钾是植物必需的大量营养元素之一，在促进养分运输、增强抗逆性、调节酶活性等方面起着非常重要的作用。钾在作物增产方面效果也非常显著，施钾能够显著提高油菜^[1]、水稻^[2]等作物产量。在设施栽培中，由于作物复种指数高，且多数园艺作物属喜钾作物，因此生产中钾肥的施用量也日渐提高。据调查陕西杨陵新建日光温室钾肥年投入量达1799kg/hm^2[3]，山东寿光钾肥的年投入量达3438kg/hm^2[4]，那么，是否钾肥的投入越多越好呢？

研究表明，近年来设施栽培中蔬菜频繁发生的生理病害可能与蔬菜养分失衡有关，大量施钾可能引起钙、镁营养失衡^[5]。植物体内缺钙会导致其顶芽和根系顶端发育不良，严重时生长点坏死并出现多种生理病害^[6-7]，阻碍作物正常生长发育、降低产量和品质，尤其是对钙敏感的茄果类作物，危害更大。镁作为叶绿素的主要组分，是多种酶的活化剂，参与作物的光合作用，糖类、蛋白质、脂肪等有机物的合成与代谢，缺镁导致有机物同化受阻，生理生化过程明显受到阻碍^[8]。

作物在养分吸收与运输过程中，离子间可能存在协同作用，也可能存在拮抗作用，近年来的研究表明，在石灰性土壤中钾诱导缺镁的现象较为普遍。当土壤交换性K/Mg大于0.5，作物会有缺镁的可能^[9-10]。普遍认为施钾越多则植物对镁的吸收越少，国外研究资料表明，钾肥抑制了作物对镁的吸收^[11-12]。此外，钾与镁的吸收拮抗作用不仅表现在抑制根系对镁的吸收，而且还阻碍镁由根系向地上部分的运输。也有研究表明，当土壤中的钾含量较低时，钾能够促进作物对镁的吸收，钾与镁之间存在协同作用^[13]。钾与钙间存在显著的拮抗作用，钾肥施用或者钾镁肥配施会减少水稻对钙的吸收^[14]。

番茄（Solanum lycopersicum），又名西红柿，是世界上消费量最大的蔬菜之一，因其富含Va、 Vb、Vc、可溶性糖、有机酸、钙磷铁等矿物质，深受人们喜爱，番茄也是设施栽培主要的蔬菜品种之一^[15]。番茄属典型的喜钾作物，在设施条件下大量施用钾肥对番茄产量及其养分如钙、镁会产生哪些影响，目前生产实践中番茄所发生的诸多病害是否与大量施钾有关，目前这些问题尚不明确。本研究在设施条件下，以设施栽培番茄为研究对象，旨在探讨施钾对番茄生长和钙、镁养分吸收的影响，研究结果将为设施条件下养分综合调控和利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年9月至2020年1月在宁夏贺兰县设施农业示范区日光温室内进行，温室东西延长，一面坡式，东西长70m、跨度7m，北墙高1.8m、脊高2.15m，温室用0.065mm聚乙烯无滴膜覆盖。温室土壤属砂壤土，基础理化性质如下： pH 8.97，全盐1.43g/kg，碱解氮56.7mg/kg，有效磷174.6mg/kg，速效钾126.8mg/kg。

1.2 供试材料

供试蔬菜为番茄，品种名粉得力，为杂交种，鲜食，中熟大粉红果，无限生长型。植株蔓生，生长势较强，果实成熟前绿色程度深，果顶圆平，果面光滑，果实耐贮性强。

1.3 试验设计

试验为单因素钾肥试验，以不施钾肥为对照（CK），设5个钾水平150、300、450、600、750kg/hm²，即对应为5个处理T1、T2、T3、T4、T5，每个处理重复5次，每盆1株，共30盆。将土壤过筛，每盆称重12kg干土装盆（盆口径35cm），按处理挂标签，完全随机摆放。

番茄种子经温汤浸种，恒温箱28℃催芽，种子露白后播种，在日光温室中采用穴盘育苗，正常管理。待番茄长出5片真叶时定植于试验盆内，每盆1株，所用处理采用相同的农艺措施进行管理。采用单干整枝方式栽培，每株留3穗果。

每盆肥料用量依据土重计算，土重按表层30cm，容重1.35g/cm³ 计算。钾肥按试验设计用量的处理施入，钾肥采用硫酸钾（K₂O 52%）；所有处理氮、磷肥用量相同，氮为尿素675kg/hm²（N 46%），磷为重钙225kg/hm²（P₂O₅ 50%）。所用肥料在番茄生长期间共追施4次，每次均为肥料总量的1/4，分别在番茄苗期、花期、初果期、盛果期施入^[16]。

1.4 样品采集与测定

土壤样品：装盆前取混和好的土样，风干，磨细，测定土壤基础理化性质。

植物样品：营养生长期用标尺测株高、游标卡尺测茎粗、叶绿素仪测叶绿素，用根系扫描仪测定根系参数（根长、根体积、根表面积等指标）。收获期记录番茄不同器官（根系、茎、叶）生物量及果实产量。

养分指标（钾、钙、镁）测定：去离子水冲洗后剪下根部，用滤纸吸干根系表面附着的水分并立即称鲜重，然后将根系置于105℃烘箱杀青30min后，70℃烘干至恒重，记录干重。样品粉碎并过0.18mm筛装瓶备用。样品经碳化、550℃下于马弗炉灰化6h后，用20mL 1∶1（体积比）硝酸消解、冲洗，并用水定容、稀释并加入掩蔽剂（LaCl₃）待测。火焰光度法测钾，原子吸收法测钙、镁。

1.5 数据分析

采用Excel2010进行数据计算；采用SPSS 15.0统计软件进行方差分析，采用LSD法对处理间差异的显著性进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施钾量对番茄根系生长的影响

由表1可知，不同钾水平下番茄根总长、总投影面积、总表面积、根一级分枝数、根二级分枝数以及病根数间差异未达到显著水平（P>0.05）；而根三级分枝数T5处理显著高于CK，升高幅度为42.42%；健康根尖T5>T4>T3>T2>T1>CK，其中T5处理与CK、T1、T2、T3处理相比达到显著水平（P<0.05），增幅分别为92.81%、50.56%、40.81%和30.10%。由此可见，提高钾浓度使得番茄植株根系生长更旺盛，从而促进番茄植株更好生长。

注：表中数据是均值 ± 标准差，同列数据后不同小写字母表示处理间在 P<0.05水平具有显著差异。

2.2 不同施钾量对番茄地上部生长的影响

图1a表明，施钾后各处理株高显著高于CK， 5个处理平均较CK高15.8%；5个处理间也有显著差异，T3、T4、T5平均值较T1、T2高11.35%。图1b、1c表明，施用钾肥未显著影响番茄在营养生长期茎粗和叶片SPAD值。由此可见，施钾量越大，番茄在营养生长期株高越高，但粗度及叶片SPAD值无显著变化。

注：不同小写字母表示处理间在 P<0.05水平具有显著差异。下同。

2.3 不同施钾量对番茄生物量的影响

图2a表明，施钾后番茄根生物量T5处理显著高于其他5个处理，升高幅度分别为58.61%、56.39%、 48.51%、45.42%、39.83%。图2b表明，施钾后番茄茎生物量T5处理显著高于其它处理，且T4、T5处理均显著高于CK。如图2c所示，施钾后T4、T5处理平均叶生物量较T1、T2、T3及CK分别增加21.3%、 14.8%、12.4%、24.7%。由此可见，施用钾肥均能显著提高番茄根、茎、叶不同器官生物量。

2.4 不同施钾量对番茄产量的影响

由图3a可知，番茄在整个生育期共摘果5次，从前3次产量结果看，CK、T1、T2产量较高，但到后期T3、T4、T5产量较高，可见，施钾量越少，果实成熟速度越快，而施钾量越大，产量越高。总产量结果表明，T5处理产量最高，T5相比CK提高了15.11%，由此可见，施钾能够显著提高番茄产量（图3b）。

2.5 不同施钾量对番茄不同器官养分浓度的影响

2.5.1 不同施钾量对根系养分浓度的影响

图4a可知，随着施钾量的增加根部钾浓度逐渐增加，各处理平均较CK高10.3%；番茄根部钙浓度结果表明，随着施钾量的增加钙浓度逐渐降低，T4、T5较CK降低34.5%（ 图4b）； 图4c表明，随着施钾量的增加，番茄根部镁含量先增后减。

2.5.2 不同施钾量对茎部养分浓度的影响

由图5a可知，施钾后番茄茎部钾浓度T5处理显著高于其他处理（P<0.05），其中T5处理与CK相比提高了12.54%；番茄茎部钙浓度随着施钾量的增加有降低趋势，T5处理显著低于CK，降幅为24.52%（图5b）；番茄茎部镁浓度施钾各处理显著高于CK，5个处理平均较CK高21.6%（图5c）。

2.5.3 不同施钾量对叶片养分浓度的影响

由图6a可知，施钾后番茄叶部钾浓度T5处理显著高于其他处理，其中T5处理与CK相比提高了51.93%；番茄叶部钙浓度随着施钾量的增加逐渐降低，T5处理显著低于CK，降低幅度为14.19%（图6b）；随着施钾量的增加叶片镁浓度逐渐增加， 5个处理平均较CK高21.90%（图6c）。

2.5.4 不同施钾量对果实养分浓度的影响

图7a结果表明，随着施钾量的增加果实中钾浓度逐渐降低，T5处理钾浓度较CK显著低4.80%。随着施钾量的增加果实中钙、镁浓度也逐渐降低，T5处理钙、镁浓度分别较CK显著低21.8%和17.2%（图7b、c）。

3 讨论

3.1 钾素与作物生长、产量的关系

本研究中，当施钾量较大时，番茄在营养生长期生长速度较快，根系生长也更旺盛，生物量增加，产量显著提高。钾是植物体内含量最多的阳离子，它能够促进植物对光能的利用、提高能量代谢，因此充足的钾供应对作物生长及产量有显著的促进作用，不仅如此，钾在植物体内还起到协同运输、促进有机物合成的作用^[17]。大量研究表明，钾能够促进植物对氮、磷、镁等其他养分的吸收，钾、氮配施较单施氮对水稻、玉米、番茄生长及产量均有显著影响^[2，18-19]。与设施栽培相比，我国大田作物钾的投入量相对较低，在设施条件下，由于作物复种指数高、单位面积播种量大，又加之蔬菜较其他作物对养分的需求量大，农户一般认为大量施钾能够获得较高的收益，因此生产中钾的施用量越来越大。近年来大量设施条件下施肥与土壤质量调查结果表明，设施栽培中钾的投入量有的高达3438kg/hm²，土壤速效钾含量达800～1000mg/kg，已远超出设施栽培钾的推荐用量及土壤钾的适宜标准^[4]。本研究土壤采自宁夏新建日光温室中，基础土壤速效钾含量为127mg/kg，最大施钾量750kg/hm²，最大施肥量较推荐量高10%左右。在目前土壤钾水平及施肥条件下，研究结果发现，施钾对番茄生长及产量有显著的提高作用，然而对种植多年且每年钾投入量较高的设施土壤，继续施钾对蔬菜的影响如何，需进一步研究。

3.2 钾与钙、镁营养间的相互作用

作物对钾、钙和镁的吸收受很多因素的影响，而元素之间的相互作用也对作物养分吸收有较大的影响。本研究中随着施钾量的提高，番茄对钾的吸收也增加，但对钙的吸收表现出递减的趋势，说明当施钾量达到一定程度后可能会抑制作物对钙的吸收。缺钙致使细胞壁形成减缓，细胞分裂受限，严重者可导致生长点死亡^[20]。北方大多土壤的含钙量较高，表土层平均含钙量可达1.37%，不易造成作物缺钙^[21]。但是，在设施栽培条件下棚内湿度大、作物蒸腾量小、土壤“忽干忽湿”，这些环境均有可能导致作物缺钙^[22]。近年来研究认为肥料投入量大，土壤次生盐渍化严重，可能也是缺钙的原因之一，那么，在土壤中多种离子共存时，引起缺钙的机制是什么呢？本研究发现，钾离子是导致植株体及番茄果实缺钙的原因之一。本研究结果还表明，施入钾肥对营养器官镁吸收具有显著的促进作用，但对镁向果实中的运输有抑制作用。钾镁间的关系较为复杂，已有研究表明，钾镁间既存在协同作用也存在拮抗作用^[13，23]。在钾、镁浓度较低或钾、镁比例适宜的条件下，镁和钾之间存在正交互效应，施用钾肥促进了水稻对镁的吸收^[24]。Ohno等^[25]、Sehwantz等^[26] 认为，钾和镁的拮抗首先发生在根吸收镁的过程中，继而发展到向地上部分的运输过程中，钾镁间存在拮抗是由于在共质体运输过程中钾镁共同竞争细胞膜上的吸附点位，在木质部运输过程中钾镁可能相互协同或相互竞争。从本研究结果看，根、茎、叶营养器官中钾、镁表现出同步增大关系，说明二者间是相互协同，而果实中钾、镁均同步减少，钾、镁在植物体内同属移动性较强的元素，它们能够从源器官中再次装载通过韧皮部进入库器官。本研究中库器官果实中的钾、镁同步减少，说明在韧皮部装载过程中，钾镁间存在拮抗作用，究竟土壤中有效钾、钙、镁的含量达到多少或者三者之间的比例如何调控才能平衡作物对养分的需求，这是目前设施条件下需要继续探讨的问题。

4 结论

不施钾肥番茄株高最低，根系生长不良，收获生物量最低，产量也最低。随着施钾量的提高，番茄的生长势、生物量以及产量明显提高，说明低钾土壤中高钾浓度有利于番茄植株生长。

随着施钾量的增加，根、茎、叶各器官中钾、镁浓度显著增加，但果实中钾、镁浓度显著降低； 随着施钾量的增加，根、茎、叶、果实各器官中钙浓度均显著降低。由此可见，施钾能够增加番茄营养器官对钾、镁的吸收，但施钾显著抑制了番茄对钙的吸收及钾、钙、镁向果实的转运。

参考文献