王雪科　吳春燕　韓瀟怡　靳慧慧　宋春羽　吳俊英

摘要：為探討水肥耦合對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以設(shè)施番茄為研究對(duì)象，采用水肥一體化技術(shù)盆栽栽培，設(shè)置3種單株灌水量水平（W1，60%θF；W2，70%θF；W3，80%θF）與3個(gè)肥料濃度（F1：1/4常規(guī)用肥；F2：1/2常規(guī)用肥；F3：3/4常規(guī)用肥），以常規(guī)灌水施肥處理作為對(duì)照，測(cè)定相關(guān)形態(tài)指標(biāo)、品質(zhì)指標(biāo)及產(chǎn)量。結(jié)果表明，水肥耦合對(duì)日光溫室番茄產(chǎn)量和品質(zhì)具有顯著影響，番茄產(chǎn)量隨肥料用量的增加表現(xiàn)出先增加再減少的趨勢(shì)；水分利用效率隨施肥量的增加呈下降趨勢(shì)，合理施肥有利于提高水分利用效率；W2F2和W3F3條件下番茄綜合品質(zhì)較高；適當(dāng)降低灌水量有利于番茄品質(zhì)的提高，過(guò)多的水分或肥料均會(huì)造成番茄品質(zhì)下降。綜合考慮品質(zhì)、產(chǎn)量、水分利用效率等因素，長(zhǎng)春地區(qū)日光溫室番茄選擇W2（70%θF）F2（1/2常規(guī)用肥）作為最優(yōu)水肥組合。

關(guān)鍵詞：設(shè)施番茄；水肥一體化；生理指標(biāo)；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S641.206文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）20-0167-05

番茄是全球種植最多的蔬菜之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球番茄產(chǎn)量為18 205萬(wàn)t左右，同比增長(zhǎng)0.7%，中國(guó)番茄種植面積約為505.5萬(wàn)hm2，是我國(guó)主要設(shè)施蔬菜栽培種類之一［1］。設(shè)施番茄如何獲得更高的產(chǎn)量和更好的品質(zhì)，是種植戶和消費(fèi)者關(guān)心的問(wèn)題，也是相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。但生產(chǎn)上，設(shè)施番茄生產(chǎn)中過(guò)量灌溉施肥現(xiàn)象相當(dāng)普遍［2］，這導(dǎo)致了番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。此外，生產(chǎn)實(shí)踐中很少考慮水肥之間的螯合效應(yīng)，加上我國(guó)水資源貧乏及用水不合理，更加劇了化肥浪費(fèi)［3］。在這樣的背景下，水肥一體化技術(shù)被引入我國(guó)。水肥一體化是利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時(shí)進(jìn)行灌溉與施肥，適時(shí)、適量地滿足農(nóng)作物對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，實(shí)現(xiàn)水肥同步管理和高效利用的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)［4］。我國(guó)目前番茄平均單產(chǎn)僅 7 kg/m2，而荷蘭水肥一體化溫室番茄單產(chǎn)高達(dá) 75 kg/m2［5］，可以看出我國(guó)與世界先進(jìn)水平還有相當(dāng)差距。

自2008年吉林省政府啟動(dòng)“百萬(wàn)畝棚膜蔬菜建設(shè)工程”以來(lái)，截至2020年年末，吉林全省蔬菜類種植規(guī)模已達(dá)到22萬(wàn)hm2，產(chǎn)量1 250萬(wàn)t，設(shè)施園藝棚室面積達(dá)到4.61萬(wàn)hm2，其中標(biāo)準(zhǔn)溫室 0.63萬(wàn)hm2、標(biāo)準(zhǔn)大棚2.57萬(wàn)hm2、簡(jiǎn)易棚室 1.42萬(wàn)hm2，累計(jì)建設(shè)規(guī)模園區(qū)660個(gè)［6］。雖然水肥一體化技術(shù)已在吉林省設(shè)施栽培中有所推廣，但大多數(shù)種植戶仍憑經(jīng)驗(yàn)管理，缺乏理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。本研究以吉林省栽培面積較大的設(shè)施番茄為研究對(duì)象，探討水肥一體化模式下水肥耦合對(duì)溫室番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在為區(qū)域設(shè)施番茄水肥一體化提供合理的水肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2020年4—9月在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜基地的五連拱內(nèi)進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)，試驗(yàn)使用盆體積為10.6 L（頂邊直徑27.5 cm，底部直徑 20 cm，深24 cm）。盆栽所用土壤為園土，每盆裝土12.8 kg。盆的底部開(kāi)有小孔，可以自由排水，在試驗(yàn)處理期間，沒(méi)有水從盆中浸出。在番茄幼苗長(zhǎng)至5葉期時(shí)將其移植到盆中，每盆1株。土壤含水量通過(guò)土壤張力計(jì)測(cè)定。盆土最大持水量為34.6％（體積含水量），永久萎蔫點(diǎn)為11.0％。其土壤理化性狀為：有機(jī)質(zhì)含量10.64 g/kg，堿解氮含量 219.48 mg/kg，速效磷含量104.21 mg/kg，速效鉀含量116.62 mg/kg，土壤pH值為7.18。

供試番茄品種為吉粉6號(hào)，由吉林省蔬菜花卉科學(xué)研究院提供。試驗(yàn)所用肥料為尿素（總 N≥46.4%）、磷酸二氫鉀（K2O≥34%、P2O5≥52%）和硫酸鉀（K2O≥57.0%）。試驗(yàn)采用水肥一體化系統(tǒng)灌溉施肥，水肥一體化系統(tǒng)主要包括水源、儲(chǔ)水罐、水泵、主管道、毛管、箭式滴頭。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3種單株灌水量水平，灌水下限設(shè)W1（60%θF）、W2（70%θF）、W3（80%θF）3個(gè)水平，灌水上限統(tǒng)一設(shè)定為田間持水量θF，當(dāng)土壤含水率降到灌水下限時(shí)進(jìn)行灌水。設(shè)置3個(gè)肥料濃度，分別為F1（1/4常規(guī)用肥）、F2（1/2常規(guī)用肥）、F3（3/4常規(guī)用肥）。采用水肥一體化盆栽試驗(yàn)，以常規(guī)灌水施肥處理作為對(duì)照，共10個(gè)處理，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，試驗(yàn)處理見(jiàn)表1。除水肥外，其他栽培管理措施均一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

株高采用卷尺測(cè)定植株從地面第1張子葉到頂部生長(zhǎng)點(diǎn)的高度；莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)定由下往上第3個(gè)節(jié)位上方1 cm處的直徑。葉面積采用游標(biāo)卡尺測(cè)量所標(biāo)記葉片的長(zhǎng)度和寬度，并根據(jù)回歸模型計(jì)算得到番茄的葉面積［7］。葉面積S=L×D×0.546 8，式中：L指葉片長(zhǎng)；D指葉片寬。

果實(shí)成熟后每隔7 d采收1次成熟度一致的番茄，記錄每次番茄單株產(chǎn)量，統(tǒng)計(jì)各盆單株灌溉水量，并最終對(duì)各盆產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總。水分利用效率WUE=Y/I，式中：Y代表番茄產(chǎn)量；I代表全生育期的植株灌溉量。

采用手持糖度計(jì)法測(cè)定可溶性固形物含量；采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量［8］；采用pSH-25型酸度計(jì)測(cè)定有效酸度；采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定維生素C含量［8］；采用滴定法測(cè)定可滴定酸含量［8］；采用紫外分光光度法測(cè)定硝酸鹽的含量［8］；采用水楊酸比色法測(cè)定硝態(tài)氮含量［8］；采用丙酮/石油醚提取和紫外分光光度法測(cè)定番茄紅素含量［9］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行整理，采用SPSS 27統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析與主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥耦合對(duì)番茄植株形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.1 水肥耦合對(duì)番茄株高的影響

由圖1可知，水肥耦合對(duì)番茄株高的影響顯著。當(dāng)灌溉量一定時(shí)，植株隨施肥量不同產(chǎn)生不同變化趨勢(shì)。當(dāng)灌溉量為W1、W2時(shí)，株高隨施肥量的增加而先升后降，當(dāng)灌溉量為W3時(shí)，株高隨施肥量的增加逐步增加。當(dāng)施肥量一定時(shí)，植株隨灌溉量不同而產(chǎn)生不同變化趨勢(shì)。當(dāng)施肥量為F1、F2時(shí)，株高隨灌溉量的增加而先升后降；當(dāng)施肥量F3時(shí)，植株株高隨灌溉量的增加而先降后升，表明適宜的肥料濃度更利于植株株高增長(zhǎng)。W2F2處理株高最高，且與W3F2、W3F3差異顯著，表明過(guò)高的水分或肥料濃度均不利于植株株高增長(zhǎng)。

2.1.2 水肥耦合對(duì)番茄莖粗的影響

由圖2可知，水肥耦合對(duì)番茄莖粗的影響顯著。當(dāng)灌溉量一定時(shí)，植株隨施肥量不同產(chǎn)生不同變化趨勢(shì)。當(dāng)灌溉量為W1時(shí)，莖粗隨施肥量的增加而先升后降，當(dāng)灌溉量為W2及W3時(shí)，莖粗隨施肥量的增加逐步增加。當(dāng)施肥量一定時(shí)，植株隨灌溉量不同產(chǎn)生不同變化趨勢(shì)。當(dāng)施肥量為F1時(shí)，莖粗在W2時(shí)最高，W3次之，W1最低；當(dāng)施肥量為F2和F3時(shí)，植株莖粗隨水分的增加而先升后降，表明W2F3、W2F2更利于植株莖粗的增長(zhǎng)。而W1F1處理莖粗最短且與其他處理均有顯著差異，表明過(guò)低的水分和肥料濃度不利于番茄莖粗的增加。

2.1.3 水肥耦合對(duì)番茄葉面積的影響

由圖3可知，番茄葉面積受水肥耦合影響顯著。當(dāng)灌溉量為W1、W2時(shí)，葉面積隨施肥量的增加而先增加再降低，當(dāng)灌溉量為W3時(shí)，葉面積隨施肥量的增加逐步增加；而當(dāng)施肥量一定時(shí)，葉面積均表現(xiàn)為隨灌溉量的上升而先增加再降低；W2F2處理葉面積最高，W2F3處理次之，兩者無(wú)顯著差異且與其他處理差異顯著，表明適宜灌水量更有利葉面積增加，過(guò)低或過(guò)高灌水量均不利于葉面積增加；W1F1處理與W2F1處理差異顯著且與W3F1處理無(wú)顯著差異，表明適宜施肥量更有利于葉面積增加，過(guò)高或過(guò)低灌水量均不利于葉面積增加。

2.2 水肥耦合對(duì)單株產(chǎn)量與水分利用效率的影響

2.2.1 水肥耦合對(duì)單株產(chǎn)量的影響 單株產(chǎn)量受水肥耦合影響顯著。從表2可知，對(duì)照組產(chǎn)量最低，水肥耦合的番茄單株產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照組。W3F2處理單株產(chǎn)量最高，為2.72 kg，高于對(duì)照組42.4%，高于W1F1 16.7%，與W2F3、W3F1、W2F2處理無(wú)顯著性差異。表明當(dāng)灌水量一定時(shí)，番茄產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨施肥量的增加而增加，但當(dāng)施肥量增加到一定程度時(shí)，番茄產(chǎn)量反而有所下降；處理組中W1F1的單株產(chǎn)量最低，低于W2F1 4.2%，高于對(duì)照組22.0%，與W1F2、W1F3、W2F1、W3F1差異不顯著。表明當(dāng)施肥量一定時(shí)，番茄產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨著灌溉量的增加而增加，但當(dāng)灌溉量增加到一定程度后，產(chǎn)量增加效益不明顯；W2F1、W1F1處理的產(chǎn)量相較其他處理組較低且兩者差異不顯著，表明施肥下限對(duì)番茄產(chǎn)量的影響大于灌溉下限。

2.2.2 水肥耦合對(duì)水分利用效率的影響

作物生理學(xué)上一般認(rèn)為水分利用效率即是單位耗水量的作物產(chǎn)量，可以直觀反映植物生產(chǎn)過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化效率。如表2所示，水肥耦合對(duì)番茄水分利用效率的影響存在顯著差異?？傮w而言，采用水肥一體化處理的水分利用效率均顯著高于對(duì)照組，其中處理組中W3F1水分利用率最高，達(dá)到76.91 kg/m3，比CK高了54.6%，W3F3水分利用效率最低，為 64.17 kg/m3，比CK高了29%。在F1條件下，番茄水分利用效率隨灌溉量的增加而增加，而在F2、F3條件下，番茄水分利用效率隨灌溉量的增加而降低，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)增加灌溉量有利于水分利用率的提高，水分過(guò)高反而會(huì)使水分利用率降低。而當(dāng)灌溉量一定時(shí)，番茄水分利用效率隨施肥量的增加而降低，表明在一定范圍內(nèi)肥料的增施能提高作物對(duì)水分的吸收利用。

2.3 水肥耦合對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

2.3.1 對(duì)單一品質(zhì)指標(biāo)的影響

不同處理下番茄果實(shí)品質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示。水肥耦合對(duì)番茄各指標(biāo)的影響差異較大。W3F3和W2F2處理可溶性糖含量較其他處理有顯著差異，表明合適的水肥比例有利于提高番茄可溶性糖含量；W1F3、W2F3可溶性酸含量無(wú)顯著差異，與W3F3差異顯著，而W1F3可溶性酸含量最高，W3F1最低，說(shuō)明施肥量一定時(shí)，番茄可溶性酸含量隨灌溉量的增加而增加；W3F1糖酸比最高，W1F3糖酸比最低，說(shuō)明灌溉量一定時(shí)，施肥量越低時(shí)糖酸比反而越高；維生素C含量表現(xiàn)為CK、W1F1處理較低，W3F2、W2F2處理較高，說(shuō)明傳統(tǒng)大水漫灌過(guò)量施肥與低水低肥均不有利于維生素C的形成，合適的水肥比例更有利于提高番茄維生素C含量；水肥耦合對(duì)番茄紅素的形成具有顯著影響，灌溉量一定時(shí)，W1、W2處理番茄紅素含量隨施肥量增加而先增后降，W3處理番茄紅素含量隨施肥量的增加而增加，施肥量一定時(shí)，F(xiàn)1、F2處理番茄紅素含量隨灌溉量的增加而先增后降，F(xiàn)3處理則先降后增；而番茄果實(shí)硝酸鹽含量均隨水分的增加而降低，隨施肥量的升高而升高。

2.3.2 對(duì)綜合品質(zhì)的影響

只對(duì)單一指標(biāo)分析很難判斷水肥耦合對(duì)番茄品質(zhì)的影響。為了更全面地反映不同處理對(duì)番茄品質(zhì)的影響，需要結(jié)合各品質(zhì)指標(biāo)，對(duì)不同處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而得出各品質(zhì)指標(biāo)對(duì)番茄綜合品質(zhì)形成的貢獻(xiàn)度，更好地判斷哪種水肥處理更有利于番茄優(yōu)良品質(zhì)的形成。本試驗(yàn)采用主成分分析法，對(duì)可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比、維生素C含量、番茄紅素含量、硝酸鹽含量、可溶性固形物含量、有效酸度等8項(xiàng)品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，評(píng)價(jià)出相對(duì)較優(yōu)的水肥處理。

首先對(duì)數(shù)據(jù)降維得到標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出相關(guān)矩陣的特征值、特征向量和累計(jì)貢獻(xiàn)率（表4），選取特征值>1的作為主成分。

通過(guò)計(jì)算，各品質(zhì)指標(biāo)與前2個(gè)主成分的關(guān)系如下：

第1主成分：

F1=0.421 1X1-0.397 1X2-0.388 8X3+0.359 3X4+0.351 0X5+0.348 4X6+0.300 5X7+0.223 0X8；（1）

第2主成分：

F2=-0.176 8X1+0.265 6X2+0.286 5X3-0.458 0X4+0.404 7X5+0.379 4X6+0.239 6X7+0.491 4X8。（2）

式中：F1、F2分別對(duì)應(yīng)第1、2主成分的得分，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8分別為數(shù)據(jù)消除變量之間量綱關(guān)系后的可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比、維生素C含量、番茄紅素含量、硝酸鹽含量、可溶性固形物含量、有效酸度。

綜合評(píng)價(jià)函數(shù)是以各個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，即綜合得分：

F=0.786 50F1+0.172 15F2。（3）

將對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化值帶入式（1）和式（2），再將式（1）和式（2）的計(jì)算所得帶入式（3），最后得到水肥供應(yīng)條件下番茄品質(zhì)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)（表5）。綜合評(píng)價(jià)表明，W3F3處理的排名為第1，其次為W2F2。W2F2與W3F3的得分接近，無(wú)顯著差異。

3 討論與結(jié)論

水肥耦合對(duì)番茄植株形態(tài)指標(biāo)影響顯著，適宜的水肥有利于植物莖葉生長(zhǎng)，促進(jìn)作物健壯，而灌水量過(guò)高或施肥量過(guò)高均會(huì)抑制作物形態(tài)生長(zhǎng)，這與王虎兵等的研究結(jié)果［10］相似。本試驗(yàn)中，當(dāng)施肥水平由F1變?yōu)镕2時(shí)，番茄株高、莖粗、葉面積均呈上升趨勢(shì)，而在F3水平時(shí)，番茄株高、葉面積總體呈降低趨勢(shì)，莖粗則繼續(xù)上升。表明在合適的灌溉量范圍內(nèi)，番茄株高、葉面積有隨施肥量的升高呈先升高后降低的趨勢(shì)，莖粗有隨施肥量的升高而升高的趨勢(shì)。

前人研究表明，水肥耦合顯著影響溫室番茄單株產(chǎn)量與水分利用效率［11-13］。本試驗(yàn)中，水肥耦合的番茄單株產(chǎn)量與水分利用效率均顯著高于對(duì)照組，處理組中水分利用效率最低的W3F3也比CK高了29%。充分體現(xiàn)了水肥一體化相較傳統(tǒng)大水大肥的優(yōu)良節(jié)水能力。番茄單株產(chǎn)量隨施肥量的升高而增加，其中W3F2處理產(chǎn)量較W3F1處理增加了7.09%，但W3F3處理單株產(chǎn)量相比W3F2略有下降。表明過(guò)高的施肥量對(duì)增產(chǎn)幫助有限。邢金金等研究也表明，施肥過(guò)量不利用溫室番茄與西瓜增產(chǎn)，而適量施肥不僅可以獲得較高的產(chǎn)量，還能顯著降低氮肥的氣態(tài)損失，提高水肥利用率［14-15］。

在番茄品質(zhì)指標(biāo)中，糖酸比、硝酸鹽、番茄紅素含量一直是人們研究的熱點(diǎn)［16-18］。本試驗(yàn)研究表明，灌溉量一定時(shí)，糖酸比隨施肥量的增加而降低，硝酸鹽含量隨施肥量的增加而增加，施肥量一定時(shí)，糖酸比隨灌溉量的增加而增加，硝酸鹽含量隨灌溉量的增加而降低；而番茄紅素含量主要表現(xiàn)為在灌溉量一定時(shí)，W1、W2處理番茄紅素隨施肥量的增加而先增后降，W3處理番茄紅素隨施肥量的增加而增加，施肥量一定時(shí)，F(xiàn)1、F2處理番茄紅素隨灌溉量的增加而先增后降，F(xiàn)3處理番茄紅素隨施肥量的增加而先降后增；本試驗(yàn)條件下，W2F2處理的果實(shí)番茄紅素含量顯著高于W1F3、W2F3處理，且可溶性糖、番茄紅素含量以及糖酸比等指標(biāo)均較高，說(shuō)明W2F2處理具有相對(duì)較優(yōu)的番茄品質(zhì)。對(duì)番茄品質(zhì)進(jìn)行主成分分析的結(jié)果也表明，W3F3、W2F2品質(zhì)最優(yōu)。

水肥一體化條件下，番茄株高有隨施肥量的升高呈先升高后降低的趨勢(shì)，莖粗有隨施肥量的升高而升高的趨勢(shì)，葉面積有隨灌溉量的上升而先增加再降低的趨勢(shì)，合理水肥處理有利于番茄形態(tài)學(xué)建成；番茄產(chǎn)量隨水肥用量的增加而提高，超過(guò)一定范圍后，這種提高效應(yīng)不顯著，甚至表現(xiàn)為一定程度的下降；水分利用效率隨施肥量的增加呈下降趨勢(shì)，合理施肥有利于提高水分利用效率；W2F2和W3F3條件下番茄綜合品質(zhì)較高，適當(dāng)降低灌水量有利于番茄品質(zhì)的提高，過(guò)多的水分或肥料均會(huì)造成番茄品質(zhì)下降。

綜合考慮品質(zhì)、產(chǎn)量、水分利用效率、可持續(xù)生產(chǎn)以及環(huán)境友好等因素，在不顯著降低番茄品質(zhì)及產(chǎn)量的情況下，長(zhǎng)春地區(qū)日光溫室番茄選擇W2（70%θF）F2（1/2常規(guī)用肥）作為最優(yōu)水肥組合。

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收稿日期：2022-12-15

基金項(xiàng)目：吉林省科技發(fā)展計(jì)劃（編號(hào)：20210202123NC）。

作者簡(jiǎn)介：王雪科（1996—），男，重慶人，碩士研究生，主要從事蔬菜生理及設(shè)施園藝研究。E-mail：1006707043@qq.com。

通信作者：吳春燕，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事設(shè)施蔬菜栽培與育種研究。E-mail：wuchunyan@jlau.edu.cn。