倍，过量氮肥施用严重影响作物对氮素的吸收利用，降低氮素利用效率，同时还影响作物品质，造成环境污染和资源浪费（Liang et al.，2013；欧立军 等，2018；Jinkiat et al.，2020）。番茄作为设施栽培主要的园艺作物之一，对于其施氮量方面的研究已经很多，在番茄实际栽培过程中存在严重的氮肥施用过量的现象。肖丽等（2019）在山东省青州市研究不同施氮量对冬春茬番茄产量的影响，发现在一定范围内增施氮肥可以提高产量，当全生育期氮肥施用量在240 kg·hm-2时，番茄产量最高，此施氮量为该地区常规施氮量的70%。李平等（2013）研究发现，与常规追氮量270 kg·hm-2相比，当追氮量为216 kg·hm-2时，冬春茬番茄产量增加9.91%，氮肥偏生产力提高21.18%。姜慧敏等（2010）也发现，相较于农民习惯施氮量，减少50%的氮肥施用量，设施番茄VC含量、氮素农学利用效率、产投比分别提高20%、389.83%、384.62%。

合理施用氮肥不仅能够提高番茄品质和产量，还能提高氮素利用效率，降低生产成本。高学双（2018）研究表明，整个生育期内樱桃番茄生长、品质、产量随施氮量增加呈先升高后降低的趋势，施氮量为490.5 kg·hm-2时各项指标最佳，与不施氮处理相比，可溶性糖、可滴定酸、番茄红素、VC含量分别提高了112.20%、128.57%、79.53%、214.24%。刘佳（2017）在基施有机肥基础上追施不同氮量，发现番茄果实中可溶性糖含量随着追氮量增加呈先升高后降低的趋势，按有机肥追氮量配施300 kg·hm-2氮肥处理可溶性糖含量最高，比单施有机肥提高77.14%，差异达显著水平。因此，合理氮肥管理可以作为提高番茄品质和氮素利用效率的有效调控手段。

近年来，樱桃番茄因其风味独特、营养价值高，在我国设施蔬菜栽培中所占面积越来越大。但目前关于施氮量对设施番茄影响的研究多集中于大果番茄，而按照土壤营养状况对樱桃番茄进行科学追氮的研究还很匮乏。2017年北京地区化肥施用量8.5万t，其中氮肥用量很大，为3.8万t，占化肥总用量的44.7%（国家统计局农村社会经济调查司，2018；北京市统计局，2019）。因此，本试验在根据目标产量确定追氮量的基础上，研究不同追氮量对北京日光温室冬春茬和秋冬茬樱桃番茄品质、产量和氮素利用效率的影响，以期为该地区樱桃番茄氮肥科学管理及化肥减施增效提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019年1—12月在北京市昌平区中国农业科学院南口中试基地日光温室进行。冬春茬供试樱桃番茄品种为品质好但不抗番茄黄化曲叶病毒（TYLCV）的千禧，由农友种苗（中国）有限公司提供。因秋冬茬病毒病高发，故选用品质略差但抗TYLCV的红玉作为供试材料，由寿光欣欣然园艺有限公司提供。茬口安排详见表1。栽培畦宽1.2 m，长8.3 m，单行栽培，双干整枝。供试育苗基质为无土营养基质，按草炭∶蛭石=2∶1（V/V）的比例混合，开始追肥处理前设施内樱桃番茄栽培土壤肥力属中等水平，理化性质见表2。

表1 樱桃番茄处理取样时间

表2 开始追肥处理前日光温室土壤理化性质

采用土壤栽培，根据目标产量确定正常追氮量，设置不追氮（CK）、50%正常追氮量（50%N）、正常追氮量（N）和150%正常追氮量（150%N）共4个处理。每个处理3次重复，1个栽培畦为1个重复，每个栽培畦22株，所有处理随机区组排列。冬春茬基施牛粪34.2 t·hm-2，鸡粪19.4 t·hm-2；秋冬茬基施蒙鼎强力有机肥2 400 kg·hm-2，均由北京丰民同和国际农业科技发展有限公司提供。追肥采用尿素（N ≥46%）、磷酸二氢钾（P2O5≥52%，K2O ≥34%）、硫酸钾（K2O ≥50%），由云天化股份有限公司提供。在开始追肥前测定土壤中碱解氮、有效磷、速效钾含量，养分追施量根据设定的目标产量按公式：养分施用量（kg·hm-2）=（作物所需养分吸收量-土壤养分供应量）/（肥料养分含量×肥料利用率）（王小琳和栾桂云，2009；朱娜，2014）计算得出。目标产量根据樱桃番茄品种和该地区日光温室樱桃番茄栽培水平确定，冬春茬 为45 000 kg·hm-2，秋冬茬 为60 000 kg ·hm-2，每生产1 000 kg樱桃番茄需要N 3.85 kg、P2O51.15 kg、K2O 4.44 kg（刘同，2005）。我国目前氮、磷、钾肥当季利用率一般为30%～35%、10%～25%、35%～50%（高祥照，2008），考虑番茄植株生长发育所需氮、磷、钾比例1∶0.5∶1.5（张明学 等，2009），综合分析确定N、P2O5、K2O追施量（表3），等比例分为4份，分别在第1穗花坐果后、第1穗果转色时、第2穗果膨大时、第4穗果膨大时通过滴灌系统施入。除追施氮肥量不同外，其余均正常管理。不同处理小区之间设置1.2 m宽水肥隔离区，并起高20 cm垄避免水肥干扰。

表3 日光温室樱桃番茄不同处理的追肥量

1.2 测定方法

生长指标：樱桃番茄盛果期每个处理随机选取18株具有代表性的植株，用卷尺测量株高（茎基部到生长点的距离），用游标卡尺测量地上部1 cm处的茎粗。

光合参数：樱桃番茄盛果期每个处理随机选取18株具有代表性的植株，使用Li-6400便携式光合测定仪（美国Li-Cor公司）对功能叶（从上往下数第6片叶）的净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）进行测定。选择晴朗天气，在光强相对稳定的9：00—11：30进行测定。测定环境如下：光强为400 μmol·m-2·s-1，CO2浓度为350～360 μmol·mol-1。同时采用丙酮浸提法（陈建勋和王晓峰，2006）对该叶片中光合色素含量进行测定。

品质、产量指标：樱桃番茄盛果期每畦随机取成熟果实样品150个，可溶性固形物含量采用手持糖度计（PAL-1，日本ATAGO公司）测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可滴定酸含量采用酸碱滴定法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定，VC含量采用 2，6-二氯靛酚滴定法（李合生，2000）测定，番茄红素含量采用高效液相色谱分析方法（薛颖 等，2002）测定；并组织15人的品尝小组对每个处理的樱桃番茄品质进行打分，从外观、口感两方面综合评分，采用10分制，10分最好，1分最差，6分为可以接受，取其平均值。对各处理的单株产量和总产量进行统计。

矿质元素：处理前测定0～20 cm土壤理化性质，拉秧时采用凯氏定氮法（戴宏林和吴小骏，1995）测定植株氮素积累量。有机质含量采用重铬酸钾容量法（季天委，2005）测定，全氮采用ATC-165凯氏定氮仪测定，全磷、全钾、有效磷、速效钾采用电感耦合等离子发射光谱仪（ICPAEC）测定，碱解氮采用碱解扩散法（李金彦，2010）测定。根据下列公式计算氮素农学利用效率和氮素吸收利用率（刘立军 等，2003；江立庚 等，2004）。

氮素农学利用效率（kg·kg-1）=（追氮区产量-不追氮区产量）/追氮量

氮素吸收利用率=（追氮区植株氮素积累量-不追氮区植株氮素积累量）/追氮量× 100%

1.3 数据处理

采用SPSS 20.0软件对试验数据进行方差分析，不同处理间的多重比较采用 Duncan新复极差法（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 追氮量对日光温室樱桃番茄品质的影响

2.1.1 追氮量对日光温室樱桃番茄营养品质的影响

由表4可知，随着氮肥追施量的增加，樱桃番茄的VC、番茄红素和可溶性蛋白含量均呈先升高后降低的趋势。冬春茬50%N处理果实中VC、番茄红素和可溶性蛋白含量最高，与N处理相比VC含量增加11.76%，差异显著；秋冬茬50%N处理果实中VC、可溶性蛋白含量最高，与N处理相比增加17.07%、25.19%，差异显著，而N处理果实中番茄红素含量最高。

表4 追氮量对日光温室樱桃番茄果实营养品质的影响

2.1.2 追氮量对日光温室樱桃番茄风味品质的影响

由表5可知，随着氮肥追施量的增加，樱桃番茄的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量及品尝打分结果均呈先升高后降低的趋势，其中50%N处理效果最佳。冬春茬50%N处理果实中可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、品尝打分结果与N处理相比增加2.86%、18.12%、6.52%、10.93%、8.12%，二者间均差异显著；秋冬茬50%N处理果实中可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、品尝打分结果与N处理相比增加12.24%、14.52%、9.09%、13.33%，二者间均差异显著。

表5 追氮量对日光温室樱桃番茄果实风味品质的影响

2.2 追氮量对日光温室樱桃番茄生长和叶绿素含量的影响

由表6可知，随着氮肥追施量的增加，冬春茬和秋冬茬樱桃番茄株高和茎粗均呈上升趋势，叶绿素含量呈先升高后降低的趋势。追施氮肥的N、150%N处理的植株茎粗显著高于CK，且追施氮肥的各处理之间无显著性差异。N处理樱桃番茄叶片中总叶绿素含量最高，但与50%N处理之间无显著性差异。

表6 追氮量对日光温室樱桃番茄生长和叶绿素含量的影响

2.3 追氮量对日光温室樱桃番茄叶片气体交换参数的影响

由表7可知，随着氮肥追施量的增加，樱桃番茄叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）呈现先增加后降低的趋势。冬春茬50%N、N处理对增加叶片的Pn、Gs效果较明显，高于CK、150%N处理。秋冬茬50%N、N处理对增加叶片的Pn效果最明显，显著高于CK、150%N处理。

表7 追氮量对日光温室樱桃番茄叶片气体交换参数的影响

2.4 追氮量对日光温室樱桃番茄产量的影响

由表8可知，在整个结果期内，随着氮肥追施量的增加，樱桃番茄的单果质量、单株产量和总产量先升高后降低，其中，N处理对增加樱桃番茄单果质量、单株产量和总产量效果最明显，但与50%N处理之间无显著性差异。

表8 追氮量对日光温室樱桃番茄产量的影响

2.5 追氮量对日光温室樱桃番茄氮素利用效率的影响

由表9可知，在整个结果期内，随着氮肥追施量的增加，樱桃番茄植株氮素积累量先升高后降低，但衡量追施氮肥利用效率的氮素农学利用效率、氮素吸收利用率均呈逐渐降低的趋势，其中50%N处理的氮素农学利用效率和氮素吸收利用率最高，冬春茬较N处理提高了6.61%、8.02%，较150%N处理提高了230.57%、93.76%；秋冬茬50%N处理樱桃番茄植株氮素农学利用效率、氮素吸收利用率较N处理提高了60.62%、4.27%，较150%N处理提高了851.59%、80.21%。

表9 追氮量对日光温室樱桃番茄氮素利用效率的影响

3 讨论

氮肥用量是影响番茄品质的重要因子（刘中良 等，2019）。本试验中与不追氮肥的对照相比，追氮可以提高樱桃番茄的产量和品质。且在追氮过程中适量减少氮肥追施量会引起樱桃番茄果实中可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、VC、可溶性蛋白、番茄红素含量升高，提升番茄品质，但过量追氮则造成品质下降（表4和表5），这与前人研究结果一致（Xing et al.，2015；Kotur et al.，2016），可能是因为适当氮水平有利于提高蔗糖代谢酶活性，从而引起果实中可溶性糖含量增加，但过量施用氮肥反而会引起可溶性糖含量下降，而可溶性固形物主要由可溶性糖组成，二者变化趋势基本一致（袁野 等，2009）。由于每个人对口味的偏好不同，本试验中樱桃番茄的品尝打分结果存在一定的主观性，但舌腔主要能够体验出的是酸甜苦辣咸5种味觉，因此评判的标准主要是根据番茄的糖酸含量，在试验过程中发现番茄品尝打分结果变化趋势和番茄的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸相同，这与张志明（2012）的研究结果一致。番茄红素合成需要水解酶的参与，提供适量的氮肥会促进水解酶合成，进而提高番茄红素含量（陈伟和丁霄霖，2002）。氮是植物体内硝酸盐含量的直接来源，会促进果实中亚硝酸盐积累，氮肥施用量过高会使植物体内亚硝酸盐含量升高，而VC会与亚硝酸盐反应，所以VC含量呈先升高后降低的趋势（刘恒旭 等，2008）。本试验中冬春茬樱桃番茄糖酸比随追氮量增加呈现先增加后降低的趋势，与张剑等（2009）的研究结果一致；而秋冬茬樱桃番茄糖酸比随氮肥追施量的增加呈下降趋势，这是因为尽管糖、酸含量均呈先增加后降低的趋势，但二者变化程度不一致引起的。

适量追施氮肥可以提高樱桃番茄株高、茎粗、叶绿素含量，促进光合作用，从而提高产量。本试验发现，随着氮肥施用量增加，樱桃番茄株高呈上升趋势，与王激清和刘社平（2015）的研究结果一致，说明过量追施氮肥会引起樱桃番茄徒长。氮肥用量过低会导致植株养分供应不足，茎秆细弱，过高会导致养分施用不均衡。邢金金等（2018）研究发现随着氮肥施用量的增加番茄茎粗先增加后降低，本试验中茎粗变化趋势与之相同，但施用了氮肥的樱桃番茄茎粗各处理之间无显著性差异，这可能是栽培密度和试验材料差异所导致的。叶绿素是植株进行光合作用的主要色素，在光的吸收、转化和传递过程中发挥着核心作用，在一定范围内，叶绿素含量和樱桃番茄的光同化能力呈正相关（杨小苗 等，2018）。氮素不仅是植物叶绿素的重要组成部分，而且对植物光合作用中光反应和暗反应的一系列酶活性有重要影响（吴巍和赵军，2010）。本试验结果表明，随着追氮量的增加，樱桃番茄叶片的叶绿素含量、Pn、Gs先增加后降低，氮肥过高或过低均不利于叶绿素的形成和光合作用。过量氮肥会导致番茄植株的光能利用率下降、光合产物消耗增多，过少氮肥会造成植株体内活性氧代谢失调、生物膜机构受损、与光合作用有关的酶活性降低（张艳玲和宋述尧，2008）。肥料施用量太高或太低均不利于提高产量，只有合理施肥才能实现养分均衡供应（Chew et al.，2015；赵欢 等，2016；哈丽哈什·依巴提 等，2017）。在本试验中随着氮肥追施量的增加，樱桃番茄产量呈先增加后降低的趋势，过量施用氮肥反而会抑制植株生长，引起产量下降，但50%N处理和N处理之间无显著性差异，追氮量减少50%并未造成产量下降，这与毕晓庆等（2013）的研究结果一致。

目标产量施肥法是根据作物实现目标产量所需养分供应量和土壤实际养分供应量的差额作为施肥的依据（李丙申和周晓芬，1990；赵兴军和王高民，2006）。前人往往是在施用基肥前测定土壤养分含量，本试验为了让追肥量更准确，选择在追肥前测定，再根据测定结果确定追施氮、磷、钾肥的用量。衡量氮素利用效率常用的指标为氮素农学利用效率和氮素吸收利用率，以上指标都可以侧面反映植物对氮素的利用率。增加追氮量引起樱桃番茄的氮素农学利用效率、氮素吸收利用率逐渐降低，这与前人研究结果基本一致（Ozores-hampton &Gioia，2015；蔡小斌 等，2017）。其中氮素农学利用效率是单位面积施肥量对作物经济产量增加的反映，是农业生产中最重要的经济指标之一（李大伟，2015）。50%N处理的氮素农学利用效率明显高于N处理和150%N处理，表明在北京地区减氮50%能够使土壤维持正常的养分供应，保持产量稳定，实现减肥增效。但也有研究表明，其他环境条件一定时，随着氮肥施用量的增加，番茄的氮素农学利用效率、氮素吸收利用率呈现先增加后降低的趋势（王新 等，2014；高志英 等，2019），这种差异可能是因为土壤供氮能力和番茄品种不同造成的。

4 结论

在以目标产量确定正常施肥（氮、磷、钾肥）量基础上，保持磷、钾肥施用量不变，研究不同追氮量对北京地区日光温室冬春茬和秋冬茬樱桃番茄生长、品质和氮素利用效率的影响，发现追氮量为正常施氮量的50%时，樱桃番茄的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、VC、可溶性蛋白等品质指标最高，同时产量与正常施氮处理之间无显著差异，并且氮素利用效率最高。因此，在接近本土壤状况和有机肥基施条件下，以樱桃番茄千禧作为栽培品种，冬春茬目标产量为45 000 kg·hm-2，建议追肥量为N 120 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2，K2O 360 kg·hm-2；以樱桃番茄红玉作为栽培品种，秋冬茬目标产量为60 000 kg·hm-2，建议追肥量为N 135 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 405 kg ·hm-2。