王越 溫祥珍 李亞靈

摘要：為了尋找一種較為簡單的基質(zhì)栽培番茄的營養(yǎng)液代替方案，實現(xiàn)番茄無土栽培的輕簡化，以番茄品種“夏朗”為試驗材料，采用腐熟羊糞和泥炭（1 ∶5）為基質(zhì)進行封閉式營養(yǎng)液循環(huán)栽培，以市售AB肥作為對照（CK），以尿素類化肥（T1）、硝酸類化肥（T2）、高氮鉀復(fù)合肥（T3）、氮磷鉀平衡復(fù)合肥（T4）配制簡化營養(yǎng)液，澆灌番茄，比較各簡化營養(yǎng)液配方對番茄植株生物量、產(chǎn)量及系統(tǒng)中養(yǎng)分變化的影響。試驗結(jié)果表明：以T1處理植株干物質(zhì)積累量最高，超過CK 13.5%，果實產(chǎn)量也略高于CK，氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收率分別為65%、103%、44%，氮肥的損耗率只有7%，可以忽略不計，磷肥不僅沒有損耗，還吸收了基質(zhì)中的養(yǎng)分。T3處理植株干質(zhì)量只有CK的77%，果實產(chǎn)量只有CK的57%，氮、鉀的養(yǎng)分吸收率不足30%，但是肥料損耗率卻達到44%、73%?？梢姡驹囼炈捎玫膸追N肥料配制的營養(yǎng)液一定程度上均可滿足番茄的生長需求，但是尿素類肥料是營養(yǎng)液配制中氮源的較好來源;如采用復(fù)合肥配制營養(yǎng)液時最好采用氮磷鉀平衡肥，這樣肥料容易被植株吸收利用，損耗率小。

關(guān)鍵詞：番茄;無土栽培;營養(yǎng)液;養(yǎng)分吸收率;養(yǎng)分消耗率

中圖分類號： S641.204? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）23-0139-06

收稿日期：2021-08-16

基金項目：山西省重點研發(fā)項目（編號：201803D2210001-1）。

作者簡介：王 越（1995—），男，山西太原人，碩士研究生，主要從事蔬菜栽培生理研究。E-mail：1023698637@qq.com。

通信作者：李亞靈，博士，教授，主要從事蔬菜栽培生理研究。E-mail：yalingli1988@163.com。

番茄是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的主要蔬菜之一[1]。在設(shè)施生產(chǎn)中，土壤鹽漬化、連作障礙等一系列問題，致使設(shè)施番茄產(chǎn)量降低，而在設(shè)施生產(chǎn)中使用無土基質(zhì)栽培是解決設(shè)施番茄生產(chǎn)連作障礙的重要措施之一[2]。但是由于無土栽培基質(zhì)成本較高、技術(shù)復(fù)雜，特別是營養(yǎng)液配制技術(shù)難度大，直接購買商品營養(yǎng)液不僅昂貴，而且難以適應(yīng)當?shù)胤N植要求，因此研究一種比較簡單且便宜的營養(yǎng)液代替配方就顯得尤為重要。蔣衛(wèi)杰等通過研究發(fā)現(xiàn)，在添加一定基肥的條件下無土栽培中基質(zhì)本身就可以提供充足的Ca、Fe、Mn、Zn、Cu等營養(yǎng)元素，作物的需求重點在N、P、K三要素[3]。鄭光華等通過研究發(fā)現(xiàn)，有機肥配合無機肥施用，比單純施用有機肥效果好[4]。在此基礎(chǔ)上，已有許多關(guān)于代替營養(yǎng)液方面的研究，譚學文等利用普通化肥代替化學試劑配制營養(yǎng)液，大幅降低了成本，并且發(fā)現(xiàn)適當比例的銨態(tài)氮能促進黃瓜總產(chǎn)量的提高，硝態(tài)氮和酰胺態(tài)氮的化肥同時作氮源時，可不同程度地促進黃瓜的生殖生長[5]。楊紅麗等利用復(fù)合肥與沖施有機肥進行番茄育苗取得了不錯的效果[6]。但這些研究大多集中于不同代替方案對植株生長及生理方面的影響上[7-8]，而對基質(zhì)內(nèi)養(yǎng)分變化規(guī)律及肥料的吸收與利用方面卻缺乏報道。本試驗采用封閉式基質(zhì)營養(yǎng)液循環(huán)栽培，希望通過比較基質(zhì)中養(yǎng)分變化規(guī)律的差異，尋找一種較為簡單的營養(yǎng)液代替方案，實現(xiàn)無土栽培的輕簡化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山西農(nóng)業(yè)大學設(shè)施農(nóng)業(yè)工程研究所三連跨溫室中進行。供試番茄品種為夏朗，2020年6月17日定植，9月24日拉秧，共種植 98 d。栽培槽采用硬質(zhì)PVC塑料，縱切面為等腰梯形，其上口寬19 cm，下底寬12 cm，高為16 cm。每個槽長為8 m，栽培槽用角鋼支架支起，前端（供水端）距離地面 50 cm，與地面夾角為1°，在栽培槽后端（出水端）設(shè)置1排液管與營養(yǎng)液桶相連，營養(yǎng)液桶容積為 450 L。栽培槽間距1.5 m，每2個相鄰的栽培槽由1個營養(yǎng)液桶供液。在營養(yǎng)液桶中加入所需要的肥料，按照比例配制營養(yǎng)液。在栽培槽中安裝滴灌帶，營養(yǎng)液從供水端進入，從出水端經(jīng)出水口海綿過濾雜質(zhì)后排出回到營養(yǎng)液桶，不斷循環(huán)供應(yīng)。

1.2 試驗方法

試驗將每2個槽設(shè)為1個處理，每個處理面積為24 m2（8 m×3 m），種植番茄64株，株距為 25 cm。栽培槽內(nèi)的基質(zhì)為腐熟羊糞 ∶泥炭=1 ∶5，其理化性質(zhì)如表1所示，基質(zhì)的量達到栽培槽深度的2/3以上，平均每株番茄的基質(zhì)占有量為6.25 L。

以市售無土栽培固體AB肥為對照，分別以當?shù)厣a(chǎn)者常用的普通市售尿素、硝酸類肥料、高氮鉀復(fù)合肥、氮磷鉀平衡復(fù)合肥配制營養(yǎng)液。具體試驗設(shè)置處理如下：

CK，市售A肥、B肥（福建萬果農(nóng)資有限公司），按照其提供的標準A ∶B=1.4 ∶1配制，其中A肥N ∶P2O5 ∶K2O為11 ∶9 ∶30，B肥 N ∶P2O5 ∶K2O 為12 ∶1 ∶1，最終添加的營養(yǎng)液 N ∶P2O5 ∶K2O 為12 ∶6 ∶18。T1，以市售尿素為主，添加尿素、磷酸二氫鉀、硝酸鉀，其氮磷鉀比例按照CK配制。T2，以硝酸類肥料為主，添加市售常見農(nóng)用化肥硝酸鈣、磷酸二氫鉀、硝酸鉀，其氮磷鉀比例按照CK配制。T3，以市售常見高氮鉀復(fù)合肥（復(fù)合肥Ⅰ，深圳市杜高生物新技術(shù)有限公司）為主，其固有的 N ∶P2O5 ∶K2O 為25 ∶8 ∶20。T4，以市售常見平衡復(fù)合肥（復(fù)合肥Ⅱ，深圳市杜高生物新技術(shù)有限公司）為主，其固有的 N ∶P2O5 ∶K2O 為18 ∶18 ∶20。

根據(jù)每生產(chǎn)1 000 kg番茄需要N、P、K分別為4.0、1.8、4.8 kg的標準[9]計算，肥料的添加量按目標產(chǎn)量為24 000 kg/hm2計，同時考慮了肥料的吸收率（氮吸收率為60%，磷為30%，鉀為70%[10]）。由于T3、T4為市售復(fù)合肥，其N、P、K比例固定，所以添加量是以CK中K的添加量為基準，使其K含量與其處理相同，整個試驗各個處理的最終肥料添加量結(jié)果如表2所示。由于基質(zhì)中添加了羊糞，含有一定量的養(yǎng)分，因此各處理定植后的3周只澆清水不加肥，在第4、第5周統(tǒng)一加入A肥、B肥進行緩苗。其余肥料從定植后42 d（即7月28日）開始按照表2的量平均分4次加入。肥料的施用方法是將肥料溶入營養(yǎng)液桶中，然后隨日常澆水供應(yīng)。

1.3 測定項目及方法

在番茄生長期間每隔14 d（6月30日開始）測量番茄各部分干鮮質(zhì)量。將植株整株取樣，洗凈植株上的泥土后擦干，分為根、莖、葉、果四部分，分別測量其鮮質(zhì)量，后放入烘箱105 ℃殺青，80 ℃烘干后測量其干質(zhì)量，每次每個處理測4株。采收期（8月21日開始）每隔1周采果1次，統(tǒng)計其單株產(chǎn)量。在植株最后一次測量根、莖、葉、果實部位干質(zhì)量后，將所得的干樣混勻后，用于礦質(zhì)養(yǎng)分含量測定。采用奈氏比色法測定全氮含量，鉬銻抗比色法測全磷含量，火焰光度法測定全鉀含量。

在番茄生長期間每隔14 d（6月17日開始）分別取栽培槽內(nèi)基質(zhì)（距離植株基部10 cm處取樣）、營養(yǎng)液桶中的營養(yǎng)液，測定其氮磷鉀的含量。使用堿解氮擴散法、凱氏定氮法測定速效氮、全氮含量;用碳酸氫鈉浸提、鉬銻抗比色法測定速效磷及全磷含量;用醋酸銨浸提、火焰光度法測定速效鉀及全鉀含量。對于營養(yǎng)液使用過硫酸鉀氧化-紫外分光度法測定總氮含量，過硫酸鉀氧化-鉬銻抗比色法測定總磷含量，火焰光度法測定總鉀含量[11-12]。本研究所用概念與計算公式[13-14]如下：

肥料投入量即各處理所投入的化肥量;

殘留量=基質(zhì)中的速效養(yǎng)分量+營養(yǎng)液桶中的殘留量;

累積加肥量=基質(zhì)中的原始速效養(yǎng)分量+肥料投入量;

肥料消耗量=累積加肥量-殘留量;

肥料消耗率=肥料消耗量/肥料投入量;

番茄養(yǎng)分吸收量=根系中元素的含量×根系干質(zhì)量+莖中元素的含量×莖干質(zhì)量+葉中元素的含量×葉的干質(zhì)量+果實的元素含量×果實干質(zhì)量;

番茄養(yǎng)分吸收率=番茄養(yǎng)分吸收量/肥料投入量;

肥料損耗率=肥料消耗率-番茄養(yǎng)分吸收率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和 SPSS 軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植系統(tǒng)中N、P、K養(yǎng)分含量的變化

試驗中各處理均處于封閉式循環(huán)中，所以不存在養(yǎng)分流失的問題，定植前基質(zhì)中的速效養(yǎng)分與投入的肥料量之和定義為累積加肥量，因此其一部分被植物吸收或者被基質(zhì)固定（這部分定義為消耗量），一部分留存在基質(zhì)和營養(yǎng)液桶中（定義為殘留量）。

2.1.1 系統(tǒng)中N累積加肥量、殘留量及消耗量 隨著栽培時間的延長和植株的生長，不斷地往營養(yǎng)液桶中添加肥料。由圖1可知，在定植后42 d，隨著氮肥不斷添加，其中T1、T2與CK接近，最后的累積加肥量達到5 000 mg/kg;而T3、T4在最后一次施肥后氮肥累積加肥量分別達到 7 546、5 723 mg/kg，是CK的1.73、1.20倍。

系統(tǒng)中氮肥的殘留量是由基質(zhì)中的堿解氮含量與營養(yǎng)液桶總氮含量相加得出的。由圖1可知，在整個栽培時期，各處理的殘留量整體隨著施加量的增加呈上升趨勢，其中T3上升速度最快，在最后一次測定時其殘留量也是最高的，為2 715 mg/kg，是CK的1.71倍;其次是T4，為2 159 mg/kg，是CK的1.36倍;T1、T2中的氮殘留量與CK接近，為CK的1.19、1.05倍，均低于2 000 mg/kg。

累積加肥量減去當時所測定的殘留量，獲得了氮肥的消耗量。為了進一步研究系統(tǒng)中肥料消耗量與肥料投入量之間的關(guān)系，利用氮肥消耗量除以氮肥的投入量即氮肥的消耗率（表3）。由表3可知，各處理氮肥的消耗率約占投入量的75%，其中T1處理最小，為72%。從最終氮肥消耗量來看，T1、T2與CK相似，均在 3 500 mg/kg 左右;T3消耗量最多，為5 494 mg/kg，是CK的1.60倍;T4次之，其消耗量為4 226 mg/kg，為CK的1.23倍。

另外，從圖1可知，栽培系統(tǒng)中的速效氮消耗量在定植后14 d時呈現(xiàn)負值，其原因可能是基質(zhì)通過分解釋放出了一部分養(yǎng)分，釋放養(yǎng)分的量超過了這段時間植株所吸收的量，所以其系統(tǒng)中的殘留量超過其累積加肥量，從而導致消耗量為負。

2.1.2 系統(tǒng)中P、K累積加肥量、殘留量及消耗量 類似于氮肥的方法，圖2、圖3為不同處理系統(tǒng)內(nèi)P、K的累積加肥量、基質(zhì)及營養(yǎng)液桶中的殘留量以及肥料消耗量的動態(tài)變化。從圖2可知，T1、T2處理P的累積加肥量與CK接近，CK最后達到 1 134 mg/kg;T3、T4分別為1 324、2 461 g/kg，是CK的1.17、2.17倍。各處理使用鉀肥作為配制標準，所以各處理添加鉀肥的量相同，最后鉀肥的累積加肥量均在9 185 g/kg左右（圖3）。

基質(zhì)及營養(yǎng)液桶中磷肥和鉀肥的殘留量的測定結(jié)果也如圖2、圖3所示。從最后一次測定看P的殘留量，T1處理比CK略低，為590 mg/kg，T2、T3處理與CK相比降幅較大，T4殘留量最高，為? 968 mg/kg。幾個處理之間K的殘留量相差不大，為 4 000 g/kg 左右，是CK的1.20～1.40倍。

與氮肥相類似，考察磷肥、鉀肥消耗量與投入量之間的關(guān)系， 計算其消耗率，結(jié)果見表3。從表3可以看出，P的消耗率在52%～88%，K的消耗率都在90%以上，而且還出現(xiàn)了大于100%的情況。

2.2 番茄干物質(zhì)生產(chǎn)及果實產(chǎn)量

由圖4可知，各處理植株的干質(zhì)量在定植后 42 d 施加肥料處理前大致相同，而在施加肥料后各處理開始出現(xiàn)差異，其中T1的干質(zhì)量與CK類似，增加最快。試驗結(jié)束時，T1的植株干質(zhì)量達到 114.24 g/株，超過CK（100.68 g/株）13.47%，T2、T3、T4的植株干質(zhì)量分別為79.02、77.51、86.00 g/株，只有CK的78.49%、76.99%、85.42%。番茄果實的干質(zhì)量與植株干質(zhì)量的變化趨勢大致相同。

由表4可知，T1單株產(chǎn)量為946.7 g，比CK的933.9 g略高，兩者差異不顯著，T3處理產(chǎn)量最低為532.9 g，僅為CK的57%，顯著小于CK和T1處理。

T4處理為 785.68 g，達到CK產(chǎn)量的84%。由單株產(chǎn)量計算出了1 hm2的產(chǎn)量，T1處理以及CK較高，達到24 000 kg/hm2以上，超過了預(yù)期產(chǎn)量。

2.3 番茄植株體內(nèi)養(yǎng)分吸收量、吸收率與損耗率

試驗結(jié)束時分別測定番茄植株根、莖、葉、果實不同部位氮磷鉀養(yǎng)分含量，根據(jù)各部位干質(zhì)量計算植株全株養(yǎng)分的吸收量（表5）。由表5可知，植株氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收量都以T1處理最高，分別為2.90、1.01、2.56 g/株，比CK高16.94%、12.22%、18.52%，T2、T3、T4的養(yǎng)分吸收量均比CK低。這與T1單株長勢最好、干質(zhì)量大有直接關(guān)系。

根據(jù)植株養(yǎng)分的吸收量和各處理肥料的投入量，計算出養(yǎng)分的吸收率并列于表5。由表5可知，氮肥的吸收率以T1最高為65%，是CK的1.18倍，而T3最低為29%，只有CK的52.73%;T2、T4處理為CK的70%左右。T1處理磷肥的吸收率為103%超過1，說明植株不僅吸收了追肥中的磷，還吸收了部分基質(zhì)中的磷;T4處理磷肥的吸收率最低，只有29%;T2、T3處理為60%左右。從鉀肥的吸收率來看，T1處理最高，也僅為44%;而T2、T3、T4處理分別為32%、27%、28%。

肥料的消耗率（表3）與植株養(yǎng)分的吸收率（表5）之差看作為速效養(yǎng)分的損耗率（表5），正值說明追肥中部分肥料并沒有被植株吸收，可能被轉(zhuǎn)化固定在基質(zhì)中， 負值說明基質(zhì)不僅沒有固定追肥中的養(yǎng)分，還釋放出了基質(zhì)中原有的遲效養(yǎng)分。由表5中的損耗率可知，相對于氮肥、磷肥來說，鉀肥的損耗率在所有處理中都很高，T1處理最小，但也達到47%，其他處理在67%～74%之間，說明鉀肥整體過量。T1處理氮的損耗率只有7%，T2、T3、T4處理高達35%、44%、36%。T1處理磷肥的耗損率為負值，而T3、T4處理為24%、37%。對照處理的氮肥損耗率為24%，磷肥也是負值。

3 討論與結(jié)論

營養(yǎng)液是無土栽培的核心，基質(zhì)栽培需通過營養(yǎng)液的不斷供應(yīng)來滿足作物的生長需求[15]。營養(yǎng)液配方組成和濃度是否合適、是否滿足植物各個生長階段的要求，很大程度上決定了無土栽培能否成功[16]。本試驗中，各處理的番茄均能正常生長并獲得產(chǎn)量，說明所采用的幾種肥料配制的營養(yǎng)液一定程度上均可滿足番茄的生長需求。

從養(yǎng)分變化情況看，陳新之等的研究表明，NH+4與K+同時使用會降低土壤的固鉀率，使得NH+4與K+的固定率都會下降，使土壤中的NH+4與K+含量上升[17]。因為尿素在使用時可釋放出NH+4，而NH+4與K+存在一定的拮抗作用，進而使系統(tǒng)中N、K含量相對升高，所以在施肥量相同的3個處理CK、T1、T2中，施加尿素的T1處理在系統(tǒng)中的N、K殘留量最高。試驗中N、P施加量較高的T3、T4處理中的N、P殘留量隨施肥量的增加均有不同程度的增加，并高于其余3個處理，廉曉娟等的研究表明，隨著土壤中N、P施入量的增加，土壤中的堿解氮、速效磷呈增加趨勢[18]。由于T3處理采用的復(fù)合肥是高氮鉀肥，而T4處理是氮磷鉀平衡肥，于丹等的研究表明，營養(yǎng)液中的可溶性化學磷肥施入土壤中會很快轉(zhuǎn)化為緩效磷，且在基質(zhì)中的固定率較高，固定速度也較快[19-20]。張學軍等的研究表明，NO-3在基質(zhì)中移動性較強，容易被淋溶。以上說明P在基質(zhì)中易被固定，而NO-3在基質(zhì)中移動性較強，容易被淋溶，試驗中氮肥的增幅要高于磷肥的增幅[21]。這也就說明了氮肥對系統(tǒng)中養(yǎng)分含量的影響要大于磷肥的影響。

本試驗結(jié)果表明，T1處理和CK產(chǎn)量較高，這可能是由于CK采用AB肥，其氮磷鉀配方較為合理，T1處理中添加了尿素肥料，適當比例的尿素有一定的增產(chǎn)作用，喬慧萍等研究表明尿素部分代替硝態(tài)氮可以增加作物的產(chǎn)量[22]。對于施加復(fù)合肥的T3、T4處理，所添加肥料的質(zhì)量量相同，但是產(chǎn)量較低。陳連發(fā)等研究表明，隨著系統(tǒng)中氮磷鉀補充水平的逐步提高，番茄的干物質(zhì)和產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增加后減少的情況[23]。T3處理中氮肥施入過多，導致產(chǎn)量下降。T2、T4處理產(chǎn)量相似，這是由于其氮肥的添加量大致相等，磷肥添加量相差雖大，但P在系統(tǒng)中易被固定，從而其對作物生長的影響也較小。

在肥料的吸收率方面，在施肥量相同的處理上，T1處理的利用率要高于CK、T2處理，而T3、T4處理的N、P利用率分別最低。這與楊竹青等的研究結(jié)果：施入肥料過多會導致其肥料的吸收量和吸收率均降低，添加適量銨態(tài)氮會提高氮肥利用水平[24-26]一致。劉代歡研究表明系統(tǒng)中養(yǎng)分含量的上升會使基質(zhì)對養(yǎng)分的固定量上升[27]。本試驗結(jié)果表明，T1處理中由于NH+4與K+存在一定拮抗作用，因此氮肥損耗率只有7%（表5），可以忽略不計，鉀肥的損耗率在各處理中也是最低。氮肥施加量大致相同的T2、T4處理養(yǎng)分的N、K損耗率相近，而氮肥施加量較高的T3處理氮、鉀的損耗率是所有處理中最高的。

本試驗在營養(yǎng)液配制中以鉀肥為參照，原因是各復(fù)合肥與AB肥相比鉀肥的比例較小，以鉀肥為參照可以保證各處理獲得足夠的N、P養(yǎng)分量。然而過量的肥料不僅造成肥料較高的損耗率和較低的利用率，更對植株的生長造成了抑制。適當降低復(fù)合肥的添加量會對系統(tǒng)養(yǎng)分變化和植株養(yǎng)分吸收造成什么程度影響還值得進一步研究。

綜上所述，基質(zhì)無土栽培中尿素類、硝酸類以及復(fù)合肥均可以用來配制番茄生長的營養(yǎng)液，其中尿素類肥料是營養(yǎng)液配制中較好的氮源。采用復(fù)合肥配制營養(yǎng)液時最好采用氮磷鉀平衡肥，這樣肥料容易被植株吸收利用，肥料的損耗率小。

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