陳琪 董靜 楊加儀 龐忠俊 何世朋 陳飛 梁斌

摘要：為探究鉀離子濃度對番茄鈣、鎂吸收及果實品質(zhì)的提升作用。采用砂培的栽培模式，研究不同鉀離子濃度（5 mmol/L，K1；10 mmol/L，K2；15 mmol/L，K3）對番茄生物量、產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和果實品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，高濃度鉀處理（15 mmol/L）顯著降低冬春季番茄生物量與產(chǎn)量，降幅分別為21%～26%和17%。增加鉀濃度供應(yīng)水平，冬春季番茄莖、葉中鉀含量降低，果實中鉀含量升高，K3較K1處理莖、葉中鉀含量顯著降低11%～13%，K3較K1處理果實中鉀含量顯著增加36%，秋冬季番茄莖、葉和果中鉀含量無顯著變化。高鉀濃度供應(yīng)顯著降低秋冬季莖稈中鈣、鎂含量，降幅為9%～12%；也降低冬春季番茄莖稈中鈣、鎂含量，降幅為4%～15%，果實中鈣含量也顯著降低24%，但果實中鎂含量顯著增加6%，葉片鈣、鎂含量顯著增加9%～24%。增加鉀離子濃度會降低鉀肥回收利用率，與K1處理相比，K3處理鉀肥回收利用效率顯著降低31%～78%。增加鉀離子濃度顯著增加果實中可溶性糖含量、有機酸含量、維生素C含量和果實硬度，番茄品質(zhì)的綜合得分排名依次為K3>K2>K1。

關(guān)鍵詞：番茄；鉀水平；砂培；鉀、鈣、鎂；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號：S641.206? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）23-0165-06

無土栽培是指以草炭、河砂和椰糠等基質(zhì)固定植物的栽培方法，有效解決了土壤栽培出現(xiàn)的土傳病害及連作障礙等問題［1］，具有通氣性好、鹽分積累少等優(yōu)點。世界上使用無土栽培種植蔬菜的國家和地區(qū)已達(dá)100多個，種植蔬菜的面積達(dá)到19.7萬hm2，據(jù)統(tǒng)計，我國無土栽培種植蔬菜的面積從2015年約為2萬hm2，增加至2020年5萬hm2左右［2］。因此，隨著無土栽培種植面積和應(yīng)用范圍的增多，無土栽培技術(shù)也逐漸成熟和發(fā)展起來，經(jīng)營和技術(shù)管理水平也逐漸達(dá)到一個新的高度，逐步實現(xiàn)集約化和規(guī)?；_(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和高效的目的。

2022年，我國番茄種植面積高達(dá)505.20萬hm2，產(chǎn)值達(dá)1.87億t，總產(chǎn)值已超過600億美元，我國逐漸成為全球最大的番茄生產(chǎn)與消費國家［3］。番茄因其富含維生素C及鈣、鎂、鋅、硼等礦質(zhì)元素，且風(fēng)味獨特，成為世界上最受歡迎的蔬菜之一。番茄屬于喜鉀作物，鉀能促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收，調(diào)節(jié)酶活性，進(jìn)一步提高產(chǎn)量和品質(zhì)。王軍君等研究發(fā)現(xiàn)，霧培番茄營養(yǎng)液中鉀濃度為8 mmol/L時，番茄產(chǎn)量、風(fēng)味品質(zhì)和抗氧化營養(yǎng)品質(zhì)最高，通過水培試驗，得出鉀濃度為10 mmol/L時番茄產(chǎn)量和品質(zhì)最佳［4-6］。侯廣欣通過椰糠栽培番茄表明，營養(yǎng)液中鉀濃度為16 mmol/L時可提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)［7］。Lin等在無土栽培條件下對甜瓜進(jìn)行鉀處理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉀濃度為6 mmol/L時的果實可溶性糖、維生素C含量顯著增加［8］。

作物對鉀、鈣、鎂等養(yǎng)分元素的吸收受到多因素的影響［9］，元素之間的相互作用也會對植物的養(yǎng)分吸收產(chǎn)生影響，大量的鉀投入可能造成植株體內(nèi)鈣鎂失衡［10］，相關(guān)研究表明，K+和Ca2+既存在協(xié)同作用又存在拮抗作用，適量施鉀可促進(jìn)植株對鈣的吸收，過量施鉀時，K+和Ca2+開始競爭質(zhì)膜上的結(jié)合位點，過量的K+對鈣的吸收產(chǎn)生負(fù)面影響［11］。

因此，為探究砂培條件下提高鉀離子濃度對番茄植株鈣、鎂吸收及番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。本試驗以番茄為材料，栽培方式為砂培，依托施肥機實時監(jiān)測水分變化，及時地進(jìn)行不同鉀濃度的水肥灌溉。在成熟期進(jìn)行取樣，測定莖、葉、果養(yǎng)分含量，測定3穗果實可溶性糖、維生素C和有機酸含量等品質(zhì)指標(biāo)，并統(tǒng)計單株產(chǎn)量，比較不同鉀水平番茄產(chǎn)量和品質(zhì)以及植株養(yǎng)分吸收情況，探索出番茄在砂培條件下達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)目的的鉀濃度，為我國番茄的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2021年8月至2022年6月在山東省壽光市洛城街道青島農(nóng)業(yè)大學(xué)水肥資源高效利用基地溫室內(nèi)進(jìn)行（118°51′40″E，36°51′40″N）。供試的番茄品種為戴安娜，番茄種植2季，分別于2021年8月23日和2022年1月8日定植。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3個處理，分別保持營養(yǎng)液鉀濃度為5、10、15 mmol/L，記作K1、K2、K3，鉀離子源于甲酸鉀。隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)。澆水施肥使用原位檢測水肥一體化施肥機，澆水施肥方式為滴灌，時間為06：00—19：00，每次供液最長時間不超過 20 min，定植后緩苗3～5 d，緩苗結(jié)束開始處理，除了灌溉液鉀濃度不同外，其他肥料濃度、各處理栽培方式和田間管理相同，營養(yǎng)液配方參照霍格蘭營養(yǎng)液并進(jìn)行改良。

1.3 樣品采集與測定

在番茄成熟期（2021年12月1日和2022年5月10日），每個處理選取具有代表性的植株6株，并對每株莖、葉和果進(jìn)行分裝，且在果實成熟期選取果實10～20個。樣品采集后烘干、稱質(zhì)量和粉碎。測定指標(biāo)包括鉀、鈣和鎂。植物樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，消煮液內(nèi)全鉀含量分別采用火焰光度法測定。鈣、鎂采用干灰化-ICP儀測定。采摘番茄三穗果實進(jìn)行品質(zhì)的測定，果實硬度采用 GY-4-J 水果硬度計測定?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y定［12］，有機酸含量采用NaOH滴定法測定；糖酸比=可溶性糖含量/有機酸含量。維生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測定［13］，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定［12］。鉀肥回收利用率=番茄鉀攜出量/鉀養(yǎng)分投入量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)處理和分析；使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析和主成分分析，采用Origin軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用多指標(biāo)綜合評價方法評價番茄品質(zhì)指標(biāo)，選取可溶性糖含量（X1）、有機酸含量（X2）、糖酸比（X3）、可溶性蛋白含量（X4）、維生素C含量（X5）、硬度（X6）6個品質(zhì)指標(biāo)作為評價因子，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄生物量與產(chǎn)量

由圖1可知，秋冬季和冬春季番茄產(chǎn)量范圍為80～100 t/hm2。秋冬季各處理地上部干質(zhì)量、鮮質(zhì)量和產(chǎn)量無顯著差異。2022年冬春季，高濃度鉀水平（15 mmol/L）顯著降低生物量和產(chǎn)量，與K1（5 mmol/L）處理相比，番茄地上部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和產(chǎn)量分別顯著降低26%、21%和17%（P<0.05），5、10 mmol/L鉀濃度處理生物量和產(chǎn)量無顯著差異。

2.2 番茄養(yǎng)分含量、攜出量以及鉀肥利用率

鉀水平和生長季對番茄莖和果中鉀含量均有極顯著影響（表1）。由表2可知，鉀濃度對秋冬季番茄莖、葉、果中鉀含量無影響。K2處理葉片中鉀攜出量較K1和K3處理顯著降低18%和21%。2022年冬春季高濃度（15 mmol/L）處理顯著降低莖中鉀含量，提高果實中鉀含量。與K1處理相比，K3處理莖中鉀含量顯著降低11%，果實鉀含量顯著增加36%，K3處理植株鉀攜出量較K1處理顯著降低10%（P<0.05）；與K1相比，K2處理果實中鉀含量顯著提高33%（P<0.05），但植株鉀的攜出量無顯著變化。

番茄莖和葉中鈣含量的變化主要由鉀水平來決定（表1）。由表3可知，2021年秋冬季高濃度（15 mmol/L）顯著降低莖中鈣含量和攜出量，與K1處理相比，K3處理莖中鈣含量和攜出量分別顯著降低9%和23%，番茄植株鈣攜出量也顯著降低，降幅為18%（P<0.05）。2022年冬春季，與K1處理相比，K3處理葉中鈣含量和攜出量分別顯著提高9%和57%，但果實中鈣含量和攜出量分別顯著降低24%和56%，莖中鈣的攜出量也顯著降低，降幅為16%（P<0.05），番茄植株鈣的攜出量無顯著差異。

生長季對番茄莖、葉中鎂含量的變化有顯著或極顯著影響，不同鉀水平處理對果實中鎂含量的影響有顯著影響（表1）。由表4可知，與2021秋冬季K1處理相比，K3處理顯著降低莖中鎂含量，降幅為12%，莖中鎂攜出量顯著降低26%，K3處理植株鎂的攜出量也顯著降低22%（P<0.05）。2022年冬春季K3處理與K1處理相比，莖中鎂含量顯著降低15%，鎂的攜出量也顯著降低27%，同時也顯著降低果實鎂攜出量，降幅為46%，與K1相比，K3處理果實鎂含量顯著提高6%，葉中鎂含量和攜出量分別顯著提高24%和68%（P<0.05），但植株整體鎂的攜出量無顯著差異。

由圖2可知，鉀濃度對秋冬季鉀肥利用率有顯著影響，高濃度（15 mmol/L）處理番茄植株鉀肥利用率最低，與K1處理相比，K3處理顯著降低，降幅為78%（P<0.05）；K2處理與K1處理相比也顯著降低，降幅為39%（P<0.05）。鉀水平對冬春季鉀肥利用率也有影響，K3處理鉀肥利用率最低，與K1相比，顯著降低31%（P<0.05），K1和K2處理無顯著差異。

2.3 番茄品質(zhì)

高濃度（15 mmol/L）提高番茄可溶性糖、有機酸、維生素C含量和硬度。由表5可知，2021年秋冬季和2022年冬春季，與K1處理相比，K3處理番茄果實的可溶性糖含量分別顯著增加68%和27%，有機酸含量分別顯著增加17%和32%，維生素C含量分別顯著增加21%和59%，硬度分別顯著增加22%和33%。2021秋冬季可溶性蛋白含量各處理間無顯著差異，2022年冬春季番茄K2處理可溶性蛋白含量最高。

2.4 番茄果實品質(zhì)綜合分析

對2021年秋冬季和2022年冬春季3個處理番茄果實6個品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，由表6可知，分別得到2個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)86.15%和89.97%，表明秋冬季和冬春季番茄果實6個品質(zhì)指標(biāo)第1和第2主成分分別反映原始變量86.15%和89.97%的信息。因此，這2個主成分可代替6個品質(zhì)指標(biāo)對3個處理的番茄果實進(jìn)行綜合評價。

為進(jìn)一步確定秋冬季和冬春季3個不同處理與不同品質(zhì)指標(biāo)之間的定量關(guān)系，分析主成分載荷矩陣，分別得到2個主成分的表達(dá)式，秋冬季為：

F1=0.56X1+0.51X2-0.41X3+0.40X4-0.07X5-0.30X6；

F2=0.08X1+0.27X2+0.45X3+0.45X4+0.54X5+0.48X6；冬春季為：

F1=0.49X1+0.46X2+0.46X3+0.43X4+0.36X5+0.16X6；

F2=0.07X1+0.12X2-0.17X3+0.02X4-0.46X5+0.86X6。

表達(dá)式中，F(xiàn)1、F2分別對應(yīng)第1、第2主成分的得分，X1、X2、X3、X4、X5、X6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、有機酸含量、糖酸比、可溶性蛋白含量、維生素C含量、硬度。

綜合評價函數(shù)是以各個主成分對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，即秋冬季和冬春季番茄品質(zhì)的綜合得分分別為F=0.51F1+0.39F2、F=0.68F1+0.19F2。

由表7可知，通過主成分分析對2021年秋冬季和2022年冬春季番茄果實品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合排名，均依次為K3>K2>K1。

3 討論

3.1 鉀水平對作物生物量、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2021年秋冬季鉀水平試驗表明，不同鉀水平處理對植株地上部干質(zhì)量、鮮質(zhì)量及產(chǎn)量均無顯著差異。2022年冬春季鉀水平試驗表明，10、5 mmol/L鉀濃度處理番茄地上部生物量無顯著差異，高濃度（15 mmol/L）處理顯著降低番茄地上部鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及產(chǎn)量。張恩平等研究表明，在無土栽培模式下，10.7 mmol/L鉀濃度番茄莖粗最大，干物質(zhì)量也最大［14］；寧秀娟研究表明，高濃度（12 mmol/L）反而不利于植株生長［15］。

研究表明，適當(dāng)增加鉀供應(yīng)水平可改善品質(zhì)［16-21］，2021年秋冬季和2022年冬春季試驗表明，番茄果實中，可溶性糖含量、維生素C和有機酸隨著鉀離子濃度提高而增加，這與張麗等的研究［22］一致。但過量的鉀供應(yīng)將會抑制根系生長，降低植株養(yǎng)分吸收，光合作用減弱，生育期滯后，降低產(chǎn)量［23-24］，這與2022年冬、春季鉀水平試驗結(jié)果一致，高濃度的鉀導(dǎo)致番茄產(chǎn)量、地上部生物量降低，調(diào)高鉀濃度會提高作物品質(zhì)，低濃度的鉀不利于番茄品質(zhì)的提高，但盲目追求品質(zhì)會造成產(chǎn)量的顯著降低。因此，適度增加鉀濃度既可提高果實可溶性糖含量和糖酸比，也可減輕高鉀對植物生長的抑制作用，并維持產(chǎn)量，減少肥料浪費。

3.2 鉀水平對植株鉀、鈣、鎂吸收以及鉀肥利用率的影響

2021年秋冬季試驗結(jié)果表明，鉀濃度的提高對番茄植株鉀攜出量無顯著差異，但隨著鉀濃度的提高莖中鈣的含量和攜出量顯著降低，葉中鈣的攜出量也顯著降低，莖中鎂含量及攜出量也會隨著鉀濃度的升高而降低，進(jìn)而降低番茄植株鈣、鎂的攜出量，這與丁玉川等在水稻上的研究結(jié)果［25］一致。2022年冬春季試驗結(jié)果表明，高濃度的鉀會降低莖中鉀的含量及攜出量，也降低葉中鉀含量，番茄植株中鉀攜出量也顯著降低。鉀濃度的升高使植株葉中鈣含量及攜出量顯著升高，但果實中鈣的含量及攜出量顯著降低，各處理間番茄植株鈣攜出量無顯著差異。高鉀濃度降低莖中鎂的含量和攜出量，降低果實鎂攜出量，但升高果實鎂含量以及葉中鎂含量和攜出量。植物體內(nèi)鉀、鈣、鎂的吸收存在協(xié)同和拮抗的雙重作用，適量的鉀濃度促進(jìn)植株對鈣、鎂的吸收，過量將會抑制植物對鈣的吸收［26-28］。因此，營養(yǎng)液中大量K+的存在會阻止植株對鈣、鎂的吸收量，抑制作物生長，降低產(chǎn)量［28］。鉀濃度的增加顯著降低秋冬季和冬春季番茄植株鉀肥利用效率，肥料利用率主要受施肥量的影響［29-31］。2022年冬春季，高鉀濃度肥料施用量大，養(yǎng)分?jǐn)y出量降低，肥料利用率也降低。2021年冬春季，不同鉀水平番茄植株鉀攜出量沒有顯著差異，但肥料施用量大，鉀肥利用效率也顯著降低。

4 結(jié)論

綜上所述，得出如下結(jié)論：（1）高濃度（15 mmol/L）顯著降低冬春季番茄地上部鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及番茄產(chǎn)量，降幅分別為26%、21%和17%，提高番茄品質(zhì)指標(biāo)綜合得分，排名依次為 K3>K2>K1。

（2）高鉀濃度（15 mmol/L）顯著增加冬春季葉中鈣含量和鎂含量，分別較5 mmol/L處理增加9%和24%。15 mmol/L處理冬春季果實中鈣含量比 5 mmol/L 處理顯著降低24%，果實中鎂含量顯著增加6%。15 mmol/L處理顯著降低冬春季莖中鈣、鎂含量，分別較10 mmol/L顯著降低19%和16%。鉀水平對秋冬季番茄葉、果中鈣含量和鎂含量沒有顯著影響。莖稈和果實中鉀濃度受生長季和鉀水平的雙重影響，高鉀濃度（15 mmol/L）使冬春季莖中鉀濃度顯著降低11%，但果實中鉀含量顯著增加36%。鉀水平對秋冬季番茄植株鉀攜出量無顯著差異，但冬春季莖稈中鉀攜出量顯著降低44%，進(jìn)而番茄植株鉀攜出量顯著降低10%。

（3）高濃度（15 mmol/L）使番茄植株鉀肥回收利用率顯著降低31%～78%。

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