营养液不同氮磷钾配比对基质培番茄的产量及品质的影响

Impact of various nitrogen，phosphorus，and potassium ratios in nutrient solutions on the yield and quality of tomatoes in substrate cultivation

摘要

目的 通过研究基质培营养液氮磷钾的合理配比，为生产高品质口感型鲜食番茄产品提供技术支撑。 方法 试验以京采8号番茄为试材，在日光温室进行春茬栽培。采用正交试验设计，将N、P、K三因素，分别设置三水平，通过比较分析不同氮磷钾处理下基质培番茄的生长发育、光合、产量及品质各个指标的变化情况。 结果 在N=4 mmol/L、P=0.67 mmol/L时番茄的Rubisco活化酶RCA、果糖1，6-二磷酸酶FBPase、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO、可溶性固形物、VC、乙烯ETH均达到最大值，而有机酸和脱落酸ABA在N=4 mmol/L时最大，叶绿素相对增长率、吲哚乙酸IAA、水杨酸SA在P=0.67 mmol/L时最大，且硝酸盐为最小值；在K=12 mmol/L时蒸腾速率、气孔导度、景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO、茎粗相对生长率、单果质量、单株产量、可溶性糖、VC、脱落酸ABA均达到最大值。 结论 营养液供应N∶P∶K=4∶0.67∶12（T₄）的养分配比时，鲜食番茄的品质最好，口感最佳，产量较好。

Abstract

Objective The study focused on investigating the optimal ratio of nitrogen，phosphorus，and potassium in the nutrient solution for substrate cultivation to offer technical backing for the production of high-quality and flavorsome fresh tomato products. Method The experiment involved the cultivation of Jingcai No.8 tomatoes in a sunlit greenhouse during the spring season.An orthogonal experimental design was employed，with three levels set for nitrogen （N），phosphorus （P），and potassium （K） factors，respectively.The study compared and analyzed the effects of different N，P，and K treatments on the growth and development，photosynthesis，yield，and quality of tomatoes in substrate culture. Result RubisCO activating enzyme RCA，fructose 1，6-diphosphatase FBPase，ribulose-1，5-diphosphate carboxylase Rubisco，soluble solids，vitamin C （VC），and ethylene （ETH） all peaked when N=4 mmol/L and P=0.67 mmol/L.Meanwhile，organic acid and abscisic acid （ABA） reached their maximum levels at N=4 mmol/L.The relative growth rate of chlorophyll，indoleacetic acid （IAA），and salicylic acid （SA） hit their highest points at P=0.67 mmol/L，with nitrate reaching its minimum level.At K=12 mmol/L，the transpiration rate，stomatal conductance，Sedum heptulose-1，7-diphosphatase SBPase，ribulose-1，5-diphosphate carboxylase Rubisco，relative growth rate of stem diameter，single fruit weight，single plant yield，soluble sugar，VC，and ABA all peaked. Conclusion Supplying the nutrient solution with a ratio of N∶P∶K=4∶0.67∶12 （T₄） resulted in fresh tomatoes with the highest quality，superior taste，and enhanced yield.

Graphical abstract

关键词

番茄 / 氮、磷、钾 / 基质培 / 营养液

Key words

tomato / nitrogen，phosphorus and potassium / substrate culture / nutritive medium

Author summay

王欢，硕士研究生。E-mail：[e-mail]

番茄（Lycopersicon esculentum）是我国栽培面积最大的茄果类蔬菜，年产量保持在5 000万t以上^［1］，宁夏也是国内番茄主要的种植区域之一，番茄种植面积约20 000 hm²，是农民的主要收入来源之一。随着不断增长的人口，需要确保粮食安全，农业生产变得更加高效和可持续^［2-3］。基质栽培是无土栽培的主要形式^［4］，在基质栽培中植物所需的营养由营养液提供，水肥管理对基质培番茄产量及品质的影响很大^［5-6］。近年来，随着人们生活水平的提高，对高品质口感型鲜食番茄需求日益增加^［7］，生产高品质口感型鲜食番茄产品，一方面要选对品种，其次是给予适宜的生长环境条件和水肥管理，特别是基质培中营养液浓度与氮磷钾比例对番茄品质有较大影响^［8-9］。本试验以日光温室春茬番茄为试材，通过研究不同氮磷钾配比的营养液对设施基质培番茄生长发育、光合、产量以及品质等指标的影响，以期确定基质培营养液氮磷钾的合理配比，为生产高品质口感型鲜食番茄产品提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验供试品种为无限生长型番茄京采8号，早熟，鲜食，由北京现代农夫种苗科技有限公司提供。试验供试基质为复合基质，由宁夏中青农业有限公司提供。

1.2 试验设计

试验于2022年2月10日在宁夏回族自治区银川市贺兰县宁夏园艺产业园日光温室1号棚定植，复合基质泡沫箱栽培，每个处理放置12个泡沫箱，双排定植，泡沫箱行距106 cm，泡沫箱规格（94 cm×49 cm），泡沫箱内定植4株，行距25 cm，株距49 cm，4株两排交叉定植，小区面积17.48 m²，复合基质理化性质和养分含量见表1。定植后浇灌清水缓苗10 d，缓苗结束开始浇施营养液。番茄单杆整枝，留5穗果。试验采用正交试验设计，随机区组排列N、P、K三水平因素，分别为N：2、4、8；P：0.67、1.33、2；K：8、12、16。设计9个处理见表2。试验浇灌所用的营养液微量元素配方见表3。大量元素以表3为基础，用NH₄H₂PO₄、KH₂PO₄、KNO₃、K₂SO₄、Ca（NO₃）₂·4H₂O、CaCl₂、MgSO₄·7H₂O肥料，称取不同处理氮磷钾比例的肥料溶于水，调配不同比例的氮磷钾营养液，放置于170 L黑色乳胶桶中，用200 W吸水泵将营养液通过条形滴灌带运送至番茄根系，定时定量灌溉。各处理番茄除营养液外，栽培管理方式相同，6月21日拉秧。

1.3 测定指标和方法

游标卡尺测定茎粗（根基部3 cm处直径）；SPAD-502Plus测定叶绿素；在晴朗天气，用LI-6800测定净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂；手持式糖度计测定可溶性固形物；NaOH滴定法测定有机酸；蒽酮比色法测定可溶性糖；钼蓝比色法测定VC；硫酸-水杨酸法测定硝酸盐；待果实成熟，记录单果质量、单株产量和小区产量，折合为667 m²产量。

2 结果与分析

2.1 不同氮磷钾配比对基质培番茄不同时期的茎粗影响

2月20日第一次开始浇灌不同处理营养液，茎粗初始值为5.52、5.00、5.43、5.13、4.80、5.32、5.24、5.32、4.79 mm，随番茄生育期推进，茎粗均为增长趋势。到4月17日，T₉的茎粗生长势最快，为6.31 mm，而T₆的茎粗生长趋势最慢，为4.68 mm。由表4可知，N、P不同水平对茎粗相对生长率的影响无显著差异，随P的水平升高而升高，升高了9.76%，而缺P会导致植株矮小，生长迟缓，出现磷素缺乏症状，与杜淼鑫^［10］、吴一群等^［11］试验的结果一致。在K=12 mmol/L水平，茎粗相对生长率最高且显著高于K=8 mmol/L水平。表明适当高钾有利于茎粗生长发育，但过量会导致盐胁迫，抑制茎粗生长发育。

2.2 不同氮磷钾配比对基质培番茄不同时期的叶绿素影响

由图2可知，番茄叶片叶绿素含量随生育期变化表现为逐渐增加的趋势，浇灌营养液提高了叶片中叶绿素的含量，到4月17日增加最多的为T₃，增加最少的为T₆。由方差分析可知，T₃显著高于除T₅、T₉外其他处理，T₈显著低于T₃、T₅、T₇、T₉，T₃比T₈叶绿素含量高7.15%。由表5可知，P、K不同水平对叶绿素相对增长率的影响无显著差异，与郭延平等^［12-13］的试验结果相似。在N=2 mmol/L水平，叶绿素相对增长率显著高于其他2个水平，N=4 mmol/L与N=8 mmol/L两水平的叶绿素相对增长率无显著差异，表明适量低氮更利于叶片叶绿素合成。

2.3 不同氮磷钾配比对基质培番茄光合指标的影响

由表6可以看出，T₆的净光合速率最大，T₁的净光合速率最小，由方差分析可知，T₆显著高于除T₇外其他处理，T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₈间无显著差异。P、K不同水平对净光合速率的影响无显著差异^［12-13］，在N=8 mmol/L水平，净光合速率最高，与N=4 mmol/L水平无显著差异，随N水平的升高而升高，升高了53.19%，表明高氮更利于叶片进行净光合速率。由表8可知，气孔导度与蒸腾速率呈极显著正相关（P<0.01），相关系数为0.976，T₃的蒸腾速率和气孔导度最大，T₇最小，P、K不同水平对蒸腾速率和气孔导度的影响无显著差异^［12-13］，蒸腾速率随P水平的升高而升高，升高了7.50%，在N=2 mmol/L水平蒸腾速率和气孔导度最高，显著高于其他两个水平，N=4 mmol/L、N=8 mmol/L两水平无显著差异，蒸腾速率和气孔导度随N水平的升高而降低，分别降低了60.61%、36.96%，表明适量低氮利于叶片进行蒸腾速率，也增大了叶片气孔导度。净光合速率与蒸腾速率、气孔导度都呈显著负相关（P<0.05），相关系数分别为-0.744、-0.682。T₃的胞间CO₂最高，T₆最小，由方差分析可知处理间无显著差异，N、P、K不同水平对胞间CO₂的影响均无显著差异，随K水平的升高而升高，升高了1.76%。

2.4 不同氮磷钾配比对基质培番茄叶片光合酶的影响

由表7可看出，T₆叶片中的Rubisco活化酶RCA含量最多，T₃的Rubisco活化酶RCA含量最少，各处理按含量多少排序依次是：T₆>T₁>T₅>T₇>T₉>T₈>T₂>T₄>T₃，T₆显著高于除T₁外其他处理，T₃显著低于其他处理，在N=4 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=8 mmol/L水平叶片的Rubisco活化酶RCA含量显著高于其他水平，随K水平的升高而降低，降低了16.64%；T₄叶片的景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase、果糖1，6-二磷酸酶FBPase、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO含量最多，均显著高于其他处理，景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase含量多少排序为：T₄>T₃>T₉>T₂>T₈>T₆>T₇>T₅>T₁，果糖1，6-二磷酸酶FBPase含量多少排序为：T₄>T₁>T₅>T₈>T₇>T₉>T₆>T₃>T₂，核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO含量多少排序为：T₄>T₈>T₃>T₉>T₁>T₆>T₂>T₇>T₅，经方差分析表明，各处理叶片的景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase均存在显著性差异，果糖1，6-二磷酸酶FBPase除T₂与T₃、T₃与T₆、T₇与T₈这3组无显著差异外，其他处理间均存在显著性差异，核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO除了T₁、T₂、T₆、T₇、T₉间无显著差异，这5个处理与其他处理间均存在显著性差异，N不同水平对叶片的景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase含量的影响无显著差异，在P=2 mmol/L、K=12 mmol/L水平景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase含量显著高于其他水平，在N=4 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=8 mmol/L水平叶片的果糖1，6-二磷酸酶FBPase含量高于其他水平，随P、K水平的升高而降低，分别降低了19.79%、2.02%，K=8 mmol/L与K=12 mmol/L水平的果糖1，6-二磷酸酶FBPase含量无显著差异，在N=4 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=12 mmol/L水平叶片的核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO含量显著高于其他水平，随P水平的升高而降低，降低了5.79%。由表8可知，景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase与转酮醇酶TK呈显著负相关（P<0.05），相关系数为-0.724，T₂转酮醇酶TK含量最多，T₄最少，转酮醇酶TK含量排序为：T₂>T₁>T₅>T₆>T₈>T₃>T₇>T₉>T₄，经方差分析表明，T₂显著高于除T₁外其他处理，T₃、T₇、T₉ 3组处理间无显著差异，T₄显著低于其他处理，在N=2 mmol/L、P=1.33 mmol/L、K=8 mmol/L水平叶片的转酮醇酶TK含量显著高于其他水平，随N水平的升高而降低，降低了12.51%，表明适当低氮钾有利于转酮醇酶TK的合成，且转酮醇酶TK对肥要求较低，容易出现高肥抑制其合成的现象。

由表8皮尔逊相关性分析可知，胞间CO₂与Rubisco活化酶RCA呈显著负相关（P<0.05），相关系数为-0.684；Rubisco活化酶RCA与景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase存在显著负相关（P<0.05），相关系数为-0.760。

2.5 不同氮磷钾配比对基质培番茄产量的影响

由表9可以看出，T₂的667 m²产量最高，单果质量、单株产量显著高于T₅，与其他处理无显著差异，以667 m²产量排序为：T₂>T₇>T₆>T₉>T₈>T₃>T₄>T₁>T₅，T₂较T₅单株产量显著提高了42.11%。N、P、K不同水平对单果质量和单株产量无显著影响，单果质量随N水平的升高而降低，降低了2.61%，单株产量随P水平的升高而增加，增加了5.60%（表10）。

2.6 不同氮磷钾配比对基质培番茄果实品质的影响

由表11可以看出，T₄的可溶性固形物、VC含量显著高于其他处理，T₂的可溶性固形物显著低于其他处理，T₄比T₂高1.9%，在N=4 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=16 mmol/L水平可溶性固形物显著高于其他水平，随K水平的升高而升高；T₈的VC显著低于其他处理，T₄较T₈显著提高了57.46%，在N=4 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=12 mmol/L水平VC高于其他水平，随P水平的升高而降低，降低了18.95%；T₅的有机酸含量最高，显著高于（除T₆外）其他处理，T₉显著低于其他处理，T₅较T₉有机酸显著提高了57.14%，在N=4 mmol/L、P=1.33 mmol/L、K=16 mmol/L水平有机酸显著高于其他水平；T₂、T₃、T₄、T₅、T₉的可溶性糖显著高于其他处理，但互相间无显著差异，其中T₉的含量最高，T₇的可溶性糖含量显著低于其他处理，T₉较T₇显著提高了37.65%，在N=2 mmol/L、P=2 mmol/L、K=12 mmol/L水平可溶性糖高于其他水平，随N水平的升高而降低，随P水平的升高而升高；T₃、T₄间硝酸盐含量无显著性差异，且高于其他处理，其中T₃含量最高，T₁、T₇、T₈、T₉间无显著差异，但显著低于其他处理，其中T₈含量最低，T₈较T₃硝酸盐显著降低了61.74%，在N=8 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=8 mmol/L水平硝酸盐低于其他水平，随P、K水平的降低而降低，分别降低了25.79%、47.20%。

2.7 不同氮磷钾配比对基质培番茄果实激素的影响

细胞分裂素CTK有促进坐果，影响果实同化物积累的作用，由表12可知，T₁、T₃、T₈果实中细胞分裂素CTK含量显著高于其他处理，互相间无显著差异，其中T₈最大，T₇最少且显著低于其他处理，T₈较T₇显著提高了41.37%，在N=2 mmol/L、P=1.33 mmol/L、K=8 mmol/L水平细胞分裂素CTK显著高于其他水平，随N水平的升高而降低，降低了12.89%；T₁果实中吲哚乙酸IAA、水杨酸SA含量显著高于其他处理，T₂含量显著低于其他处理，T₁比T₂吲哚乙酸IAA含量高34.97 μg/L，T₁较T₂水杨酸SA含量显著提高了29.39%，在N=8 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=8 mmol/L水平吲哚乙酸IAA显著高于其他水平，在N=2 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=16 mmol/L水平水杨酸SA显著高于其他水平，随N水平的升高而降低，降低了7.57%；脱落酸ABA可促进果实成熟，刺激乙烯ETH产生，T₄果实中脱落酸ABA、乙烯ETH含量显著高于其他处理，T₇脱落酸ABA显著低于其他处理，除T₁与T₈间无显著性差异外，其他处理间均存在显著性差异，T₄较T₇显著提高了47.7%，在N=4 mmol/L、P=2 mmol/L、K=12 mmol/L水平脱落酸ABA显著高于其他水平，各处理果实的乙烯ETH含量多少排序为：T₄>T₈>T₅>T₉>T₆>T₇>T₃>T₁>T₂，T₂显著低于其他处理，在N=4 mmol/L、P=0.67 mmol/L、K=8 mmol/L水平乙烯ETH高于其他水平，随P水平的升高而降低，降低了6.76%，K不同水平对乙烯ETH的影响无显著差异。

3 讨论与结论

营养液对植物的生长发育以及果实的品质、产量有着较大的影响，适量的氮磷钾比例起促进作用。本试验对设施基质培营养液中氮磷钾的最适比例进行试验研究，为生产高品质口感型鲜食番茄产品提供参考。研究结果：T₂（N∶P∶K=2∶1.33∶12）的产量最高，与T₄（N∶P∶K=4∶0.67∶12）的产量无显著差异，在P=2 mmol/L水平产量最高，说明高磷可以提高产量，而缺磷导致的逆境胁迫会降低产量^［14-15］，在K=12 mmol/L水平番茄的产量提高，说明高钾可提升番茄产量，与论文^［16-18］的试验结果相同，同时过高钾水平产量降低，说明过量施肥会抑制番茄产量，与李许真等^［19-23］的试验结果一致。

T₄（N∶P∶K=4∶0.67∶12）可溶性固形物、VC显著高于其他处理，可溶性糖优于其他处理，在N=4 mmol/L水平时可溶性固形物、VC、有机酸、硝酸盐、乙烯ETH含量最高，说明过量的氮会抑制果实中可溶性固形物、VC、有机酸、硝酸盐及乙烯ETH合成，与王军君等^［17］试验中可溶性固形物的研究结果一致，其中可溶性固形物与K含量呈正相关^{［8，24-25］}，VC、可溶性糖、脱落酸ABA随K水平升高呈先增后减的趋势，与吴国喜^［26］的试验VC的结果一致，有机酸、细胞分裂素CTK随P水平升高呈先增后减的趋势，说明过量磷会抑制有机酸、细胞分裂素CTK合成。综合各品质指标，N∶P∶K=4∶0.67∶12（T₄）的果实品质综合优于其他处理，也证实了适量氮磷钾是最适方案，过多过少的氮磷钾含量都会抑制番茄的品质^［27-28］。

通过对氮磷钾进行三因素水平分析，结果表明，在N=4 mmol/L时，番茄的Rubisco活化酶RCA、果糖1，6-二磷酸酶FBPase、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO、可溶性固形物、有机酸、VC、脱落酸ABA、乙烯ETH达到最大值，而茎粗相对生长率、净光合速率、胞间CO₂、景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase、单果质量、单株产量、可溶性糖都保持着较高值且与最高水平无显著差异；在P=0.67 mmol/L时Rubisco活化酶RCA、果糖1，6-二磷酸酶FBPase、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO、叶绿素相对增长率、可溶性固形物、VC、吲哚乙酸IAA、水杨酸SA、乙烯ETH都达到最大值，硝酸盐为最小值，而单果质量、单株产量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂、茎粗相对生长率也都保持着较大值与最高水平无显著差异；在K=12 mmol/L时蒸腾速率、气孔导度、景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶SBPase、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶RubisCO、茎粗相对生长率、单果质量、单株产量、可溶性糖、VC、脱落酸ABA均达到最大值，而叶绿素相对增长率、净光合速率、胞间CO₂、果糖1，6-二磷酸酶FBPase、乙烯ETH均保持较大值与最高水平无显著差异。

综上所述在本试验研究中，由产量、品质等方面结合实际生产认为，N∶P∶K=4∶0.67∶12（T₄）营养液配方是最佳方案，可生产出品质更高、口感更好的鲜食番茄，且保证了一定产量，其他指标方面也有一定保障，建议推广应用。

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基金资助

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