不同灌溉下限与营养液浓度对基质栽培番茄的影响

杨平+陈锐+李杰+费聪+吴杨焕+郑重

摘要：通过番茄基质栽培试验，研究营养液浓度和灌溉下限对番茄光合、品质、产量及水分利用效率的影响。结果表明，相同营养液浓度条件下，随灌溉下限的上升，番茄叶片的净光合速率、蒸腾速率、叶片气孔导度、果实可溶性固形物含量、单株产量在一定范围内呈明显的上升趋势，叶片胞间CO2浓度、果实番茄红素含量、维生素C含量、可溶性糖含量、硝酸盐含量、灌溉水分利用效率呈下降趋势；相同灌溉下限条件下，随营养液浓度的增加，番茄叶片净光合速率、果实硝酸盐含量、单株产量、灌溉水分利用效率多呈增加趋势，叶片胞间CO2浓度基本呈减小趋势，果实番茄红素含量、维生素C含量、可溶性糖含量、可溶性固形物含量多呈先增加后减小趋势；KNO3、NH4H2PO4、Ca（NO3）2·4H2O、MgSO4·7H2O使用浓度分别为318、127、401、288 mg/L、灌溉下限为田间持水量的70%为最佳营养液浓度和灌溉下限组合，此时番茄单株产量和水分利用效率分别为2.198 kg、26.32 kg/m3。

关键词：营养液；灌溉下限；基质栽培；产量；品质；水分利用效率；番茄

中图分类号： S641.207；S641.206文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）05-0126-03

番茄是世界上种植面积最大、最受欢迎的蔬菜作物之一[1]，含有丰富的矿物质、维生素、番茄红素、有机酸、必需氨基酸及抗氧化剂等，可以降低人类一些疾病的发生概率[2]。水和肥是番茄生长中不可缺少的2个因子，直接影响着番茄的产量和品质。番茄是一种对水分极其敏感的作物，水分过高或过低对产量及品质都会产生影响[3]。[JP2]有研究指出，番茄生长中调亏灌溉有利于增加产量，适当的亏缺灌溉可增加果实中番茄红素和维生素C含量，而水分严重亏缺将限制植株生长，使产量降低[4]；在不同生育时期，番茄土壤含水量过高会对作物产量和品质产生不同程度的影响[5]，而灌溉量过大不仅影响番茄的产量和品质，也会导致低的水分利用效率。施肥有助于增加产量，但施肥量过大对作物增产不明显，甚至出现产量下降的趋势。滴灌施肥可以减少水分和肥料损失，提高作物的产量和品质，同时可以提高作物的水肥利用效率[6]。[JP]

新疆维吾尔族自治区是水资源短缺的地区，冬季漫长而寒冷，而智能温室作为该地新型农业产业，是解决当地冬季蔬菜市场需求、增加农民收入的主要途径。番茄是重要的温室栽培蔬菜之一，合理的灌水和施肥是提高番茄品质、增加水分利用效率、保持番茄产量的重要途径，对农业可持续发展具有至关重要的意义[1]。本试验研究不同营养液浓度和灌溉下限互作对新疆地区温室基质栽培番茄光合特性、品质、产量及水分利用效率的影响，以期为新疆地区番茄温室基质栽培提供科学理论和技术支撑。

1材料与方法

1.1试验地点与材料

试验于2015年2—7月在新疆生产建设兵团104团农牧场（42°46′ N、86°37′ E）智能温室内进行，温室长度、跨度、高度分别为65、9、6.5 m。供试番茄品种为中研100；栽培基质由草炭、珍珠岩、蛭石按体积比2 ∶[KG-*3]1 ∶[KG-*3]1混配而成，基本理化性质：密度0.179 g/cm3，总孔隙度89.4%，田间最大持水量63.1%，pH值6.86，电导率1.71 dS/m，有机质含量 84.6 g/kg，速效氮、速效磷、速效钾、可溶性钙、可溶性镁含量分别为2 064.82、199.14、2 299.14、1 001.25、175.22 mg/kg；基质袋为无土栽培专用袋，规格为90 cm×30 cm，材质为内黑外白聚乙烯（PE）薄膜，每个栽培袋装复合基质 5 kg；温室水肥一体化智能管理设备主要由显示屏、水泵、肥料桶、土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳浓度及光照度传感器等组成。

1.2试验设计

设置灌溉下限和营养液浓度2个处理因素。灌溉下限设3个水平：低灌溉下限（W1），为田间持水量的60%；中灌溉下限（W2），为田间持水量的70%；高灌溉下限（W3），为田间持水量的80%。灌溉上限均为田间持水量的95%。营养液设低浓度（F1）、中浓度（F2）、高浓度（F3）3个水平，各营养元素使用浓度详见表1，其中中浓度（F2）是根据每生产1 t番茄需氮、磷、钾、钙、镁分别为4.0、0.786、3.983、2366、0.947 kg，并按目标产量每株3.0 kg计算出氮、磷、钾、钙、镁的需要量，在此基础上，根据番茄目标产量需肥量、有机基质中速效养分含量来确定补充量，并根据预试验每株番茄灌溉量以80 L为最优灌溉量来确定营养液浓度[7]。处理F1、F3为F2浓度分别向上、向下浮动25%。微量元素采用Arrnon营养液配方：EDTA-2NaFe 14.5 mg/L、H3BO3 1.43 mg/L、MnSO4·H2O 081 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.11 mg/L、CuSO4·5H2O 0.04 mg/L、（NH4）6Mo7O24·4H2O 0.01 mg/L。

试验在同一个温室大棚内进行，采用2因素完全随机设计，共计9个处理，代码分别为W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3、W3F1、W3F2、W3F3，每个处理重复3次，共计27个小区，每个试验小区长×宽为7.2 m×1.65 m，面积小计为11.88 m2。2015年2月28日开始定植4叶1心番茄幼苗，每个基质袋3株，株距为30 cm，行距为80、30、80 cm的宽窄行种植模式；5月1日打顶，留5穗果，利用水肥一体化系统进行水肥管理，每株番茄插1个箭式滴头，除水分和肥料外，其他管理措施同常规栽培。番茄生长发育具有明显的阶段性，根据番茄生育特点将其全生育期划分为苗期（2015-02-28至2015-03-21）、開花坐果期（2015-03-22至2015-04-06）、果实膨大期（2015-04-07至2015-04-28）、采收期（2015-04-29至2015-07-03）共4个阶段。

1.3.2产量每小区随机选择10株番茄进行标记，每次收获时分别称质量，计算单株产量。

1.3.3品质番茄成熟期，选择大小色泽一致的第2穗番茄果，根据李合生的方法[8]测定其品质，主要包括可溶性糖、番茄红素、维生素C、硝酸盐、可溶性固形物含量。

1.4水分利用效率的计算及灌溉量测定

水分利用效率WUE计算公式为WUE=Y/I。式中：WUE为水分利用效率，kg/m3；Y为产量，kg；I为灌溉量，m3。小区灌溉量通过安装在各个小区的水表获得。

1.5数据处理

数据采用SPSS 16.0软件进行方差分析，用Excel 2003软件进行统计，用Word 2003软件进行作表。

2结果与分析

[HTK]2.1营养液浓度和灌溉下限对番茄光合特性的影响[HT]

由表2可见，相同营养液浓度处理下，随灌溉下限的上升，番茄叶片的净光合速率、蒸腾速率、叶片气孔导度多呈明显的上升趋势，而胞间CO2浓度随灌溉下限的上升呈逐渐降低趋势；相同灌溉下限条件下，番茄净光合速率随营养液浓度的增加而增加，胞间CO2浓度大致随营养液浓度的增加而降低，蒸腾速率、气孔导度多呈不致变化趋势。

2.2营养液浓度和灌溉下限对番茄品质的影响

2.2.1可溶性糖和可溶性固形物番茄的口感主要通过可溶性固形物和可溶性糖来体现，是番茄品质的重要指标。由表3可见， 相同灌溉下限条件下， 随营养液浓度的增加，可溶

著（P<0.05）、极显著（P<0.01）水平。ns表示无显著影响。下表同。[HT][FK）]

2.2.2番茄红素和维生素C番茄红素、维生素C也是番茄重要的品质指标。由表3可见，相同营养液浓度条件下，随灌溉下限的上升，番茄红素、维生素C含量呈下降趋势；相同灌溉下限条件下，随营养液浓度的增加，番茄红素、维生素C含量呈先增大后减小的变化趋势，即 F2>F1>F3；经显著性检验可知，营养液浓度、灌溉下限对番茄果实番茄红素、维生素C含量的影响达到极显著水平，营养液浓度和灌溉下限互作对果实番茄红素含量的影响达到显著水平，而对维生素C含量的影响没有达到显著水平。

2.2.3硝酸盐由表3可见，各处理间硝酸盐含量差异显著，最大值出现在处理F3W1，为1 215 mg/kg，最小值出现在处理F1W3，为702 mg/kg；同一营养液浓度下，硝酸盐含量表现为W1>W2>W3，即随着灌溉下限的上升，硝酸盐含量呈下降趋势；相同灌溉下限条件下，硝酸盐含量变化规律为 F3>F2>F1，即随营养液浓度的增加，硝酸盐含量呈上升趋势；经显著性检验可知，营养液浓度、灌溉下限对番茄果实硝酸盐含量的影响达到极显著水平，营养液浓度和灌溉下限互作对果实硝酸盐含量的影响仅达到显著水平。

[HTK]2.3营养液浓度和灌溉下限对番茄产量和水分利用效率的影响[HT]

2.3.1产量由表4可见，处理F3W2的单株产量相对最高，为2.314 kg，其次为处理F3W3、F2W3、F2W2，分别为2228、2.218、2.198 kg，且这4个处理的单株产量差异不显著；相同营养液浓度条件下，随灌溉下限的上升，单株产量呈增加趋势；相同灌溉下限条件下，随营养液浓度的增加，单株产量多呈增加趋势，且高、中浓度营养液水平的单株产量差异不显著，与低浓度的有显著性差异；经显著性检验可知，营养液浓度、灌溉下限对番茄单株产量的影响达到极显著水平，而营养液浓度和灌溉下限互作对番茄单株产量的影响不显著。

2.3.2水分利用效率由表4可见，各处理间番茄灌溉水分利用效率差异显著；相同营养液浓度条件下，随灌溉下限的上升，番茄灌溉水分利用效率呈下降趋势，即：W1>W2>W3；相同灌溉下限条件下，随营养液浓度的增加，番茄灌溉水分利用效率多呈增加趋势；经显著性检验可知，营养液浓度、灌溉下限对番茄水分利用效率的影响达到极显著水平，而营养液浓度和灌溉下限互作对番茄水分利用效率的影响不显著。

3结论与讨论

光合作用是作物生长的基础，而水肥是影响光合作用的2个重要因子[9]，主要通过对光合作用相关酶、叶片色素及气孔或非气孔因素的控制来影响光合作用[10-11]。本研究结果显示，营养液浓度和灌溉下限对作物光合作用的影响较为明显，同一营养液浓度下，光合速率、蒸腾速率随灌溉下限的上升多呈明显的增加趋势；相同灌溉下限条件下，番茄净光合速率随营养液浓度的增加而增加，这与王英宇等研究结论[12-13]相似，这可能是在同一灌溉下限条件下，增加营养液浓度可促进叶片叶绿素含量的增加，从而促进了叶片的光合作用。合适的水肥条件有利于改善基质的生态环境，增强番茄光合作用，利于番茄生长[14]。

研究结果表明，相同营养液浓度条件下，随灌溉下限的上升，番茄红素、维生素C、可溶性糖含量呈下降趋势；相同灌溉下限条件下，随营养液浓度的增加，番茄红素、维生素C、可溶性糖、可溶性固形物含量多呈先增大后降低的变化趋势，这与刘炼红等的研究结果[15-16]基本一致。相同灌溉下限条件下，随营养液浓度的增加，番茄硝酸盐含量呈上升趋势，这与张国红等的研究结果[17]一致，可能是由于高浓度营养液增加了基质中氮素供给水平，从而引起硝酸根离子含量的增加。

前人大量研究表明，低肥料施用量满足不了作物的生长需要，不利于作物生长而影响产量，而肥料使用量过大，虽然在一定程度上能够增加产量，但肥料利用率不高，导致肥料浪费；水分是作物生长的物质基础，土壤含水量过高或过低都不利于作物生长[18]。本研究表明，相同营养液浓度条件下，随灌溉下限的上升，番茄单株产量呈增加趋势，相同灌溉下限条件下，随营养液浓度的增加，单株产量多呈增加趋势，且高、中濃度营养液水平的单株产量差异不显著，这与王殿武等的研究结果[19]相符。而林多等研究认为，营养液浓度较高，可促使植株营养生长过旺，生殖生长受到抑制，从而产量降低[20]，这可能与本研究营养液浓度还未超出使用上限有关。

本研究还表明，相同灌溉下限条件下，随营养液浓度的增加，番茄灌溉水分利用效率多呈增加趋势，提高营养液浓度具有明显的提高水分利用效率的作用，这与杜建军等结论[21]一致。在相同营养液浓度条件下，随灌溉下限的上升，番茄灌溉水分利用效率呈下降趋势，这与王峰等研究结论[22]较为一致，而与Li等研究结果[23]恰恰相反，可能是由于试验对象不一样所致，具体原因有待进一步探讨。

番茄的光合参数、品质、产量及水肥利用效率受营养液浓度、灌溉下限的影响十分明显，且变化规律有所不同，故不能单纯从某一指标来确定营养液浓度和灌溉下限的最优组合。全面考虑番茄各项指标，提出新疆地区番茄基质栽培中，营养液浓度和灌溉下限较好的控制条件为KNO3、NH4H2PO4、Ca（NO3）2·4H2O、MgSO4·7H2O使用浓度分别为318、127、401、288 mg/L，灌溉下限為田间持水量的70%，此时番茄单株产量、水分利用效率分别为2.198 kg、26.32 kg/m3。

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