化肥减施对设施番茄生长生理、产量和品质的影响

韩宏伟 ，刘会芳，王 强 ，庄红梅，李 磐，蒲胜海，冯广平，王 浩

(1.新疆农业科学院园艺作物研究所，乌鲁木齐 830091；2. 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】番茄(Solanumlycopersicum)是茄科茄属番茄亚属的多年生草本植物。番茄因其栽培管理简单、销路广、经济效益高等优势，现已成为我国主要设施栽培蔬菜，栽培面积达101.17×104hm2 [1]。随着设施蔬菜的规模化、集约化发展，过量使用化肥及高强度复种连作等不当措施，导致温室土壤质量退化、养分失衡、盐渍化严重，导致设施蔬菜产量和品质下降。近年来化学肥料的施用量越来越大，使土壤理化性状、有机物质和生物学活性降低。研究化肥减量施用迫在眉睫。【前人研究进展】有研究表明，过量施肥不利于植物对养分元素的吸收[2]，且减少化肥施用量不仅不会造成作物减产，还能达到提质增产的作用[3]。在化肥减量的基础上，増施有机肥将有效提高烤烟的光合作用[4]，进而达到提高产量质量的目的[5-6]。Takebe等[7]研究认为，在最佳施氮量范围以内，随施氮量的增加蔬菜VC含量也增加，超过最佳施氮量后继续增施氮肥，会使蔬菜的VC含量减少。【本研究切入点】但有关化肥减施对设施番茄的研究多是按比例减少，并没有考虑到每种蔬菜的需肥规律。研究化肥优化减施对设施番茄生长生理和产质量的影响，减少化肥用量及其造成的农业污染。【拟解决的关键问题】以设施番茄为研究对象，通过不同肥料优化减施方案，比较分析化肥优化减施对番茄生长、光合特性及产质量的影响，为设施番茄的化肥减施及优化配施提供理论指导和数据支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2017年在乌鲁木齐县永丰乡温室进行。供试番茄品种为当地主栽品种优胜808，一膜双行，株行距为120 cm×35 cm，灌溉方式为沟灌。试验地的基本情况为：pH=7.8，总盐含量6.3 g/kg，有机质含量21.20 g/kg，速效氮121.3 mg/kg，速效磷152 mg/kg，速效钾202 mg/kg。

试验采用单因素随机区组设计，设常规施肥(CK)，优化施肥减量15%(OPT-15)，优化施肥减量30%(OPT-30)，优化施肥减量45%(OPT-45)共四个处理，每个处理设三个重复，共12个小区。供试肥料为尿素、磷酸二氢钾、硫酸钾，基施40%，追肥每次随水施肥，各减量处理的化肥用量是在减量基础上根据番茄需肥规律及土壤特性分配的，并非每种化肥的平均减量。列出具体施肥情况，数据为各营养元素的纯用量。各处理随机排列，小区面积为2.4 m×6 m，四周设保护行。表1

表1 各处理施肥情况对照

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

1.2 方 法

生长指标测定：于番茄生长期选取生长一致的植株，每个小区10株，测定植株的株高、茎粗。

光响应曲线及光合气体交换参数的测定：用LI-6400型光合仪(美国LI-Cor 公司生产)于晴朗的上午测定光响应曲线，以及净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)等光合气体交换参数。并取叶圆片固定于乙醇含量为50%的固定液中，然后用于测定叶片各组织结构的厚度。

测产：因鲜食番茄收获期较长，试验分三批次摘下成熟果实称重，测定实际产量；并随机选取成熟度一致的30个果实称重，其平均值即为单果重。

果实品质的测定：总糖含量—蒽酮比色法，总酸含量—酸碱滴定法，VC含量—2,4—二硝基苯肼比色法测定，可溶性固形物含量—折光计法，糖酸比是可溶性固形物与总酸含量的比值。

1.3 数据处理

数据统计分析应用Microsoft Excel 2007和SSPS Statistics17.0软件。作图采用Microsoft Excel 2007软件。

2 结果与分析

2.1 化肥减施对设施番茄生长指标的影响

研究表明，与CK相比，OPT-15处理显著增加了番茄的株高和茎粗，增加幅度为5.71%、18.82%；OPT-30处理显著的降低了番茄的株高6.13%，增加了茎粗1.29%；OPT-45显著降低了番茄的株高和茎粗，降低幅度为7.22%、3.23%，均达到了显著差异水平。说明肥料减施15%且优化配施能够提高番茄的株高生长，但减量30%、45%则没有这个效果。图1

2.2 化肥减施对设施番茄光合特性及叶片结构的影响

研究表明，在光照强度为0 μmol/(m2·s)时，四个处理均表现为为呼吸消耗。随着光照强度的增加，各处理达到光补偿点，经计算，各处理的光补偿点分别为87、70、69和68 μmol/(m2·s)，可知优化施肥处理均降低了番茄叶片的光补偿点，三个处理之间差异不大。当光照强度达到400 umol/(m2·s)左右，各处理的Pn值开始出现较明显的差异；随着光强继续增加，达到1 000 umol/(m2·s)左右时，CK处理最先达到光饱和点，其它处理则继续保持缓慢增加状态。可以看出，OPT-30处理的Pn值始终最大，最大值达到14.87，OPT-15和OPT-45处理差异不大，最大值达到12.23、12.61。图2

研究表明，与CK相比，OPT-15处理降低了设施番茄叶片的Pn和Ci，增加了Gs和Tr，其中Gs和Tr达到了显著水平，增加幅度分别达到31.90%、34.46%。OPT-30处理增加了番茄叶片的Pn值20.78%，达到显著差异水平；降低了Gs、Ci、Tr，幅度分别达到19.27%、7.19%、0.08%，其中Gs和Ci均达到了显著差异水平。OPT-45处理增加了番茄叶片的Pn、Gs、Tr，增加幅度分别为2.18%、5.71%、21.40%，其中Tr达到了显著差异水平；Ci值降低了2.61%，未达到显著差异水平。说明减施15%能够通过增加叶片的气孔导度增加水分的散失，但对光合速率和胞间二氧化碳浓度影响不大；减施30%能够增加叶片的光合速率，降低了气孔导度和胞间二氧化碳浓度；减施45%与对照处理差异不大。图3

注：小写字母表示处理间在5%水平的差异显著性，下同

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

图1 化肥减施下设施番茄株高和茎粗变化
Fig.1 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on Plant height and Stem Diameter of greenhouse tomatoes

图2 化肥减施下设施番茄光响应曲线变化
Fig.2 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on light-response curve of greenhouse tomatoes

图3 化肥减施下设施番茄光合气体交换参数变化
Fig.3 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on photosynthetic Gas-Exchange parameters of greenhouse tomatoes

研究表明，与CK相比，OPT-15处理增加了番茄叶片的上、下表皮细胞厚度，分别增加了51.47%、2.23%，其中上表皮细胞厚度的差异达到了显著水平；降低了栅栏组织、海绵组织和叶片厚度，分别降低了20.85%、39.18%、24.35%，均达到了显著差异水平。OPT-30处理增加了栅栏组织厚度、上、下表皮细胞厚度以及叶片厚度，分别增加了80.59%、78.08%、28.45%、28.60%，均达到了显著差异水平；降低了海绵组织厚度2.36%，未达到显著差异水平。OPT-45处理增加了栅栏组织厚度和上表皮细胞厚度，分别增加了14.42%、51.92%，其中上表皮细胞厚度差异达到了显著水平；降低了海绵组织厚度、下表皮细胞厚度和叶片厚度，分别降低了9.67%、4.90%、1.55%，均未达到显著差异水平。说明减施15%能够通过增加栅栏组织和海绵组织厚度，降低上、下表皮细胞的厚度及叶片厚度，使叶片吸收更多光能进行光合作用并促进细胞间气体交换加快，为光合作用提供底物，但叶片厚度的降低使叶片的含水量不能保持在较高状态。减施30%能够通过增加栅栏组织厚度、上、下表皮细胞厚度以及叶片厚度，使叶片吸收更多光能进行光合作用，且使叶片保持较高的含水量。减施45%处理与对照处理无明显差异。图4

图4 化肥减施下设施番茄叶片结构变化
Fig.4 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on Leaf blade structure of greenhouse tomatoes

2.3 化肥减施对设施番茄产量的影响

研究表明，与CK相比，三个处理均增加了番茄的单果重和产量，但增加幅度不一。OPT-15处理分别增加了单果重和产量15.26%、20.52%，OPT-30处理分别增加了20.28%、10.29%，OPT-45处理分别增加了4.17%、4.65%，其中OPT-15、OPT-30处理的单果重与CK相比达到了显著差异水平，各处理的产量与CK相比均达到了显著差异水平。说明减施15%能够通过增加番茄的单果重，进而达到增产的目的；减施30%虽然也能够增加番茄的单果重，但增产效果不及OPT-15处理；减施45%对番茄的单果重没有影响，也一定程度的增加了产量。三个处理相比，增产效果依次排序为OPT-15、OPT-45、OPT-30。图5

图5 化肥减施下设施番茄单果重和产量变化
Fig.5 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on the average weight of each fruit and yield of greenhouse tomatoes

2.4 化肥减施对设施番茄果实品质的影响

研究表明，与CK相比，OPT-15处理降低了番茄果实中的VC含量和总糖含量，分别降低了15.90%、7.40%，均达到显著差异水平；增加了糖酸比23.18%，达到显著差异水平。OPT-30处理增加了番茄果实中的VC含量、总糖含量及糖酸比，分别增加了3.07%、14.07%、4.24%，其中VC含量和总糖含量的差异均达到显著水平。OPT-45处理增加了番茄果实中的VC含量和总糖含量，分别增加了6.30%、7.40%，均达到显著差异水平；降低了糖酸比6.38%，未达到显著差异水平。说明减施15%处理虽降低了番茄果实中总糖的含量，但提高了果实糖酸比，增加了果实的口感风味；减施30%不仅增加了果实的总糖和糖酸比，还能够增加果实中营养物质VC的含量；减施45%虽然增加了果实中总糖和VC的含量，但果实糖酸比略有降低。图6

图6 化肥减施下设施番茄果实VC含量、总糖含量及糖酸比变化
Fig.6 Effect of Chemical Fertilizer Reducing on the VC and total sugar content of greenhouse tomatoes

3 讨 论

光合作用是植株生长发育和产量形成的生理基础，其高低直接影响番茄的植株生长情况、产量及果实品质。试验减施量不同，净光合速率也表现出不一样的趋势。化肥减施15%降低了叶片的净光合速率，胞间二氧化碳浓度也有所降低，但同时Gs的升高表明，Pn的降低是非气孔因素限制。Pn的降低有可能是因为叶片栅栏组织、海绵组织厚度的降低，降低了叶片对光能的吸收，且叶片厚度的降低增加了叶片的水分蒸腾作用，Tr值的升高也证实了这一点。但相比常规施肥，化肥减施15%仍然提高了植株的株高和茎粗的生长，这可能是其它因素造成，比如水分和设施内的空气环境。化肥减施30%提高了番茄叶片的净光合速率，同时Gs、Ci和Tr都呈现下降的趋势。叶片结构中栅栏组织、海绵组织厚度的增加及上、下表皮和叶片厚度的增加有利于叶片对光能的吸收并保持较高的生理活性，株高有所降低，但茎粗显著增加，加上叶片厚度的增加，整个植株表现出一种壮苗的直观感受。化肥减施45%增加了番茄叶片的净光合速率，Gs、Tr增加与Ci降低，栅栏组织和上表皮细胞厚度的增加说明叶片对光能的吸收增强，但其海绵组织厚度和叶片厚度的降低使叶片含水量降低，Tr的增加也证实了这一点。

长久以来，施肥方式存在误区，认为“超量施肥必然带来超量回报”[8]，但事实证明，过量施肥不仅不能提高产量，还会降低农产品的品质、破坏土壤结构、甚至危害生态环境[9-11]。因此，在保证作物产量的基础上，避免过量施肥是发展可持续农业的必然趋势。研究表明，在一定范围内化肥减量的施用，不仅可以保证作物产量与传统施肥一致，而且有效的改善了土壤理化性状[12-13]。更有试验表明，化肥减施能够增加作物的产量。试验中，化肥减施处理均增加了番茄的单果重和产量，减施15%处理对番茄的增产效果最好，达到21.52%，减施30%对番茄单果重增加效果最好，达到20.08%。实现减施增产的同时，果实品质也有一定程度的提升[14]。减施30%不仅增加了果实中总糖和VC的含量，也提高了果实的糖酸比，提质效果最好，使果实生食口感更好。

4 结 论

番茄作为连续结果收获的蔬菜作物，需肥量大，但合理适量减施肥料仍可显著提高设施番茄产量和品质。根据番茄需肥规律及设施土壤本底特性按比例减少化肥施用，其中化肥减施30%不仅能够使番茄增产10.29%，而且增加了果实中总糖(14.07%)和VC的含量(3.07%)，提高了果实的糖酸比4.24%，提质效果最好，且减少了成本投入。