番茄對氮磷鉀及中微量元素的吸收規(guī)律研究

褚 嶼，駱洪義，林舉梅，左世福，張喜琦，陳堂鑫，徐 震，王志遠

（山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東 泰安 271018）

番茄（Solanum lycopersicum）是世界上種植分布最廣、食用人數(shù)最多的作物之一，在蔬菜生產(chǎn)中占有十分重要的地位［1-2］。番茄喜溫、喜光、耐肥，較耐旱，但不耐澇；番茄種植對土壤條件要求不嚴格，但應避免連作［3］。番茄結果期長，產(chǎn)量高，必須要有充足的養(yǎng)分供應。前人的研究結果表明，氮素是合成細胞膜的重要元素之一，增施氮肥能顯著提升番茄莖葉的生長，提高作物光合速率，改善番茄品質，但過量單一施用氮肥，將導致莖枝徒長、延遲成熟、產(chǎn)量品質降低［4-7］。磷素能夠促進番茄根系生長，提高抗病、抗旱、抗寒能力，適量施磷能使植物生長發(fā)育良好，促進早熟；施磷過多會影響植物對其它元素的吸收［8-10］。番茄全生育期內(nèi)對鉀素吸收最多，鉀素可以增加番茄的抗性，促進果實發(fā)育，對果實著色具有重要作用，提高果實品質。如果鉀肥施用過多，會導致根系老化，妨礙莖葉的發(fā)育［11-12］。番茄需鈣較多，如果生長期間缺鈣果實很容易發(fā)生生理障礙。鈣、鎂濃度過量或不足，會導致番茄吸收氮、磷、鉀減少，植株生長發(fā)育弱，果實產(chǎn)量和品質降低；缺鈣、鎂還引起根莖葉部分細胞木質化程度加深，從而導致植株對養(yǎng)分的吸收、運輸和分配受阻［13-14］。作物生長初期，鎂大多存在于葉片中，到了結實期，則以植酸鹽的形態(tài)儲存在種子中。Grimme［15］發(fā)現(xiàn)，當鎂供應量較少時，它首先積累在籽粒中，且生殖器官能優(yōu)先得到鎂的供應；當鎂供應充分時，鎂首先累積在營養(yǎng)體中，此時，營養(yǎng)體是鎂的儲存庫。據(jù)有關資料顯示，鎂能促進加工番茄的營養(yǎng)物質從老葉向嫩葉和幼嫩器官轉移［16］，可見，進行氮、磷、鉀合理配施，對提高番茄產(chǎn)量，改善番茄品質具有重要作用。

關于番茄對氮、磷、鉀的吸收特性已有相關報道，由于番茄品種、產(chǎn)量水平及土壤特性不同，其吸收量及吸收比例差異較大。特別是近年來，隨著番茄品種的改良和栽培新技術的應用，以及種植區(qū)域和設施情況不同，其對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收利用特性勢必發(fā)生較大變化。前人研究表明，不同試驗條件下番茄最適宜氮磷鉀用量不同，且以上需肥規(guī)律的研究均采用基施加追施方式，在目前生產(chǎn)中，番茄養(yǎng)分供應大多采用水肥一體化方式，但關于水肥一體化條件下，番茄需肥規(guī)律的研究較少。因此，在前人研究的肥料用量應用于水肥一體化條件下，通過此試驗研究番茄需肥規(guī)律，探索水肥一體化條件下番茄在不同生長階段對氮、磷、鉀、鈣、鎂及微量元素的吸收分配規(guī)律，為設施番茄高效施肥體系的建立及生產(chǎn)中的合理施肥提供科學的理論依據(jù)。本研究以“番茄”為試材，選用添加大量元素為主要成分的水溶肥料，旨在研究其在番茄上的應用效果，為其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大面積推廣應用提供科學依據(jù)和配套技術。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2018～2019年在山東省泰安市寧陽縣華豐鎮(zhèn)大棚中進行。供試土壤為壤土，全氮1.00 g·kg-1、硝 態(tài) 氮211.55 mg·kg-1、銨 態(tài) 氮81.02 mg·kg-1、有效磷（P2O5）28.38 mg·kg-1、速效鉀（K2O）83.21 mg·kg-1、有 機 質11.40 g·kg-1、pH 6.71、有效態(tài)鐵16.12 mg·kg-1、錳14.37 mg·kg-1、銅0.50 mg·kg-1、鋅7.02 mg·kg-1、交換態(tài)鈣1.77 g·kg-1、交換態(tài)鎂0.27 g·kg-1。供試品種為番茄“T101”，催芽后于8月19日定植，10月21日打頂，每株留5穗果，每穗留4個果實。行距50 cm，株距 30 cm。小區(qū)面積 67.7 m2，重復3次。

施肥量根據(jù)郭世榮［17］的研究，設計施肥量N 800 kg·hm-2、P2O5157.2 kg·hm-2、K2O 797 kg·hm-2、CaO 473.2 kg·hm-2、MgO 189.4 kg·hm-2，所施肥料為尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀、螯合鈣、硫酸鎂。采取滴灌的方式，將肥料充分溶解后，隨水滴灌到土壤中，共分 14次施用，其中定植-開花期施用1次，分別施入氮 、磷、鉀、鈣、鎂設計總量的10%、20%、5%、10%和0%，開花-坐果期施用1次，分別施入10%、15%、5%、5%和5%，采收期施用12次，分別施入80%、75%、90%、85%和95%。其它管理同普通生產(chǎn)，即定期噴灑農(nóng)藥和田間管理［18］，試驗期間番茄無病蟲害發(fā)生，番茄收獲時平均產(chǎn)量達270000 kg·hm-2。

植株樣本采集：定植緩苗后，分4次取全株植株樣，每處理取10株代表植株，采樣時期分別為開花期、坐果初期、坐果后期、成熟期。

1.2 測定項目與方法

定植緩苗后，試驗期間按生長時期分4次取全株植株樣，每次每小區(qū)取代表性植株10株。采樣時間分別為開花期、坐果初期、坐果后期、成熟期；分別測定各處理番茄植株株高、莖粗以及鮮重，之后按器官（根、莖、葉、果）分開，105 ℃烘箱中殺酶30 min，70℃烘至恒重，稱重，計算干物質重。

將各處理干植株樣用小型粉碎機粉碎，過0.25 mm篩，用于測定植株氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、錳、銅含量。氮、磷、鉀采用濃H2SO4-H2O2消煮，分別用凱氏定氮法測全氮，釩鉬黃比色法測全磷，火焰光度法測全鉀。鈣、鎂、鐵、鋅、錳、銅采用HNO3-HClO4消煮，原子吸收分光光度計測量，試驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 番茄對氮、磷、鉀及中微量元素的吸收分配規(guī)律

2.1.1 番茄植株干物質重及對氮、磷、鉀的吸收動態(tài)

番茄生長發(fā)育周期較長，由圖1可以看出，番茄苗期-開花期生長量較小，根系生長迅速，植株根、莖、葉的干物質重分別為1.62、5.85、14.53 g，分別占全生育期干物質重的61.76%、25.58%、28.09%；坐果初期生長速率有所增加，果實生長量迅速增加；坐果后期，根系生長緩慢，果實生長量持續(xù)增加，根、莖、葉、果干物質重分別達全生育期干物質重的95.41%、79.56%、83.00%、41.25%。

圖2是番茄不同生育期對氮、磷、鉀的吸收量。如圖2所示，番茄對氮、磷、鉀的吸收貫穿于整個生育期，番茄植株氮、磷、鉀的吸收量隨生長發(fā)育而逐漸增加，這個趨勢一直延續(xù)至試驗結束。不同生育期番茄養(yǎng)分的吸收量占全生育期吸收總量比例以開花期最小，在此以后上升。坐果初期及坐果后期是營養(yǎng)吸收旺盛期，從吸收總量看，番茄全生育期中吸收鉀素最多，氮素次之，磷較少。番茄開花期氮、磷、鉀吸收量分別占總吸收量的18.68%、19.54%、19.68%；在此之后，植株對氮、磷、鉀的吸收量迅速增加，番茄坐果后期磷吸收速率有所降低，氮、鉀素吸收速率較快，此時，氮、磷、鉀吸收量已分別達番茄全生育期吸收量的68.08%、70.31%、65.96%；番茄成熟時，對氮、磷、鉀的平均吸收量分別為128.51、39.06、175.48 kg·hm-2。

2.1.2 番茄植株對鈣、鎂的吸收動態(tài)

鈣、鎂作為植物營養(yǎng)的中量元素，對植物的生長發(fā)育有著重要的意義。試驗結果表明，番茄全生育期中對鈣素的需求遠高于對鎂素的需求。如圖3所示，番茄開花期鈣、鎂吸收量較少，分別占全生育期總吸收量的12.77%、15.29%；在此之后，植株對鈣、鎂吸收速率迅速增加，番茄坐果后期，鈣、鎂吸收量分別占總吸收量的55.68%、64.80%；番茄成熟期對鈣、鎂的平均吸收量分別為37.72、4.20 kg·hm-2。

2.1.3 番茄植株對鐵、錳、銅、鋅的吸收動態(tài)

番茄植株對鐵、錳、銅、鋅的吸收也隨生育時期的不同而變化。由圖4可以看出，在4種微量元素中，番茄對鐵的需求量最大，鋅和錳次之，銅最少。試驗結果表明，番茄全生育期對鐵、錳、銅、鋅的吸收比例為1.7∶0.1∶0.03∶0.08，番茄開花期對鐵、錳、銅、鋅的吸收量較少，分別占全生育期吸收量的14.22%、16.75%、27.14%、40.92%；此后番茄植株對鐵、錳、銅、鋅吸收速率有所增加，番茄坐果后期吸收量有所減緩，此時鐵、錳、銅、鋅吸收量已分別達番茄全生育期吸收量的73.41%、74.17%、89.07%、67.54%。番茄成熟期時，對鐵、錳、銅、鋅的平均吸收量分別為6.26、0.49、0.12、0.28 kg·hm-2。

2.2 番茄不同生育期對氮、磷、鉀及中微量元素的吸收規(guī)律

2.2.1 番茄不同生育期對氮、磷、鉀的吸收規(guī)律

由表1可知，番茄苗期-開花期生長時間占全生育期的34.4%，但其生長量較小，對氮、磷、鉀元素吸收速率較低，其相對吸收量分別為10.9%、8.8%和8.5%；坐果初期-坐果后期番茄植株對氮素、磷素、鉀素吸收速率有所增加，吸收量分別為63.4、27.4和115.6 kg·hm-2；坐果后期-成熟期番茄植株對氮素、磷素、鉀素吸收速率進一步提高，吸收量分別達121.1、39.0、175.2 kg·hm-2。番茄不同生育期對氮素、磷素、鉀素的吸收比例也不相同，番茄苗期-開花期N、P2O5、K2O吸收比例為3.8∶1.0∶4.6，開花-坐果初期N、P2O5、K2O吸收比例為3.9∶1.0∶6.5，坐果初期-坐果后期N、P2O5、K2O吸收比例為2.3∶1.0∶4.2，坐果后期-成熟期N、P2O5、K2O吸收比例為3.1∶1.0∶4.5，由此可見，隨著番茄生長發(fā)育的進行，番茄對氮素、鉀素的吸收比例增加，開花-坐果期對氮、鉀吸收比例最高。番茄全生育期吸收鉀素最多，氮素次之，磷素最少，全生育期N、P2O5、K2O吸收比例為3.0∶1.0∶4.7。

表1 不同生育期番茄植株對氮、磷、鉀的吸收特性

2.2.2 番茄不同生育期對鈣、鎂的吸收規(guī)律

由表2可知，番茄苗期-開花期對鈣素、鎂素吸收速率較低，其相對吸收量分別為6.64%、7.17%；坐果初期-坐果后期番茄植株對鈣素、鎂素吸收速率相對較高，吸收量分別為20.97、2.72 kg·hm-2；坐果后期-成熟期番茄植株對鈣素、鎂素吸收速率進一步增加，吸收量分別為37.66、4.20 kg·hm-2。番茄不同生育時期對鈣素、鎂素的吸收比例也不相同，開花-坐果初期對鈣素、鎂素的吸收比例最低，僅為6.5∶1，而在坐果后期-成熟期鈣、鎂吸收比例高達9.0∶1，番茄全生育期對鈣素的需求顯著高于鎂素，吸收比例為8.1∶1。

表2 不同生育期番茄植株對鈣、鎂的吸收特性

2.2.3 番茄不同生育期對鐵、錳、銅、鋅的吸收規(guī)律

由表3 可知，番茄苗期-開花期對鐵素、錳素、銅素、鋅素吸收速率均較低，其相對吸收量僅分別為6.4%、7.8%、9.3%、15.9%；開花-坐果初期番茄植株對鐵素、錳素、銅素、鋅素吸收速率均有所增加，其相對吸收量分別為15.2%、11.1%、25.9%、19.0%；坐果后期-成熟期番茄植株對鐵素、錳素、銅素、鋅素吸收速率進一步增加，吸收量分別為6251.5、486.0、122.9、281.9 g·hm-2。番茄不同生育時期對鐵素、錳素、銅素、鋅素的吸收比例也不相同，開花-坐果初期對鐵素、錳素、銅素、鋅素吸收比例最低，僅為22.7∶1.2∶1∶1.5，番茄全生育期對鐵素需求較大，鋅素、錳素次之，銅素最少，吸收比例為38.6∶2.9∶1∶2.0。

2.3 番茄植株不同器官氮、磷、鉀及中微量元素的分配特性

2.3.1 番茄植株不同器官氮、磷、鉀的分配特性

表4表明，番茄開花期吸收的氮素、磷素、鉀素以葉片分配率較高，莖稈次之，根系最少，尤其氮在葉片中的分配率高達77.02%；而隨著生長的進行，在番茄坐果初期，葉片中氮素、鉀素分配率有所下降，對磷素的分配率有所提高，莖稈中氮素、磷素、鉀素的分配率均有所降低，而果實中氮素、磷素、鉀素的分配率分別為20.00%、24.27%、21.67%；番茄坐果后期至成熟期，根系、莖稈、葉片中的氮素、磷素、鉀素分配率均持續(xù)下降，而果實中氮素、磷素、鉀素分配率持續(xù)提高，至番茄成熟期果實中氮素、磷素、鉀素分配率分別為44.89%、56.73%、54.25%。根系因生長量較小，全生育期氮磷鉀的分配率均較低。

表3 不同生育期番茄植株對鐵、錳、銅、鋅的吸收特性

表4 不同生育期番茄植株各器官對氮、磷、鉀的分配特性

2.3.2 番茄植株不同器官鈣、鎂的分配特性

表5表明，番茄開花期吸收的鈣素、鎂素以葉片分配率較高，莖稈次之，根系最少，尤其鈣在葉片中的分配率高達80.9%；而隨著生長的進行，在番茄坐果初期，根系、莖稈、葉片中鈣素、鎂素分配率均有所下降，而果實中鈣素、鎂素的分配率分別為3.1%、16.8%；與開花期和坐果初期相比，番茄坐果后期至成熟期，根系、莖稈、葉片中的鈣素、鎂素分配率均降低，而果實中氮素、磷素、鉀素分配率則提高，至番茄成熟期果實中鈣素、鎂素分配率分別為19.9%、53.9%。根系因生長量較小，所以全生育期鈣素、鎂素的分配率均較低。

表5 不同生育期番茄植株各器官對鈣、鎂的分配特性

2.3.3 番茄植株不同器官鐵、錳、銅、鋅的分配特性

表6結果表明，番茄開花期吸收的鐵素、錳素、銅素、鋅素以葉片分配率較高，分配率分別達41.0%、87.4%、72.9%、70.5%（P＜0.05）；隨著番茄生長發(fā)育的進行，在番茄坐果初期，根系、莖稈中鐵素、錳素、銅素、鋅素的分配率與開花期相比均有所降低，葉片中除鐵素分配率略有提高外，其他元素分配率均有所降低，果實中鐵素、錳素、銅素、鋅素的分配率分別為12.0%、6.7%、18.4%、7.1%；番茄坐果后期，根系、莖稈、葉片中鐵素、錳素、銅素、鋅素的分配率與開花期和坐果初期相比均有所降低，果實中鐵素、錳素、銅素、鋅素的分配率分別為22.7%、12.8%、26.0%、8.8%；番茄成熟期，根系中鐵素、錳素、銅素、鋅素的分配率均有所降低，莖稈中除銅素外，鐵素、錳素、鋅素的分配率均有所提高，葉片中鐵素、錳素、銅素、鋅素的分配率均有所降低，至番茄成熟期果實中鐵素、錳素、銅素、鋅素分配率分別為31.8%、19.0%、27.8%、9.0%。

表6 不同生育期番茄植株各器官對鐵、錳、銅、鋅的分配特性

3 討論

番茄生長量大，全生育期110～170 d不等，苗期較長，此時期的生長基礎可顯著影響番茄的產(chǎn)量，但此時期生長量較?。?9］。本試驗結果表明，番茄苗期-開花期生長天數(shù)約占全生育期的34.4%，此時期單株生長量占生長總量的14.4%，而29 d之后的坐果初期生長量占全生育期的34.5%，番茄坐果后期，根、莖、葉的生長速率減緩，但果實生長量激增。番茄對氮素、磷素、鉀素、鈣素、鎂素、鐵素、錳素、銅素、鋅素的吸收規(guī)律與植株生長特性基本一致，番茄開花期對氮素、磷素、鉀素的吸收速率相對較低，對鈣、鎂吸收量較少，對鐵、錳、銅、鋅的吸收量也相對較少，在此之后，植株對鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅吸收速率有所增加，番茄坐果后期磷素吸收速率有所降低，氮、鉀素吸收速率較快。

番茄全生育期吸收鉀素最多，氮素次之，磷素最少，全生育期N、P2O5、K2O吸收比例為4.3∶1.0∶4.7 （表1）。不同生長時期各器官對氮、磷、鉀吸收比例的變化，與其生理功能密切相關。由于氮素是可移動的元素，且主要分配至生長旺盛部位［20］，氮素吸收積累量增加可促進植株生長，延緩葉片衰老，延長葉片功能期［21］；磷參與能量的代謝，作為底物或調(diào)節(jié)物直接參與光合作用，存在于生理活性高的部位，磷在細胞分裂和分生組織的發(fā)育中是不可缺少的，能夠促進根系發(fā)育，調(diào)節(jié)其他元素（氮素、鉀素）代謝，在幼苗期和分蘗期更為重要［22-26］。適當供鉀能增強光合作用和相關酶活性，促進幼苗根系生長，加速養(yǎng)分向生殖器官的運輸［27-28］。因此，番茄苗期-開花期對氮素、磷素吸收比例較高，有利于促進營養(yǎng)生長，為保證下一階段生殖生長的養(yǎng)分供應奠定基礎。

番茄全生育期對鈣素的需求顯著高于鎂素，吸收比例為8.1∶1（表2）。不同生長時期各器官對鈣、鎂吸收比例的變化，與其生理功能密切相關。鈣能促進根系生長，增加養(yǎng)分吸收來間接地達到增產(chǎn)作用。鈣能促進蛋白質合成，增加線粒體蛋白質含量［29-30］。鎂是葉綠素的主要組成成分，各種酶的基本要素和最活躍的組分，能加速酶促反應，促進作物內(nèi)糖類的轉化，蛋白質的合成及其他代謝過程［31-32］。番茄植株開花-坐果初期對鈣素吸收較多，能夠促進根系生長，為下一階段的生長發(fā)育打下基礎。

番茄全生育期鐵、錳、銅、鋅吸收比例為38.6∶2.9∶1∶2.0。番茄全生育期對鐵素需求量較大，鋅素、錳素次之，銅素最少，這與其生理功能密切相關。鐵多存在于葉綠體中，是葉綠素合成的必需元素；鐵參與光合作用中的電子傳遞，對光合作用有直接的影響；鐵還是一些與呼吸作用相關酶的組分，所以鐵對植物的呼吸作用也有一定的影響［33-34］；錳也是葉綠體結構的組成成分，錳還直接參與光合作用中的光合放氧過程［35-36］；銅可影響植物體內(nèi)生長素氧化酶活性［37］，植物需求量較少；鋅參與葉綠素的合成，對很多植物的根、莖生長有決定性作用［38-39］。

前人研究證明，適量施用氮磷鉀肥能夠提高作物品質，促進作物生長。追施微肥也在多種作物上顯示出增產(chǎn)作用［40-44］。本試驗結果也表明，番茄生長發(fā)育不僅對氮、鉀有較強的需求，生長前期根系對磷也有較強的吸收，對鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅等微量元素也有一定的吸收分配規(guī)律，任何植物養(yǎng)分都不能獨立地發(fā)揮作用，只有在各種營養(yǎng)成分與植物生長需求平衡時才能確保各種養(yǎng)分的充分利用，因此在番茄生產(chǎn)上除保證足量鉀、氮素供應外，仍要重視磷肥的施用，由于氮、磷、鉀的肥效與功能不同，番茄對氮、磷、鉀的需求關鍵期存在一定差異，施肥時應綜合考慮。根據(jù)本試驗研究結果，在滴灌設施條件下，番茄前期對氮素、鉀素需求較高，宜在苗期-開花期及早追施，以促進同化系統(tǒng)的快速形成，番茄坐果之后，果實中鉀素含量顯著高于其他元素，因此鉀素則宜在坐果期追施，以促進同化產(chǎn)物向生殖器官運輸。生產(chǎn)上可通過植株或土壤診斷確定它們對養(yǎng)分的豐缺，根據(jù)其植株生長特點及營養(yǎng)元素的生理功能進行合理施肥，以滿足番茄不同生育時期對氮、磷、鉀及各中微量元素的平衡吸收，在保證產(chǎn)量、品質的前提下，有效減少追肥次數(shù)和用量，維持作物的良好生長，減輕對環(huán)境的負擔，以獲取高產(chǎn)優(yōu)質的產(chǎn)品。

4 結論

番茄苗期-開花期生長緩慢，對氮、磷、鉀的吸收速率較低，吸收量較?。婚_花-坐果期植株生長迅速，吸收速率有所增強；番茄坐果后期對磷的吸收速率略有降低，而氮、鉀仍較高。隨生長的進行，氮、磷、鉀在莖稈、葉片中的分配率呈降低的趨勢，在果實中的分配率則逐漸增加，成熟期時，果實中氮素、磷素、鉀素分配率分別達56.60%、55.14%、62.63%。番茄全生育期氮、磷、鉀吸收比例為4.3∶1.0∶4.7。

鈣素、鎂素在番茄苗期-開花期主要分配在莖稈、葉片中，隨生長發(fā)育的進行逐漸向果實中轉移，鈣素在植物體內(nèi)較難移動，在番茄成熟期，果實中鈣素、鎂素分配率分別達19.9%、53.9%。番茄全生育期鈣、鎂吸收比例為8.1∶1。

番茄苗期-開花期鐵素主要分配于根系與葉片中，錳素、銅素、鋅素主要分配于葉片中；番茄坐果初期，根系、莖稈中鐵素、錳素、銅素、鋅素的分配率均有所降低，葉片中除鐵素分配率略有提高外，其他微量元素分配率均有所降低；番茄坐果后期根系、莖稈、葉片中鐵素、錳素、銅素、鋅素的分配率均有所降低，逐漸向果實轉移；至成熟期，果實中鐵素、錳素、銅素、鋅素分配率分別達31.8%、19.0%、27.8%、9.0%。番茄全生育期對鐵素需求較大，鋅素、錳素次之，銅素最少，吸收比例為38.6∶2.9∶1∶2.0。