化肥減施對設(shè)施番茄生長生理、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

韓宏偉 ，劉會芳，王 強 ，莊紅梅，李 磐，蒲勝海，馮廣平，王 浩

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091；2. 新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】番茄(Solanumlycopersicum)是茄科茄屬番茄亞屬的多年生草本植物。番茄因其栽培管理簡單、銷路廣、經(jīng)濟效益高等優(yōu)勢，現(xiàn)已成為我國主要設(shè)施栽培蔬菜，栽培面積達101.17×104hm2 [1]。隨著設(shè)施蔬菜的規(guī)模化、集約化發(fā)展，過量使用化肥及高強度復種連作等不當措施，導致溫室土壤質(zhì)量退化、養(yǎng)分失衡、鹽漬化嚴重，導致設(shè)施蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)下降。近年來化學肥料的施用量越來越大，使土壤理化性狀、有機物質(zhì)和生物學活性降低。研究化肥減量施用迫在眉睫。【前人研究進展】有研究表明，過量施肥不利于植物對養(yǎng)分元素的吸收[2]，且減少化肥施用量不僅不會造成作物減產(chǎn)，還能達到提質(zhì)增產(chǎn)的作用[3]。在化肥減量的基礎(chǔ)上，増施有機肥將有效提高烤煙的光合作用[4]，進而達到提高產(chǎn)量質(zhì)量的目的[5-6]。Takebe等[7]研究認為，在最佳施氮量范圍以內(nèi)，隨施氮量的增加蔬菜VC含量也增加，超過最佳施氮量后繼續(xù)增施氮肥，會使蔬菜的VC含量減少。【本研究切入點】但有關(guān)化肥減施對設(shè)施番茄的研究多是按比例減少，并沒有考慮到每種蔬菜的需肥規(guī)律。研究化肥優(yōu)化減施對設(shè)施番茄生長生理和產(chǎn)質(zhì)量的影響，減少化肥用量及其造成的農(nóng)業(yè)污染。【擬解決的關(guān)鍵問題】以設(shè)施番茄為研究對象，通過不同肥料優(yōu)化減施方案，比較分析化肥優(yōu)化減施對番茄生長、光合特性及產(chǎn)質(zhì)量的影響，為設(shè)施番茄的化肥減施及優(yōu)化配施提供理論指導和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017年在烏魯木齊縣永豐鄉(xiāng)溫室進行。供試番茄品種為當?shù)刂髟云贩N優(yōu)勝808，一膜雙行，株行距為120 cm×35 cm，灌溉方式為溝灌。試驗地的基本情況為：pH=7.8，總鹽含量6.3 g/kg，有機質(zhì)含量21.20 g/kg，速效氮121.3 mg/kg，速效磷152 mg/kg，速效鉀202 mg/kg。

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)常規(guī)施肥(CK)，優(yōu)化施肥減量15%(OPT-15)，優(yōu)化施肥減量30%(OPT-30)，優(yōu)化施肥減量45%(OPT-45)共四個處理，每個處理設(shè)三個重復，共12個小區(qū)。供試肥料為尿素、磷酸二氫鉀、硫酸鉀，基施40%，追肥每次隨水施肥，各減量處理的化肥用量是在減量基礎(chǔ)上根據(jù)番茄需肥規(guī)律及土壤特性分配的，并非每種化肥的平均減量。列出具體施肥情況，數(shù)據(jù)為各營養(yǎng)元素的純用量。各處理隨機排列，小區(qū)面積為2.4 m×6 m，四周設(shè)保護行。表1

表1 各處理施肥情況對照

Table 1 Fertilizer application of each treatment (kg/667 m2)

1.2 方 法

生長指標測定：于番茄生長期選取生長一致的植株，每個小區(qū)10株，測定植株的株高、莖粗。

光響應(yīng)曲線及光合氣體交換參數(shù)的測定：用LI-6400型光合儀(美國LI-Cor 公司生產(chǎn))于晴朗的上午測定光響應(yīng)曲線，以及凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等光合氣體交換參數(shù)。并取葉圓片固定于乙醇含量為50%的固定液中，然后用于測定葉片各組織結(jié)構(gòu)的厚度。

測產(chǎn)：因鮮食番茄收獲期較長，試驗分三批次摘下成熟果實稱重，測定實際產(chǎn)量；并隨機選取成熟度一致的30個果實稱重，其平均值即為單果重。

果實品質(zhì)的測定：總糖含量—蒽酮比色法，總酸含量—酸堿滴定法，VC含量—2,4—二硝基苯肼比色法測定，可溶性固形物含量—折光計法，糖酸比是可溶性固形物與總酸含量的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析應(yīng)用Microsoft Excel 2007和SSPS Statistics17.0軟件。作圖采用Microsoft Excel 2007軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減施對設(shè)施番茄生長指標的影響

研究表明，與CK相比，OPT-15處理顯著增加了番茄的株高和莖粗，增加幅度為5.71%、18.82%；OPT-30處理顯著的降低了番茄的株高6.13%，增加了莖粗1.29%；OPT-45顯著降低了番茄的株高和莖粗，降低幅度為7.22%、3.23%，均達到了顯著差異水平。說明肥料減施15%且優(yōu)化配施能夠提高番茄的株高生長，但減量30%、45%則沒有這個效果。圖1

2.2 化肥減施對設(shè)施番茄光合特性及葉片結(jié)構(gòu)的影響

研究表明，在光照強度為0 μmol/(m2·s)時，四個處理均表現(xiàn)為為呼吸消耗。隨著光照強度的增加，各處理達到光補償點，經(jīng)計算，各處理的光補償點分別為87、70、69和68 μmol/(m2·s)，可知優(yōu)化施肥處理均降低了番茄葉片的光補償點，三個處理之間差異不大。當光照強度達到400 umol/(m2·s)左右，各處理的Pn值開始出現(xiàn)較明顯的差異；隨著光強繼續(xù)增加，達到1 000 umol/(m2·s)左右時，CK處理最先達到光飽和點，其它處理則繼續(xù)保持緩慢增加狀態(tài)。可以看出，OPT-30處理的Pn值始終最大，最大值達到14.87，OPT-15和OPT-45處理差異不大，最大值達到12.23、12.61。圖2

研究表明，與CK相比，OPT-15處理降低了設(shè)施番茄葉片的Pn和Ci，增加了Gs和Tr，其中Gs和Tr達到了顯著水平，增加幅度分別達到31.90%、34.46%。OPT-30處理增加了番茄葉片的Pn值20.78%，達到顯著差異水平；降低了Gs、Ci、Tr，幅度分別達到19.27%、7.19%、0.08%，其中Gs和Ci均達到了顯著差異水平。OPT-45處理增加了番茄葉片的Pn、Gs、Tr，增加幅度分別為2.18%、5.71%、21.40%，其中Tr達到了顯著差異水平；Ci值降低了2.61%，未達到顯著差異水平。說明減施15%能夠通過增加葉片的氣孔導度增加水分的散失，但對光合速率和胞間二氧化碳濃度影響不大；減施30%能夠增加葉片的光合速率，降低了氣孔導度和胞間二氧化碳濃度；減施45%與對照處理差異不大。圖3

注：小寫字母表示處理間在5%水平的差異顯著性，下同

Note：Lowercase letters on the data points indicate significant difference (P<0.05) . The same of below

圖1 化肥減施下設(shè)施番茄株高和莖粗變化
Fig.1 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on Plant height and Stem Diameter of greenhouse tomatoes

圖2 化肥減施下設(shè)施番茄光響應(yīng)曲線變化
Fig.2 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on light-response curve of greenhouse tomatoes

圖3 化肥減施下設(shè)施番茄光合氣體交換參數(shù)變化
Fig.3 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on photosynthetic Gas-Exchange parameters of greenhouse tomatoes

研究表明，與CK相比，OPT-15處理增加了番茄葉片的上、下表皮細胞厚度，分別增加了51.47%、2.23%，其中上表皮細胞厚度的差異達到了顯著水平；降低了柵欄組織、海綿組織和葉片厚度，分別降低了20.85%、39.18%、24.35%，均達到了顯著差異水平。OPT-30處理增加了柵欄組織厚度、上、下表皮細胞厚度以及葉片厚度，分別增加了80.59%、78.08%、28.45%、28.60%，均達到了顯著差異水平；降低了海綿組織厚度2.36%，未達到顯著差異水平。OPT-45處理增加了柵欄組織厚度和上表皮細胞厚度，分別增加了14.42%、51.92%，其中上表皮細胞厚度差異達到了顯著水平；降低了海綿組織厚度、下表皮細胞厚度和葉片厚度，分別降低了9.67%、4.90%、1.55%，均未達到顯著差異水平。說明減施15%能夠通過增加柵欄組織和海綿組織厚度，降低上、下表皮細胞的厚度及葉片厚度，使葉片吸收更多光能進行光合作用并促進細胞間氣體交換加快，為光合作用提供底物，但葉片厚度的降低使葉片的含水量不能保持在較高狀態(tài)。減施30%能夠通過增加柵欄組織厚度、上、下表皮細胞厚度以及葉片厚度，使葉片吸收更多光能進行光合作用，且使葉片保持較高的含水量。減施45%處理與對照處理無明顯差異。圖4

圖4 化肥減施下設(shè)施番茄葉片結(jié)構(gòu)變化
Fig.4 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on Leaf blade structure of greenhouse tomatoes

2.3 化肥減施對設(shè)施番茄產(chǎn)量的影響

研究表明，與CK相比，三個處理均增加了番茄的單果重和產(chǎn)量，但增加幅度不一。OPT-15處理分別增加了單果重和產(chǎn)量15.26%、20.52%，OPT-30處理分別增加了20.28%、10.29%，OPT-45處理分別增加了4.17%、4.65%，其中OPT-15、OPT-30處理的單果重與CK相比達到了顯著差異水平，各處理的產(chǎn)量與CK相比均達到了顯著差異水平。說明減施15%能夠通過增加番茄的單果重，進而達到增產(chǎn)的目的；減施30%雖然也能夠增加番茄的單果重，但增產(chǎn)效果不及OPT-15處理；減施45%對番茄的單果重沒有影響，也一定程度的增加了產(chǎn)量。三個處理相比，增產(chǎn)效果依次排序為OPT-15、OPT-45、OPT-30。圖5

圖5 化肥減施下設(shè)施番茄單果重和產(chǎn)量變化
Fig.5 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on the average weight of each fruit and yield of greenhouse tomatoes

2.4 化肥減施對設(shè)施番茄果實品質(zhì)的影響

研究表明，與CK相比，OPT-15處理降低了番茄果實中的VC含量和總糖含量，分別降低了15.90%、7.40%，均達到顯著差異水平；增加了糖酸比23.18%，達到顯著差異水平。OPT-30處理增加了番茄果實中的VC含量、總糖含量及糖酸比，分別增加了3.07%、14.07%、4.24%，其中VC含量和總糖含量的差異均達到顯著水平。OPT-45處理增加了番茄果實中的VC含量和總糖含量，分別增加了6.30%、7.40%，均達到顯著差異水平；降低了糖酸比6.38%，未達到顯著差異水平。說明減施15%處理雖降低了番茄果實中總糖的含量，但提高了果實糖酸比，增加了果實的口感風味；減施30%不僅增加了果實的總糖和糖酸比，還能夠增加果實中營養(yǎng)物質(zhì)VC的含量；減施45%雖然增加了果實中總糖和VC的含量，但果實糖酸比略有降低。圖6

圖6 化肥減施下設(shè)施番茄果實VC含量、總糖含量及糖酸比變化
Fig.6 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on the VC and total sugar content of greenhouse tomatoes

3 討 論

光合作用是植株生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的生理基礎(chǔ)，其高低直接影響番茄的植株生長情況、產(chǎn)量及果實品質(zhì)。試驗減施量不同，凈光合速率也表現(xiàn)出不一樣的趨勢。化肥減施15%降低了葉片的凈光合速率，胞間二氧化碳濃度也有所降低，但同時Gs的升高表明，Pn的降低是非氣孔因素限制。Pn的降低有可能是因為葉片柵欄組織、海綿組織厚度的降低，降低了葉片對光能的吸收，且葉片厚度的降低增加了葉片的水分蒸騰作用，Tr值的升高也證實了這一點。但相比常規(guī)施肥，化肥減施15%仍然提高了植株的株高和莖粗的生長，這可能是其它因素造成，比如水分和設(shè)施內(nèi)的空氣環(huán)境。化肥減施30%提高了番茄葉片的凈光合速率，同時Gs、Ci和Tr都呈現(xiàn)下降的趨勢。葉片結(jié)構(gòu)中柵欄組織、海綿組織厚度的增加及上、下表皮和葉片厚度的增加有利于葉片對光能的吸收并保持較高的生理活性，株高有所降低，但莖粗顯著增加，加上葉片厚度的增加，整個植株表現(xiàn)出一種壯苗的直觀感受。化肥減施45%增加了番茄葉片的凈光合速率，Gs、Tr增加與Ci降低，柵欄組織和上表皮細胞厚度的增加說明葉片對光能的吸收增強，但其海綿組織厚度和葉片厚度的降低使葉片含水量降低，Tr的增加也證實了這一點。

長久以來，施肥方式存在誤區(qū)，認為“超量施肥必然帶來超量回報”[8]，但事實證明，過量施肥不僅不能提高產(chǎn)量，還會降低農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)、破壞土壤結(jié)構(gòu)、甚至危害生態(tài)環(huán)境[9-11]。因此，在保證作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，避免過量施肥是發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的必然趨勢。研究表明，在一定范圍內(nèi)化肥減量的施用，不僅可以保證作物產(chǎn)量與傳統(tǒng)施肥一致，而且有效的改善了土壤理化性狀[12-13]。更有試驗表明，化肥減施能夠增加作物的產(chǎn)量。試驗中，化肥減施處理均增加了番茄的單果重和產(chǎn)量，減施15%處理對番茄的增產(chǎn)效果最好，達到21.52%，減施30%對番茄單果重增加效果最好，達到20.08%。實現(xiàn)減施增產(chǎn)的同時，果實品質(zhì)也有一定程度的提升[14]。減施30%不僅增加了果實中總糖和VC的含量，也提高了果實的糖酸比，提質(zhì)效果最好，使果實生食口感更好。

4 結(jié) 論

番茄作為連續(xù)結(jié)果收獲的蔬菜作物，需肥量大，但合理適量減施肥料仍可顯著提高設(shè)施番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。根據(jù)番茄需肥規(guī)律及設(shè)施土壤本底特性按比例減少化肥施用，其中化肥減施30%不僅能夠使番茄增產(chǎn)10.29%，而且增加了果實中總糖(14.07%)和VC的含量(3.07%)，提高了果實的糖酸比4.24%，提質(zhì)效果最好，且減少了成本投入。