不同施鉀量對設施栽培番茄生長及鈣、鎂養(yǎng)分吸收的影響

馬建梅，李惠霞*，張學科

（1.寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏 銀川 750021）

鉀是植物必需的大量營養(yǎng)元素之一，在促進養(yǎng)分運輸、增強抗逆性、調節(jié)酶活性等方面起著非常重要的作用。鉀在作物增產(chǎn)方面效果也非常顯著，施鉀能夠顯著提高油菜［1］、水稻［2］等作物產(chǎn)量。在設施栽培中，由于作物復種指數(shù)高，且多數(shù)園藝作物屬喜鉀作物，因此生產(chǎn)中鉀肥的施用量也日漸提高。據(jù)調查陜西楊陵新建日光溫室鉀肥年投入量達1799 kg/hm2［3］，山東壽光鉀肥的年投入量達3438 kg/hm2［4］，那么，是否鉀肥的投入越多越好呢？

研究表明，近年來設施栽培中蔬菜頻繁發(fā)生的生理病害可能與蔬菜養(yǎng)分失衡有關，大量施鉀可能引起鈣、鎂營養(yǎng)失衡［5］。植物體內缺鈣會導致其頂芽和根系頂端發(fā)育不良，嚴重時生長點壞死并出現(xiàn)多種生理病害［6-7］，阻礙作物正常生長發(fā)育、降低產(chǎn)量和品質，尤其是對鈣敏感的茄果類作物，危害更大。鎂作為葉綠素的主要組分，是多種酶的活化劑，參與作物的光合作用，糖類、蛋白質、脂肪等有機物的合成與代謝，缺鎂導致有機物同化受阻，生理生化過程明顯受到阻礙［8］。

作物在養(yǎng)分吸收與運輸過程中，離子間可能存在協(xié)同作用，也可能存在拮抗作用，近年來的研究表明，在石灰性土壤中鉀誘導缺鎂的現(xiàn)象較為普遍。當土壤交換性K/Mg 大于0.5，作物會有缺鎂的可能［9-10］。普遍認為施鉀越多則植物對鎂的吸收越少，國外研究資料表明，鉀肥抑制了作物對鎂的吸收［11-12］。此外，鉀與鎂的吸收拮抗作用不僅表現(xiàn)在抑制根系對鎂的吸收，而且還阻礙鎂由根系向地上部分的運輸。也有研究表明，當土壤中的鉀含量較低時，鉀能夠促進作物對鎂的吸收，鉀與鎂之間存在協(xié)同作用［13］。鉀與鈣間存在顯著的拮抗作用，鉀肥施用或者鉀鎂肥配施會減少水稻對鈣的吸收［14］。

番茄（Solanum lycopersicum），又名西紅柿，是世界上消費量最大的蔬菜之一，因其富含Va、Vb、Vc、可溶性糖、有機酸、鈣磷鐵等礦物質，深受人們喜愛，番茄也是設施栽培主要的蔬菜品種之一［15］。番茄屬典型的喜鉀作物，在設施條件下大量施用鉀肥對番茄產(chǎn)量及其養(yǎng)分如鈣、鎂會產(chǎn)生哪些影響，目前生產(chǎn)實踐中番茄所發(fā)生的諸多病害是否與大量施鉀有關，目前這些問題尚不明確。本研究在設施條件下，以設施栽培番茄為研究對象，旨在探討施鉀對番茄生長和鈣、鎂養(yǎng)分吸收的影響，研究結果將為設施條件下養(yǎng)分綜合調控和利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 年9 月 至2020 年1 月在寧夏 賀蘭縣設施農(nóng)業(yè)示范區(qū)日光溫室內進行，溫室東西延長，一面坡式，東西長70 m、跨度7 m，北墻高1.8 m、脊高2.15 m，溫室用0.065 mm 聚乙烯無滴膜覆蓋。溫室土壤屬砂壤土，基礎理化性質如下：pH 8.97，全鹽1.43 g/kg，堿解氮56.7 mg/kg，有效磷174.6 mg/kg，速效鉀126.8 mg/kg。

1.2 供試材料

供試蔬菜為番茄，品種名粉得力，為雜交種，鮮食，中熟大粉紅果，無限生長型。植株蔓生，生長勢較強，果實成熟前綠色程度深，果頂圓平，果面光滑，果實耐貯性強。

1.3 試驗設計

試驗為單因素鉀肥試驗，以不施鉀肥為對照（CK），設5 個鉀水平150、300、450、600、750 kg/hm2，即對應為5 個處理T1、T2、T3、T4、T5，每個處理重復5 次，每盆1 株，共30 盆。將土壤過篩，每盆稱重12 kg 干土裝盆（盆口徑35 cm），按處理掛標簽，完全隨機擺放。

番茄種子經(jīng)溫湯浸種，恒溫箱28℃催芽，種子露白后播種，在日光溫室中采用穴盤育苗，正常管理。待番茄長出5 片真葉時定植于試驗盆內，每盆1 株，所用處理采用相同的農(nóng)藝措施進行管理。采用單干整枝方式栽培，每株留3 穗果。

每盆肥料用量依據(jù)土重計算，土重按表層30 cm，容重1.35 g/cm3計算。鉀肥按試驗設計用量的處理施入，鉀肥采用硫酸鉀（K2O 52%）；所有處理氮、磷肥用量相同，氮為尿素675 kg/hm2（N 46%），磷為重鈣225 kg/hm2（P2O550%）。所用肥料在番茄生長期間共追施4 次，每次均為肥料總量的1/4，分別在番茄苗期、花期、初果期、盛果期施入［16］。

1.4 樣品采集與測定

土壤樣品：裝盆前取混和好的土樣，風干，磨細，測定土壤基礎理化性質。

植物樣品：營養(yǎng)生長期用標尺測株高、游標卡尺測莖粗、葉綠素儀測葉綠素，用根系掃描儀測定根系參數(shù)（根長、根體積、根表面積等指標）。收獲期記錄番茄不同器官（根系、莖、葉）生物量及果實產(chǎn)量。

養(yǎng)分指標（鉀、鈣、鎂）測定：去離子水沖洗后剪下根部，用濾紙吸干根系表面附著的水分并立即稱鮮重，然后將根系置于105℃烘箱殺青30 min后，70℃烘干至恒重，記錄干重。樣品粉碎并過0.18 mm 篩裝瓶備用。樣品經(jīng)碳化、550℃下于馬弗爐灰化6 h 后，用20 mL 1∶1（體積比）硝酸消解、沖洗，并用水定容、稀釋并加入掩蔽劑（LaCl3）待測?；鹧婀舛确y鉀，原子吸收法測鈣、鎂。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)計算；采用SPSS 15.0統(tǒng)計軟件進行方差分析，采用LSD 法對處理間差異的顯著性進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同施鉀量對番茄根系生長的影響

由表1 可知，不同鉀水平下番茄根總長、總投影面積、總表面積、根一級分枝數(shù)、根二級分枝數(shù)以及病根數(shù)間差異未達到顯著水平（P＞0.05）；而根三級分枝數(shù)T5 處理顯著高于CK，升高幅度為42.42%；健康根尖T5＞T4＞T3＞T2＞T1＞CK，其中T5處理與CK、T1、T2、T3 處理相比達到顯著水平（P＜0.05），增幅分別為92.81%、50.56%、40.81%和30.10%。由此可見，提高鉀濃度使得番茄植株根系生長更旺盛，從而促進番茄植株更好生長。

2.2 不同施鉀量對番茄地上部生長的影響

圖1a 表明，施鉀后各處理株高顯著高于CK，5 個處理平均較CK 高15.8%；5 個處理間也有顯著差異，T3、T4、T5 平均值較T1、T2 高11.35%。圖1b、1c 表明，施用鉀肥未顯著影響番茄在營養(yǎng)生長期莖粗和葉片SPAD 值。由此可見，施鉀量越大，番茄在營養(yǎng)生長期株高越高，但粗度及葉片SPAD 值無顯著變化。

2.3 不同施鉀量對番茄生物量的影響

圖2a 表明，施鉀后番茄根生物量T5 處理顯著高于其他5 個處理，升高幅度分別為58.61%、56.39%、48.51%、45.42%、39.83%。圖2b 表明，施鉀后番茄莖生物量T5 處理顯著高于其它處理，且T4、T5 處理均顯著高于CK。如圖2c 所示，施鉀后T4、T5 處理平均葉生物量較T1、T2、T3 及CK 分別增加21.3%、14.8%、12.4%、24.7%。由此可見，施用鉀肥均能顯著提高番茄根、莖、葉不同器官生物量。

2.4 不同施鉀量對番茄產(chǎn)量的影響

由圖3a 可知，番茄在整個生育期共摘果5 次，從前3 次產(chǎn)量結果看，CK、T1、T2 產(chǎn)量較高，但到后期T3、T4、T5 產(chǎn)量較高，可見，施鉀量越少，果實成熟速度越快，而施鉀 量越大，產(chǎn)量越高?？偖a(chǎn)量結果表明，T5 處理產(chǎn)量最高，T5 相比CK 提高了15.11%，由此可見，施鉀能夠顯著提高番茄產(chǎn)量（圖3b）。

2.5 不同施鉀量對番茄不同器官養(yǎng)分濃度的影響

2.5.1 不同施鉀量對根系養(yǎng)分濃度的影響

圖4a 可知，隨著施鉀量的增加根部鉀濃度逐漸增加，各處理平均較CK 高10.3%；番茄根部鈣濃度結果表明，隨著施鉀量的增加鈣濃度逐漸降 低，T4、T5 較CK 降 低34.5%（圖4b）；圖4c表明，隨著施鉀量的增加，番茄根部鎂含量先增后減。

2.5.2 不同施鉀量對莖部養(yǎng)分濃度的影響

由圖5a 可知，施鉀后番茄莖部鉀濃度T5 處理顯著高于其他處理（P＜0.05），其中T5 處理與CK相比提高了12.54%；番茄莖部鈣濃度隨著施鉀量的增加有降低趨勢，T5 處理顯著低于CK，降幅為24.52%（圖5b）；番茄莖部鎂濃度施鉀各處理顯著高于CK，5 個處理平均較CK 高21.6%（圖5c）。

2.5.3 不同施鉀量對葉片養(yǎng)分濃度的影響

由圖6a 可知，施鉀后番茄葉部鉀濃度T5 處理顯著高于其他處理，其中T5 處理與CK 相比提高了51.93%；番茄葉部鈣濃度隨著施鉀量的增加逐漸降低，T5 處理顯著低于CK，降低幅度為14.19%（圖6b）；隨著施鉀量的增加葉片鎂濃度逐漸增加，5 個處理平均較CK 高21.90%（圖6c）。

2.5.4 不同施鉀量對果實養(yǎng)分濃度的影響

圖7a 結果表明，隨著施鉀量的增加果實中鉀濃度逐漸降低，T5 處理鉀濃度較CK 顯著低4.80%。隨著施鉀量的增加果實中鈣、鎂濃度也逐漸降低，T5 處理鈣、鎂濃度分別較CK 顯著低21.8%和17.2%（圖7b、c）。

3 討論

3.1 鉀素與作物生長、產(chǎn)量的關系

本研究中，當施鉀量較大時，番茄在營養(yǎng)生長期生長速度較快，根系生長也更旺盛，生物量增加，產(chǎn)量顯著提高。鉀是植物體內含量最多的陽離子，它能夠促進植物對光能的利用、提高能量代謝，因此充足的鉀供應對作物生長及產(chǎn)量有顯著的促進作用，不僅如此，鉀在植物體內還起到協(xié)同運輸、促進有機物合成的作用［17］。大量研究表明，鉀能夠促進植物對氮、磷、鎂等其他養(yǎng)分的吸收，鉀、氮配施較單施氮對水稻、玉米、番茄生長及產(chǎn)量均有顯著影響［2，18-19］。與設施栽培相比，我國大田作物鉀的投入量相對較低，在設施條件下，由于作物復種指數(shù)高、單位面積播種量大，又加之蔬菜較其他作物對養(yǎng)分的需求量大，農(nóng)戶一般認為大量施鉀能夠獲得較高的收益，因此生產(chǎn)中鉀的施用量越來越大。近年來大量設施條件下施肥與土壤質量調查結果表明，設施栽培中鉀的投入量有的高達3438 kg/hm2，土壤速效鉀含量達800～1000 mg/kg，已遠超出設施栽培鉀的推薦用量及土壤鉀的適宜標準［4］。本研究土壤采自寧夏新建日光溫室中，基礎土壤速效鉀含量為127 mg/kg，最大施鉀量750 kg/hm2，最大施肥量較推薦量高10%左右。在目前土壤鉀水平及施肥條件下，研究結果發(fā)現(xiàn)，施鉀對番茄生長及產(chǎn)量有顯著的提高作用，然而對種植多年且每年鉀投入量較高的設施土壤，繼續(xù)施鉀對蔬菜的影響如何，需進一步研究。

3.2 鉀與鈣、鎂營養(yǎng)間的相互作用

作物對鉀、鈣和鎂的吸收受很多因素的影響，而元素之間的相互作用也對作物養(yǎng)分吸收有較大的影響。本研究中隨著施鉀量的提高，番茄對鉀的吸收也增加，但對鈣的吸收表現(xiàn)出遞減的趨勢，說明當施鉀量達到一定程度后可能會抑制作物對鈣的吸收。缺鈣致使細胞壁形成減緩，細胞分裂受限，嚴重者可導致生長點死亡［20］。北方大多土壤的含鈣量較高，表土層平均含鈣量可達1.37%，不易造成作物缺鈣［21］。但是，在設施栽培條件下棚內濕度大、作物蒸騰量小、土壤“忽干忽濕”，這些環(huán)境均有可能導致作物缺鈣［22］。近年來研究認為肥料投入量大，土壤次生鹽漬化嚴重，可能也是缺鈣的原因之一，那么，在土壤中多種離子共存時，引起缺鈣的機制是什么呢？本研究發(fā)現(xiàn)，鉀離子是導致植株體及番茄果實缺鈣的原因之一。本研究結果還表明，施入鉀肥對營養(yǎng)器官鎂吸收具有顯著的促進作用，但對鎂向果實中的運輸有抑制作用。鉀鎂間的關系較為復雜，已有研究表明，鉀鎂間既存在協(xié)同作用也存在拮抗作用［13，23］。在鉀、鎂濃度較低或鉀、鎂比例適宜的條件下，鎂和鉀之間存在正交互效應，施用鉀肥促進了水稻對鎂的吸收［24］。Ohno 等［25］、Sehwantz 等［26］認 為，鉀 和鎂的拮抗首先發(fā)生在根吸收鎂的過程中，繼而發(fā)展到向地上部分的運輸過程中，鉀鎂間存在拮抗是由于在共質體運輸過程中鉀鎂共同競爭細胞膜上的吸附點位，在木質部運輸過程中鉀鎂可能相互協(xié)同或相互競爭。從本研究結果看，根、莖、葉營養(yǎng)器官中鉀、鎂表現(xiàn)出同步增大關系，說明二者間是相互協(xié)同，而果實中鉀、鎂均同步減少，鉀、鎂在植物體內同屬移動性較強的元素，它們能夠從源器官中再次裝載通過韌皮部進入庫器官。本研究中庫器官果實中的鉀、鎂同步減少，說明在韌皮部裝載過程中，鉀鎂間存在拮抗作用，究竟土壤中有效鉀、鈣、鎂的含量達到多少或者三者之間的比例如何調控才能平衡作物對養(yǎng)分的需求，這是目前設施條件下需要繼續(xù)探討的問題。

4 結論

不施鉀肥番茄株高最低，根系生長不良，收獲生物量最低，產(chǎn)量也最低。隨著施鉀量的提高，番茄的生長勢、生物量以及產(chǎn)量明顯提高，說明低鉀土壤中高鉀濃度有利于番茄植株生長。

隨著施鉀量的增加，根、莖、葉各器官中鉀、鎂濃度顯著增加，但果實中鉀、鎂濃度顯著降低；隨著施鉀量的增加，根、莖、葉、果實各器官中鈣濃度均顯著降低。由此可見，施鉀能夠增加番茄營養(yǎng)器官對鉀、鎂的吸收，但施鉀顯著抑制了番茄對鈣的吸收及鉀、鈣、鎂向果實的轉運。