日光溫室袋培番茄氮、磷、鉀、鈣、鎂 營養(yǎng)吸收分配規(guī)律研究

王丹丹，張慶銀，李 燕，齊連芬，牛瑞生，趙曉明，師建華，田國英

（石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021）

番茄是世界范圍內(nèi)栽培面積最廣的蔬菜作物之一，也是中國設(shè)施栽培的主要蔬菜之一［1-4］。長期以來，種植者為了提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)，大量施用化肥農(nóng)藥，但長此以往不僅不利于番茄安全生長發(fā)育，還會造成浪費，導(dǎo)致土壤次生鹽漬化、土壤板結(jié)以及果實品質(zhì)下降等問題，影響設(shè)施農(nóng)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展［5-7］。因此急需制定科學(xué)的番茄施肥措施，但科學(xué)施肥的前提是了解其養(yǎng)分吸收規(guī)律。

目前，關(guān)于肥料對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的作用已有報道：齊連芬等［8］研究認為有機肥與微生物菌劑不同配比可以提高番茄產(chǎn)量或品質(zhì)；張小蘭等［9］分析了控釋肥不僅可以提高日光溫室基質(zhì)袋培番茄養(yǎng)分利用效率，而且提高番茄產(chǎn)量。隨著大量元素的施用，中微量元素對番茄增產(chǎn)的效果越來越明顯：館西林等［10］研究了設(shè)施基質(zhì)條件下不同茬口櫻桃番茄的養(yǎng)分吸收及分配規(guī)律，結(jié)果表明形成1000 kg 果實櫻桃番茄植株的N、P、K、Ca、Mg 吸收量分別是4.31 ～4.79 kg、0.68 ～0.78 kg、5.60 ～6.43 kg、0.68 ～0.99 kg、0.31 ～0.48 kg，同時，開花期要注重鈣、鎂的補充，盛果期要提供充足的營養(yǎng)，因為盛果期為養(yǎng)分大量吸收累積的關(guān)鍵期；申曉芳［11］研究表明不同鈣、鎂肥處理可以提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)；張劍等［12］研究表明鈣鎂硼肥配合施用可提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。

當(dāng)前關(guān)于番茄營養(yǎng)元素需求研究較多，研究重點在施基肥和追肥的條件下番茄植株的營養(yǎng)需求規(guī)律，而施入的基肥和追肥必然會有所流失不被植株完全吸收，當(dāng)前土壤鹽漬化問題嚴(yán)重，土壤中所含的營養(yǎng)元素基本可以維持植物正常生長發(fā)育，且有關(guān)不施基肥和追肥條件下番茄植株各營養(yǎng)元素吸收規(guī)律的研究尚未報道，因此本研究旨在袋培條件下研究不施基肥和追肥對番茄氮、磷、鉀、鈣、鎂吸收分配規(guī)律的研究，為番茄氮、磷、鉀、鈣、鎂肥追施時期提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)及試驗材料

試驗在石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院趙縣試驗基地日光溫室開展，東經(jīng)114°49＇26＂，北緯37°49’59＂，屬暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，年均溫度12.5 ℃。采用工廠化育苗，自動灌溉設(shè)施灌溉。上下風(fēng)口均安裝60目防蟲網(wǎng)。供試番茄品種為‘拉姆’。供試土壤為輕壤質(zhì)潮褐土，其基本理化性質(zhì)如下：有機質(zhì)42.2 g/kg，全氮（N）2.52 g/kg，全磷（P）0.25 g/kg，全鉀（K） 1.42 g/kg，全鈣（Ca）25.5 g/kg，全鎂（Mg）7.39 g/kg，pH 值7.4。

1.2 試驗設(shè)計及栽培管理

2019 年3 月15 日定植于栽培袋內(nèi)，栽培袋長20 cm×寬20 cm×高30 cm，每袋裝干土6.0 kg，每袋1 株。采用大小行距種植，大行距90 cm，小行距70 cm，株距40 cm，采用單干整枝（及時去除側(cè)枝，只留1 個結(jié)果枝），單株留6 穗果，于2019年6 月2 日打頂。番茄生長全生育期不追施任何肥料。根據(jù)番茄生長發(fā)育特性，將定植后19 ～46 d 定為苗期，46 ～74 d 定為開花結(jié)果期，74 ～103 d 定為果實成熟期。試驗共種植四壟160 株番茄，每周隨機取樣1 次，每次選取3 株長勢一致的植株作為3次重復(fù)，分別稱量植株的根、莖、葉、果的干鮮質(zhì)量。

1.3 測定項目及方法

植株鮮質(zhì)量：選擇長勢一致的番茄植株進行破壞性取樣。將根、莖、葉、果及時剪下（根用水沖洗干凈后用吸水紙擦干），在電子秤上分別測量各部分的質(zhì)量。

植株干物質(zhì)量：將稱量好的根、莖、葉、果分裝在牛皮紙袋中，置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，然后調(diào)至80 ℃恒溫烘干至恒重，干燥冷卻后分別稱量根、莖、葉、果的質(zhì)量。

全氮、全磷、全鉀：采用硫酸- 過氧化氫（H2SO4-H2O2）消化改進法［13］。

全鈣、全鎂：采用濕法消解法。用原子吸收分光光度計測定濃度值［14］。

1.4 計算方法

各器官氮（磷、鉀、鈣、鎂）吸收量（mg/株）＝各器官氮（磷、鉀、鈣、鎂）含量×干物質(zhì)量；

各器官氮（磷、鉀、鈣、鎂）分配比例（%）＝各器官氮（磷、鉀、鈣、鎂）吸收量/植株總氮（磷、鉀、鈣、鎂）吸收量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010 進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理，采用Spss18.0 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和方差分析，采用Origin8.0 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 根、莖、葉、果干物質(zhì)變化

植株中根、莖、葉、果的干物質(zhì)隨取樣時間變化而變化。圖1 為根、莖、葉、果的干物質(zhì)隨取樣時間的變化圖，其中根的增加較緩慢，莖、葉、果的增速較快，定植60 d 后莖、葉、果的干物質(zhì)增速加快，后期果的干物質(zhì)增速最快。因此，將定植后19 ～46 d 定為苗期，此時干物質(zhì)積累較少，46 ～74 d 為開花結(jié)果期，干物質(zhì)積累迅速增加，74 ～103 d 為果實成熟期，干物質(zhì)積累速率下降。

圖2 為根、莖、葉、果各部分占總干物質(zhì)的比例圖?？梢钥吹礁?、葉所占總干物質(zhì)比例均呈下降趨勢，根中干物質(zhì)在前期下降迅速，后期下降緩慢，葉在定植后32 ～46 d 期間下降速度最快。莖所占比例先升高后降低，且后期平緩下降。果所占比例持續(xù)上升，且定植后32 ～46 d 期間的增速最快，表明定植后32 ～46 d（苗期）是果的生長速率最快的時期。

圖1 根、莖、葉、果干物質(zhì)隨取樣時間變化圖Fig. 1 Dry matter changes in root, stem, leaf and fruit with sampling time

圖2 根、莖、葉、果占總干物質(zhì)比例Fig. 2 The ratio of roots, stems, leaves and fruits to total dry matter

2.2 植株中氮、磷、鉀元素含量和吸收量的變化規(guī)律

2.2.1 根中氮、磷、鉀、鈣、鎂元素的含量和吸收量 隨定植天數(shù)的增加，全鉀、全鎂的元素含量均呈下降趨勢（表1），全氮、全磷含量變化不大，全鈣含量呈上升趨勢，但是在定植后32 d 全鉀含量及定植后60 d 全鈣含量呈現(xiàn)迅速下降情況。全磷、全鉀、全鎂在植株的生長后期均低于前期，而全鈣含量高于生長前期。氮、鉀、鈣、鎂元素的吸收量自定植后19 d 到103 d 持續(xù)增加，分別從9.54、17.70、2.90、0.23 mg/ 株增加到105.16、134.75、74.05、1.75 mg/ 株；磷元素的吸收量前期一直增加，后期呈下降趨勢，但前期為1.47 mg/株，后期8.82 mg/株（表2）。根中各元素的吸收量均是后期 多于前期。2.2.2 莖中氮、磷、鉀、鈣、鎂元素的含量和吸收量 莖中全氮、全磷、全鉀元素含量均呈下降趨勢（表1）），分別從20.92、4.45、50.85 g/kg 下降到13.79、1.01、26.00 g/kg，全鈣、全鎂呈上升趨勢，分別從5.06、0.31 g/kg 上升到10.97、0.36 g/kg。氮、鉀、鈣、鎂元素的吸收量均呈上升趨勢（表2），分別從前期的23.36、56.78、5.65、0.35 mg/株上升到后期的600.37、1 131.96、477.58、15.75 mg/株；磷元素的吸收量與根中磷元素的吸收量變化趨勢一致，均為前期增加后期下降，但前期為4.97 mg/株，后期為43.92 mg/株。莖中各元素的吸收量均高于根中。

表1 番茄不同定植天數(shù)各部位中氮、磷、鉀、鈣、鎂元素含量的測定結(jié)果Table 1 Determination results of contents of nitrogen, phosphorous, potassium, calcium and magnesium in each part of tomato after different planting days

2.2.3 葉中氮、磷、鉀、鈣、鎂元素的含量和吸收量 葉中全氮、全磷、全鉀元素含量均呈下降趨勢，分 別 從48.96、4.41、34.03 g/kg 下 降 到24.52、1.65、15.76 g/kg，全鈣、全鎂元素含量呈上升趨勢，分別從15.37、0.43 g/kg 上升到16.38、0.52 g/kg，與莖中元素含量變化趨勢一致。氮、磷、鉀、鈣、鎂元素的吸收量均呈上升趨勢（表2），分別從158.30、14.27、110.01、49.71、1.37 mg/ 株 上 升 到2 872.24、193.38、1 846.51、1 918.49、60.37 mg/株。葉中各元素的吸收量前期和后期均比莖中各元素的吸收量高。

2.2.4 果中氮、磷、鉀、鈣、鎂元素的含量和吸收量 由于定植后19 d 番茄剛開始坐果，果實器官太小，測定元素含量的取樣量不夠，故此時果中各元素含量未測定。全氮、全磷、全鈣、全鎂元素含量均在定植后32 d 最高，分別為42.75、6.43、5.40、0.32 g/kg，然后均下降。定植后46 d 至拉秧期間各元素含量相對穩(wěn)定，全氮保持在25 g/kg 左右，全磷保持在5 g/kg 左右，全鈣保持在1.8 g/kg 左右，全鎂保持在0.2 g/kg 左右。全鉀呈先升高后降低的趨勢，在定植后74 d 含量最高，為35.63 g/kg（表1）。果中各元素的吸收量持續(xù)上升，氮、磷、鉀元素的吸收量均高于葉中，鈣、鎂元素的吸收量低于葉中 （見表2）。

2.2.5 全株中氮、磷、鉀、鈣、鎂元素含量和吸收量 全株中全氮、全磷、全鉀元素的含量均是先上升后下降，全鈣、全鎂元素的含量均呈上升趨勢。全氮、全磷、全鉀、全鈣、全鎂元素分別由前期的191.20、20.72、184.49、58.26、1.96 mg/ 株 上 升到后期的7 623.60、750.78、8 027.10、2 728.10、109.05 mg/株（表1）。全生育期中各元素總吸收量由高到低依次為鉀、氮、鈣、磷、鎂（27 413.53、22 350.43、8 635.61、2 371.39、309.56 mg/株） （表2），氮、磷、鉀、鈣、鎂各元素吸收量比例約為1 ∶0.11 ∶1.23 ∶0.39 ∶0.01。

表2 番茄不同定植天數(shù)各部位中氮、磷、鉀、鈣、鎂元素吸收量的測定結(jié)果Table 2 Determination results of accumulation of nitrogen, phosphorous, potassium, calcium and magnesium in each part of tomato after different planting days

續(xù)表：

2.3 番茄不同定植天數(shù)植株各部位氮、磷、鉀、鈣、鎂營養(yǎng)元素分配規(guī)律

番茄不同定植天數(shù)氮、磷、鉀、鈣、鎂分配見圖3。由圖可知，定植后74 d 之前葉中氮的分配比例最高，定植初期所占比例最高，為82.79%，74 d之后果中氮的分配比例超過葉中，其分配比例最高達53.25%，根、莖中氮、磷、鉀、鈣、鎂的分配比例始終相對葉、果較低。葉中鈣、鎂的分配比例始終大于莖、果、根中的分配比例。果中氮、磷、鉀、鈣、鎂分配比例隨定植天數(shù)的增加而增大，但鈣、鎂分配比例增大幅度較氮、磷、鉀分配比例小。

圖3 不同定植天數(shù)番茄氮、磷、鉀、鈣、鎂分配規(guī)律Fig. 3 Nutrients distribution of N, P, K, Ca, and Mg after different planting days of tomato

由圖4 可知，定植后46 ～74 d（開花結(jié)果期），番茄對磷、鉀、鈣的吸收量最高，分別占總吸收量的40.35%、51.70%、45.65%占5 種元素全生育期吸收總量的29.62%；定植后74 ～103 d（成熟期），番茄對氮、鎂的吸收量最高，分別占總吸收量的45.06%、45.65%，占5 種元素全生育期吸收總量的18.11%；氮、磷、鉀、鈣、鎂5 種元素在定植后19 ～46 d（苗期）的吸收量均最低，分別占總吸收量的15.74%、22.78%、19.08%、16.43%、13.13%，占5 種元素全生育期吸收總量的17.49%；上述數(shù)據(jù)表明，磷、鉀、鈣的最大效率期為開花結(jié)果期，其次為果實成熟期，苗期效率最低；氮、鎂的最大效率期為果實成熟期，其次為開花結(jié)果期，幼苗期效率最低。

圖4 不同定植天數(shù)番茄氮、磷、鉀、鈣、鎂分配規(guī)律Fig. 4 Nutrients distribution of N, P, K, Ca, and Mg after different planting days of tomato

3 討論

3.1 番茄植株干物質(zhì)積累與分配規(guī)律

干物質(zhì)是植物光合作用最終產(chǎn)物，植物經(jīng)濟產(chǎn)量的形成與干物質(zhì)的積累、分配、轉(zhuǎn)運密切相關(guān)［15］。番茄全生育期內(nèi)，各器官干物質(zhì)積累速度整體呈慢—快—慢的變化趨勢，不同生長時期各器官的干物質(zhì)積累量存在差異，莖、葉、果的干物質(zhì)積累變化情況較根的變化情況明顯。苗期各部位干物質(zhì)積累速度較慢，開花結(jié)果期干物質(zhì)積累量增加迅速，果實成熟期干物質(zhì)積累速度又有所下降。苗期和開花結(jié)果期葉占植株中干物質(zhì)總量的比例最大，果實成熟期果所占比例超過葉所占比例。

3.2 番茄營養(yǎng)元素吸收與分配規(guī)律

養(yǎng)分是構(gòu)成植物體的組成成分，也是植株進行生理活動不可或缺的參與者，其中，氮、磷、鉀、鈣和鎂是植物正常生長發(fā)育所必需的大、中量 元素［16-20］。

本試驗是在未施基肥和追肥的條件下進行的，5種營養(yǎng)元素在番茄干物質(zhì)生產(chǎn)中均發(fā)揮重要作用，但由于各營養(yǎng)元素及番茄需肥特性的差異，生育期內(nèi)各營養(yǎng)元素的吸收量存在較大差異。苗期5 種元素均主要分布于葉中，且氮和鉀的量顯著高于磷、鈣、鎂元素。這可能是由于氮在植物葉中用于合成葉綠素，鉀參與光合作用，增強光合產(chǎn)物運輸，因此生長前期葉中氮、鉀累積有利于植株葉片光合功能及產(chǎn)物正常運轉(zhuǎn)，為后期物質(zhì)累積提供物質(zhì)基礎(chǔ)。莖中鉀的含量較高，是由于鉀元素在植物體內(nèi)以離子狀態(tài)存在，可促進莖稈維管束發(fā)育、參與光合產(chǎn)物向貯存器官運輸［21］。磷的主要功能是對遺傳信息的存儲和傳遞、能量代謝與腺苷磷酸、磷儲藏庫［17］，果實中磷的含量在開花結(jié)果期中最高，說明此時磷可能在發(fā)揮其遺傳信息的存儲和傳遞功能；鉀的主要生理功能是激活酶、參與光合作用、調(diào)節(jié)植物水分平衡、調(diào)節(jié)陰陽離子平衡和pH 值、促進蛋白質(zhì)代謝、改善果實品質(zhì)等［22］，而本試驗果中鉀的含量在結(jié)果期最高，說明此時鉀的主要功能是促進蛋白質(zhì)代謝、改善果實品質(zhì)；開花結(jié)果期葉中的氮、磷、鉀、鈣、鎂量均下降，說明植株開始由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變。莖和果實中的全鉀均超過全氮全磷，與吳建繁［23］研究結(jié)果一致。莖葉中鈣的含量較少，根中含量較高，這可能是由于生長后期，植株衰老，幼嫩組織較少，而只有幼嫩根尖能吸收鈣，且鈣很難在韌皮部運輸［19］，所以很難向下轉(zhuǎn)移，因此由韌皮部汁液供應(yīng)的器官—果實和種子，果中鈣的含量較低。鎂元素是植物生長發(fā)育過程中不可或缺的營養(yǎng)元素，一般植物體內(nèi)的鎂含量約為0.5%～ 0.7%［24］。鎂是葉綠素分子的中心原子，位于葉綠素分子結(jié)構(gòu)的卟啉環(huán)中心，對光合作用來說是必不可少的［20］。由于番茄植株的不斷生長，其需要的養(yǎng)分越多，因此需要進行的光合作用越來越強，所以葉中全鎂的含量較高。

本試驗中番茄全生育期內(nèi)對5 種元素需求的大小順序為鉀＞氮＞鈣＞磷＞鎂，各元素吸收量比例約為1∶0.11∶1.23∶0.39∶0.01。蔣衛(wèi)杰等［25］得出番茄氮、磷、鉀的吸收比例為1∶0.25∶1.14，柴喜榮等［26］得出番茄氮、磷、鉀最適宜的吸收比例為1∶0.24∶1.45，均與本試驗中氮、磷、鉀的吸收比例相似。本試驗中磷所占比例偏低，且結(jié)果期需磷量較大，因此可在結(jié)果之前補施磷肥，因為19 ～46 d 為苗期，此時尚未開花結(jié)果，磷的需要量較少，但肥料從施入到被植物吸收需要一段時間，因此本研究認為可在定植后1 個月開始補充磷肥，以防由于磷肥補充不及時導(dǎo)致植株生長緩慢、果實發(fā)育不良等。氮、鉀肥作為大量元素肥，在苗期所占比例較低，而苗期正是營養(yǎng)生長的關(guān)鍵時期，因此認為可于苗期開始補充。柳美玉等［21］研究的營養(yǎng)液濃度對番茄營養(yǎng)生長期干物質(zhì)積累及養(yǎng)分吸收的影響中，營養(yǎng)生長期番茄植株氮、磷、鉀、鈣、鎂吸收總量的比例為1∶(0.22～0.25)∶(0.80～0.87)∶(1.21～1.28)∶(0.31～ 0.34)，其鈣、鎂的吸收量高于本試驗，而鈣、鎂與光合作用、細胞伸長等密切相關(guān)，因此可在苗期未見花蕾時即補充鈣鎂肥。