氮磷鉀配施對(duì)戈壁日光溫室基質(zhì)槽培番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

張俊峰,蒯佳琳,王曉巍,張玉鑫,馬彥霞

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 a蔬菜研究所，b科技成果轉(zhuǎn)化處，甘肅 蘭州 730070)

戈壁農(nóng)業(yè)泛指在戈壁、砂石、鹽堿、沙化、灘涂等不宜耕作的閑置土地上，以日光溫室為載體，基質(zhì)栽培為核心，集成先進(jìn)栽培管理技術(shù)，發(fā)展設(shè)施優(yōu)質(zhì)安全瓜果蔬菜等特色農(nóng)產(chǎn)品為主的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展新業(yè)態(tài)[1]。近年來，甘肅省充分利用戈壁和光照等自然資源，發(fā)展戈壁設(shè)施蔬菜面積已超6 600 hm2[2-3]。番茄是戈壁設(shè)施栽培的主要蔬菜種類，種植面積、產(chǎn)量和產(chǎn)值均居戈壁設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，已成為助推區(qū)域農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)農(nóng)民脫貧致富的支柱產(chǎn)業(yè)之一[4]。多年來，有許多學(xué)者對(duì)露地番茄的施肥進(jìn)行了研究[5-8]，也有眾多科研工作者研究了保護(hù)地番茄的需肥規(guī)律[9-13]，為露地和保護(hù)地番茄的合理施肥提供了理論依據(jù)。由于戈壁農(nóng)業(yè)蔬菜生產(chǎn)時(shí)間相對(duì)較短，技術(shù)儲(chǔ)備不足，筆者所在的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)戈壁設(shè)施番茄的施肥研究也做了一些探索工作[14]，同時(shí)參考了不同學(xué)者的番茄施肥方案進(jìn)行了戈壁設(shè)施環(huán)境下的適應(yīng)性篩選，但均未取得較為滿意的效果。因此，本試驗(yàn)擬通過研究氮、磷、鉀配施對(duì)戈壁日光溫室有機(jī)基質(zhì)槽培番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期探明番茄高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的適宜氮、磷、鉀施肥方案和施用比例，為戈壁日光溫室基質(zhì)槽培番茄的養(yǎng)分管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年8月至2020年2月在甘肅省高臺(tái)縣新綠達(dá)戈壁農(nóng)業(yè)示范園日光溫室內(nèi)進(jìn)行，采用基質(zhì)槽式栽培。試驗(yàn)溫室為沙袋墻體鋼架結(jié)構(gòu)，跨度10 m、長(zhǎng)度100 m。栽培槽為下挖式，槽內(nèi)徑55 cm，深30 cm，長(zhǎng)8.5 m，走道寬0.75 m。槽內(nèi)填充25 cm深的栽培基質(zhì)?；|(zhì)采用自配基質(zhì)(玉米秸稈、牛糞、菇渣、爐渣體積比為2.5∶2∶2.5∶3)，其理化性質(zhì)為pH 7.03，EC 1.20 mS/cm，體積質(zhì)量0.529 g/cm3，全氮6.97 g/kg，全磷0.947 g/kg，全鉀15.37 g/kg?；|(zhì)原材料均來源于當(dāng)?shù)?，玉米秸稈、牛糞、菇渣噴水后進(jìn)行45 d堆肥覆膜高溫發(fā)酵處理，番茄拉秧后往基質(zhì)槽中添加基質(zhì)至25 cm并翻攪均勻、刮平，以備下茬繼續(xù)使用。供試番茄品種為吉諾比利(武漢楚為生物科技有限公司)。

試驗(yàn)采用氮、磷、鉀3因素5水平正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方案[15]，小區(qū)面積11.05 m2，3次重復(fù)，具體試驗(yàn)方案和肥料用量見表1。供試肥料分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(K2O 60%)。番茄定植前滴灌澆水，基質(zhì)表面完全浸濕即可，按每槽兩行倒三角形定植，使基質(zhì)略高于苗根莖部。株距45 cm，灌水方式為膜下滴灌，每槽鋪設(shè)兩根雙上孔型薄壁軟管。番茄定植20 d后開始第1次施肥處理，之后每隔15 d追肥1次，共施肥10次，單次施肥量按照總施肥量和施肥次數(shù)平均分配，將肥料溶解后利用水肥一體化施肥器滴灌施入。2019年8月23日定植，11月15日始收，2020年2月11日拉秧，共采收了18次。在生長(zhǎng)期內(nèi)，根據(jù)設(shè)施溫濕度環(huán)境和外界氣溫條件，每天滴灌1～2次，每次15～30 min，從定植到拉秧期，共計(jì)灌水量為129.37 m3。其他生產(chǎn)措施按常規(guī)管理。

表1 番茄氮磷鉀配比試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 產(chǎn) 量 每次采收時(shí)測(cè)定單株產(chǎn)量及結(jié)果數(shù)，至采收全部結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)的單株總產(chǎn)量及結(jié)果數(shù)；采用田間稱量法，記錄各處理小區(qū)每次的產(chǎn)量，至采收全部結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)總產(chǎn)量。

1.2.2 果實(shí)品質(zhì) 于盛果期(12月23日)選取成熟的番茄，用于測(cè)定VC、番茄紅素、可溶性蛋白、可溶性糖、硝酸鹽和有機(jī)酸含量。VC含量采用改進(jìn)的2,6-二氯靛酚滴定法[16]測(cè)定，番茄紅素含量采用分光光度法[17]測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[18]測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[18]測(cè)定，硝酸鹽含量采用紫外分光光度法[17]測(cè)定，有機(jī)酸含量采用堿滴定法[18]測(cè)定。

番茄品質(zhì)綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)番茄生產(chǎn)要求和市場(chǎng)銷售標(biāo)準(zhǔn)，參考宋春鳳等[19]對(duì)芋頭、趙鎧等[20]對(duì)洋蔥和杜少平等[21]對(duì)西瓜的品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，確定番茄品質(zhì)綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。首先，將與番茄品質(zhì)呈正相關(guān)的5個(gè)品質(zhì)(可溶性糖含量、有機(jī)酸含量、番茄紅素含量、VC含量和可溶性蛋白含量)最佳值的得分確定為100分，其中可溶性糖含量的最佳值為3.5%，有機(jī)酸含量的最佳值為0.5%，番茄紅素含量的最佳值為160 mg/kg，VC含量的最佳值為210 mg/kg，可溶性蛋白含量的最佳值為2.6 mg/g；各處理不同品質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)值占最佳值的比例即為該處理不同指標(biāo)的相對(duì)得分，其相對(duì)得分乘以權(quán)重值(可溶性糖含量、有機(jī)酸含量、番茄紅素含量、VC含量的權(quán)重均為0.2，可溶性蛋白含量的權(quán)重為0.1)即為各指標(biāo)評(píng)分，然后計(jì)算各處理5個(gè)品質(zhì)指標(biāo)評(píng)分之和。其次，硝酸鹽含量與番茄品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，以100 mg/kg作為其最佳值，最佳值的得分確定為 100 分，實(shí)測(cè)值每增加10 mg/kg，得分減1分，即可得到硝酸鹽的相對(duì)得分，相對(duì)得分乘以權(quán)重值(硝酸鹽含量的權(quán)重為0.1)即為最后評(píng)分。最后，將與番茄品質(zhì)正相關(guān)的5個(gè)指標(biāo)評(píng)分之和減去與番茄品質(zhì)負(fù)相關(guān)的硝酸鹽含量評(píng)分即為番茄品質(zhì)綜合評(píng)分。

1.2.3 番茄高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)氮磷鉀肥施用量的確定 對(duì)具有同等重要性的試驗(yàn)指標(biāo)，通過頻率出現(xiàn)的高低可優(yōu)先排序，頻率高的因素水平可被優(yōu)先選擇，從而獲得最佳置信區(qū)間和配比方案[20-21]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0和Excel 2010對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀肥施用量與番茄產(chǎn)量和品質(zhì)之間回歸模型的建立

不同施肥處理番茄產(chǎn)量和品質(zhì)測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 不同施肥處理對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

以表1中氮、磷、鉀肥施用量編碼值為自變量，表2中產(chǎn)量為因變量，進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸分析，得出番茄產(chǎn)量(Y1)與氮、磷、鉀肥施用量編碼值之間的回歸方程:

(1)

對(duì)該回歸方程進(jìn)行F檢驗(yàn)可知，F(xiàn)=2 023.44,P=0.007 3,表明回歸關(guān)系達(dá)極顯著水平(P<0.01)，這也說明此方程可以反映肥料施用量與番茄產(chǎn)量之間的關(guān)系，因此該回歸方程對(duì)番茄產(chǎn)量有很好的預(yù)測(cè)效果。表3顯示，該回歸方程各偏回歸系數(shù)的檢驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

表3 番茄產(chǎn)量與氮磷鉀肥施用量編碼值之間回歸方程的偏回歸系數(shù)檢驗(yàn)

同理可求得肥料施用量編碼值與番茄品質(zhì)綜合評(píng)分(Y2)之間的回歸方程:

(2)

對(duì)該回歸方程進(jìn)行F檢驗(yàn)，可知F=6.17,P=0.003,表明回歸關(guān)系達(dá)極顯著水平(P<0.01)。

2.2 氮磷鉀肥施用量與番茄產(chǎn)量和品質(zhì)之間回歸模型的分析

2.2.1 主效因子分析 從方程(1)、(2)可以看出，一次項(xiàng)的偏回歸系數(shù)均為正值，二次項(xiàng)系數(shù)均為負(fù)值，符合報(bào)酬遞減定率，模型屬于典型模型，一次項(xiàng)回歸系數(shù)絕對(duì)值的大小可以直接比較各因素對(duì)基質(zhì)槽培番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。從氮、磷、鉀肥施用量編碼值與番茄產(chǎn)量和品質(zhì)回歸模型的一次項(xiàng)可以看出，氮、磷、鉀肥施用量編碼值的偏回歸系數(shù)絕對(duì)值分別為1 152.030，191.661，452.939和1.521，0.124，0.975，說明試驗(yàn)中各因素對(duì)基質(zhì)槽培番茄產(chǎn)量和品質(zhì)影響由大到小的順序均為氮肥>鉀肥>磷肥。

2.2.2 單因子效應(yīng)分析 為了進(jìn)一步探討各個(gè)因素的單獨(dú)效應(yīng)，將番茄產(chǎn)量回歸模型中氮、磷、鉀肥3個(gè)自變量中的任意2個(gè)的編碼值固定為0，可以得到剩余自變量與目標(biāo)函數(shù)的關(guān)系，即可得到氮、磷、鉀肥施用量編碼值與番茄產(chǎn)量關(guān)系的單因子效應(yīng)方程分別為：

(3)

(4)

(5)

同理可得到氮、磷、鉀肥施用量編碼值與番茄品質(zhì)綜合評(píng)分關(guān)系的單因子效應(yīng)方程分別為：

(6)

(7)

(8)

由圖1和圖2 可以看出，番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的氮、磷、鉀肥施用量單因子效應(yīng)曲線均開口向下。當(dāng)施用量較低時(shí)，番茄產(chǎn)量隨著氮、磷、鉀肥施用量的增大而增加，達(dá)到最高值后，繼續(xù)增大施用量，番茄產(chǎn)量開始降低，且磷肥對(duì)番茄產(chǎn)量的正效應(yīng)大于鉀肥，鉀肥的負(fù)效應(yīng)大于氮肥。在施用量較低條件下，番茄品質(zhì)綜合評(píng)分隨著氮、磷、鉀肥施用量的增大而提高，達(dá)到最大值后繼續(xù)增大施肥量，番茄品質(zhì)綜合評(píng)分下降，其中氮、磷、鉀肥對(duì)番茄品質(zhì)綜合評(píng)分的正效應(yīng)差異不顯著，而磷肥的負(fù)效應(yīng)顯著大于氮、鉀。在本試驗(yàn)設(shè)置的肥料使用范圍內(nèi)，對(duì)單因子效應(yīng)方程求導(dǎo)，可得產(chǎn)量最高、品質(zhì)最佳時(shí)的氮、磷、鉀肥最高施用量(表4)。

圖1 氮磷鉀肥施用量編碼值與番茄產(chǎn)量單因子效應(yīng)分析

表4 番茄產(chǎn)量和品質(zhì)綜合評(píng)分最高時(shí)的肥料單因子效應(yīng)分析

2.2.3 因子互作效應(yīng)分析 本試驗(yàn)確定的番茄產(chǎn)量與氮、磷、鉀肥施用量編碼值之間的回歸模型，存在氮磷、磷鉀、氮鉀之間的互作效應(yīng)，并且其偏回歸系數(shù)均達(dá)極顯著水平，說明氮磷、磷鉀、氮鉀之間的互作效應(yīng)對(duì)番茄產(chǎn)量的影響達(dá)到了極顯著水平，即在氮磷鉀配施條件下，番茄產(chǎn)量的變化不僅僅是單因子效應(yīng)的線性累加，還存在因子間的互作效應(yīng)。為了探討氮、磷、鉀肥3個(gè)因子之間的互作效應(yīng)，對(duì)回歸方程(1)進(jìn)行降維處理，即固定任意一因子編碼值為0 ，則可得其他兩個(gè)因子互作效應(yīng)與番茄產(chǎn)量之間的回歸子模型：

(9)

(10)

(11)

將方程(9)、(10)和(11)繪圖，則可得到任意兩因子交互作用對(duì)番茄產(chǎn)量的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 氮磷鉀肥互作效應(yīng)對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

由圖3可知，在編碼值范圍內(nèi)，氮、磷、鉀兩兩之間對(duì)番茄產(chǎn)量的互作效應(yīng)均呈拋物線型，產(chǎn)量先升高后降低，符合報(bào)酬遞減定律。單獨(dú)施用某一種肥料均不利于提高基質(zhì)槽培番茄的產(chǎn)量，但氮、磷、鉀肥兩兩之間的互作效應(yīng)則對(duì)番茄產(chǎn)量有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，其中磷鉀互作時(shí)，磷的效應(yīng)大于鉀；氮鉀互作時(shí)，鉀的效應(yīng)大于氮；氮磷互作時(shí)，磷的效應(yīng)大于氮。

2.3 番茄高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)氮磷鉀肥施用量的確定

本試驗(yàn)條件下，對(duì)回歸方程(1)、(2)進(jìn)行尋優(yōu)，結(jié)果見表5和表6。由表5可知，當(dāng)X1取0.444～1.065,X2取0.903～1.723,X3取0.494～1.140，即氮、磷、鉀肥施用量為284～367，173～228，437～566 kg/hm2時(shí)，戈壁日光溫室秋冬茬基質(zhì)槽培番茄產(chǎn)量有望超過80 000 kg/hm2。由表6可知，當(dāng)X1取0.642～1.358，X2取1.623～2.671，X3取0.582～1.270，即氮、磷、鉀肥施用量為311～407，221～291，454～592 kg/hm2時(shí)，戈壁日光溫室秋冬茬基質(zhì)槽培番茄品質(zhì)綜合得分有望超過85分。綜合分析對(duì)比，確定了戈壁日光溫室秋冬茬基質(zhì)槽培番茄高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的施肥方案為：N 311～367 kg/hm2，P2O5221～228 kg/hm2，K2O 454～566 kg/hm2，適宜的N、P2O5、K2O施用量之比約為1∶0.66∶1.50。

表6 番茄品質(zhì)綜合評(píng)分超過85分的氮磷鉀肥施用量取值頻率分布

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，氮、磷、鉀肥對(duì)基質(zhì)槽培番茄產(chǎn)量和品質(zhì)影響由大到小的順序均為氮肥>鉀肥>磷肥。番茄產(chǎn)量隨氮、磷、鉀肥施用量的增大而增加，達(dá)到最高值后，繼續(xù)增加施肥量，番茄產(chǎn)量開始降低，且磷肥對(duì)番茄產(chǎn)量的正效應(yīng)大于鉀肥，鉀肥的負(fù)效應(yīng)大于氮肥；番茄品質(zhì)綜合評(píng)分隨著氮、磷、鉀肥施用量的增大而增加，達(dá)到最大值后繼續(xù)增加施肥量，番茄品質(zhì)綜合評(píng)分逐漸下降，且氮、磷、鉀肥對(duì)番茄品質(zhì)綜合評(píng)分的正效應(yīng)差異不顯著，而磷肥的負(fù)效應(yīng)顯著大于氮、鉀肥。這與趙鎧等[20]在洋蔥和杜少平等[21]在西瓜上的研究結(jié)果不一致，這可能與作物種類、茬口不同有關(guān)。本試驗(yàn)中，氮磷、磷鉀、氮鉀的互作效應(yīng)對(duì)番茄產(chǎn)量的影響均達(dá)極顯著水平，其中磷鉀互作時(shí)，磷的效應(yīng)大于鉀；氮鉀互作時(shí)，鉀的效應(yīng)大于氮；氮磷互作時(shí)，磷的效應(yīng)大于氮。同時(shí)利用模型決策分析，得到了戈壁日光溫室秋冬茬基質(zhì)槽培番茄目標(biāo)產(chǎn)量大于80 000 kg/hm2的優(yōu)化施肥方案為：N 284～367 kg/hm2，P2O5173～228 kg/hm2，K2O 437～566 kg/hm2；番茄品質(zhì)綜合評(píng)分超85分的優(yōu)化施肥方案為：N 311～407 kg/hm2，P2O5221～291 kg/hm2，K2O 454～592 kg/hm2。這與賀會(huì)強(qiáng)等[22]、馬躍[23]、李遠(yuǎn)新等[24]、楊陽等[25]關(guān)于番茄施肥的研究結(jié)果有差異，這可能主要與茬口安排、基質(zhì)基礎(chǔ)肥力、設(shè)施環(huán)境、試驗(yàn)番茄品種不同有密切關(guān)系。吳建繁等[26]的研究結(jié)果表明，不同土壤肥力條件下，保護(hù)地番茄的最佳施肥量之間差異顯著。程季珍等[27]的研究結(jié)果也證實(shí)，菜田土壤養(yǎng)分狀況不同時(shí)，各種蔬菜的平衡施肥方案也有較大差異。本試驗(yàn)中，由于基質(zhì)槽的體積有限，故基質(zhì)中的氮、磷、鉀含量較低，這一特點(diǎn)使得番茄定植后追施的氮、磷、鉀肥能充分地發(fā)揮其生理功能，但同時(shí)也導(dǎo)致了整個(gè)生育期氮、磷、鉀肥的施用量偏高。

通過試驗(yàn)結(jié)果綜合分析，最終確定戈壁日光溫室秋冬茬基質(zhì)槽培番茄的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)施肥方案為：N 311～367 kg/hm2，P2O5221～228 kg/hm2，K2O 454～566 kg/hm2，適宜的 N、P2O5、K2O施用量之比約為1∶0.66∶1.50。