馬建梅，李惠霞*，張學(xué)科

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)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(jìn)養(yǎng)分運(yùn)輸、增強(qiáng)抗逆性、調(diào)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(shè)施栽培中，由于作物復(fù)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(diào)查陜西楊陵新建日光溫室鉀肥年投入量達(dá)1799 kg/hm2［3］，山東壽光鉀肥的年投入量達(dá)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(shè)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(guān)，大量施鉀可能引起鈣、鎂營養(yǎng)失衡［5］。植物體內(nèi)缺鈣會導(dǎo)致其頂芽和根系頂端發(fā)育不良，嚴(yán)重時生長點(diǎn)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(zhì)，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(zhì)、脂肪等有機(jī)物的合成與代謝，缺鎂導(dǎo)致有機(jī)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(yùn)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(dǎo)缺鎂的現(xiàn)象較為普遍。當(dāng)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(rèn)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(yùn)輸。也有研究表明，當(dāng)土壤中的鉀含量較低時，鉀能夠促進(jìn)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(fèi)量最大的蔬菜之一，因其富含Va、Vb、Vc、可溶性糖、有機(jī)酸、鈣磷鐵等礦物質(zhì)，深受人們喜愛，番茄也是設(shè)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(shè)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(guān)，目前這些問題尚不明確。本研究在設(shè)施條件下，以設(shè)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(jié)果將為設(shè)施條件下養(yǎng)分綜合調(diào)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(shè)施農(nóng)業(yè)示范區(qū)日光溫室內(nèi)進(jìn)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(chǔ)理化性質(zhì)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(qiáng)，果實成熟前綠色程度深，果頂圓平，果面光滑，果實耐貯性強(qiáng)。

1.3 試驗設(shè)計

試驗為單因素鉀肥試驗，以不施鉀肥為對照（CK），設(shè)5 個鉀水平150、300、450、600、750 kg/hm2，即對應(yīng)為5 個處理T1、T2、T3、T4、T5，每個處理重復(fù)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(biāo)簽，完全隨機(jī)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(nèi)，每盆1 株，所用處理采用相同的農(nóng)藝措施進(jìn)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(shè)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(fēng)干，磨細(xì)，測定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)。

植物樣品：營養(yǎng)生長期用標(biāo)尺測株高、游標(biāo)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(biāo)）。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(biāo)（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(jìn)行數(shù)據(jù)計算；采用SPSS 15.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析，采用LSD 法對處理間差異的顯著性進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)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(dá)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(dá)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(jìn)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(guān)系

本研究中，當(dāng)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(nèi)含量最多的陽離子，它能夠促進(jìn)植物對光能的利用、提高能量代謝，因此充足的鉀供應(yīng)對作物生長及產(chǎn)量有顯著的促進(jìn)作用，不僅如此，鉀在植物體內(nèi)還起到協(xié)同運(yùn)輸、促進(jìn)有機(jī)物合成的作用［17］。大量研究表明，鉀能夠促進(jìn)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(shè)施栽培相比，我國大田作物鉀的投入量相對較低，在設(shè)施條件下，由于作物復(fù)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(rèn)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(shè)施條件下施肥與土壤質(zhì)量調(diào)查結(jié)果表明，設(shè)施栽培中鉀的投入量有的高達(dá)3438 kg/hm2，土壤速效鉀含量達(dá)800～1000 mg/kg，已遠(yuǎn)超出設(shè)施栽培鉀的推薦用量及土壤鉀的適宜標(biāo)準(zhǔn)［4］。本研究土壤采自寧夏新建日光溫室中，基礎(chǔ)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(jié)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(shè)施土壤，繼續(xù)施鉀對蔬菜的影響如何，需進(jìn)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(dāng)施鉀量達(dá)到一定程度后可能會抑制作物對鈣的吸收。缺鈣致使細(xì)胞壁形成減緩，細(xì)胞分裂受限，嚴(yán)重者可導(dǎo)致生長點(diǎn)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(dá)1.37%，不易造成作物缺鈣［21］。但是，在設(shè)施栽培條件下棚內(nèi)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(dǎo)致作物缺鈣［22］。近年來研究認(rèn)為肥料投入量大，土壤次生鹽漬化嚴(yán)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(jī)制是什么呢？本研究發(fā)現(xiàn)，鉀離子是導(dǎo)致植株體及番茄果實缺鈣的原因之一。本研究結(jié)果還表明，施入鉀肥對營養(yǎng)器官鎂吸收具有顯著的促進(jìn)作用，但對鎂向果實中的運(yùn)輸有抑制作用。鉀鎂間的關(guān)系較為復(fù)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(yīng)，施用鉀肥促進(jìn)了水稻對鎂的吸收［24］。Ohno 等［25］、Sehwantz 等［26］認(rèn) 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(yùn)輸過程中，鉀鎂間存在拮抗是由于在共質(zhì)體運(yùn)輸過程中鉀鎂共同競爭細(xì)胞膜上的吸附點(diǎn)位，在木質(zhì)部運(yùn)輸過程中鉀鎂可能相互協(xié)同或相互競爭。從本研究結(jié)果看，根、莖、葉營養(yǎng)器官中鉀、鎂表現(xiàn)出同步增大關(guān)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(nèi)同屬移動性較強(qiáng)的元素，它們能夠從源器官中再次裝載通過韌皮部進(jìn)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(dá)到多少或者三者之間的比例如何調(diào)控才能平衡作物對養(yǎng)分的需求，這是目前設(shè)施條件下需要繼續(xù)探討的問題。

4 結(jié)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(zhuǎn)運(yùn)。