不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗生長和生理特性的影響

蔡東升 楊文潔 段伊佩 嚴(yán)露露 閔筱筱 李蒙

摘要：以“土豪”番茄為試驗(yàn)材料，以礱糠灰∶草炭∶蛭石=6∶3∶1為栽培基質(zhì)，共設(shè)置6個不同的硝銨比處理，分別為10∶0（T1）、8∶2（T2）、6∶4（T3）、4∶6（T4）、2∶8（T5）、0∶10（T6），以不施肥作為對照組（CK），通過測量番茄幼苗的生長與生理指標(biāo)，以期篩選出促進(jìn)番茄幼苗生長的氮素形態(tài)及配比。結(jié)果表明，T2處理時番茄幼苗株高為15.05 cm、莖粗為6.08 mm、根長為25.93 cm、壯苗指數(shù)為0.121，均為最大值，與對照組相比差異顯著。番茄幼苗葉片凈光合速率在T1處理時達(dá)到最大值，而后逐漸減小，蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO₂濃度與葉綠素含量變化規(guī)律基本一致，隨硝銨比的降低呈先升后降的趨勢。番茄葉片中可溶性糖、可溶性蛋白含量隨硝銨比的降低呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，在T2處理時最大，可溶性糖含量為1.148%，可溶性蛋白含量為9.542 mg/g。硝態(tài)氮比例高易使番茄葉片的硝酸鹽含量積累增多，其中，T1處理時番茄葉片中的硝酸鹽含量最高，為0.189 mg/g，減少硝態(tài)氮肥的施用能有效降低硝酸鹽含量的積累。通過隸屬函數(shù)對番茄幼苗生長指標(biāo)和生理指標(biāo)綜合分析可知，T2處理時，總隸屬函數(shù)值最大。綜上所述，硝銨比為8∶2（T2）時，番茄幼苗的生長效果最佳。

關(guān)鍵詞：番茄幼苗；氮素形態(tài)；生長特性；生理特性

中圖分類號：S641.206文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）16-0113-06

收稿日期：2022-09-11

基金項目：信陽農(nóng)林學(xué)院青年教師科研基金（編號：QN2021047）；信陽農(nóng)林學(xué)院蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)科技服務(wù)團(tuán)隊項目（編號：2022-13）；信陽農(nóng)林學(xué)院青年教師科研基金（編號：2019LG006）。

作者簡介：蔡東升（1991—），男，河南信陽人，碩士，助教，主要從事設(shè)施園藝作物生理生態(tài)的研究。E-mail：caidongsheng123@163.com。

通信作者：李 蒙，碩士，講師。主要從事設(shè)施園藝與無土栽培的研究。E-mail：limengnlfd@163.com。

番茄（Solanum lycopersicum L.）作為主要的栽培蔬菜品種，因其營養(yǎng)價值高、食用方便而受到廣大人民的喜愛。但近年來，由于菜農(nóng)盲目追求高產(chǎn)而造成施肥不科學(xué)，嚴(yán)重影響番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)，造成土壤養(yǎng)分不均衡，給生產(chǎn)者和消費(fèi)者帶來巨大的損失^［1］。追求番茄的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，選擇合適的栽培基質(zhì)對于番茄生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義?；|(zhì)栽培作為現(xiàn)代化設(shè)施栽培技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，可有效解決傳統(tǒng)栽培技術(shù)帶來的一系列弊端，如養(yǎng)分、空氣供應(yīng)、土傳病害、土壤連作障礙等問題^［2］。因此，因地制宜選擇合適的基質(zhì)進(jìn)行栽培，既可以解決農(nóng)業(yè)廢棄物資源化問題，又可以解決栽培基質(zhì)來源等問題^［3］。河南信陽地區(qū)水稻種植面積廣，會產(chǎn)生大量的稻殼廢棄物，稻殼碳化后形成礱糠灰，可以作為栽培基質(zhì)使用，具有無菌疏松、透水透氣、不易積水等特點(diǎn)^［4］。所以，選擇礱糠灰作為栽培基質(zhì)進(jìn)行栽培，既可以降低成本，又可以加速廢棄物的利用、改善生態(tài)環(huán)境。李蒙等以礱糠灰作為基質(zhì)進(jìn)行栽培取得了一定的效果^［5］。但是研究表明，用礱糠灰作為栽培基質(zhì)仍需要施肥以滿足植物生長所需的養(yǎng)分。氮素是植物體內(nèi)有機(jī)化合物的組成成分，對植物生命活動有著極其重要的影響^［6］。在植物幼苗期增施氮肥，能夠促進(jìn)植株生長旺盛，葉色濃綠，促進(jìn)植物更好地進(jìn)行光合作用^［7］。植物所利用的氮主要為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，且對這2種氮素形態(tài)的吸收、運(yùn)輸、同化等存在較大差異，進(jìn)而影響到植物的生長發(fā)育、生物量積累等^［8］。因此，合理施用氮肥是實(shí)現(xiàn)栽培作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要保證，研究氮素形態(tài)及其配比對作物的影響對于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培中氮肥的合理施用具有重要的指導(dǎo)意義。目前，國內(nèi)外在氮素形態(tài)對植物生長發(fā)育影響方面的研究已有許多^［9］。但是，在以礱糠灰、草炭、蛭石作為栽培基質(zhì)的基礎(chǔ)上研究不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗生長和生理特性的影響方面研究較少。本試驗(yàn)以番茄為材料，以礱糠灰、草炭、蛭石作為栽培基質(zhì)，在供氮水平一致（378 mg/L）的前提下^［10］，研究不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗生長和生理特性的影響，以期為番茄幼苗生長確定適宜的氮素形態(tài)及配比提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年10月23日至12月2日在信陽農(nóng)林學(xué)院園藝學(xué)院校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地玻璃溫室中進(jìn)行，供試材料為“土豪”番茄種子（購于沈陽圣地亞農(nóng)業(yè)有限公司）；供試肥料為硝酸鉀（含N 13%、含K 46%）和氯化銨（含N 26%、含Cl 66%）；供試基質(zhì)為礱糠灰、草炭、蛭石（購于信陽市上天梯恒源礦業(yè)有限公司），供試基質(zhì)的理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

以礱糠灰∶草炭∶蛭石=6∶3∶1為栽培基質(zhì)，待番茄幼苗長至2葉1心時，選取長勢一致的番茄幼苗移至塑料盆中，共設(shè)置6個處理，每個處理重復(fù)3次，在供氮水平一致（378 mg/L）的前提下，共設(shè)置6個不同水平的硝銨比，依次為10∶0、8∶2、6∶4、4∶6、2∶8、0∶10。具體配施方式見表2。其中NO^-₃-N由硝酸鉀提供，NH⁺₄-N由氯化銨提供，以不施肥作為對照組（CK）。于2021年11月8日將番茄幼苗移栽至塑料盆中，緩苗3 d后第1次澆灌營養(yǎng)液，苗期每隔5 d澆灌1次營養(yǎng)液，每盆每次用量100 mL，共處理15 d，于2021年11月26日最后一次澆灌營養(yǎng)液2 d后采樣，并進(jìn)行相關(guān)生長指標(biāo)和生理指標(biāo)的測定。

1.3 測量內(nèi)容與方法

1.3.1 生長指標(biāo)的測定 用直尺測定番茄幼苗的株高和根長；用游標(biāo)卡尺測定番茄幼苗的莖粗；用電子天平測定番茄幼苗的干鮮質(zhì)量；壯苗指數(shù)＝（莖粗／株高+地下部干物質(zhì)量／地上部干物質(zhì)量）×全株干質(zhì)量^［11］。

1.3.2 生理指標(biāo)的測定 采用分光光度法測定葉綠素含量；蒽酮法測定可溶性糖含量；考馬斯亮藍(lán) G-250 染色法測定可溶性蛋白含量；硝基水楊酸法測定硝酸鹽含量；Li-6400光合儀測定光合參數(shù)^［12］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 26.0進(jìn)行各處理間的差異性顯著分析（α=0.05），采用Excel 2010記錄數(shù)據(jù)并制圖。

采用隸屬函數(shù)分析氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗生長和生理特性的影響，隸屬函數(shù)計算公式為：

R（X_i）=（X_i-X_min）/（X_max-X_i）。（1）

反隸屬函數(shù)計算公式為：

R′（X_i）=1-（X_i-X_min）/（X_max-X_i）。（2）

式中：X_i為測定指標(biāo)值；X_min為所有測試材料某一指標(biāo)的最小值；X_max為所有測試材料某一指標(biāo)的最大值^［13］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗生長的影響

2.1.1 不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響 由表3可以看出，施用不同的氮肥處理后，植株株高、莖粗、根長都有明顯的增加。對于株高的促進(jìn)作用，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6的增幅分別為84.1%、142.7%、129.0%、129%、97.6%、83.1%，與CK相比，均差異顯著；對于莖粗的促進(jìn)作用，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6的增幅分別為61.0%、85.3%、77.8%、63.9%、60.4%、52.4%，與CK相比，均差異顯著；對于根長的促進(jìn)作用，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6的增幅分別為11.6%、53.3%、33.0%、27.0%、20.2%、1.3%，其中，T1、T2、T3、T4、T5與CK相比，差異顯著。試驗(yàn)表明，不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗的生長具有促進(jìn)作用，且促進(jìn)作用隨著硝銨比的減小呈現(xiàn)先升后降的趨勢，在硝銨比為8∶2（T2處理）時株高、莖粗、根長達(dá)到最大，促進(jìn)效果最明顯，與CK相比增幅分別為142.7%、85.3%、53.3%。

2.1.2 不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗干鮮質(zhì)量的影響 由表4可知，不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗生物量的積累具有明顯影響，且硝態(tài)氮與銨態(tài)氮混合施用的效果大于單獨(dú)施用硝態(tài)氮和銨態(tài)氮。對于地上部分鮮質(zhì)量的促進(jìn)作用，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6的增幅分別為524.9%、1 004.5%、873.1%、647.9%、604.1%、567.6%，與CK比較，T1、T2、T3、T4、T5、T6均有顯著性差異。對于地下部分鮮質(zhì)量的促進(jìn)作用，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6的增幅分別為195.2%、399.2%、295.6%、225.2%、209.6%、202.4%，與CK比較，均有顯著性差異。

不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗的生物積累量具有促進(jìn)作用，且促進(jìn)作用隨著硝銨比的減小呈現(xiàn)先升后降的趨勢，其中，硝銨比為8∶2（T2處理）時，生物積累量最高，地上部分鮮質(zhì)量與地下部分鮮質(zhì)量與CK相比增幅分別為 1 004.5%、399.2%。

2.1.3 不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗壯苗指數(shù)的影響 由圖1可以看出，壯苗指數(shù)均在0.024至 0.121之間。對照組的壯苗指數(shù)最小，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6與CK相比，其壯苗指數(shù)的增幅分別為222.1%、409.5%、276.8%、256.8%、235.8%、221.1%，與CK之間的差異均達(dá)到顯著水平。

不同氮素形態(tài)及配比能夠提高番茄幼苗的壯苗指數(shù)，且隨硝銨比的減小呈先升后降的趨勢，其中，硝銨比為8∶2（T2處理）時效果最好，壯苗指數(shù)最大值為0.127?？梢?，增施硝態(tài)氮肥和銨態(tài)氮肥能提高壯苗指數(shù)。

2.2 不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗生理特性的影響

2.2.1 不同氮素形態(tài)及配比對番茄葉片葉綠素含量的影響 由表5可以看出，隨著硝態(tài)氮含量的減少，葉綠素a含量、葉綠素b含量以及葉綠素總含量呈先升后降的趨勢。在硝銨比為8∶2（T2處理）時，葉綠素a的含量為13.24 mg/g，葉綠素b的含量為4.21 mg/g，以及葉綠素總量為17.45 mg/g，繼續(xù)增加銨態(tài)氮的比例，葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量呈現(xiàn)遞減的趨勢。

2.2.2 不同氮素形態(tài)及配比對番茄幼苗葉片光合

指標(biāo)的影響 由表6可知，番茄幼苗葉片凈光合速率隨著硝態(tài)氮比例的減少逐漸減小，在硝銨比為 10∶0（T1處理）時最大，全銨態(tài)氮（T6）處理時最小，其中，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6與CK相比，增幅分別為26.8%、22.3%、17.4%、15.3%、11.8%、5.6%，與CK相比差異均達(dá)顯著水平。番茄幼苗葉片蒸騰速率隨著硝態(tài)氮比例的減少呈現(xiàn)先增后減的趨勢，硝銨比為8∶2（T2處理）與硝銨比為6∶4（T3處理）之間差異不顯著。番茄幼苗葉片氣孔導(dǎo)度與胞間CO₂濃度變化規(guī)律基本一致，呈現(xiàn)先增后減的趨勢，均在硝銨比為8∶2（T2處理）時最大。

2.2.3 不同氮素形態(tài)及配比對番茄葉片可溶性糖、可溶性蛋白含量的影響 由圖2可以看出，隨著硝態(tài)氮含量的減少，番茄葉片中可溶性糖含量先增后減，在硝銨比為8∶2（T2處理）時含量最高，達(dá)1.148%，繼續(xù)增加銨態(tài)氮比例，可溶性糖含量呈現(xiàn)遞減的趨勢。其中，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6與CK相比，增幅分別為13.0%、42.6%、38.3%、28.2%、23.7%、8.2%，差異均顯著。施加硝態(tài)氮和銨態(tài)氮增加了番茄葉片中的可溶性蛋白含量，且隨著處理中銨態(tài)氮含量的增加，番茄葉片中可溶性蛋白含量先增加，隨后又減少，在硝銨比為8∶2（T2處理）下可溶性蛋白含量最高，達(dá)9.542 mg/g，顯著高于對照組。其中，處理T1、T2、T3、T4、T5、T6與CK相比，增幅分別為60.0%、148.9%、101.4%、80.0%、56.8%、31.1%。與施加單一形態(tài)氮肥相比，配施處理中番茄葉片可溶性蛋白含量較高。

2.2.4 不同氮素形態(tài)及配比對番茄葉片硝酸鹽含量的影響 植物積累硝酸鹽的根本原因是硝態(tài)氮肥比其他氮源更容易引起硝酸鹽累積。由圖3可知，硝銨比為10∶0（T1處理）時，硝酸鹽含量最高。除對照組外，其余各處理中的硝酸鹽含量與處理T1相比均有所降低。隨著硝態(tài)氮含量的降低，番茄葉片中硝酸鹽含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，且幅度達(dá)24.3%～54.0%，以T6處理番茄葉片的硝酸鹽含量最低。

2.3 番茄幼苗多項指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析

計算各處理番茄幼苗的壯苗指數(shù)、凈光合速率、可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸鹽含量的隸屬函數(shù)值，并求出總隸屬函數(shù)值。總隸屬函數(shù)值越大，表明番茄幼苗生長得越好。由表7可以看出，T2的總隸屬函數(shù)值最大，表明在硝銨比為8∶2（T2處理）時番茄各項指標(biāo)的綜合性評價優(yōu)于其他處理。

3 討論與結(jié)論

植物體對氮素的吸收利用通常是以硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的形式進(jìn)行^［14］。因植物種類不同，吸收利用的氮素含量也會有所不同^［15］。試驗(yàn)表明，在供氮水平一致的前提下，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮配施對促進(jìn)番茄幼苗生長的效果顯著提升，其中以硝銨比為8∶2（T2處理）時番茄幼苗株高、莖粗、根長效果最好，植株地上部、地下部生物量積累更多。這與尹艷莉等研究得出的適量增加硝態(tài)氮比例有利于促進(jìn)番茄生長以及干物質(zhì)積累的結(jié)論相一致。

壯苗指數(shù)是衡量幼苗壯碩程度的綜合性指標(biāo)，可以較為全面地評判秧苗質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)壯苗具有較強(qiáng)的抗逆能力，定植后緩苗快，根系活力旺盛，營養(yǎng)生長和生殖生長協(xié)調(diào)，能夠使植物獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益^［16］。宮彬彬等研究表明，通過壯苗指數(shù)可以反映幼苗的質(zhì)量，壯苗指數(shù)小于0.03時，幼苗為弱苗，壯苗指數(shù)在0.030～0.065時，幼苗為合格苗，壯苗指數(shù)大于0.065時，幼苗為優(yōu)質(zhì)苗^［17］。本試驗(yàn)除對照組外，其余各處理均為優(yōu)質(zhì)苗。增施硝態(tài)氮肥和銨態(tài)氮肥能夠提高壯苗指數(shù)，且在硝銨比為8∶2（T2處理）時，壯苗指數(shù)達(dá)最大，而后隨著硝銨比的減小而減小。

葉綠素是高等植物和其他所有能進(jìn)行光合作用的生物體含有的一類綠色色素^［18］。它直接參與光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，是反映生物體光合能力的重要指標(biāo)之一^［19］。本試驗(yàn)表明，植物葉綠素含量越高，積累干物質(zhì)的量越多。由此可見，番茄幼苗的光合能力和干物質(zhì)的積累量呈正相關(guān)。適當(dāng)配施硝態(tài)氮肥和銨態(tài)氮肥可顯著提高番茄幼苗的生物量，促進(jìn)其生長^［20］。趙永平等研究發(fā)現(xiàn)，合理配施硝銨態(tài)氮肥能促進(jìn)植株葉片光合能力提升，從而提高作物的光合特性，促進(jìn)植株的生長發(fā)育^［21］。本試驗(yàn)表明，所有處理的葉綠素含量相對于CK均有不同程度的增加，其中硝銨比為8∶2（T2處理）時葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量均達(dá)到最大值，生物量積累也達(dá)最大值，而后隨著硝銨比的減小而減小。光合作用的高低能夠直接影響作物的生長發(fā)育^［22］。不同氮素形態(tài)及配比能夠影響光合酶活性以及光合產(chǎn)物運(yùn)輸分配等光合生理過程，從而影響植物的光合作用^［23］。試驗(yàn)結(jié)果表明，增施氮肥對植物的凈光合速率有促進(jìn)作用，這與劉遷杰等的研究結(jié)果^［24］一致。蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度與胞間CO₂濃度在硝銨比為8∶2（T2處理）時均達(dá)到最大值^［25］。

可溶性糖是植物主要的營養(yǎng)物質(zhì)之一。試驗(yàn)表明，增施硝態(tài)氮肥和銨態(tài)氮肥均有利于可溶性糖含量的積累，且混合施用時效果優(yōu)于單一施用銨態(tài)氮肥或單一施用硝態(tài)氮肥，這與李廣信的研究結(jié)果^［26］一致。研究表明，混合施用硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的處理中番茄葉片可溶性蛋白含量比單一形態(tài)氮肥處理要高，且隨著施用的銨態(tài)氮肥增多，番茄葉片的可溶性蛋白含量呈先增后減的趨勢，T2處理（硝銨比為8∶2）的番茄葉片可溶性蛋白含量最高。硝酸鹽含量過高會危害人的身體健康，其含量和蔬菜的品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，即硝酸鹽含量越高，蔬菜的品質(zhì)越差。蔬菜中硝酸鹽含量的積累除了受品種、光照、溫度、水分的影響外，還受氮肥供應(yīng)的影響^［27］。本試驗(yàn)中，氮肥的施用能夠增加番茄葉片硝酸鹽含量的積累，T1處理（硝銨比為10∶0）的番茄葉片積累硝酸鹽最多，T6處理（硝銨比為0∶10）的番茄葉片積累硝酸鹽最少，隨著配施中硝態(tài)氮含量減少，番茄葉片積累的硝酸鹽含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

為避免單一指標(biāo)的片面性，使試驗(yàn)結(jié)果更可靠，通過隸屬函數(shù)對番茄幼苗的生長與生理指標(biāo)進(jìn)行綜合分析可知，總隸屬函數(shù)值在T2時為最大值，表明T2處理條件下番茄幼苗的生長與生理指標(biāo)均達(dá)到最佳狀態(tài)。

綜上所述，以礱糠灰∶草炭∶蛭石為6∶3∶1為栽培基質(zhì)，施加不同氮素均有利于番茄幼苗的生長，且增效隨著硝銨比的減小呈現(xiàn)先升后降的趨勢，其中，硝銨比為8∶2（T2）處理時番茄幼苗的生長效果最佳。

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