控釋氮肥與水溶肥配施對設(shè)施番茄生理特征的影響

梁紅勝，張子義，王學(xué)霞，陳延華，王甲辰，鄒國元，曹 兵*

（1．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2．北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097；3．北京市緩控釋肥料工程技術(shù)研究中心，北京 100097）

隨著我國農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革和蔬菜需求量的剛性增長，城郊區(qū)的糧田逐漸轉(zhuǎn)換為設(shè)施蔬菜地，導(dǎo)致我國設(shè)施蔬菜種植面積逐年增加。2017 年，我國設(shè)施蔬菜種植面積占蔬菜種植面積的32.3%［1］，到2020 年設(shè)施蔬菜種植面積有可能還會增加［2］，逐年增長的設(shè)施蔬菜已經(jīng)成為蔬菜產(chǎn)業(yè)當(dāng)中的主力軍。在設(shè)施農(nóng)田管理中長期不合理的水氮管理栽培模式，尤其是高養(yǎng)分投入的種植習(xí)慣和種植模式打破養(yǎng)分輸入—輸出平衡，造成養(yǎng)分盈余，引起了土壤酸化、次生鹽漬化、硝酸鹽積累及地下水污染等一系列生態(tài)環(huán)境問題［3-5］。因此，探索新的蔬菜施肥方式成為設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)。

在農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展［6］和2020 年實(shí)現(xiàn)化肥零增長戰(zhàn)略的指導(dǎo)下［7］，設(shè)施施肥和灌溉方式不斷發(fā)生變化。鑒于蔬菜根系淺，生長速度快，需水需肥量大等特點(diǎn)，當(dāng)前設(shè)施蔬菜種植中主要采用基肥加追肥（水溶肥）模式，來滿足蔬菜不同時期的營養(yǎng)需求［8-9］。周鸝等［10］研究表明，追施水溶肥可以促使葉菜類作物枝葉肥厚寬大，改善瓜果類作物口感和品質(zhì)，也可及時減輕作物缺素癥狀。蔡麗環(huán)等［11］在番茄試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)底肥加水溶肥的施肥模式能明顯改善番茄經(jīng)濟(jì)性狀，增加株高，提高產(chǎn)量。水肥一體化技術(shù)已經(jīng)成設(shè)施蔬菜栽植中最主要的施肥方式［8］，同時以緩控肥替代尿素的底肥施肥方式也開始在設(shè)施農(nóng)業(yè)中使用［12-13］。

控釋肥由于其能延緩或控制肥料養(yǎng)分的釋放，使肥料養(yǎng)分釋放時間和強(qiáng)度與作物養(yǎng)分吸收規(guī)律相同［14-15］，因此，被認(rèn)為是減少肥料損失、提高肥料利用率的有效措施［16］。黃云等［17］研究發(fā)現(xiàn)控釋氮肥能控制氮的釋放，減少氮素?fù)p失，提高氮肥利用率。王曉巍等［18］研究發(fā)現(xiàn)控釋肥能提高甜瓜葉片的葉綠素含量，改善光合作用，促進(jìn)氮素的吸收，進(jìn)一步提高產(chǎn)量和品質(zhì)。Li 等［13］研究發(fā)現(xiàn)控釋肥能提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。當(dāng)前，控釋肥在蔬菜中應(yīng)用也越來越多，但主要關(guān)注點(diǎn)集中在蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤中硝酸鹽積累等方面，對控釋肥影響蔬菜生理生化特征的報道很少，其中提到控釋氮肥對植物氮代謝酶活性的影響研究則少有報道，因此需要對其進(jìn)行深入研究。

本研究以設(shè)施番茄為對象，探索控釋氮肥結(jié)合水溶肥的養(yǎng)分投入模式對設(shè)施番茄生理特征的影響，以期為設(shè)施番茄生產(chǎn)中的養(yǎng)分優(yōu)化管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

盆栽試驗(yàn)布置在北京市農(nóng)林科學(xué)院連棟溫室，番茄品種為佳美8 號。土壤選用砂質(zhì)土，土壤理化性狀為:全氮1.00 g/kg，有效磷3.60 mg/kg，速效鉀45.70 mg/kg，pH 值7.96，有機(jī)質(zhì)17.30 g/kg。試驗(yàn)所用塑料盆長寬高分別為21、26 和33.5 cm，每盆裝土10 kg，每盆種植一株番茄，3 月16 日定植，7 月25 日結(jié)束。施肥選擇基肥加追肥的方式，其中基肥為尿素和控釋氮肥，追肥為水溶肥。基肥和追肥的施肥比例為3∶7，其中追肥分3 次進(jìn)行（以2∶1∶2 進(jìn)行追施）。試驗(yàn)設(shè)5 個處理，分別為:不施氮對照（僅施磷鉀肥，以CK 表示），常規(guī)施肥（尿素配施水溶肥，以U100 表示），常規(guī)總氮減20%（尿素配施水溶肥，以U80 表示），控釋肥（控釋氮肥配施水溶肥，以PCU100 表示），控釋肥總氮減20%（控釋氮肥配施水溶肥，以PCU80 表示）。除CK 外每千克土中施用N 0.12 g、P2O50.11 g 和K2O 0.23 g，氮肥分別為尿素（N 46.20%）和控釋氮肥（北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所制備，N 42%，釋放期80 d），磷肥為過磷酸鈣（P2O5≥12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O ≥52%）；水溶肥選用高氮型水溶肥（N-P2O5-K2O:30-10-10）和高鉀型水溶肥（N-P2O5-K2O:15-5-30），第1 次和第3 次追肥選用高氮型水溶肥，第2 次選用高鉀型水溶肥，第1 次追肥在番茄一穗開花坐果期進(jìn)行，第2 次追肥在番茄盛果期，第3 次在番茄果實(shí)膨大期。每個處理設(shè)置16 個重復(fù)。生長期間每隔4 d 澆一次水，苗期每次澆水500 mL，花期和果期每次澆水1 L。5 個處理的磷鉀肥用量完全一致，其中CK 的磷鉀肥全部作底肥基施。

1.2 樣品采集與分析

葉片采樣:第1 次取樣在定植之后20 d（苗期），第2 與第3 次取樣分別在第1 次追肥后10 d（盛花期）和第3 次追肥后10 d（盛果期）進(jìn)行。每次隨機(jī)取3 株植物。

生理指標(biāo)測定:在晴朗的14:30 ～16:30（美國CI-340 手持式光合作用儀）測定光合指標(biāo)，選擇完全展開的新葉片進(jìn)行測定凈光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度和氣孔導(dǎo)度。

葉綠素采用丙酮浸提法進(jìn)行測定。番茄可溶性糖、可滴定酸、Vc 含量分別采用考蒽酮比色法、酸堿滴定法及2，6-二氯酚靛酚滴定法［19］測定。番茄葉片硝酸還原酶活性（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）均利用試劑盒（蘇州）進(jìn)行測定。

產(chǎn)量檢測:在果實(shí)采收期，選取長勢均勻一致的8 株，采收后稱重并計算產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013、Origin 8.5 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖形繪制，所有數(shù)據(jù)均運(yùn)用 SPSS 22.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，差異顯著性水平為0.05 水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

與CK 相比，施肥顯著增加了番茄產(chǎn)量（P＜0.05），增產(chǎn)幅度在160.88%～180.97%之間，但施肥處理間番茄產(chǎn)量沒有差異（圖1）。與CK 相比，各施肥處理的番茄Vc 含量顯著降低（P＜0.05）（表1）。等氮量條件下，控釋氮肥較尿素增加了番茄Vc 含量，但是差異不明顯，U80 處理的番茄Vc含量顯著高于U100（P＜0.05）；與PCU100 相比，PCU80 也在一定程度上提高了 Vc 含量，說明降低氮肥用量能提高番茄Vc 含量。控釋氮肥較尿素能增加番茄水溶性糖含量，但是差異不顯著。與CK相比，施肥顯著增加了番茄總酸度和硝酸鹽含量（P＜0.05），其中控釋氮肥較尿素更易于提高番茄總酸度，但同時顯著降低了番茄的硝酸鹽含量。

圖1 不同處理下番茄產(chǎn)量的變化

表1 不同處理下番茄品質(zhì)的變化

2.2 不同處理對番茄光合參數(shù)的影響

控釋氮肥處理下番茄凈光合速率呈現(xiàn)出苗期＞盛果期＞盛花期的趨勢（表2）。在番茄苗期，施肥顯著增加了番茄葉片凈光合速率和蒸騰速率（P＜0.05），其中U80 顯著高于其他肥料處理（P＜0.05）。U100 與PCU100 處 理 之 間 葉 片 凈光合速率、蒸騰速率無顯著性差異，而U80 處理顯著高于PCU80（P＜0.05），U100 處理顯著低于U80（P＜0.05）。在番茄盛花期，PCU100 和PCU80較CK 顯著增加了葉片凈光合速率和蒸騰速率（P＜0.05）；而施肥處理下的凈光合速率和蒸騰速率沒有顯著性差異。等氮量條件下，尿素處理下凈光合速率略高于控釋肥處理。在番茄盛果期，PCU100 處理的番茄葉片凈光合速率、蒸騰速率顯著高于其他處理（P＜0.05）；PCU100、PCU80 處理下葉片凈光合速率顯著高于U100、U80（P＜0.05），同時 PCU100 顯著高于PCU80（P＜0.05）。整個生育期內(nèi)不同處理間胞間二氧化碳濃度和氣孔導(dǎo)度沒有呈現(xiàn)出一定規(guī)律性。

表2 不同處理下番茄葉片光合參數(shù)的變化

2.3 不同處理對番茄葉綠素含量的影響

在番茄生育期內(nèi)，除了CK 和U100，各處理的葉片葉綠素、葉綠素a 和葉綠素b 含量均呈現(xiàn)出苗期＞盛花期＞盛果期的趨勢（表3）。在番茄苗期，PCU100 處理的葉綠素和葉綠素a 含量顯著高于CK（P＜0.05）。在番茄盛花期，施肥處理的葉綠素總量、葉綠素a 和葉綠素b 均顯著高于CK（P＜0.05），其中等氮量條件下控釋氮肥又高于尿素。在番茄盛果期，施肥處理的葉綠素總量、葉綠素a 和葉綠素b均顯著高于CK（P＜0.05），施肥處理間差異不明顯。

表3 不同處理下番茄葉綠素含量的變化 （mg/g）

2.4 番茄葉片硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶活性

在番茄苗期和盛花期，處理間番茄葉片硝酸還原酶活性差異不明顯（圖2）；在番茄盛果期，PCU100 和PCU80 顯著高于其他處理（P＜0.05），其中，PCU100 處理的硝酸還原酶活性最高（P＜0.05）。在番茄生長期間，谷氨酰胺合成酶活性整體呈現(xiàn)出盛果期＞盛花期＞苗期的趨勢，在同一生育期內(nèi)，處理間差異不明顯（圖3）。番茄盛果期葉片谷氨酸合成酶活性明顯高于苗期和盛花期，但不同時期處理間的差異沒有規(guī)律性（圖4）。

圖2 不同處理下番茄葉片硝酸還原酶（NR）活性的變化

圖3 不同處理下番茄葉片谷氨酰胺合成酶（GS）活性的變化

圖4 不同處理下番茄葉片谷氨酸合成酶（GOGAT）活性的變化

2.5 番茄生理指標(biāo)與產(chǎn)量、品質(zhì)之間的關(guān)系

葉綠素含量和產(chǎn)量之間為顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。凈光合速率和蒸騰速率之間成顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），NR、GS 與凈光合速率、蒸騰速率之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），NR 與GS 之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。

表4 番茄生理指標(biāo)與產(chǎn)量和品質(zhì)的相關(guān)性

3 討論

3.1 控釋氮肥與水溶肥配施對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)尿素配施水溶肥相比，控釋氮肥配施水溶肥，并沒有起到預(yù)想的增產(chǎn)效果。這與李艷梅等［20］關(guān)于控釋氮肥在番茄上增產(chǎn)的結(jié)果不一致，可能原因是試驗(yàn)土壤基礎(chǔ)肥力偏低，80 d 的控釋氮肥釋放周期比較長，氮素前期釋放少，造成養(yǎng)分釋放與番茄吸收規(guī)律不同步；而基肥尿素在苗期快速水解，容易被植物吸收利用，為后期生長打下良好的基礎(chǔ)。曹金華等［21］也提出控釋氮肥氮素釋放速率較慢或者與油菜氮素吸收不能同步，會影響油菜苗期營養(yǎng)。控釋氮肥具有減少氮肥損失、提高利用率等優(yōu)點(diǎn)，但在肥料品種的選擇上應(yīng)使其養(yǎng)分釋放時間和強(qiáng)度與番茄吸收規(guī)律一致。本研究選用控釋氮肥釋放周期80 d，時間較長，再加上試驗(yàn)地肥力較低，因而造成番茄生長受限，影響了產(chǎn)量的形成。

國內(nèi)外眾多研究均證實(shí)蔬菜Vc 與硝酸鹽含量均受施氮量的影響，合理施氮是提高蔬菜品質(zhì)的關(guān)鍵［22-23］。本研究發(fā)現(xiàn)，與尿素配施水溶肥相比，控釋氮肥配施水溶肥增加了番茄Vc 含量，這與王曉巍等［18］關(guān)于控釋氮肥能提高甜瓜Vc 含量的結(jié)果一致。由于施氮量與果實(shí)硝酸鹽含量之間關(guān)系呈正相關(guān)［24］，控制施氮量是降低蔬菜硝酸鹽含量的關(guān)鍵［25］。本研究結(jié)果表明，與尿素相比，控釋氮肥顯著降低了番茄硝酸鹽含量，這是由于控釋肥可以調(diào)控尿素溶出，從而降低土壤中硝態(tài)氮含量而降低番茄果實(shí)硝酸鹽的含量，這與楊俊剛等［26］研究結(jié)果一致。

3.2 控釋氮肥與水溶肥配施對番茄生理性狀的影響

氮是構(gòu)成植物葉綠素、蛋白質(zhì)、酶的主要元素［27］，氮素變化直接影響植株葉片葉綠素、蛋白質(zhì)和氮代謝酶的變化。葉綠素是光合作用過程中將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的關(guān)鍵色素，其含量的高低是衡量葉片光合性能的重要指標(biāo)［28］。本研究中，施氮處理番茄葉綠素含量顯著高于CK，減氮處理對葉綠素含量影響不明顯，這可能是由于適宜的施氮量有助于提升植物葉綠素含量，施氮量過高或過低均抑制葉綠素合成［29-30］。這也可以解釋本研究為何得出與劉中良等［31］的氮肥減施有利于提高番茄葉片的SPAD 值相反的結(jié)論。在番茄苗期，尿素處理的凈光合速率高于控釋氮肥的處理，與呂熙偉［32］發(fā)現(xiàn)番茄定植30 d 時尿素處理的光合速率高于控釋氮肥處理的結(jié)果一致。這是由于前期控釋氮肥釋放緩慢與番茄前期生長需氮量不匹配，造成葉綠素合成受到一定程度的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，控釋氮肥配施水溶肥在番茄生長后期顯著提高凈光合速率，這與黃云等［17］和聶軍等［33］的研究結(jié)果一致。這可能因?yàn)榭蒯尩恃泳徣~片衰老，減慢了葉綠素降解的速度［34］。另外，試驗(yàn)土樣基礎(chǔ)肥力低，前期土壤含氮量少，從而影響植物酶活性，到盛果期控釋氮肥氮素大量釋放，土壤含氮量增加，有大量的氮素供植物吸收利用，所以番茄生長后期，硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性逐漸增強(qiáng)。另外，番茄的生理指標(biāo)與施肥、水分、溫度等因素有著復(fù)雜的關(guān)系，是隨條件而改變的，要掌握其內(nèi)在的規(guī)律需做大量深入、細(xì)致的研究。

4 結(jié)論

與不施氮對照相比，施氮顯著提高了番茄產(chǎn)量，但施氮處理間番茄產(chǎn)量沒有差異；控釋氮肥較尿素能改善番茄品質(zhì)，尤其是顯著降低果實(shí)硝酸鹽含量。

與尿素配施水溶肥相比，控釋氮肥配施水溶肥顯著提高番茄盛果期的凈光合速率和硝酸還原酶活性。

番茄產(chǎn)量與葉綠素之間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，控釋氮肥和水溶肥配施通過調(diào)控葉綠素、光合作用、氮代謝等來影響番茄生理特征，進(jìn)而影響產(chǎn)量和品質(zhì)。