不同追氮量對日光溫室櫻桃番茄品質、生長和氮素利用效率的影響

劉宇曦 王娟娟 武隆楷 李衍素 賀超興 于賢昌 王 君*

（1 中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2 全國農業(yè)技術推廣服務中心，北京 100125）

隨著農業(yè)產業(yè)結構調整，我國設施園藝面積不斷擴大，2016年我國設施蔬菜栽培面積達391萬hm2，總產值2.52億t（左緒金，2019）。我國設施蔬菜生產中普遍存在氮肥施用過量的問題，每年氮肥投入量超過作物吸氮量的4～6倍，過量氮肥施用嚴重影響作物對氮素的吸收利用，降低氮素利用效率，同時還影響作物品質，造成環(huán)境污染和資源浪費（Liang et al.，2013；歐立軍 等，2018；Jinkiat et al.，2020）。番茄作為設施栽培主要的園藝作物之一，對于其施氮量方面的研究已經(jīng)很多，在番茄實際栽培過程中存在嚴重的氮肥施用過量的現(xiàn)象。肖麗等（2019）在山東省青州市研究不同施氮量對冬春茬番茄產量的影響，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內增施氮肥可以提高產量，當全生育期氮肥施用量在240 kg·hm-2時，番茄產量最高，此施氮量為該地區(qū)常規(guī)施氮量的70%。李平等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)追氮量270 kg·hm-2相比，當追氮量為216 kg·hm-2時，冬春茬番茄產量增加9.91%，氮肥偏生產力提高21.18%。姜慧敏等（2010）也發(fā)現(xiàn)，相較于農民習慣施氮量，減少50%的氮肥施用量，設施番茄VC含量、氮素農學利用效率、產投比分別提高20%、389.83%、384.62%。

合理施用氮肥不僅能夠提高番茄品質和產量，還能提高氮素利用效率，降低生產成本。高學雙（2018）研究表明，整個生育期內櫻桃番茄生長、品質、產量隨施氮量增加呈先升高后降低的趨勢，施氮量為490.5 kg·hm-2時各項指標最佳，與不施氮處理相比，可溶性糖、可滴定酸、番茄紅素、VC含量分別提高了112.20%、128.57%、79.53%、214.24%。劉佳（2017）在基施有機肥基礎上追施不同氮量，發(fā)現(xiàn)番茄果實中可溶性糖含量隨著追氮量增加呈先升高后降低的趨勢，按有機肥追氮量配施300 kg·hm-2氮肥處理可溶性糖含量最高，比單施有機肥提高77.14%，差異達顯著水平。因此，合理氮肥管理可以作為提高番茄品質和氮素利用效率的有效調控手段。

近年來，櫻桃番茄因其風味獨特、營養(yǎng)價值高，在我國設施蔬菜栽培中所占面積越來越大。但目前關于施氮量對設施番茄影響的研究多集中于大果番茄，而按照土壤營養(yǎng)狀況對櫻桃番茄進行科學追氮的研究還很匱乏。2017年北京地區(qū)化肥施用量8.5萬t，其中氮肥用量很大，為3.8萬t，占化肥總用量的44.7%（國家統(tǒng)計局農村社會經(jīng)濟調查司，2018；北京市統(tǒng)計局，2019）。因此，本試驗在根據(jù)目標產量確定追氮量的基礎上，研究不同追氮量對北京日光溫室冬春茬和秋冬茬櫻桃番茄品質、產量和氮素利用效率的影響，以期為該地區(qū)櫻桃番茄氮肥科學管理及化肥減施增效提供理論和技術依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2019年1—12月在北京市昌平區(qū)中國農業(yè)科學院南口中試基地日光溫室進行。冬春茬供試櫻桃番茄品種為品質好但不抗番茄黃化曲葉病毒（TYLCV）的千禧，由農友種苗（中國）有限公司提供。因秋冬茬病毒病高發(fā)，故選用品質略差但抗TYLCV的紅玉作為供試材料，由壽光欣欣然園藝有限公司提供。茬口安排詳見表1。栽培畦寬1.2 m，長8.3 m，單行栽培，雙干整枝。供試育苗基質為無土營養(yǎng)基質，按草炭∶蛭石=2∶1（V/V）的比例混合，開始追肥處理前設施內櫻桃番茄栽培土壤肥力屬中等水平，理化性質見表2。

表1 櫻桃番茄處理取樣時間

表2 開始追肥處理前日光溫室土壤理化性質

采用土壤栽培，根據(jù)目標產量確定正常追氮量，設置不追氮（CK）、50%正常追氮量（50%N）、正常追氮量（N）和150%正常追氮量（150%N）共4個處理。每個處理3次重復，1個栽培畦為1個重復，每個栽培畦22株，所有處理隨機區(qū)組排列。冬春茬基施牛糞34.2 t·hm-2，雞糞19.4 t·hm-2；秋冬茬基施蒙鼎強力有機肥2 400 kg·hm-2，均由北京豐民同和國際農業(yè)科技發(fā)展有限公司提供。追肥采用尿素（N ≥46%）、磷酸二氫鉀（P2O5≥52%，K2O ≥34%）、硫酸鉀（K2O ≥50%），由云天化股份有限公司提供。在開始追肥前測定土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀含量，養(yǎng)分追施量根據(jù)設定的目標產量按公式：養(yǎng)分施用量（kg·hm-2）=（作物所需養(yǎng)分吸收量-土壤養(yǎng)分供應量）/（肥料養(yǎng)分含量×肥料利用率）（王小琳和欒桂云，2009；朱娜，2014）計算得出。目標產量根據(jù)櫻桃番茄品種和該地區(qū)日光溫室櫻桃番茄栽培水平確定，冬春茬 為45 000 kg·hm-2，秋冬茬 為60 000 kg ·hm-2，每生產1 000 kg櫻桃番茄需要N 3.85 kg、P2O51.15 kg、K2O 4.44 kg（劉同，2005）。我國目前氮、磷、鉀肥當季利用率一般為30%～35%、10%～25%、35%～50%（高祥照，2008），考慮番茄植株生長發(fā)育所需氮、磷、鉀比例1∶0.5∶1.5（張明學 等，2009），綜合分析確定N、P2O5、K2O追施量（表3），等比例分為4份，分別在第1穗花坐果后、第1穗果轉色時、第2穗果膨大時、第4穗果膨大時通過滴灌系統(tǒng)施入。除追施氮肥量不同外，其余均正常管理。不同處理小區(qū)之間設置1.2 m寬水肥隔離區(qū)，并起高20 cm壟避免水肥干擾。

表3 日光溫室櫻桃番茄不同處理的追肥量

1.2 測定方法

生長指標：櫻桃番茄盛果期每個處理隨機選取18株具有代表性的植株，用卷尺測量株高（莖基部到生長點的距離），用游標卡尺測量地上部1 cm處的莖粗。

光合參數(shù)：櫻桃番茄盛果期每個處理隨機選取18株具有代表性的植株，使用Li-6400便攜式光合測定儀（美國Li-Cor公司）對功能葉（從上往下數(shù)第6片葉）的凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）和蒸騰速率（Tr）進行測定。選擇晴朗天氣，在光強相對穩(wěn)定的9：00—11：30進行測定。測定環(huán)境如下：光強為400 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為350～360 μmol·mol-1。同時采用丙酮浸提法（陳建勛和王曉峰，2006）對該葉片中光合色素含量進行測定。

品質、產量指標：櫻桃番茄盛果期每畦隨機取成熟果實樣品150個，可溶性固形物含量采用手持糖度計（PAL-1，日本ATAGO公司）測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可滴定酸含量采用酸堿滴定法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，VC含量采用 2，6-二氯靛酚滴定法（李合生，2000）測定，番茄紅素含量采用高效液相色譜分析方法（薛穎 等，2002）測定；并組織15人的品嘗小組對每個處理的櫻桃番茄品質進行打分，從外觀、口感兩方面綜合評分，采用10分制，10分最好，1分最差，6分為可以接受，取其平均值。對各處理的單株產量和總產量進行統(tǒng)計。

礦質元素：處理前測定0～20 cm土壤理化性質，拉秧時采用凱氏定氮法（戴宏林和吳小駿，1995）測定植株氮素積累量。有機質含量采用重鉻酸鉀容量法（季天委，2005）測定，全氮采用ATC-165凱氏定氮儀測定，全磷、全鉀、有效磷、速效鉀采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICPAEC）測定，堿解氮采用堿解擴散法（李金彥，2010）測定。根據(jù)下列公式計算氮素農學利用效率和氮素吸收利用率（劉立軍 等，2003；江立庚 等，2004）。

氮素農學利用效率（kg·kg-1）=（追氮區(qū)產量-不追氮區(qū)產量）/追氮量

氮素吸收利用率=（追氮區(qū)植株氮素積累量-不追氮區(qū)植株氮素積累量）/追氮量× 100%

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，不同處理間的多重比較采用 Duncan新復極差法（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 追氮量對日光溫室櫻桃番茄品質的影響

2.1.1 追氮量對日光溫室櫻桃番茄營養(yǎng)品質的影響

由表4可知，隨著氮肥追施量的增加，櫻桃番茄的VC、番茄紅素和可溶性蛋白含量均呈先升高后降低的趨勢。冬春茬50%N處理果實中VC、番茄紅素和可溶性蛋白含量最高，與N處理相比VC含量增加11.76%，差異顯著；秋冬茬50%N處理果實中VC、可溶性蛋白含量最高，與N處理相比增加17.07%、25.19%，差異顯著，而N處理果實中番茄紅素含量最高。

表4 追氮量對日光溫室櫻桃番茄果實營養(yǎng)品質的影響

2.1.2 追氮量對日光溫室櫻桃番茄風味品質的影響

由表5可知，隨著氮肥追施量的增加，櫻桃番茄的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量及品嘗打分結果均呈先升高后降低的趨勢，其中50%N處理效果最佳。冬春茬50%N處理果實中可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、品嘗打分結果與N處理相比增加2.86%、18.12%、6.52%、10.93%、8.12%，二者間均差異顯著；秋冬茬50%N處理果實中可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、品嘗打分結果與N處理相比增加12.24%、14.52%、9.09%、13.33%，二者間均差異顯著。

表5 追氮量對日光溫室櫻桃番茄果實風味品質的影響

2.2 追氮量對日光溫室櫻桃番茄生長和葉綠素含量的影響

由表6可知，隨著氮肥追施量的增加，冬春茬和秋冬茬櫻桃番茄株高和莖粗均呈上升趨勢，葉綠素含量呈先升高后降低的趨勢。追施氮肥的N、150%N處理的植株莖粗顯著高于CK，且追施氮肥的各處理之間無顯著性差異。N處理櫻桃番茄葉片中總葉綠素含量最高，但與50%N處理之間無顯著性差異。

表6 追氮量對日光溫室櫻桃番茄生長和葉綠素含量的影響

2.3 追氮量對日光溫室櫻桃番茄葉片氣體交換參數(shù)的影響

由表7可知，隨著氮肥追施量的增加，櫻桃番茄葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。冬春茬50%N、N處理對增加葉片的Pn、Gs效果較明顯，高于CK、150%N處理。秋冬茬50%N、N處理對增加葉片的Pn效果最明顯，顯著高于CK、150%N處理。

表7 追氮量對日光溫室櫻桃番茄葉片氣體交換參數(shù)的影響

2.4 追氮量對日光溫室櫻桃番茄產量的影響

由表8可知，在整個結果期內，隨著氮肥追施量的增加，櫻桃番茄的單果質量、單株產量和總產量先升高后降低，其中，N處理對增加櫻桃番茄單果質量、單株產量和總產量效果最明顯，但與50%N處理之間無顯著性差異。

表8 追氮量對日光溫室櫻桃番茄產量的影響

2.5 追氮量對日光溫室櫻桃番茄氮素利用效率的影響

由表9可知，在整個結果期內，隨著氮肥追施量的增加，櫻桃番茄植株氮素積累量先升高后降低，但衡量追施氮肥利用效率的氮素農學利用效率、氮素吸收利用率均呈逐漸降低的趨勢，其中50%N處理的氮素農學利用效率和氮素吸收利用率最高，冬春茬較N處理提高了6.61%、8.02%，較150%N處理提高了230.57%、93.76%；秋冬茬50%N處理櫻桃番茄植株氮素農學利用效率、氮素吸收利用率較N處理提高了60.62%、4.27%，較150%N處理提高了851.59%、80.21%。

表9 追氮量對日光溫室櫻桃番茄氮素利用效率的影響

3 討論

氮肥用量是影響番茄品質的重要因子（劉中良 等，2019）。本試驗中與不追氮肥的對照相比，追氮可以提高櫻桃番茄的產量和品質。且在追氮過程中適量減少氮肥追施量會引起櫻桃番茄果實中可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、VC、可溶性蛋白、番茄紅素含量升高，提升番茄品質，但過量追氮則造成品質下降（表4和表5），這與前人研究結果一致（Xing et al.，2015；Kotur et al.，2016），可能是因為適當?shù)接欣谔岣哒崽谴x酶活性，從而引起果實中可溶性糖含量增加，但過量施用氮肥反而會引起可溶性糖含量下降，而可溶性固形物主要由可溶性糖組成，二者變化趨勢基本一致（袁野 等，2009）。由于每個人對口味的偏好不同，本試驗中櫻桃番茄的品嘗打分結果存在一定的主觀性，但舌腔主要能夠體驗出的是酸甜苦辣咸5種味覺，因此評判的標準主要是根據(jù)番茄的糖酸含量，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)番茄品嘗打分結果變化趨勢和番茄的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸相同，這與張志明（2012）的研究結果一致。番茄紅素合成需要水解酶的參與，提供適量的氮肥會促進水解酶合成，進而提高番茄紅素含量（陳偉和丁霄霖，2002）。氮是植物體內硝酸鹽含量的直接來源，會促進果實中亞硝酸鹽積累，氮肥施用量過高會使植物體內亞硝酸鹽含量升高，而VC會與亞硝酸鹽反應，所以VC含量呈先升高后降低的趨勢（劉恒旭 等，2008）。本試驗中冬春茬櫻桃番茄糖酸比隨追氮量增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，與張劍等（2009）的研究結果一致；而秋冬茬櫻桃番茄糖酸比隨氮肥追施量的增加呈下降趨勢，這是因為盡管糖、酸含量均呈先增加后降低的趨勢，但二者變化程度不一致引起的。

適量追施氮肥可以提高櫻桃番茄株高、莖粗、葉綠素含量，促進光合作用，從而提高產量。本試驗發(fā)現(xiàn)，隨著氮肥施用量增加，櫻桃番茄株高呈上升趨勢，與王激清和劉社平（2015）的研究結果一致，說明過量追施氮肥會引起櫻桃番茄徒長。氮肥用量過低會導致植株養(yǎng)分供應不足，莖稈細弱，過高會導致養(yǎng)分施用不均衡。邢金金等（2018）研究發(fā)現(xiàn)隨著氮肥施用量的增加番茄莖粗先增加后降低，本試驗中莖粗變化趨勢與之相同，但施用了氮肥的櫻桃番茄莖粗各處理之間無顯著性差異，這可能是栽培密度和試驗材料差異所導致的。葉綠素是植株進行光合作用的主要色素，在光的吸收、轉化和傳遞過程中發(fā)揮著核心作用，在一定范圍內，葉綠素含量和櫻桃番茄的光同化能力呈正相關（楊小苗 等，2018）。氮素不僅是植物葉綠素的重要組成部分，而且對植物光合作用中光反應和暗反應的一系列酶活性有重要影響（吳巍和趙軍，2010）。本試驗結果表明，隨著追氮量的增加，櫻桃番茄葉片的葉綠素含量、Pn、Gs先增加后降低，氮肥過高或過低均不利于葉綠素的形成和光合作用。過量氮肥會導致番茄植株的光能利用率下降、光合產物消耗增多，過少氮肥會造成植株體內活性氧代謝失調、生物膜機構受損、與光合作用有關的酶活性降低（張艷玲和宋述堯，2008）。肥料施用量太高或太低均不利于提高產量，只有合理施肥才能實現(xiàn)養(yǎng)分均衡供應（Chew et al.，2015；趙歡 等，2016；哈麗哈什·依巴提 等，2017）。在本試驗中隨著氮肥追施量的增加，櫻桃番茄產量呈先增加后降低的趨勢，過量施用氮肥反而會抑制植株生長，引起產量下降，但50%N處理和N處理之間無顯著性差異，追氮量減少50%并未造成產量下降，這與畢曉慶等（2013）的研究結果一致。

目標產量施肥法是根據(jù)作物實現(xiàn)目標產量所需養(yǎng)分供應量和土壤實際養(yǎng)分供應量的差額作為施肥的依據(jù)（李丙申和周曉芬，1990；趙興軍和王高民，2006）。前人往往是在施用基肥前測定土壤養(yǎng)分含量，本試驗為了讓追肥量更準確，選擇在追肥前測定，再根據(jù)測定結果確定追施氮、磷、鉀肥的用量。衡量氮素利用效率常用的指標為氮素農學利用效率和氮素吸收利用率，以上指標都可以側面反映植物對氮素的利用率。增加追氮量引起櫻桃番茄的氮素農學利用效率、氮素吸收利用率逐漸降低，這與前人研究結果基本一致（Ozores-hampton &Gioia，2015；蔡小斌 等，2017）。其中氮素農學利用效率是單位面積施肥量對作物經(jīng)濟產量增加的反映，是農業(yè)生產中最重要的經(jīng)濟指標之一（李大偉，2015）。50%N處理的氮素農學利用效率明顯高于N處理和150%N處理，表明在北京地區(qū)減氮50%能夠使土壤維持正常的養(yǎng)分供應，保持產量穩(wěn)定，實現(xiàn)減肥增效。但也有研究表明，其他環(huán)境條件一定時，隨著氮肥施用量的增加，番茄的氮素農學利用效率、氮素吸收利用率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢（王新 等，2014；高志英 等，2019），這種差異可能是因為土壤供氮能力和番茄品種不同造成的。

4 結論

在以目標產量確定正常施肥（氮、磷、鉀肥）量基礎上，保持磷、鉀肥施用量不變，研究不同追氮量對北京地區(qū)日光溫室冬春茬和秋冬茬櫻桃番茄生長、品質和氮素利用效率的影響，發(fā)現(xiàn)追氮量為正常施氮量的50%時，櫻桃番茄的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、VC、可溶性蛋白等品質指標最高，同時產量與正常施氮處理之間無顯著差異，并且氮素利用效率最高。因此，在接近本土壤狀況和有機肥基施條件下，以櫻桃番茄千禧作為栽培品種，冬春茬目標產量為45 000 kg·hm-2，建議追肥量為N 120 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2，K2O 360 kg·hm-2；以櫻桃番茄紅玉作為栽培品種，秋冬茬目標產量為60 000 kg·hm-2，建議追肥量為N 135 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 405 kg ·hm-2。