周 進(jìn),吳楊煥,陳 芳,門(mén)雪杰

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆五家渠 831300)

0 引 言

【研究意義】番茄營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富,已成為我國(guó)蔬菜構(gòu)成的主要組成部分，占全國(guó)蔬菜產(chǎn)量的 30%，位居全國(guó)蔬菜種植排名前四[1]。新疆地處西北內(nèi)陸，晝夜溫差大，光照充足，有效積溫高，太陽(yáng)輻射量大，具有明顯的氣候優(yōu)勢(shì)，利于番茄可溶性固形物含量的提高和番茄紅素的生成，已成為全球第三大番茄醬產(chǎn)區(qū)，是我國(guó)番茄制品的主要產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是亞洲最大的番茄生產(chǎn)和加工基地[2-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年新疆番茄種植面積95萬(wàn)畝，占全國(guó)產(chǎn)量的2/3左右[4-5]。近年來(lái)，隨著新疆滴灌技術(shù)的發(fā)展和設(shè)施栽培技術(shù)的完善，設(shè)施滴灌番茄種植得到了快速的發(fā)展和推廣，已成為番茄主要生產(chǎn)種植模式之一。氮肥作為番茄生長(zhǎng)發(fā)育的主要貢獻(xiàn)因子，參與番茄體內(nèi)各種代謝過(guò)程，對(duì)設(shè)施滴灌番茄的光合作用、葉綠素及其品質(zhì)和產(chǎn)量等的影響深刻而復(fù)雜[6]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤中的氮素對(duì)一般作物產(chǎn)量貢獻(xiàn)率可達(dá)48.6%～79.4%[7]，但氮肥的利用率低，一般在 28%～ 41%[8]。適度的施氮可提高番茄的產(chǎn)量、果實(shí)中可溶性糖含量、VC含量，降低總酸度[9]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】近年來(lái)，隨著新疆設(shè)施滴灌番茄大面積的種植和推廣，有過(guò)量的使用氮肥現(xiàn)象，不僅使番茄的的產(chǎn)量和品質(zhì)下降，也會(huì)使水土富營(yíng)養(yǎng)化。研究設(shè)施滴灌番茄的需氮規(guī)律和氮肥用量?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究通過(guò)不同的施氮處理研究設(shè)施滴灌番茄干物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化、光合特征、葉綠素變化、品質(zhì)及產(chǎn)量構(gòu)成因子，分析氮肥用量對(duì)設(shè)施滴灌番茄的影響，為設(shè)施滴灌番茄的氮肥管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2017～2018年在新疆五家渠市國(guó)家農(nóng)業(yè)園區(qū)設(shè)施基地43號(hào)溫室內(nèi)進(jìn)行，地理位置為44°13'N，87°43'E，屬典型的溫帶大陸性氣候。年平均氣溫12.8℃，平均日照時(shí)間3 300 h，年均無(wú)霜期 180 d，年均≥10℃ 積溫3 200℃/d。供試土壤有機(jī)質(zhì)為 7.28 g/kg，全氮為 0.98 g/kg，有效磷為 22.7 mg/kg，速效鉀為219.62 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試番茄品種為天馬54號(hào)，試驗(yàn)設(shè)N0(不施氮肥)、N1(150 kg/hm2)、N2(300 kg/hm2)、N3(450 kg/hm2)、N4(600 kg/hm2)、N5(750 kg/hm2)共6個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，采取膜下滴灌栽培模式，滴灌帶布設(shè)方式為1管 2 行，實(shí)行寬窄行，株距 30 cm，窄行 40 cm，寬行 70 cm，小區(qū)面積 45 m2，分別于 2017年 2月 7 日和2018年2月13日移栽定植。氮肥分 4 次施入，25%用于基肥，75%分 3 次在設(shè)施番茄初花期、果實(shí)膨大期、盛果期隨水滴施，其他田間管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理相同。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 干物質(zhì)量

從初花期開(kāi)始，每隔10 d進(jìn)行破壞性取樣每小區(qū)取樣3株，每次取樣后，記錄葉片、果實(shí)數(shù)，分別稱量地上部莖、葉、果鮮質(zhì)量，在 105℃ 下烘15 min 殺青，75℃下烘至恒量為干質(zhì)量。

1.2.2.2 葉面積指數(shù)

在設(shè)施番茄生育期各階段于各小區(qū)選取生長(zhǎng)狀況良好、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的番茄各3株，用LI-300C(LI-COR Inc,Lincoln,NE,USA)葉面積儀測(cè)定植株葉面積，取其平均值，計(jì)算葉面積指數(shù)(LAI)。

1.2.2.3 光合參數(shù)

在果實(shí)膨大期選取番茄植株頂部往下完全展開(kāi)第 5 片葉，用 Li-6400 型光合儀測(cè)定葉的光合參數(shù)，用SPAD-502Plus葉綠素測(cè)定葉片SPAD值。

1.2.2.4 品質(zhì)

番茄成熟期，選擇大小色澤一致的第 2 穗番茄果，根據(jù)李合生[10]測(cè)定其品質(zhì)，主要包括可溶性糖、番茄紅素、VC、硝酸鹽、可溶性固形物含量。

1.2.2.5 產(chǎn)量

成熟期各小區(qū)調(diào)查面積4 m2的加工番茄株數(shù)，并采收5株測(cè)定設(shè)施番茄單株果數(shù)、單果重，計(jì)算產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007 對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算和歸一化處理，用SPSS 16.0 進(jìn)行方差分析、LSD 法做多重比較分析，OriginPro8.5 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)設(shè)施滴灌番茄地上部分干物質(zhì)累積量的影響

研究表明,不同氮肥處理干物質(zhì)累積量隨定植后天數(shù)增加而增加，呈現(xiàn)出“慢—快—慢”的S型變化。定植后30 d內(nèi)不同氮肥處理干物質(zhì)累計(jì)沒(méi)有顯著差異，定植30 d后，干物質(zhì)累計(jì)隨氮肥用量增加而增加，N0處理干物質(zhì)最小，顯著低于其他處理。N5處理干物質(zhì)最大，且與N4處理沒(méi)有顯著差異，N4和N5顯著高于N1、N2、N3處理。N3和N2處理沒(méi)有明顯差異，二者明顯高于N1處理，各處理干物質(zhì)累積量分別為N5>N4>N3>N2>N1>N0。圖1

單株干物質(zhì)累積量(y)與定植后的天數(shù)(x)增長(zhǎng)過(guò)程符合生長(zhǎng)模型Y=a/(1+b×exp(-k×x))。擬合方程的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到顯著水平，其決定系數(shù)R2均在95%以上。不同氮肥處理最大干物質(zhì)質(zhì)量分別為129～214.2和161.5～247.5 g。干物質(zhì)最大增長(zhǎng)速率隨氮肥的增加而增大，N0處理顯著低于其他各處理，分別為2.0和2.5 g/d，2017年N5處理最大為3.9 g/d，2018年N4處理最大為4.3 g/d，各處理年度間差異不明顯。干物質(zhì)最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)天數(shù)N5處理最早，N0最晚，分別為43.7、49.4和51.9、57.2 d，各處理干物質(zhì)最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)平均天數(shù)分別在45.8和52.7 d。表1

圖1 不同施氮量下設(shè)施滴灌番茄地上部分干物質(zhì)累積量變化

Fig. 1 Effects of nitrogen application on dry matter accumulation in above-ground parts of tomatoes under facility drip irrigation

表1 不同處理地上部干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)的logistics回歸方程

2.2 施氮量對(duì)設(shè)施滴灌番茄葉面積指數(shù)的影響

研究表明,定植后20和30 d，不同氮肥處理對(duì)設(shè)施番茄葉面積指數(shù)沒(méi)有明顯影響，各處理無(wú)顯著差異，定植后40～80 d，各處理葉面積指數(shù)差異顯著，在定植后60 d各處理葉面積指數(shù)最大，為先增加后降低的拋物線趨勢(shì)。在整個(gè)生育過(guò)程中，設(shè)施番茄葉面積指數(shù)隨施氮量的增加而增大，為N5>N4>N3>N2>N1>N0，葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)相同，沒(méi)有明顯的差異。圖2

2.3 施氮量對(duì)設(shè)施滴灌番茄光合參數(shù)和SPAD 值的影響

研究表明,隨著氮肥施用量的增加，凈光合速率表現(xiàn)為升高后降低的趨勢(shì)，N4處理最大分別為23.24和21.53 mol/(m2·s)，顯著高于其他處理，分別較不施肥N0處理增加47.16%和37.31%，N3和N5處理間沒(méi)有顯著差異，顯著高于N1、N2處理。蒸騰速率和葉片氣孔導(dǎo)度隨施氮量的增加而增大，N5處理最大，2試驗(yàn)?zāi)攴謩e為9.56、9.21 mmol/(m2·s)和0.76、0.79 mol/(m2·s)，顯著大于N0、N1、N2和N3處理，較N4處理沒(méi)有顯著差異。胞間CO2濃度隨氮肥的增加而下降，不施氮肥處理N0最大，N1處理次之，二者顯著高于其他處理，N5處理最低。SPAD值在一定的范圍內(nèi)隨氮肥的增加而增大，當(dāng)施氮量達(dá)到一定值后，隨氮肥的增加而降低，N4處理最大，分別為61.6和63.5，顯著高于其他處理，較N0增大67.39%、77.87%。表2

圖2 不同施氮量下設(shè)施滴灌番茄葉面積指數(shù)變化

Fig. 2 Effect of nitrogen application rate on LAI of tomato under facility drip irrigation

表2 不同施氮量下設(shè)施滴灌番茄光合參數(shù)和SPAD 值變化

Table 2 Effects of nitrogen application on photosynthetic parameters and SPAD value of tomato under facility drip irrigation

處理Treatments凈光合速率Pn(μmol/(m2·s ))蒸騰速率Tr(mmol/(m2·s))葉片氣孔導(dǎo)度Gs(mol/(m2·s))胞間CO2濃度Ci(μmol/mol)SPAD值SPAD values2017N015.18e6.53d0.46d324.9a36.8dN117.36d7.21c0.52c318.2a42.9cN218.21c7.99b0.61b306.4b48.3bcN319.84b8.87ab0.64b302.3b52.7bN422.34a9.42a0.72a284.7c61.6aN520.06b9.56a0.76a278.3c54.8b2018N015.68d6.41c0.49d335.6a35.7dN117.84c7.09b0.56c329.7a43.7cN218.56c7.71b0.62c318.5b46.6cN320.02b8.64a0.71b309.7c51.9bN421.53a9.06a0.74a283.9d63.5aN519.94b9.21a0.79a274.6c55.9b

注：數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示不同施氮量間的差異顯著(P< 0.05)，下同

Note: Different letters after data indicate significant difference (P< 0.05) of different nitrogen application amounts，the same as below

2.4 施氮量對(duì)設(shè)施滴灌番茄品質(zhì)的影響

研究表明,可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量均隨施氮量的增加而增加，各施肥處理均顯著高于不施肥N0處理，N5處理最大，分別為5.06～5.11、45.36～44.58和468.25～485.58 mg/kg，較N0增加97.65%～83.81%、72.14%～71.17%、47.92%～56.81%，且N5與N4之間無(wú)顯著差異，二者顯著高于N1和N2處理。硝酸鹽一定的范圍內(nèi)隨氮肥的增加而增大，當(dāng)施氮量達(dá)到一定值后，隨氮肥的增加而降低，N4處理最高，分別為58.36和61.35 mg/kg，顯著高于N0、N1、N2、N3處理?？扇苄怨绦挝锖侩S氮肥施用量的增加而降低，不施氮肥處理N0最大，分別為4.69%和4.48%，N1處理次之，無(wú)顯著差異，二者顯著高于N2、N3、N4、N5處理，各處理N5最小，分別為3.56%和3.29%。表3

表3 不同施氮量下設(shè)施滴灌番茄品質(zhì)變化

Table 3 Effect of nitrogen application rate on tomato quality under facility drip irrigation

處理Treatments可溶性蛋白Soluble protein(mg/g)可溶性糖Soluble sugar(mg/g)VC含量VC(mg/kg)硝酸鹽Nitrate(mg/kg)可溶性固形物含量Soluble solids mass fraction(%)2017N02.56d26.35c316.56d28.22d4.69aN13.51c32.34b381.35b40.31c4.56aN24.17b35.05b398.63b46.82b4.35abN34.26b40.98a435.87a49.62b4.13bN44.98a43.14a453.56a58.36a3.68cN55.06a45.36a468.25a56.31a3.56c2018N02.78d25.45c309.65d30.56e4.48aN13.61c35.67bc356.86c38.21d4.35aN24.29b36.75b399.02b48.26c4.03abN34.42b39.89ab415.68b50.31b3.88bN45.03a42.85a473.21a61.35a3.35cN55.11a44.58a485.58a58.42a3.29c

2.5 施氮量對(duì)設(shè)施滴灌番茄產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

研究表明,不同氮肥處理對(duì)設(shè)施番茄單株果數(shù)、單果質(zhì)量及產(chǎn)量均有影響，在一定的氮肥施用范圍內(nèi)，設(shè)施番茄單株果數(shù)、單果質(zhì)量和產(chǎn)量均隨施氮量的增加而增加，氮肥施用量達(dá)到一定值后，單株果數(shù)、單果質(zhì)量和產(chǎn)量均隨施氮量的增加而有所下降。單株果數(shù)、單果質(zhì)量和產(chǎn)量均在N4處理下最大，分別為14.6～15.3個(gè)、244.7～254.8 g、9.35～10.26 t/667 m2，顯著高于N0、N1、N2處理，較N0增加52.08%～48.54%、67.94%～64.49%、51.29%～42.69%。就氮肥利用率而言，各處理N4最高，可達(dá)42.61%～43.56%、顯著高于N1、N2處理，較N3和N4沒(méi)有明顯差異。各處理氮肥產(chǎn)量貢獻(xiàn)率N4最高為33.89%～29.92%，顯著高于其他處理，N5次之為32.75%～27.08%，N1處理最低。表4

表4 不同施氮量下設(shè)施滴灌番茄產(chǎn)量及氮肥利用效率變化

Table 4 Effects of nitrogen application rate on tomato yield and nitrogen use efficiency under facility drip irrigation

處理Treatments單株果數(shù)Fruit number perplant(No)單果質(zhì)量Weight of single fruit(g)產(chǎn)量Yield(t/667m2)氮肥利用率Fertilizer nitrogenuse efficiency(%)氮肥產(chǎn)量貢獻(xiàn)率Yield rate of Nitrogen (%)2017N09.6c145.7c6.18c//N111.4b178.9b7.78b32.67b20.56cN212.3b183.6b8.05b35.89b23.22cN313.9a221.5a8.86a39.83a30.24bN414.6a244.7a9.35a42.61a33.89aN513.4a229.5a9.19a40.96a32.75b2018N010.3c154.9c7.19c//N112.9b177.9bc8.31b31.25b13.48dN213.3b205.6b8.75b36.87b17.82cN314.1a239.5a9.73a40.32a26.11bN415.3a254.8a10.26a43.56a29.92aN514.5a246.6a9.86a41.57a27.08b

3 討 論

氮是番茄生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因子，參與植株體內(nèi)各種代謝過(guò)程，對(duì)設(shè)施番茄的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量影響較為復(fù)雜。前人研究發(fā)現(xiàn)，番茄的干物質(zhì)與氮素生產(chǎn)在一定范圍內(nèi)與施肥量呈正相關(guān)[11-12]。研究表明，干物質(zhì)累積量隨氮肥用量增加而增加，呈現(xiàn)出“慢—快—慢”的S型變化。單株干物質(zhì)累積量和單株干物質(zhì)最大增長(zhǎng)速率均表現(xiàn)為N5處理最大，分別214.2和247.5 g、3.9和4.3 g/d，各處理單株干物質(zhì)最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)平均天數(shù)2個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴謩e在45.8和52.7 d。與前人研究結(jié)果一致[13]。葉面積指數(shù)作為番茄群體生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo)，可以用來(lái)反映番茄群體的光合同化能力，與產(chǎn)量密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，隨施氮量的增加葉面積指數(shù)增大，年均表現(xiàn)為N5處理最大，整個(gè)生育期表現(xiàn)為先增加后降低的拋物線趨勢(shì)，在定植后60 d各處理葉面積指數(shù)最大，各處理葉面積指數(shù)介于4～5，這與劉美琴等[14]的研究結(jié)果一致。

光合作用是番茄生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，直接決定了作物產(chǎn)量的形成。研究表明，隨著氮肥施用量的增加，凈光合速率表現(xiàn)為升高后降低的趨勢(shì)，蒸騰速率和葉片氣孔導(dǎo)度隨施氮量的增加而增大，胞間CO2濃度隨氮肥的增加而下降。說(shuō)明氮肥在一定程度上可顯著提高番茄葉片的光合速率，過(guò)高的施用氮肥抑制了設(shè)施番茄的凈光合速率，不利于番茄光合速率提高，這與Müller P[15]、劉中良等[16]的研究相同。葉綠素是番茄光合作用過(guò)程中重要的物質(zhì)，起到吸收光能并進(jìn)行轉(zhuǎn)化和傳遞的核心功能，在一定范圍內(nèi)，葉綠素含量與番茄光合同化能力呈正相關(guān)[17]。研究表明，SPAD值在一定的范圍內(nèi)隨氮肥的增加而增大，當(dāng)施氮量達(dá)到一定值后，隨氮肥的增加而降低，N4處理最大，分別為61.6和63.5，過(guò)低或過(guò)高的氮肥均不利于葉綠素的形成。

品質(zhì)決定了番茄的口感和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，已有研究表明，不同密度和氮肥對(duì)番茄品質(zhì)的影響極顯著，在相同密度條件下，隨著氮肥的降低番茄果實(shí)中硝酸鹽、可溶性蛋白、VC 以及可溶性糖含量逐漸降低[18]。研究發(fā)現(xiàn)，可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量均隨施氮量的增加而增加，硝酸鹽在一定的范圍內(nèi)隨氮肥的增加而增大，當(dāng)施氮量達(dá)到一定值后，隨氮肥的增加而降低，可溶性固形物含量隨氮肥施用量的增加而降低。就產(chǎn)量及氮肥利用效率而言，隨氮肥的增加，單株果數(shù)、單果質(zhì)量、產(chǎn)量、氮肥利用率和氮肥產(chǎn)量貢獻(xiàn)率均為先增加后降低的形式，各處理N4處理最高。過(guò)低過(guò)高的氮肥均不利于設(shè)施番茄的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的提高，降低了氮肥利用率和氮肥產(chǎn)量貢獻(xiàn)率。

4 結(jié) 論

隨著氮肥用量的增加，干物質(zhì)累積量和葉面積指數(shù)增加，干物質(zhì)最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)天為45.8～52.7 d。葉面積指數(shù)在定植后60 d最大，表現(xiàn)為先增加后降低的拋物線趨勢(shì)。凈光合速率和SPAD值隨施氮量增加表現(xiàn)為升高后降低的趨勢(shì)，胞間CO2濃度隨氮肥的增加而下降。產(chǎn)量、氮肥利用率和氮肥產(chǎn)量貢獻(xiàn)率隨氮肥用量的增加表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)。過(guò)低或過(guò)高的施氮量均不利于設(shè)施滴灌番茄的生長(zhǎng)發(fā)育，會(huì)抑制番茄的生長(zhǎng)發(fā)育、降低番茄產(chǎn)量，而適宜的氮肥用量能有效促進(jìn)設(shè)施番茄的生長(zhǎng)發(fā)育，改善番茄品質(zhì)，提高番茄產(chǎn)量。干物質(zhì)變化、光合參數(shù)、產(chǎn)量及品質(zhì)等指標(biāo)，5個(gè)氮肥處理下N4(600 kg/hm2)處理效果最佳。