噴施鈣硅對設施春茬番茄根系生長、NPK吸收及產(chǎn)量和水分利用的影響

李艷梅，廖上強，張 琳，孫 娜，孫焱鑫，楊俊剛

(北京市農林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097)

番茄是一種主栽設施蔬菜，對溫室小氣候環(huán)境有一定的需求。設施番茄的春茬茬口每年都會經(jīng)歷一段時間的持續(xù)高溫高輻射逆境，輕則影響葉片外觀，重則灼傷番茄果皮，影響番茄果實的商品性，嚴重時甚至可能引起大面積葉片萎蔫、開花授粉及結實受阻。需要找到一種簡便易行的栽培調控措施來改善番茄生產(chǎn)。

研究發(fā)現(xiàn)，葉面或果實噴施含礦質顆粒的懸浮液具有降低一些園藝作物旱害和熱害的作用[1-2]。這類物質能夠通過反射過量紫外線和紅外線來緩解熱害和輻射損傷。在眾多礦質顆粒物中，鈣有“植物細胞代謝的總調節(jié)者”之稱，尤其在環(huán)境脅迫下，鈣與鈣調素參與脅迫信號的接收、傳遞、響應和表達，具有增強植物抗逆性的作用[3]；鈣不僅是番茄必需的中量營養(yǎng)元素，而且是具有極其重要生理功能的抗逆功能元素[4]。研究還發(fā)現(xiàn)，硅也是一種對植物生長非常有益的元素，在抗高溫和紫外線脅迫中也具有一定作用[5]。

研究顯示，鈣和硅對茄果類蔬菜有生長促進作用[6-7]。原因在于這類物質的懸浮液可在植物葉片或果實上形成均質化保護膜，通過過濾太陽光，減少輻射灼傷[2]。當以稀釋濃度應用時，懸浮液能透過氣孔進入植物葉片內部，從調控光合、水分生理的途徑或穩(wěn)固細胞壁和果膠的途徑降低高溫高輻射逆境損傷。

盡管鈣硅對作物生理和品質的影響已有報道，但有關設施亞高溫下鈣硅的耦合調控效應及機制探討還鮮見報道。本文通過田間試驗，開展噴施鈣硅調控番茄生長研究，旨在為應對春茬番茄亞高溫逆境提供技術指導，為闡明鈣硅耦合調控效應及營養(yǎng)調控機制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2018年2—7月在北京市大興區(qū)長子營鎮(zhèn)小竹樓設施農業(yè)示范基地進行。土壤類型為褐土，質地為壤土。種植前耕層土壤有機質含量15.6 g·kg-1、全氮含量0.67 g·kg-1、硝態(tài)氮60 mg·kg-1、速效磷56 mg·kg-1、速效鉀115 mg·kg-1。供試番茄品種為鑫語，穴盤基質育苗，育苗基質為草炭和蛭石體積比2∶1的混合物。于1月20日播種，3月5日定植，7月20日拉秧。每株番茄留果4穗。番茄生長期間，采用滴灌追肥方式，苗期、開花期和膨果期的土壤含水量均控制在65%～75%，當土壤含水量降至設計下限時，進行灌溉達到相應的上限含水量。土壤含水量采用TDR100便攜式水分監(jiān)測儀(北京渠道科學器材有限公司)測定。全生育期累計灌水9次，滴灌水量1 650 m3·hm-2。追肥采用水溶肥，營養(yǎng)生長期以高氮水溶肥為主，開花期和膨果期以高氮(N-P2O5-K2O為30-10-10)和高鉀水溶肥(N-P2O5-K2O為16-6-30)交替配合施用。通過土壤含水率、水表和施肥泵精確控制灌水量和施肥量。累計N、P2O5和K2O投入量為210、150 kg·hm-2和270 kg·hm-2。

采用完全隨機試驗設計。設置清水CK(T1)、Ca(NO3)2(T2)、Ca(H2PO4)2(T3)、KSiO4(T4)、Ca(NO3)2+ KSiO4(T5)、和Ca(H2PO4)2+ KSiO4(T6)等6個處理，每個處理重復3次。每個試驗小區(qū)的種植面積為30 m2，起壟雙行種植，壟寬0.8 m，壟間距0.6 m，株距0.4 m，行距0.6 m。種植密度34 695株·hm-2。試驗用源制劑均按照1.2 g·L-1的濃度供應，噴施制劑用量1 020 L·hm-2·次-1。5月5日開始葉面噴施(根據(jù)大棚內空氣溫度監(jiān)測，午后2～3 h內溫度達到甚至超過35℃的出現(xiàn)頻次較高)，共噴施3次，每兩次間隔時間為7～10 d。

1.2 測定方法

番茄產(chǎn)量測定：每次采收時，每個小區(qū)單獨計產(chǎn)，根據(jù)整個生長周期21次累計果重與種植面積計算產(chǎn)量，折算為kg·hm-2。

葉綠素SPAD值測定：采用便攜式葉綠素儀(SPAD-502)測定，重復10次，取平均值。

植株生物量測定：在盛果期每個小區(qū)采集6株代表性植株，分別測定果實和根系鮮重。取部分果實和根系樣品分別裝紙袋后，于105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重計算含水量，計算果實和根系的干重。

氮磷鉀含量測定：果實和根系的烘干樣品，粉碎并過0.5 mm篩，用H2SO4-H2O2消煮后，測定全氮、全磷、全鉀含量。全氮采用凱氏定氮儀(FOSS 2300型，青島聚創(chuàng)環(huán)保有限公司)測定，全磷采用分光光度計(數(shù)顯752N型，上海精密科學儀器有限公司)測定，全鉀采用火焰光度計(6400A，上海精密科學儀器有限公司)測定。

水分利用率(kg·m-3)=產(chǎn)量(kg·hm-2)/灌水量(m3·hm-2)

氮、磷、鉀轉運系數(shù)、吸收量：

轉運系數(shù)=果實含量/根系含量

吸收量(kg·hm-2)=干質量(kg·hm-2)×含量(g·kg-1)/1000

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)分析采用Microsoft excel 2007，采用SPSS 16.0軟件中的多重比較法進行處理間差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理下番茄產(chǎn)量及水分利用率

表1顯示，與T1(CK)相比，T2和T3處理的番茄產(chǎn)量分別增加8.8%(P<0.05)、7%(P<0.05)，水分利用率分別增加7 kg·m-3(P<0.05)、5.5 kg·m-3(P<0.05)。表明Ca(NO3)2和Ca(H2PO4)2噴施顯著增加了番茄產(chǎn)量和水分利用率，Ca(NO3)2的作用優(yōu)于Ca(H2PO4)2。T4處理的番茄產(chǎn)量增加2.2%(P>0.05)，水分利用率增加1.8 kg·m-3(P>0.05)，表明KSiO4的調控作用不明顯。T5和T6處理的番茄產(chǎn)量分別增加4.7%(P<0.05)和2.9%(P>0.05)，水分利用率分別增加3.8 kg·m-3(P<0.05)和2.3 kg·m-3(P>0.05)，表明，Ca(NO3)2+KSiO4噴施處理顯著增加番茄產(chǎn)量和水分利用率，Ca(H2PO4)2+KSiO4噴施處理的調控作用顯著。

表1 不同處理番茄產(chǎn)量及水分利用率Table 1 Tomato yield and water use efficiency under different treatments

產(chǎn)量和水分利用率在不同處理間呈Ca(NO3)2>Ca(H2PO4)2>Ca(NO3)2+KSiO4> Ca(H2PO4)2+KSiO4> KSiO4>CK，表明兩種鈣懸液的調控作用優(yōu)于硅酸鉀懸液，硝酸鈣的作用優(yōu)于磷酸二氫鈣，鈣硅復配液的作用介于含鈣懸液和硅酸鉀之間。

2.2 不同處理下番茄葉片SPAD值及根系干重

表2顯示，與T1(CK)相比，T2～T6處理的葉片SPAD值變化不顯著，表明鈣硅及復配懸液處理對葉片葉綠素含量的影響不顯著。與T1(CK)相比，T2、T3、T4、T5、T6處理的根系干重分別增加35%、41%、11%、47%和26%，且均達顯著水平，表明噴施Ca(NO3)2、Ca(H2PO4)2、KSiO4、Ca(NO3)2+KSiO4和Ca(H2PO4)2+KSiO4刺激了根系生長和發(fā)育，增幅為Ca(NO3)2+KSiO4>Ca(H2PO4)2>Ca(NO3)2>Ca(H2PO4)2+KSiO4>KSiO4。

表2 不同處理番茄葉片SPAD值及根系干重Table 2 SPAD value of leaf and root dry weight of tomato under different treatments

2.3 不同處理下番茄根系氮磷鉀吸收量

表3顯示，與T1(CK)相比，T4處理根系氮吸收變化不顯著，T2、T3、T5、T6處理根系氮吸收分別增加25%、53%、48%和25%，且均達顯著水平，表明噴施KSiO4未顯著增加根系氮吸收，噴施Ca(NO3)2、Ca(H2PO4)2、Ca(NO3)2+KSiO4、Ca(H2PO4)2+KSiO4顯著增加了根系氮吸收，4種處理的增幅Ca(H2PO4)2≈Ca(NO3)2+KSiO4>Ca(NO3)2≈Ca(H2PO4)2+KSiO4。與T1相比，T2、T3、T4、T5、T6處理根系磷吸收分別增加32%、43%、8.5%、63%和28%，均達顯著水平，表明噴施鈣硅處理顯著促進根系磷的吸收，促磷吸收的增幅，Ca(NO3)2+KSiO4處理最大，Ca(H2PO4)2處理次之，KSiO4處理最小。與T1(CK)相比，T2、T3、T4、T5、T6處理根系鉀吸收分別增加22%(P>0.05)、56%(P<0.05)、18%(P>0.05)、83%(P<0.05)和35%(P<0.05)，表明噴施Ca(NO3)2+KSiO4、Ca(H2PO4)2和Ca(H2PO4)2+KSiO4顯著促進根系鉀的吸收，Ca(NO3)2和KSiO4處理對根系鉀吸收的增加作用不明顯。

表3 不同處理番茄根系氮、磷和鉀吸收量/(kg·hm-2)Table 3 Nitrogen, phosphorus and potassium absorption of tomato root under different treatments

2.4 不同處理下番茄果實氮磷鉀吸收量

表4顯示，與T1(CK)相比，T2、T3處理果實氮吸收分別增加20%(P<0.05)、10%(P<0.05)，T5、T6處理分別增加1.5%(P>0.05)和2.9%(P>0.05)，T4處理果實氮吸收無顯著差異，表明噴施Ca(NO3)2和Ca(H2PO4)2顯著促進了果實氮吸收，Ca(NO3)2+KSiO4、Ca(H2PO4)2+KSiO4、KSiO4對果實氮吸收未產(chǎn)生明顯影響。與T1(CK)相比，T2、T3、T4、T5、T6處理果實磷吸收分別增加39%、40%、27%、29%和42%,均達顯著水平，T2、T3、T4、T5、T6的果實磷吸收處理間的差異不顯著，表明噴施Ca(NO3)2、Ca(H2PO4)2、KSiO4、Ca(NO3)2+KSiO4、Ca(H2PO4)2+KSiO4明顯促進了果實磷的吸收，不同懸液效果差異不顯著。與T1(CK)相比，T2～T6處理顯著增加果實鉀吸收，增幅呈T3>T5>T4≈T6≈T2，表明噴施Ca(H2PO4)2、Ca(NO3)2+KSiO4、Ca(NO3)2、KSiO4、Ca(H2PO4)2+KSiO4明顯促進了果實鉀吸收，增幅以Ca(H2PO4)2最大，Ca(NO3)2+KSiO4次之。

表4 不同處理番茄果實氮、磷和鉀吸收量/(kg·hm-2)Table 4 Nitrogen, phosphorus and potassium absorption of tomato fruit under different treatments

2.5 不同處理下番茄根系至果實的氮磷鉀轉運能力

表5顯示，與T1(CK)相比，T2處理顯著增加氮轉運，T4和T5處理的增幅不明顯，T3和T6處理的影響不明顯。表明噴施Ca(NO3)2、Ca(NO3)2+KSiO4和KSiO4促進了番茄根系至果實的氮轉運，Ca(NO3)2促氮轉運的增幅達到顯著水平；Ca(H2PO4)2+KSiO4和Ca(H2PO4)2對氮轉運的影響不明顯。與T1(CK)相比，T2～T6處理顯著增加了磷和鉀的轉運，磷鉀轉運系數(shù)在噴施處理間的差異不顯著，表明應用鈣、硅及其復配懸液顯著促進番茄磷鉀轉運，不同懸液間差異不顯著。

表5 不同處理番茄根系至果實的氮、磷、鉀轉運系數(shù)Table 5 Nitrogen, phosphorus and potassium transfer coefficient from tomato root to fruit under different treatments

2.6 硅酸鉀與含鈣物質的交互作用分析

二因素分析(表6)表明，噴施KSiO4懸液對番茄根系干重、根系磷鉀吸收、磷轉運及果實氮鉀吸收存在顯著影響。噴施含鈣懸液對番茄產(chǎn)量、水分利用率、根系干重、果實氮磷鉀吸收、根系氮磷鉀吸收、氮磷轉運均存在顯著影響。KSiO4與含鈣懸液對產(chǎn)量、水分利用率、根系干重、果實氮磷鉀吸收、根系氮磷鉀吸收、磷轉運的影響存在顯著的交互效應。各因子對產(chǎn)量、水分利用率、根系干重、根系氮磷鉀吸收、氮磷鉀轉運差異的貢獻度大小均表現(xiàn)為：含鈣物質>含鈣物質×KSiO4>KSiO4。

表6 硅酸鉀與兩種含鈣物質交互作用對設施番茄生產(chǎn)的影響Table 6 Interactive effects of KSiO4 and two kinds of calcium-containing substances on tomato production

2.7 番茄果實和根系測定指標的相關分析

不同測定指標的Pearson相關分析(表7)顯示：番茄產(chǎn)量與水分利用率、果實氮磷吸收、根系干重、根系氮吸收均存在極顯著的正相關關系，與根系磷吸收存在顯著的正相關關系。果實氮吸收與果實磷吸收存在顯著的正相關關系，與氮轉運存在極顯著的正相關關系。果實磷吸收與根系干重、根系氮磷吸收存在顯著的正相關關系，與磷轉運存在極顯著的正相關關系。果實鉀吸收與根系鉀吸收存在極顯著的正相關關系，與根系氮吸收、鉀轉運存在顯著的正相關關系，與氮轉運存在顯著的負相關關系。根系干重與根系氮磷鉀吸收存在極顯著的正相關關系。根系氮吸收與根系磷鉀吸收以及根系磷吸收與根系鉀吸收均存在極顯著的正相關關系。

表7 番茄果實和根系測定指標的Pearson相關分析Table 7 Pearson correlation analysis of the measured indicators of tomato fruit and root

3 討 論

試驗表明，兩種含鈣物質的噴施調控效果明顯優(yōu)于KSiO4，鈣硅復配懸液的調控效果介于二者之間。噴施含鈣物質明顯增加了番茄的產(chǎn)量與水分利用率，這與噴施含鈣懸液明顯增加甘藍和春甜桔產(chǎn)量的結果[8-9]基本一致。增產(chǎn)原因可能在于：噴施含鈣懸液的時間節(jié)點選擇在設施春番茄微氣候處于高溫高輻射的時期進行，起到了增強葉片紅外反射能力的作用，從而有助于減慢衰老和成熟過程，獲得更高的果實產(chǎn)量[10-11]。本研究中，KSiO4懸液雖然表現(xiàn)出增產(chǎn)作用，但其調控作用不顯著，這與添加硅明顯增加黃瓜鮮重的結果不同[12]，試驗結果差異可能與硅源類型有關[13]，也可能與作物類型和硅濃度有關。與鈣相比，硅是否為植物必需元素尚無定論，我們推測，適當降低硅濃度可能會起到更好的調控效果。

相關分析表明，番茄產(chǎn)量和水分利用率與其根系鮮重和根系氮磷鉀吸收顯著正相關。本研究中，噴施含鈣懸液明顯增加番茄產(chǎn)量及提升水分利用率的調控作用與其明顯促進根系生長發(fā)育及養(yǎng)分吸收有關。證實葉面噴施調控措施會影響到根系的生長及營養(yǎng)吸收。

番茄產(chǎn)量較高的Ca(NO3)2和Ca(H2PO4)2處理，其果實N、P吸收明顯高于KSiO4及鈣硅復配處理，表明噴施含鈣物質增加番茄產(chǎn)量與其促進果實N、P吸收密切相關。Ca(NO3)2處理的N轉運系數(shù)及果實N吸收明顯高于Ca(H2PO4)2處理，表明Ca(NO3)2處理的產(chǎn)量優(yōu)勢與其促進果實N吸收有關。分析還發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量最低的KSiO4處理，其植株N轉運及果實N吸收差于其他處理，說明果實N吸收是限制KSiO4處理番茄產(chǎn)量提升的一個重要原因。不同噴施處理的養(yǎng)分吸收差異主要體現(xiàn)在N、K，尤其是N吸收上，P的吸收差異不明顯。

含鈣物質與KSiO4對番茄根系生長及NPK吸收、果實產(chǎn)量及NPK吸收的影響存在顯著的交互效應，各因子對產(chǎn)量及水分利用的變異度貢獻呈含鈣物質>含鈣物質×KSiO4>KSiO4。陳華等[14]的研究中，不同因子對產(chǎn)量增加的貢獻呈鈣肥>鈣硅肥>硅肥，與本研究試驗結果一致。結合產(chǎn)量與水分利用數(shù)據(jù)認為，噴施含鈣懸液的改善效果最佳。

4 結 論

噴施鈣硅懸液促進番茄根系發(fā)育及植株磷鉀吸收，對植株氮吸收的影響因具體處理不同而異。5個處理中，有3種懸液取得了相對較好的亞高溫調控效果，分別是Ca(NO3)2、Ca(H2PO4)2和Ca(NO3)2+KSiO4，產(chǎn)量增幅分別為9%、7%和4.7%，水分利用率提升分別為7、5.5 kg·m-3和3.8 kg·m-3。Ca(H2PO4)2+KSiO4和KSiO4未取得理想的調控效果。含鈣懸液單獨噴施的比較優(yōu)勢與其顯著促進植株和果實氮吸收密切相關。含鈣物質和KSiO4對番茄產(chǎn)量的影響存在顯著的交互效應，各因子對產(chǎn)量的貢獻呈：含鈣物質>含鈣物質×KSiO4>KSiO4。含鈣懸液噴施技術是一項簡便有效實用的技術，能實現(xiàn)番茄增產(chǎn)及生物節(jié)水能力的提升，是設施春茬番茄生產(chǎn)的一項重要輔助措施。