施氮量對設施滴灌番茄生長發育及品質和產量的影響

周 進,吳楊煥,陳 芳,門雪杰

(新疆生產建設兵團第六師農業科學研究所，新疆五家渠 831300)

0 引 言

【研究意義】番茄營養價值豐富,已成為我國蔬菜構成的主要組成部分，占全國蔬菜產量的 30%，位居全國蔬菜種植排名前四[1]。新疆地處西北內陸，晝夜溫差大，光照充足，有效積溫高，太陽輻射量大，具有明顯的氣候優勢，利于番茄可溶性固形物含量的提高和番茄紅素的生成，已成為全球第三大番茄醬產區，是我國番茄制品的主要產區，同時也是亞洲最大的番茄生產和加工基地[2-3]。據統計，2017年新疆番茄種植面積95萬畝，占全國產量的2/3左右[4-5]。近年來，隨著新疆滴灌技術的發展和設施栽培技術的完善，設施滴灌番茄種植得到了快速的發展和推廣，已成為番茄主要生產種植模式之一。氮肥作為番茄生長發育的主要貢獻因子，參與番茄體內各種代謝過程，對設施滴灌番茄的光合作用、葉綠素及其品質和產量等的影響深刻而復雜[6]。【前人研究進展】土壤中的氮素對一般作物產量貢獻率可達48.6%～79.4%[7]，但氮肥的利用率低，一般在 28%～ 41%[8]。適度的施氮可提高番茄的產量、果實中可溶性糖含量、VC含量，降低總酸度[9]。【本研究切入點】近年來，隨著新疆設施滴灌番茄大面積的種植和推廣，有過量的使用氮肥現象，不僅使番茄的的產量和品質下降，也會使水土富營養化。研究設施滴灌番茄的需氮規律和氮肥用量。【擬解決的關鍵問題】研究通過不同的施氮處理研究設施滴灌番茄干物質動態變化、光合特征、葉綠素變化、品質及產量構成因子，分析氮肥用量對設施滴灌番茄的影響，為設施滴灌番茄的氮肥管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017～2018年在新疆五家渠市國家農業園區設施基地43號溫室內進行，地理位置為44°13'N，87°43'E，屬典型的溫帶大陸性氣候。年平均氣溫12.8℃，平均日照時間3 300 h，年均無霜期 180 d，年均≥10℃ 積溫3 200℃/d。供試土壤有機質為 7.28 g/kg，全氮為 0.98 g/kg，有效磷為 22.7 mg/kg，速效鉀為219.62 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

供試番茄品種為天馬54號，試驗設N0(不施氮肥)、N1(150 kg/hm2)、N2(300 kg/hm2)、N3(450 kg/hm2)、N4(600 kg/hm2)、N5(750 kg/hm2)共6個處理，隨機區組設計，3次重復，采取膜下滴灌栽培模式，滴灌帶布設方式為1管 2 行，實行寬窄行，株距 30 cm，窄行 40 cm，寬行 70 cm，小區面積 45 m2，分別于 2017年 2月 7 日和2018年2月13日移栽定植。氮肥分 4 次施入，25%用于基肥，75%分 3 次在設施番茄初花期、果實膨大期、盛果期隨水滴施，其他田間管理與當地常規管理相同。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 干物質量

從初花期開始，每隔10 d進行破壞性取樣每小區取樣3株，每次取樣后，記錄葉片、果實數，分別稱量地上部莖、葉、果鮮質量，在 105℃ 下烘15 min 殺青，75℃下烘至恒量為干質量。

1.2.2.2 葉面積指數

在設施番茄生育期各階段于各小區選取生長狀況良好、長勢基本一致的番茄各3株，用LI-300C(LI-COR Inc,Lincoln,NE,USA)葉面積儀測定植株葉面積，取其平均值，計算葉面積指數(LAI)。

1.2.2.3 光合參數

在果實膨大期選取番茄植株頂部往下完全展開第 5 片葉，用 Li-6400 型光合儀測定葉的光合參數，用SPAD-502Plus葉綠素測定葉片SPAD值。

1.2.2.4 品質

番茄成熟期，選擇大小色澤一致的第 2 穗番茄果，根據李合生[10]測定其品質，主要包括可溶性糖、番茄紅素、VC、硝酸鹽、可溶性固形物含量。

1.2.2.5 產量

成熟期各小區調查面積4 m2的加工番茄株數，并采收5株測定設施番茄單株果數、單果重，計算產量。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007 對數據計算和歸一化處理，用SPSS 16.0 進行方差分析、LSD 法做多重比較分析，OriginPro8.5 繪圖。

2 結果與分析

2.1 施氮量對設施滴灌番茄地上部分干物質累積量的影響

研究表明,不同氮肥處理干物質累積量隨定植后天數增加而增加，呈現出“慢—快—慢”的S型變化。定植后30 d內不同氮肥處理干物質累計沒有顯著差異，定植30 d后，干物質累計隨氮肥用量增加而增加，N0處理干物質最小，顯著低于其他處理。N5處理干物質最大，且與N4處理沒有顯著差異，N4和N5顯著高于N1、N2、N3處理。N3和N2處理沒有明顯差異，二者明顯高于N1處理，各處理干物質累積量分別為N5>N4>N3>N2>N1>N0。圖1

單株干物質累積量(y)與定植后的天數(x)增長過程符合生長模型Y=a/(1+b×exp(-k×x))。擬合方程的相關系數均達到顯著水平，其決定系數R2均在95%以上。不同氮肥處理最大干物質質量分別為129～214.2和161.5～247.5 g。干物質最大增長速率隨氮肥的增加而增大，N0處理顯著低于其他各處理，分別為2.0和2.5 g/d，2017年N5處理最大為3.9 g/d，2018年N4處理最大為4.3 g/d，各處理年度間差異不明顯。干物質最大增長速率出現天數N5處理最早，N0最晚，分別為43.7、49.4和51.9、57.2 d，各處理干物質最大增長速率出現平均天數分別在45.8和52.7 d。表1

圖1 不同施氮量下設施滴灌番茄地上部分干物質累積量變化

Fig. 1 Effects of nitrogen application on dry matter accumulation in above-ground parts of tomatoes under facility drip irrigation

表1 不同處理地上部干物質積累動態的logistics回歸方程

2.2 施氮量對設施滴灌番茄葉面積指數的影響

研究表明,定植后20和30 d，不同氮肥處理對設施番茄葉面積指數沒有明顯影響，各處理無顯著差異，定植后40～80 d，各處理葉面積指數差異顯著，在定植后60 d各處理葉面積指數最大，為先增加后降低的拋物線趨勢。在整個生育過程中，設施番茄葉面積指數隨施氮量的增加而增大，為N5>N4>N3>N2>N1>N0，葉面積指數變化趨勢相同，沒有明顯的差異。圖2

2.3 施氮量對設施滴灌番茄光合參數和SPAD 值的影響

研究表明,隨著氮肥施用量的增加，凈光合速率表現為升高后降低的趨勢，N4處理最大分別為23.24和21.53 mol/(m2·s)，顯著高于其他處理，分別較不施肥N0處理增加47.16%和37.31%，N3和N5處理間沒有顯著差異，顯著高于N1、N2處理。蒸騰速率和葉片氣孔導度隨施氮量的增加而增大，N5處理最大，2試驗年分別為9.56、9.21 mmol/(m2·s)和0.76、0.79 mol/(m2·s)，顯著大于N0、N1、N2和N3處理，較N4處理沒有顯著差異。胞間CO2濃度隨氮肥的增加而下降，不施氮肥處理N0最大，N1處理次之，二者顯著高于其他處理，N5處理最低。SPAD值在一定的范圍內隨氮肥的增加而增大，當施氮量達到一定值后，隨氮肥的增加而降低，N4處理最大，分別為61.6和63.5，顯著高于其他處理，較N0增大67.39%、77.87%。表2

圖2 不同施氮量下設施滴灌番茄葉面積指數變化

Fig. 2 Effect of nitrogen application rate on LAI of tomato under facility drip irrigation

表2 不同施氮量下設施滴灌番茄光合參數和SPAD 值變化

Table 2 Effects of nitrogen application on photosynthetic parameters and SPAD value of tomato under facility drip irrigation

處理Treatments凈光合速率Pn(μmol/(m2·s ))蒸騰速率Tr(mmol/(m2·s))葉片氣孔導度Gs(mol/(m2·s))胞間CO2濃度Ci(μmol/mol)SPAD值SPAD values2017N015.18e6.53d0.46d324.9a36.8dN117.36d7.21c0.52c318.2a42.9cN218.21c7.99b0.61b306.4b48.3bcN319.84b8.87ab0.64b302.3b52.7bN422.34a9.42a0.72a284.7c61.6aN520.06b9.56a0.76a278.3c54.8b2018N015.68d6.41c0.49d335.6a35.7dN117.84c7.09b0.56c329.7a43.7cN218.56c7.71b0.62c318.5b46.6cN320.02b8.64a0.71b309.7c51.9bN421.53a9.06a0.74a283.9d63.5aN519.94b9.21a0.79a274.6c55.9b

注：數據后不同小寫字母表示不同施氮量間的差異顯著(P< 0.05)，下同

Note: Different letters after data indicate significant difference (P< 0.05) of different nitrogen application amounts，the same as below

2.4 施氮量對設施滴灌番茄品質的影響

研究表明,可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量均隨施氮量的增加而增加，各施肥處理均顯著高于不施肥N0處理，N5處理最大，分別為5.06～5.11、45.36～44.58和468.25～485.58 mg/kg，較N0增加97.65%～83.81%、72.14%～71.17%、47.92%～56.81%，且N5與N4之間無顯著差異，二者顯著高于N1和N2處理。硝酸鹽一定的范圍內隨氮肥的增加而增大，當施氮量達到一定值后，隨氮肥的增加而降低，N4處理最高，分別為58.36和61.35 mg/kg，顯著高于N0、N1、N2、N3處理。可溶性固形物含量隨氮肥施用量的增加而降低，不施氮肥處理N0最大，分別為4.69%和4.48%，N1處理次之，無顯著差異，二者顯著高于N2、N3、N4、N5處理，各處理N5最小，分別為3.56%和3.29%。表3

表3 不同施氮量下設施滴灌番茄品質變化

Table 3 Effect of nitrogen application rate on tomato quality under facility drip irrigation

處理Treatments可溶性蛋白Soluble protein(mg/g)可溶性糖Soluble sugar(mg/g)VC含量VC(mg/kg)硝酸鹽Nitrate(mg/kg)可溶性固形物含量Soluble solids mass fraction(%)2017N02.56d26.35c316.56d28.22d4.69aN13.51c32.34b381.35b40.31c4.56aN24.17b35.05b398.63b46.82b4.35abN34.26b40.98a435.87a49.62b4.13bN44.98a43.14a453.56a58.36a3.68cN55.06a45.36a468.25a56.31a3.56c2018N02.78d25.45c309.65d30.56e4.48aN13.61c35.67bc356.86c38.21d4.35aN24.29b36.75b399.02b48.26c4.03abN34.42b39.89ab415.68b50.31b3.88bN45.03a42.85a473.21a61.35a3.35cN55.11a44.58a485.58a58.42a3.29c

2.5 施氮量對設施滴灌番茄產量及氮肥利用效率的影響

研究表明,不同氮肥處理對設施番茄單株果數、單果質量及產量均有影響，在一定的氮肥施用范圍內，設施番茄單株果數、單果質量和產量均隨施氮量的增加而增加，氮肥施用量達到一定值后，單株果數、單果質量和產量均隨施氮量的增加而有所下降。單株果數、單果質量和產量均在N4處理下最大，分別為14.6～15.3個、244.7～254.8 g、9.35～10.26 t/667 m2，顯著高于N0、N1、N2處理，較N0增加52.08%～48.54%、67.94%～64.49%、51.29%～42.69%。就氮肥利用率而言，各處理N4最高，可達42.61%～43.56%、顯著高于N1、N2處理，較N3和N4沒有明顯差異。各處理氮肥產量貢獻率N4最高為33.89%～29.92%，顯著高于其他處理，N5次之為32.75%～27.08%，N1處理最低。表4

表4 不同施氮量下設施滴灌番茄產量及氮肥利用效率變化

Table 4 Effects of nitrogen application rate on tomato yield and nitrogen use efficiency under facility drip irrigation

處理Treatments單株果數Fruit number perplant(No)單果質量Weight of single fruit(g)產量Yield(t/667m2)氮肥利用率Fertilizer nitrogenuse efficiency(%)氮肥產量貢獻率Yield rate of Nitrogen (%)2017N09.6c145.7c6.18c//N111.4b178.9b7.78b32.67b20.56cN212.3b183.6b8.05b35.89b23.22cN313.9a221.5a8.86a39.83a30.24bN414.6a244.7a9.35a42.61a33.89aN513.4a229.5a9.19a40.96a32.75b2018N010.3c154.9c7.19c//N112.9b177.9bc8.31b31.25b13.48dN213.3b205.6b8.75b36.87b17.82cN314.1a239.5a9.73a40.32a26.11bN415.3a254.8a10.26a43.56a29.92aN514.5a246.6a9.86a41.57a27.08b

3 討 論

氮是番茄生長發育的關鍵因子，參與植株體內各種代謝過程，對設施番茄的生長發育及產量影響較為復雜。前人研究發現，番茄的干物質與氮素生產在一定范圍內與施肥量呈正相關[11-12]。研究表明，干物質累積量隨氮肥用量增加而增加，呈現出“慢—快—慢”的S型變化。單株干物質累積量和單株干物質最大增長速率均表現為N5處理最大，分別214.2和247.5 g、3.9和4.3 g/d，各處理單株干物質最大增長速率出現平均天數2個試驗年分別在45.8和52.7 d。與前人研究結果一致[13]。葉面積指數作為番茄群體生長發育的重要指標，可以用來反映番茄群體的光合同化能力，與產量密切相關。研究發現，隨施氮量的增加葉面積指數增大，年均表現為N5處理最大，整個生育期表現為先增加后降低的拋物線趨勢，在定植后60 d各處理葉面積指數最大，各處理葉面積指數介于4～5，這與劉美琴等[14]的研究結果一致。

光合作用是番茄生長發育和產量形成的基礎，直接決定了作物產量的形成。研究表明，隨著氮肥施用量的增加，凈光合速率表現為升高后降低的趨勢，蒸騰速率和葉片氣孔導度隨施氮量的增加而增大，胞間CO2濃度隨氮肥的增加而下降。說明氮肥在一定程度上可顯著提高番茄葉片的光合速率，過高的施用氮肥抑制了設施番茄的凈光合速率，不利于番茄光合速率提高，這與Müller P[15]、劉中良等[16]的研究相同。葉綠素是番茄光合作用過程中重要的物質，起到吸收光能并進行轉化和傳遞的核心功能，在一定范圍內，葉綠素含量與番茄光合同化能力呈正相關[17]。研究表明，SPAD值在一定的范圍內隨氮肥的增加而增大，當施氮量達到一定值后，隨氮肥的增加而降低，N4處理最大，分別為61.6和63.5，過低或過高的氮肥均不利于葉綠素的形成。

品質決定了番茄的口感和經濟價值，已有研究表明，不同密度和氮肥對番茄品質的影響極顯著，在相同密度條件下，隨著氮肥的降低番茄果實中硝酸鹽、可溶性蛋白、VC 以及可溶性糖含量逐漸降低[18]。研究發現，可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量均隨施氮量的增加而增加，硝酸鹽在一定的范圍內隨氮肥的增加而增大，當施氮量達到一定值后，隨氮肥的增加而降低，可溶性固形物含量隨氮肥施用量的增加而降低。就產量及氮肥利用效率而言，隨氮肥的增加，單株果數、單果質量、產量、氮肥利用率和氮肥產量貢獻率均為先增加后降低的形式，各處理N4處理最高。過低過高的氮肥均不利于設施番茄的生長發育和產量的提高，降低了氮肥利用率和氮肥產量貢獻率。

4 結 論

隨著氮肥用量的增加，干物質累積量和葉面積指數增加，干物質最大增長速率出現天為45.8～52.7 d。葉面積指數在定植后60 d最大，表現為先增加后降低的拋物線趨勢。凈光合速率和SPAD值隨施氮量增加表現為升高后降低的趨勢，胞間CO2濃度隨氮肥的增加而下降。產量、氮肥利用率和氮肥產量貢獻率隨氮肥用量的增加表現為先增加后降低的趨勢。過低或過高的施氮量均不利于設施滴灌番茄的生長發育，會抑制番茄的生長發育、降低番茄產量，而適宜的氮肥用量能有效促進設施番茄的生長發育，改善番茄品質，提高番茄產量。干物質變化、光合參數、產量及品質等指標，5個氮肥處理下N4(600 kg/hm2)處理效果最佳。