郭孝宇,路强,张宇涵,李玲子,宋红霞
(山西农业大学园艺学院,山西 太谷 030801)
磷是植物必需的三大营养元素之一,与植物生长发育密切相关。磷能促使植物更好地进行光合作用,还可促进根系发育[1]。其用量对改善土壤磷素水平及作物产量有直接影响[2],适量施用可以显著提高作物产量与品质。菜农在生产中为了追求高产往往过量施肥[3]。磷是一种不可再生资源,过量施用会严重破坏土壤中营养元素的比例结构,浪费资源,降低其利用率,造成减产和品质下降等[4]。同时多余的磷素随地表径流和土壤侵蚀进入河流湖泊,导致水体富营养化[5,6],造成环境污染。因此,研究并提高磷肥的利用效率对增加作物生产效益十分必要。
一方面,许多研究都涉及磷肥施用问题,其中以磷肥过量施用最为常见。在全面实施平衡施肥的情况下,普遍存在磷肥投入过量现象[7,8]。不同试验处理磷肥的平衡指数均大于7,钾肥的平衡指数均小于1,说明磷的利用率较低,钾的利用率较高,生产上应减少磷肥的投入量,适当提高钾肥的供给[9]。黄绍文等[10]调查发现,主要设施蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均值分别是各自推荐用量的1.9、5.4倍和1.6倍;主要露地蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均值分别是各自推荐用量的2.7、5.9倍和1.5倍[10],其中P2O5占比明显过高。赵伟等[11]研究发现,在基础磷素含量较高的土壤上,设施蔬菜生产减磷潜力仍较大。李熹等[12]研究发现,常温条件下,磷肥用量(P2O5)在0.20~0.85 g/kg范围内,番茄株高、茎粗、叶片数均表现增加趋势,用量超过0.85 g/kg开始下降。王超等[13]研究发现,将磷肥纯养分量0.23 g/kg、钾肥纯养分量0.23 g/kg与氮肥处理相结合对樱桃番茄生长较适宜。张彦才等[14]研究发现,随着磷肥施用量的增加,土壤速效磷含量及番茄各组织含磷量相应增加;当P2O5用量达到0.53 g/kg、土壤速效磷含量在60~77 mg/kg时,较适宜番茄生长,番茄产量和单果重达最高。另一方面,许多研究证实叶面喷施磷肥在改善作物形态、生理特性及增产增效等方面作用显著[15-17]。甜柿叶面喷施0.0017% ~0.0023%(以P2O5计,下同)的磷酸二氢钙,可促进其营养生长,增加有效花量,降低病虫害和落果,进而提高产量和品质[18]。小麦叶面喷施0.21%和0.36%磷酸二氢钾后,其旗叶中三种抗氧化酶活性显著升高,丙二醛含量降低,叶片衰老延缓[19]。玉米在孕穗期喷施磷酸二氢钾较四叶及八叶期喷施的增产效果好,且以用量8 kg/hm2为宜[20]。菠菜可通过喷施0.07%磷酸二氢钾以缓解盐胁迫,提高叶片含水量和叶绿素含量,降低细胞质膜透性及电解质渗出率,进而提高干物质重[21,22]。
樱 桃 番 茄(Lycopersicon esculentum var.cerasiforme)属于普通番茄变种,具有较高的营养价值和独特的风味,生产周期短,能填补因水果淡季造成的市场空缺,已成为水果消费的一个重要替代产品[23,24]。目前,关于磷肥对番茄生长影响的研究较少,叶面喷施磷肥对樱桃番茄的研究尚未见报道。本研究采用盆栽试验,选用京番粉星2号和京番彩星1号樱桃番茄作为供试品种,探究喷施不同浓度磷肥对其果实性状及品质的影响,旨在为樱桃番茄磷肥高效施用提供理论依据。
试验于2020年9月在山西农业大学园艺站日光温室进行。栽培基质为草炭、蛭石、珍珠岩按2.8∶1∶1混合配制,基本理化性质如表1所示。供试樱桃番茄品种为京番粉星2号和京番彩星1号,由京研益农种业科技有限公司生产。
表1 栽培基质基本理化性质
试验采用盆栽法,以NaH2PO4为磷肥来源,设置4个磷肥水平,分别为0(CK)、磷肥减施50%(P0.5,1.5‰的NaH2PO4溶液)、常规施磷(P1,3.0‰的NaH2PO4溶液)、磷肥增施100%(P2,6.0‰的NaH2PO4溶液)。重复3次,每重复8株。初花期上午9时对樱桃番茄叶正背面喷施,喷施量以叶面滴水为宜。随后每隔10 d喷施1次,共喷3次,其余均为常规管理。
1.3.1 果实性状测定 樱桃番茄最后一次喷施磷肥后一周,选取3株长势一致的植株,用游标卡尺测量果实横纵径,计算其果型指数。收获后统计果实产量并称量单果重。
1.3.2 品质指标测定 采收樱桃番茄第二穗成熟果实进行品质测定。可溶性固形物含量用手持式折光计测定,可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250法测定,可滴定酸采用酸碱滴定法测定,可溶性糖采用蒽酮硫酸法测定[25]。番茄红素采用石油醚浸提法测定,参考张连富等[26]的方法改进。
1.3.3 营养元素含量测定 每处理随机选取6
个果实,将其切为小块,105℃杀青30 min后80℃烘至恒重,之后用研钵充分研磨,过孔径0.25 mm土壤筛。称取0.2 g样品,用浓H2SO4和H2O2混合液消煮[27],采用钼锑抗吸光光度法测定全磷含量,AA-6200原子吸收分光光度计测定K、Ca、Mg元素含量。
试验数据采用SPSS 20.0软件进行统计分析及显著性差异检验。采用Matlab R2019b熵权TOPSIS法对樱桃番茄品质进行综合评价。
由表2可知,与CK相比,樱桃番茄叶面喷施不同浓度磷肥均可增加果实纵径和横径。其中对京番粉星2号纵径影响不显著,果实横径以P2处理最大,显著大于CK;P0.5处理显著提高京番彩星1号果实纵径,较对照增加9.53%,果实横径P0.5与P2处理分别较对照显著提高9.99%、12.39%。喷施磷肥对京番粉星2号果型指数无显著影响,京番彩星1号果型指数除P2处理显著降低外,其他处理与CK无显著差异。京番粉星2号单果重以P1处理最大,较CK显著提高10.72%,其他处理与CK差异不显著;京番彩星1号单果重以P0.5处理最大,但与CK无显著差异,P2处理单果重显著降低。两品种产量均在磷肥减施50%(P0.5)处理下达到最大,京番粉星2号与京番彩星1号分别较CK显著增产18.45%和23.27%。
表2 喷施不同浓度磷肥对樱桃番茄果实性状的影响
2.2.1 对樱桃番茄营养品质的影响 由图1可知,两品种樱桃番茄果实番茄红素含量均以P0.5处理最高,且显著高于对照及其他喷磷处理,P2处理显著低于其他处理。可溶性蛋白含量,京番粉星2号以P0.5处理最高,与CK及P2差异显著;京番彩星1号以P2处理最高,其次为P0.5处理,二者差异不显著,而显著高于CK。施磷降低京番粉星2号VC含量,P0.5及P1处理显著低于CK,P2与CK差异不显著;对京番彩星1号VC含量则无显著影响,仅P1处理略高于其他处理。
图1 喷施不同浓度磷肥对樱桃番茄果实营养品质的影响
2.2.2 对樱桃番茄风味品质的影响 由图2可知,喷施磷肥显著影响樱桃番茄果实可溶性固形物含量:京番粉星2号P0.5处理可溶性固形物含量最高,京番彩星1号以P1处理最高,均显著高于CK及其他施磷处理,两品种的P2处理均显著低于其他处理。两品种可溶性糖含量均以P2处理最高,但与CK及P0.5处理差异不显著。低磷处理(P0.5)显著降低两品种可滴定酸含量,其他处理间无显著差异。糖酸比除京番粉星2号P1处理较CK显著降低外,其他处理间无显著差异。这表明增施磷肥可提高樱桃番茄风味品质,但效果不显著。
图2 喷施不同浓度磷肥对樱桃番茄风味品质的影响
由图3可知,增施磷肥樱桃番茄果实磷含量增加,两品种均在磷肥增施100%(P2)处理下磷含量最高且与CK差异达显著水平。京番粉星2号磷肥减施50%(P0.5)处理磷含量较CK显著提高,而常规施磷(P1)处理下磷含量与CK无显著差异;京番彩星1号磷含量表现为对照与P0.5、P1处理均无显著差异。
由图4A可知,与CK相比,磷肥减施50%(P0.5)处理下京番粉星2号钾含量显著提高,常规施磷及增施100%处理显著降低;Ca含量在常规施磷(P1)处理下显著升高,但与磷肥减50%(P0.5)处理差异不显著;Mg含量各处理间无显著差异。由图4B可知,磷肥减施50%(P0.5)处理下京番彩星1号钾含量显著高于其他处理,其他处理间差异不显著;Ca和Mg含量均在磷肥增施100%(P2)处理下显著高于CK,其他处理与CK无显著差异。
图3 喷施不同浓度磷肥对樱桃番茄果实磷含量的影响
图4 喷施不同浓度磷肥对樱桃番茄果实K、Ca、Mg的影响
2.4.1 熵权法分析喷施磷肥对樱桃番茄品质的影响 评价樱桃番茄品质的指标有很多,仅从单一指标难以判断喷施磷肥对其品质的影响,因此需要将多个品质指标结合起来进行综合评价。本试验利用熵权法对果实纵径、果实横径、果型指数、单果重、番茄红素、可溶性蛋白、VC含量、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比和P、K、Ca、Mg含量共15个指标进行赋权,经计算得到樱桃番茄评价指标和权重W、熵值E和信息熵冗余度D(表3)。根据权重计算得到京番粉星2号CK、P0.5、P1、P2处 理 下 综 合 品 质 评 分 分 别 为38.58、65.38、45.62、35.35,京番彩星1号CK、P0.5、P1、P2处理下综合品质评分分别为23.90、71.73、31.31、47.75。
2.4.2 熵权法和TOPSIS法结合分析喷施磷肥对樱桃番茄品质的影响 由于喷施磷肥对樱桃番茄各单一品质的影响均不同,本试验综合考虑并将熵权法和TOPSIS相结合,即用熵权法对樱桃番茄各单一指标进行赋权,计算得到樱桃番茄各指标权重W,再进一步通过TOPSIS法计算各处理的正理想解距离D+、负理想解距离D-及接近度Ci(表4)。接近度Ci值越高表示处理越理想,樱桃番茄的综合评价结果越好。经计算得出京番粉星2号和京番彩星1号各处理的评价顺序均为P0.5>P2>P1>CK。
表3 樱桃番茄单一品质指标所占权重
表4 喷施磷肥对樱桃番茄影响的TOPSIS综合分析
有研究表明,水稻喷施0.16%磷酸二氢钾增产效果好[28]。路亚等[29]研究发现喷施0.1%和0.2%磷酸二氢钾均能提高两花生品种荚果产量。本研究结果表明,磷肥减施50%(P0.5)处理下,京番彩星1号果实纵径较对照增加9.53%,果实横径较对照增加9.98%,且差异均达显著水平,两品种单果重均增加,表现为化肥减量不减产,说明适量施磷可显著提高产量。这与张彦才等[14]研究的随磷肥施用量的增加番茄各组织相应增加的结论一致。磷肥增施100%(P2)处理下,两种樱桃番茄果型指数及单果重均降低,反而造成减产。
王贵芳等[30]研究表明,过量施磷果实着色较好,单果重显著增加,但可溶性糖含量极显著降低,并且单独采用氮磷钾叶面肥不利于果实品质的提高。本研究发现,磷肥减施50%(P0.5)处理下果实营养品质中番茄红素和可溶性蛋白显著增加,且与CK差异达显著水平,仅京番粉星2号的VC含量显著降低,对京番彩星1号VC含量无显著影响;风味品质中可溶性固形物显著增加,可滴定酸显著降低,表明磷肥减量对改善樱桃番茄的品质和风味具有良好作用。磷肥增施100%(P2)处理下京番粉星2号果实中番茄红素、可溶性固形物含量显著下降,VC含量也降低,果实抗氧化能力下降,因此不宜贮藏。京番彩星1号果实中番茄红素、可溶性固形物显著下降,仅可溶性蛋白含量增加,较对照差异达显著水平,其余各品质含量未有明显改善。常规施磷(P1)处理下京番粉星2号VC、可溶性固形物、可溶性糖含量显著降低;京番彩星1号果实品质含量未有明显变化。这说明在磷肥增施100%(P2)和常规施磷(P1)处理下未明显改善果实品质。
Singh等[31]研究表明,叶面喷施过磷酸钙和磷酸能够显著提高石榴叶片磷和钾元素含量。本研究认为施磷可增加樱桃番茄果实中磷含量,增施100%(P2)处理下磷含量达到最大值。另外,元素吸收之间存在拮抗作用,过量施用磷肥会抑制植株对氮钾元素的吸收,影响叶绿素的合成代谢,植株光合作用下降,致使植株无法正常物质代谢和能量代谢,对果实的品质造成负面影响[32]。本研究发现,磷肥减施50%(P0.5)处理下两品种果实钾含量均显著高于其他处理;常规施磷(P1)和磷肥增施100%(P2)处理下京番粉星2号果实中K含量较CK显著降低。磷肥增施100%(P2)处理下京番粉星2号Ca含量下降,Mg含量无显著变化;京番彩星1号Ca、Mg含量显著上升。
本试验利用熵权法将樱桃番茄品质指标标准化、归一化后进行赋权,避免主观赋权法中人为因素对评价指标权重的影响,进一步采用TOPSIS法计算各处理方案的接近度Ci,Ci值越高表示方案越理想,樱桃番茄的综合评价结果越好,使得分析结果更直观、更合理。两种评价结果都表明在磷肥减施50%(P0.5)水平下,樱桃番茄综合评价最好。这为樱桃番茄高效磷肥施用提供了一定的理论依据。
本研究表明,磷肥减施50%(P0.5)处理下果实番茄红素、可溶性蛋白、可溶性固形物含量显著升高,可滴定酸含量显著下降,果实品质得到明显改善,产量提高且与对照差异达显著水平。磷肥增施100%(P2)和常规施磷(P1)处理下,樱桃番茄果实产量、品质并未得到明显提升。利用熵权法和TOPSIS法相结合综合分析得出,两个品种均为磷肥减施50%(P0.5)处理综合评价结果最佳。