董環(huán)　婁春榮　王秀娟　趙穎　何志剛

摘要：施肥影響設(shè)施蔬菜的產(chǎn)量、質(zhì)量安全和土壤環(huán)境，因此，開展設(shè)施番茄氮肥和鉀肥配合施用方案的研究，對(duì)區(qū)域設(shè)施農(nóng)業(yè)優(yōu)質(zhì)、高效、健康發(fā)展具有重要意義。本研究以番茄新品種遼粉185為試驗(yàn)材料，采用氮、鉀2因素4水平完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，探討氮鉀配合施用對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量、果實(shí)硝酸鹽含量及土壤硝態(tài)氮含量的影響。結(jié)果表明，果實(shí)硝酸鹽含量隨氮和鉀施入水平的提升而增加，土壤硝態(tài)氮含量隨氮施入水平的提升而增加，隨鉀施入水平的提升而降低。氮、鉀施入水平對(duì)番茄產(chǎn)量的影響均為先促進(jìn)后抑制，通過回歸模型獲得番茄最高產(chǎn)量的氮、鉀推薦施肥量分別為323.6 kg/hm2和377.0 kg/hm’。采用TOPSIS（Technique for order preference by similarity to an ideal solution）法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，獲得的結(jié)果表明，氮是影響番茄產(chǎn)量、質(zhì)量安全和環(huán)境的重要因素，氮投入142.9～285.7kg/hm2可作為區(qū)域設(shè)施番茄栽培決策施肥的參考區(qū)間。

關(guān)鍵詞：氮;鉀;設(shè)施番茄;產(chǎn)量;果實(shí)硝酸鹽;土壤硝態(tài)氮

中圖分類號(hào)：S641.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-4440（2019）02-0378-06

設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種高投入、集約化、高收益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式1，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，往往存在因生產(chǎn)者技術(shù)水平低而導(dǎo)致施肥結(jié)構(gòu)不合理，或因盲目追求產(chǎn)量而過量施用肥料的現(xiàn)象，施肥不合理或過量施肥將會(huì)帶來農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)，設(shè)施土壤次生鹽漬化，設(shè)施蔬菜產(chǎn)量降低，農(nóng)產(chǎn)品安全受到威脅，土壤環(huán)境污染等諸多問題[23]。因此，既能夠改善土壤和水環(huán)境，又能保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和安全的配方施肥引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注[4]。合理施用氮肥、鉀肥可保證農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)511。氮肥、鉀肥影響蔬菜的質(zhì)量安全，鉀肥影響硝酸鹽的運(yùn)輸、吸收和利用，硝酸鹽是衡量蔬菜安全的重要指標(biāo)，而且科學(xué)施用氮肥、鉀肥將有效避免土壤和地下水硝酸鹽超標(biāo)[12]。關(guān)于氮肥、鉀肥的單因素或多因素交互作用對(duì)番茄產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)或土壤硝態(tài)氮影響的研究較多[13-16]但結(jié)合地域氣候條件、土壤類型、種植模式，針對(duì)地方新品種開展的綜合考慮產(chǎn)量、質(zhì)量安全及土壤污染指標(biāo)的研究較少。本研究擬在北方典型土壤類型和設(shè)施栽培模式下，研究氮（N）、鉀（K）對(duì)番茄新品種遼粉185產(chǎn)量、果實(shí)硝酸鹽含量和土壤硝態(tài)氮含量的影響，獲得氮肥、鉀肥對(duì)各指標(biāo)的影響規(guī)律，最優(yōu)推薦施用量及效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，以期為區(qū)域番茄優(yōu)質(zhì)、高效、健康、可持續(xù)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)置在遼寧省海城市溫香鎮(zhèn)設(shè)施番茄大面積種植區(qū)，該地區(qū)位于遼東半島與內(nèi)陸交匯點(diǎn)，屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫8～9℃，全年降水量640～880 mm。受季風(fēng)影響，降水多集中在夏季，溫差較大，四季分明。溫香鎮(zhèn)位于海城西北部平原區(qū)，該地區(qū)地勢(shì)平坦，土壤肥沃，適宜開展設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)已擁有設(shè)施大棚1200hm2，是鞍山地區(qū)最大的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷集散地。番茄是該地區(qū)主要種植的蔬菜，超過40.0%的農(nóng)戶春茬種植番茄。本試驗(yàn)所選地塊為棚齡5年的設(shè)施大棚，有機(jī)肥在夏季7-8月施入，每年施用75～105 t/hm2豬糞或牛糞。土壤類型為草甸土，土壤有機(jī)質(zhì)2.980%，全氮0.164%，全磷0.146%，全鉀2.560%，速效氮160.00 mg/kg，速效磷212.20 mg/kg，速效鉀230.00 mg/kg，pH 6.5。

1.2 試驗(yàn)材料

番茄品種為遼粉185，無限生長(zhǎng)型粉紅果。果實(shí)扁圓形，色澤亮麗，有綠果肩，口感好，硬度中等，耐貯運(yùn)。適宜日光溫室冬春茬和春茬種植。

供試肥料包括普通尿素（N：46%）、過磷酸鈣（P2O5：12%）、硫酸鉀（K2O：50%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用N、K 2因素4水平完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，共16個(gè)處理，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，試驗(yàn)小區(qū)面積20m2。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表1顯示。

氮肥和鉀肥的20%為基肥，其余為追肥，分3次施入，第1穗果膨大期追施20%，第2穗果膨大期追施30%，第3穗果膨大期追施30%。所有處理的施磷量均為285.71kg/hm，全部作為基肥一次性施入。2017年2月3日定植，番茄栽培共留5穗果，每穗留4個(gè)果實(shí)，2017年6月27日采收結(jié)束。

1.4 測(cè)定調(diào)查項(xiàng)目與方法

第3穗果成熟期到第5穗果成熟期分3次采收果實(shí)，混合樣品測(cè)定果實(shí)硝酸鹽含量，果實(shí)硝酸鹽含量測(cè)定采用分光光度計(jì)法[17]。于收獲期調(diào)查番茄果實(shí)產(chǎn)量，拉秧期采集各處理耕層0～20 cm土壤，測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量。土壤硝態(tài)氮含量采用0.01 mol/L

CaCl，溶液浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀（AA3型）測(cè)定[18]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Microsoft Excel 2007、SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析和回歸分析，利用DPS 7.05進(jìn)行TOPSIS（Technique for order preference by similarity to an ide-alsolution）法綜合評(píng)價(jià)分析，利用Matlab2017b繪制模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、鉀運(yùn)籌對(duì)番茄產(chǎn)量、果實(shí)硝酸鹽含量及土壤硝態(tài)氮含量的影響

表2顯示，相同氮施入水平下不同鉀施入水平間產(chǎn)量差異不顯著。相同鉀施入水平下，N2的番茄產(chǎn)量顯著高于其他N水平的番茄產(chǎn)量（P<0.05），N1、N3和N4水平間番茄產(chǎn)量的差異不顯著。

相同氮施入水平下不同鉀施入水平，果實(shí)硝酸鹽含量總體隨鉀施入水平的提升而增加。N1水平下，N1K4處理的番茄果實(shí)硝酸鹽含量顯著高于N1K1和N1K2處理。N2水平下，N2K3和N2K4處理的果實(shí)硝酸鹽含量顯著高于N2K1和N2K2處理。N3水平下，N3K2、N3K3和N3K4處理間的果實(shí)硝酸鹽含量差異不顯著，但皆顯著高于N3K1處理。N4水平下，N4K2、N4K3和N4K4處理間的果實(shí)硝酸鹽含量差異不顯著，N4K3和N4K4處理的果實(shí)硝酸鹽含量顯著高于N4K1處理。相同鉀施入水平下不同氮施入水平，果實(shí)硝酸鹽含量總體隨氮水平的提升而增加。K1水平下，N3K1和N4K1處理的果實(shí)硝酸鹽含量顯著高于N1K1和N2K1處理。K2水平下，N3K2和N4K2處理的果實(shí)硝酸鹽含量均較高，二者間差異不顯著，但均顯著高于其他2個(gè)處理。K3水平下，N2K3、N3K3、N4K3處理間的果實(shí)硝酸鹽含量差異不顯著，但皆顯著高于N1K3處理。K4水平下，N2K4、N3K4、N4K4處理的果實(shí)硝酸鹽含量顯著高于N1K4處理。

相同氮施入水平下不同鉀施入水平，土壤硝態(tài)氮含量總體隨鉀施入水平的提升而降低，N3水平下，各處理間差異不顯著。相同鉀施入水平下不同氮施入水平，土壤硝態(tài)氮含量總體隨氮施入水平的提升而增加。

綜合考慮番茄產(chǎn)量、質(zhì)量安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，采用TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法對(duì)3類指標(biāo)進(jìn)行分析，其中產(chǎn)量數(shù)據(jù)作為高優(yōu)指標(biāo)，果實(shí)硝酸鹽含量和土壤硝態(tài)氮含量作為低優(yōu)指標(biāo)。根據(jù)相對(duì)接近度指標(biāo)得到綜合排名，可以看出，1～3名皆出現(xiàn)在N1水平，1～8名主要集中在N1和N2水平，9～16名主要集中在N3和N4水平，14～16名皆出現(xiàn)在N4水平，由此推斷，氮是影響綜合效益的重要因素，而N1和N2的施氮水平（142.9～285.7 kg/hm2）可以作為區(qū)域決策施肥的參考區(qū)間。

2.2 各指標(biāo)的氮、鉀回歸模型

為了深入挖掘氮、鉀互作對(duì)各指標(biāo)的作用，對(duì)各處理下指標(biāo)的平均值和肥料施入水平進(jìn)行回歸分析，得出氮、鉀交互作用對(duì)不同指標(biāo)影響的模型。回歸模型可用于了解自變量（施肥配比）對(duì)因變量的影響，估測(cè)不同施肥配置條件下，各指標(biāo)的具體數(shù)值，并獲得最佳的肥料配置。

2.2.1 番茄產(chǎn)量

對(duì)各處理產(chǎn)量平均值和各處理氮、鉀施入水平進(jìn)行回歸分析，得到氮、鉀交互作用下的產(chǎn)量回歸模型：

公式

式中，Ch代表番茄產(chǎn)量（kg），n代表氮施入水平，h代表鉀施入水平。對(duì)模型（1）進(jìn)行繪圖，得到氮、鉀交互作用對(duì)番茄產(chǎn)量影響的效果圖（圖1），氮和鉀對(duì)番茄產(chǎn)量的效應(yīng)呈開口向下的曲面。鉀對(duì)番茄產(chǎn)量的影響是先促進(jìn)后抑制，氮對(duì)番茄產(chǎn)量的影響也是先促進(jìn)后抑制。通過對(duì)回歸模型求偏導(dǎo)得到番茄最高產(chǎn)量為105.37 t/hm2，氮和鉀最佳施入量分別為N：323.6 kg/hm2，K2O：377.0 kg/hm2

2.2.2 番茄果實(shí)硝酸鹽含量

對(duì)各處理下果實(shí)硝酸鹽含量均值和氮、鉀的施入水平進(jìn)行回歸分析，得到氮、鉀交互作用下的果實(shí)硝酸鹽含量回歸模型：

公式

式中，F(xiàn)N表示番茄果實(shí)硝酸鹽含量（mg/kg），a代表氮施入水平，b代表鉀施入水平。對(duì)模型（2）進(jìn)行繪圖，得到氮、鉀交互作用對(duì)番茄果實(shí)硝酸鹽含量影響的效果圖（圖2），氮和鉀對(duì)番茄果實(shí)硝酸鹽含量的效應(yīng)呈開口向下的曲面，但曲面較平整。試驗(yàn)施肥范圍內(nèi)，鉀和氮對(duì)番茄果實(shí)硝酸鹽含量的影響均為促進(jìn)作用。通過對(duì)回歸模型求偏導(dǎo)得到番茄最高果實(shí)硝酸鹽含量為148.7 mg/kg，氮和鉀推薦施入量分別為N：667.1 kg/hm2，K20：765.3 kg/hm2該推薦施肥量已超出試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍，只代表模型推導(dǎo)結(jié)果，實(shí)際情況需要具體試驗(yàn)來驗(yàn)證。

2.2.3 土壤硝態(tài)氮含量

對(duì)各處理土壤硝態(tài)氮含量均值和氮、鉀施入水平進(jìn)行回歸分析，得到氮、鉀交互作用下的土壤硝態(tài)氮含量回歸模型：

公式

式中，TN代表拉秧后耕層土壤硝態(tài)氮含量（mg/kg），x代表氮施入水平，y代表鉀施入水平。對(duì)模型（3）進(jìn)行繪圖，得到氮、鉀交互作用對(duì)土壤硝態(tài)氮含量影響的效果圖（圖3），氮和鉀對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的效應(yīng)近似平面。鉀對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響為抑制作用，且隨著氮施入量的增加，鉀對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的抑制能力變小。氮對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響為促進(jìn)作用。表明，減少氮投入，增加鉀投入是降低土壤硝態(tài)氮含量的有效途徑。

3 討論

產(chǎn)量是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者效益直接相關(guān)的因素，而番茄產(chǎn)量受氮肥、鉀肥的直接影響。張恩平等[4]試驗(yàn)結(jié)果表明，番茄產(chǎn)量受氮肥影響最為顯著，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。袁亭亭等[13]試驗(yàn)結(jié)果表明，在低水平氮、鉀條件下，番茄產(chǎn)量隨氮、鉀施用量的增加而提高，在高水平氮、鉀條件下，番茄產(chǎn)量隨氮、鉀施用量的增加而降低，與本試驗(yàn)?zāi)Ｐ头治鲲@示的規(guī)律一致。但姜慧敏等[12]的試驗(yàn)結(jié)果表明，1000kg/hm純氮和700 kg/hm2純氮處理下的番茄產(chǎn)量差異不顯著，這可能是由試驗(yàn)地基礎(chǔ)地力、栽培管理和施肥水平差異引起的。

硝酸鹽是影響農(nóng)產(chǎn)品安全的重要指標(biāo)。世界衛(wèi)生組織（WHO）和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）制訂了食品中硝酸鹽的限量標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定蔬菜中硝酸鹽含量小于432.0mg/kg為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的蔬菜允許生食，對(duì)人們身體健康影響較小[19]。在本試驗(yàn)條件下生產(chǎn)的番茄，其最高硝酸鹽含量為140.2mg/kg，模型推導(dǎo)的果實(shí)硝酸鹽含量為148.7mg/kg，兩者皆未超過一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說明，食用本試驗(yàn)中任何配比的肥料所生產(chǎn)的番茄，都不會(huì)對(duì)人體造成威脅。袁麗萍等[20]的研究結(jié)果表明，其他條件相同的情況下，番茄果實(shí)硝酸鹽含量隨施氮量的增加而增加，謝安坤[21]等試驗(yàn)結(jié)果表明，純氮0～767kg/hm2，番茄果實(shí)硝酸鹽含量隨施氮量的增加而增加，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果相近。多數(shù)研究結(jié)果表明，農(nóng)產(chǎn)品中的硝酸鹽含量隨著施入鉀肥的增多而減少[22-25]。而本試驗(yàn)?zāi)Ｐ头治鼋Y(jié)果顯示，常規(guī)施肥條件下，增施鉀肥會(huì)增加果實(shí)硝酸鹽含量，這可能是受到土壤肥力、作物類型、品種和氮鉀肥施入比例等因素影響所致。

大量研究結(jié)果表明，耕層土壤硝態(tài)氮含量隨施氮量的增加而增加[26-28]，本試驗(yàn)?zāi)Ｐ头治鼋Y(jié)果也得出同樣的規(guī)律。施氮并合理配施其他肥料能夠不同程度地降低土壤中硝態(tài)氮的含量。趙云英等[29]對(duì)黃士高原的黑壚土長(zhǎng)期定位，試驗(yàn)結(jié)果表明，氮與磷或有機(jī)肥配施能有效減少土壤剖面中硝態(tài)氮的累積。楊莉琳等[30]對(duì)太行山山前平原潮褐土進(jìn)行4年定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)施鉀肥抑制了土壤硝態(tài)氮積累。劉德平等[31]在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)試驗(yàn)結(jié)果表明，適量配施氮肥和鉀肥能夠降低土壤中硝態(tài)氮的殘留量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在較低氮水平條件下，施用鉀肥可以降低土壤硝態(tài)氮含量，但在較高氮水平條件下，施用鉀肥降低土壤硝態(tài)氮含量的能力減弱。

本試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析所使用的方法為TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法，這是一種多目標(biāo)決策方法，適用于處理多目標(biāo)決策。目前已有少數(shù)研究者將這種方法運(yùn)用到農(nóng)業(yè)科研的效益評(píng)價(jià)和方案決策中132341，

通過模型分析，氮、鉀推薦最高產(chǎn)量施肥量為N：323.6 kg/hm2，K，0：377.0 kg/hm2。方差分析及模型分析結(jié)果表明，果實(shí)硝酸鹽含量隨氮、鉀水平的提升而增加，土壤硝態(tài)氮含量隨鉀水平的提升而降低，隨氮水平的提升而增加。因此，減少氮投入，增加鉀投入是降低設(shè)施土壤硝態(tài)氮含量的有效途徑。TOPSIS法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，氮是影響經(jīng)濟(jì)效益、蔬菜質(zhì)量安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的重要因素，氮施入量142.9～285.7 kg/hm2可作為區(qū)域決策施肥的參考區(qū)間。

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