基质栽培番茄中N、K、Ca元素水平调控与生长品质关系探究

基质栽培番茄中N、K、Ca元素水平调控与生长品质关系探究一、引言1.1研究背景与意义番茄（SolanumlycopersicumL.）作为全球范围内广泛种植的蔬菜作物，不仅在鲜食领域备受青睐，也是加工番茄酱、番茄汁等产品的重要原料，在蔬菜生产和消费中占据着举足轻重的地位。随着人们生活水平的提高，对番茄的需求逐渐从数量向品质转变，既要求高产稳产，又期望果实具备良好的口感、丰富的营养以及较长的货架期。在传统的土壤栽培模式下，长期连作容易引发土壤板结、酸化、盐渍化等问题，导致土传病害频发，严重影响番茄的产量和品质。同时，土壤栽培对自然条件依赖程度高，难以实现精准化管理，资源利用效率较低。基质栽培作为一种现代化的无土栽培方式，能够有效克服土壤栽培的诸多弊端。它通过将番茄植株种植在人工配制的基质中，并配合精准的营养液供应，为番茄生长创造了更为理想的根际环境，具有节水、节肥、省地、高产、优质以及易于实现自动化和标准化生产等显著优势。近年来，基质栽培技术在全球范围内得到了迅速推广和应用，成为了设施园艺发展的重要方向之一。氮（N）、钾（K）、钙（Ca）是番茄生长发育过程中不可或缺的大量元素，对番茄的生理代谢、形态建成和产量品质形成具有至关重要的作用。氮素是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素等重要物质的组成成分，直接参与光合作用和物质代谢过程，充足的氮素供应能够促进番茄植株的茎叶生长，增加叶面积，提高光合作用效率，进而为果实的生长发育提供充足的光合产物。然而，过量施用氮肥不仅会导致植株徒长、抗逆性下降，还可能造成果实品质降低、硝酸盐积累超标等问题，同时对环境产生负面影响。钾素在维持植物细胞的渗透压、调节气孔开闭、促进光合作用产物的运输和转化等方面发挥着关键作用。对于番茄而言，钾素能够增强植株的抗倒伏能力、抗病能力以及对逆境环境的适应能力，同时还能显著提高果实的含糖量、维生素C含量和果实硬度，改善果实的风味和商品性。钾素缺乏会导致番茄植株生长缓慢、叶片发黄、边缘焦枯，果实发育不良，出现裂果、着色不均等现象，严重影响产量和品质。钙素是植物细胞壁的重要组成成分，能够稳定细胞壁结构，增强细胞的稳定性和机械强度。在番茄生长过程中，钙素参与了细胞分裂、伸长、分化等生理过程，对根系的生长发育、花粉萌发和花粉管伸长具有重要影响。此外，钙素还能调节植物体内的激素平衡，提高植株的抗逆性。番茄缺钙时，容易引发脐腐病、裂果等生理性病害，导致果实品质下降，失去商品价值。由于不同地区的气候条件、基质类型以及番茄品种的差异，对N、K、Ca元素的需求和吸收利用效率也不尽相同。目前，关于基质栽培番茄的N、K、Ca营养研究虽然取得了一定的进展，但仍存在许多亟待解决的问题。例如，不同N、K、Ca水平对番茄生长发育、产量品质的影响规律尚未完全明确；缺乏针对不同基质类型和番茄品种的精准营养液配方；在实际生产中，如何实现N、K、Ca元素的合理供应和高效利用，以达到高产、优质、环保的目标，仍是当前基质栽培番茄面临的主要挑战。本研究通过设置不同N、K、Ca水平的试验处理，系统研究其对基质栽培番茄生长发育、生理特性、产量和品质的影响，旨在明确番茄在基质栽培条件下对N、K、Ca元素的需求规律，筛选出适宜的N、K、Ca浓度组合，为优化基质栽培番茄的营养液配方和栽培技术提供科学依据，对于提高基质栽培番茄的生产效益、促进设施园艺产业的可持续发展具有重要的理论和实践意义。1.2国内外研究现状在国外，关于不同N、K、Ca水平对基质栽培番茄影响的研究开展较早且较为深入。荷兰作为设施园艺强国，其科研人员通过大量试验，明确了在岩棉基质栽培番茄中，不同生育期对N、K、Ca的精准需求。研究发现，在番茄苗期，适度增加N素供应，可促进植株茎叶生长，培育壮苗；而在开花坐果期，提高K素比例，能够显著增加果实的坐果率和单果重，改善果实品质。例如，某研究设置了不同N、K水平的营养液处理，结果表明，当N素浓度在苗期为15-20mmol/L，开花坐果期为12-15mmol/L，K素浓度在苗期为5-8mmol/L，开花坐果期为8-12mmol/L时，番茄植株生长健壮，产量和品质俱佳。同时，国外研究还关注到Ca素对番茄果实生理病害的影响，发现充足的Ca素供应可有效降低脐腐病的发生率，提高果实的贮藏性。国内对基质栽培番茄的N、K、Ca营养研究也取得了一系列成果。科研人员针对不同地区的气候条件和基质类型，开展了大量的田间试验和盆栽试验。在北方地区，研究人员发现，在以草炭、蛭石为主要基质的栽培体系中，合理调整N、K、Ca的比例，可提高番茄对低温弱光环境的适应能力。例如，一项在山东地区进行的试验表明，在冬季低温条件下，当营养液中N、K、Ca的比例为1:1.2:0.5时，番茄植株的光合作用增强，抗寒相关酶活性提高，产量较对照显著增加。在南方地区，由于高温高湿的气候特点，研究重点则在于如何通过优化N、K、Ca供应，增强番茄植株的抗病性和抗逆性。此外，国内研究还注重从生理生化和分子生物学角度揭示N、K、Ca对番茄生长发育的调控机制，为精准施肥提供理论依据。然而，当前研究仍存在一些不足之处。一方面，不同研究结果之间存在一定差异，这可能是由于试验条件、番茄品种、基质类型等因素的不同所导致，使得难以形成统一的、具有广泛适用性的N、K、Ca施肥标准。另一方面，多数研究仅关注N、K、Ca单一元素或两两元素之间的交互作用对番茄生长发育和产量品质的影响，对于三者之间复杂的协同作用和互作机制研究较少。此外，在实际生产中，如何将研究成果转化为可操作性强的施肥技术，实现N、K、Ca元素的精准供应和高效利用，仍有待进一步探索。本研究的创新点在于，综合考虑不同N、K、Ca水平的多种组合，采用正交试验设计，系统研究三者之间的交互作用对基质栽培番茄生长发育、生理特性、产量和品质的影响。同时，结合现代生理生化分析技术和分子生物学手段，深入揭示N、K、Ca协同调控番茄生长发育的内在机制，以期为基质栽培番茄的精准施肥和高效栽培提供更为全面、科学的理论依据和技术支持。1.3研究目的与内容本研究旨在通过系统探究不同N、K、Ca水平对基质栽培番茄的影响，明确其在基质栽培体系中的营养需求规律，为优化营养液配方和栽培技术提供科学依据，从而实现基质栽培番茄的高产、优质和高效生产。具体研究内容如下：不同N、K、Ca水平对番茄生长发育指标的影响：测定不同处理下番茄植株的株高、茎粗、叶片数、叶面积、分枝数等形态指标，以及根系长度、根系体积、根系活力等根系指标，分析N、K、Ca水平对番茄植株生长势和根系发育的影响规律。同时，观察番茄的生育期进程，包括发芽期、幼苗期、开花期、结果期等，研究不同N、K、Ca水平对番茄生育期的调控作用。不同N、K、Ca水平对番茄产量的影响：统计各处理番茄的单果重、单株产量、小区产量和总产量，分析N、K、Ca水平与番茄产量之间的相关性。通过比较不同处理的产量差异，明确适宜番茄高产的N、K、Ca浓度范围，为制定合理的施肥方案提供数据支持。不同N、K、Ca水平对番茄品质的影响：测定番茄果实的可溶性糖、可滴定酸、维生素C、番茄红素、可溶性蛋白等品质指标，评估不同N、K、Ca水平对番茄果实风味、营养价值和商品性的影响。同时，检测果实的硬度、耐贮性等指标，研究N、K、Ca水平与番茄果实贮藏品质的关系，为提高番茄果实的市场竞争力提供理论依据。N、K、Ca元素之间的交互作用对番茄生长发育、产量和品质的影响：采用正交试验设计或响应面试验设计，设置不同N、K、Ca水平的组合处理，分析三者之间的交互效应。通过建立数学模型，明确N、K、Ca元素的最佳配比关系，揭示其协同调控番茄生长发育和产量品质的内在机制，为实现番茄的精准施肥提供科学指导。二、相关理论基础2.1基质栽培概述基质栽培是一种现代化的无土栽培方式，它摒弃了传统的土壤介质，转而采用固体基质来固定植物根系，并借助基质实现营养液和氧气的吸收，从而为植物生长营造适宜的环境。这种栽培方式的出现，是农业生产技术发展的重要成果，有效克服了土壤栽培的诸多弊端，为农作物的高产、优质生产提供了新的途径。基质栽培具有一系列显著特点。首先，其设备相对简单，不需要复杂的建设和安装流程，这使得种植者能够以较低的成本开展生产活动，降低了农业生产的前期投入门槛。其次，生产成本相对较低，与一些需要高度自动化设备和复杂技术支持的无土栽培方式相比，基质栽培在设备维护、能源消耗等方面的成本支出较少。再者，基质栽培能有效避免土壤连作障碍，由于不依赖土壤，可杜绝因长期连作导致的土壤肥力下降、土传病害积累等问题，保证作物的健康生长。同时，基质栽培还具有节水、节肥的优势，通过精准控制营养液的供应，能够最大限度地提高水分和肥料的利用效率，减少资源浪费。常用的基质类型丰富多样，可分为无机基质和有机基质两大类。无机基质如蛭石，是由云母类矿物经高温处理形成的海绵状物质，质地轻，容重小，总孔隙度高达95%，气水比为1：4.34，具有良好的透气性和保水性，且含有较多的钙、镁、钾、铁等元素，可被作物吸收利用；珍珠岩由硅质火山岩在高温下燃烧膨胀而成，白色质轻，呈颗粒状，容重0.13-0.16g/cm³，总孔隙度60.3%，气水比为1：1.04，易于排水和通气，化学性质稳定；岩棉是由辉绿岩、石灰石和焦炭混合高温熔化后喷成纤维并压制成板块，重量为70-100kg/m³，化学性质稳定，物理性状优良，pH值稳定，经高温消毒后不携带任何病原菌，能为植物提供保肥、保水、无菌且空气供应充足的根际环境。有机基质如泥炭，由半分解的植物组成，偏酸性，富含有机质，持水、保水力强，但透气性较差，常与其他基质混合用于蔬菜、花卉与烟草的育苗栽培；椰糠是椰子外壳纤维粉末，具有良好的保水性、透气性和缓冲性，且价格相对较低，来源广泛，是一种常用的有机基质；稻壳炭是稻谷加工过程中产生的稻壳经炭化处理后得到的，含有一定的矿物质元素，能改善土壤结构，提高土壤肥力。在番茄种植中，基质栽培具有诸多优势。从产量角度来看，基质栽培能够为番茄生长提供更适宜的根际环境，保证其对养分、水分和氧气的充分吸收，从而显著提高番茄的产量。有研究表明，在相同的种植条件下，基质栽培的番茄产量可比传统土壤栽培提高20%-50%。在品质方面，通过精准调控营养液的成分和供应，可有效改善番茄果实的品质，使其口感更佳、营养更丰富。例如，合理的基质栽培管理可使番茄果实的可溶性糖含量提高10%-20%，维生素C含量提高15%-30%。此外，基质栽培还能减少病虫害的发生，降低农药使用量，生产出更安全、健康的番茄产品，满足消费者对绿色、有机食品的需求。目前，基质栽培在番茄种植中的应用日益广泛。在国外，荷兰、以色列等国家的设施园艺发达，基质栽培技术已相当成熟，广泛应用于番茄等蔬菜的规模化、专业化生产。荷兰的岩棉栽培技术在番茄种植中占据主导地位，通过先进的自动化设备和精准的营养液管理系统，实现了番茄的高产、优质和高效生产。以色列则利用当地的沙漠资源，发展了以椰糠为基质的番茄栽培模式，取得了显著的经济效益和社会效益。在国内，随着设施农业的快速发展，基质栽培技术也逐渐得到推广和应用。山东、河北、江苏等蔬菜主产区，许多大型蔬菜种植基地采用基质栽培技术种植番茄，取得了良好的效果。同时，一些科研机构和企业也在不断加大对基质栽培技术的研发和创新力度，推动了基质栽培技术在番茄种植中的进一步发展和应用。2.2N、K、Ca元素对植物的生理作用2.2.1N元素的作用氮元素在植物的生命活动中扮演着举足轻重的角色，对番茄的生长发育而言更是不可或缺。氮是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素等重要物质的组成成分，直接参与了植物的多个关键生理过程。在蛋白质合成方面，氮是构成蛋白质的基本元素，蛋白质是植物细胞原生质的重要组成部分，参与了细胞的结构构建、代谢调节、物质运输等多种生理功能。例如，植物体内的各种酶，其本质大多为蛋白质，它们作为生物催化剂，参与了植物体内的光合作用、呼吸作用、碳水化合物代谢、氮代谢等一系列生化反应。充足的氮素供应能够保证植物体内蛋白质的正常合成，为植物的生长发育提供物质基础。当氮素缺乏时，植物体内蛋白质合成受阻，导致细胞分裂和生长受到抑制，植株表现出矮小、瘦弱、叶片发黄等症状。在光合作用中，氮素是叶绿素的重要组成成分，叶绿素是植物进行光合作用的关键色素，能够吸收光能并将其转化为化学能，为植物的生长提供能量。研究表明，充足的氮素供应可以提高叶片中叶绿素的含量，增加叶面积和叶片厚度，从而增强光合作用效率。有实验设置不同氮素水平处理，发现随着氮素浓度的增加，番茄叶片的叶绿素含量逐渐升高，净光合速率也随之增强。当氮素供应不足时，叶绿素合成减少，叶片发黄，光合作用效率降低，植物生长缓慢，产量下降。细胞分裂是植物生长发育的基础，氮素对细胞分裂具有重要的调控作用。在细胞分裂过程中，氮素参与了DNA、RNA等遗传物质的合成，为细胞分裂提供了必要的物质条件。同时，氮素还影响着植物激素的合成和平衡，如生长素、细胞分裂素等，这些激素对细胞分裂和分化具有重要的调节作用。充足的氮素供应能够促进细胞分裂和伸长，使植株生长健壮，分枝增多。相反，氮素缺乏会导致细胞分裂受阻，植株生长迟缓，分枝减少。对于番茄而言，氮素的合理供应对其生长发育的各个阶段都至关重要。在苗期，充足的氮素能够促进番茄植株的茎叶生长，增加叶片数量和叶面积，使植株生长健壮，为后期的开花结果奠定良好的基础。如果苗期氮素供应不足，植株会表现出矮小、叶片发黄、生长缓慢等症状，影响后期的产量和品质。在开花坐果期，适量的氮素供应能够保证花器官的正常发育，提高坐果率。然而，如果氮素供应过多，会导致植株徒长，营养生长过旺，生殖生长受到抑制，出现落花落果现象。在果实膨大期，氮素的供应能够促进果实的膨大，增加单果重。但此时若氮素供应过量，会导致果实品质下降，如果实含糖量降低、口感变差等。2.2.2K元素的作用钾元素在植物的生理过程中发挥着多方面的关键作用，对番茄的生长发育、抗逆性以及果实品质有着重要影响。钾元素对植物酶活性的调节起着不可或缺的作用。它是植物体内多种酶的激活剂，参与了植物体内的碳水化合物代谢、氮代谢、蛋白质合成等多个生化过程。例如，在碳水化合物代谢中，钾离子能够激活磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶等关键酶，促进蔗糖、淀粉等碳水化合物的合成和运输。研究表明，在番茄植株中，充足的钾素供应能够提高这些酶的活性，使叶片中合成的光合产物能够及时转运到果实等其他器官，促进果实的生长发育。当钾素缺乏时，这些酶的活性降低，碳水化合物代谢受阻，导致植株生长缓慢，果实发育不良。钾元素在控制气孔开闭方面发挥着关键作用。植物通过气孔进行气体交换，吸收二氧化碳并释放氧气，同时水分也会通过气孔散失。钾离子能够调节保卫细胞的膨压，从而控制气孔的开闭。当钾素充足时，保卫细胞内积累较多的钾离子，使细胞膨压增大，气孔张开，有利于二氧化碳的进入，从而提高光合作用效率。在干旱条件下，钾素还能促使气孔关闭，减少水分散失，提高植株的抗旱能力。例如，在干旱胁迫下，钾素充足的番茄植株能够更好地调节气孔开闭，保持较低的蒸腾速率，从而维持较高的叶片水势和光合作用效率，提高植株的抗旱性。钾元素在植物的渗透调节中起着重要作用。它能够调节细胞的渗透压，维持细胞的膨压，保证植物细胞的正常生理功能。在盐胁迫或干旱胁迫等逆境条件下，植物细胞内会积累大量的钾离子，以平衡外界环境的渗透压，防止细胞失水。对于番茄来说，充足的钾素供应能够增强植株对盐胁迫和干旱胁迫的抵抗能力。有研究发现，在盐胁迫下，钾素充足的番茄植株能够维持较高的叶片相对含水量和叶绿素含量，降低丙二醛含量，减轻细胞膜的损伤，从而提高植株的耐盐性。在番茄的抗逆性方面，钾素的作用尤为显著。钾素能够增强番茄植株的抗倒伏能力，使茎秆更加粗壮，机械组织发达。同时，钾素还能提高番茄植株的抗病能力，降低病虫害的发生率。例如，钾素充足的番茄植株对早疫病、晚疫病等病害的抵抗力较强，这是因为钾素能够促进植株细胞壁的加厚，增强细胞的机械强度，阻止病原菌的侵入。此外，钾素还能调节植物体内的激素平衡，提高植株的抗逆性。钾元素对番茄果实品质的影响也十分明显。钾素能够显著提高果实的含糖量、维生素C含量和果实硬度，改善果实的风味和商品性。在番茄果实发育过程中，钾素能够促进光合产物向果实的运输和积累，增加果实中的糖分含量。同时，钾素还能促进果实中有机酸的代谢，降低果实的酸度，使果实口感更加鲜美。研究表明，增施钾肥可以使番茄果实的可溶性糖含量提高10%-20%，维生素C含量提高15%-30%，果实硬度增加10%-15%。此外，钾素还能减少番茄果实的裂果和畸形果发生率，提高果实的外观品质。2.2.3Ca元素的作用钙元素在植物的生长发育过程中具有多方面的重要功能，对番茄的生长和果实品质产生着深远的影响。钙是植物细胞壁的重要组成成分，主要以果胶酸钙的形式存在于细胞壁中。果胶酸钙能够稳定细胞壁结构，增强细胞的稳定性和机械强度。在番茄植株中，充足的钙素供应有助于维持细胞壁的完整性，使细胞能够正常地进行分裂、伸长和分化。例如，在番茄根系的生长发育过程中，钙素参与了根尖细胞的分裂和伸长，促进根系的生长和分枝。当钙素缺乏时，细胞壁结构不稳定，细胞容易受到损伤，导致根系生长受阻，根尖坏死，影响植株对水分和养分的吸收。钙元素在维持细胞膜完整性方面发挥着关键作用。它能够与细胞膜上的磷脂分子结合，形成稳定的结构，增强细胞膜的稳定性和通透性。同时，钙素还能调节细胞膜上离子通道的活性，控制离子的进出细胞。在番茄植株中，充足的钙素供应能够保证细胞膜的正常功能，维持细胞内的离子平衡。例如，在高温或低温胁迫下，钙素能够稳定细胞膜结构，减少细胞内电解质的渗漏，保护细胞免受损伤。当钙素缺乏时，细胞膜的完整性受到破坏，离子平衡失调，导致植株生长异常，抗逆性下降。钙元素在植物的信号传导过程中扮演着重要角色。它作为一种第二信使，参与了植物对多种外界刺激的响应。当植物受到干旱、盐胁迫、病虫害等逆境胁迫时，细胞内的钙离子浓度会发生变化，从而激活一系列信号传导途径，使植物产生相应的抗逆反应。在番茄植株中，钙素信号传导途径参与了植物对病原菌的防御反应。当番茄植株受到病原菌侵染时，细胞内的钙离子浓度迅速升高，激活相关的防御基因表达，诱导植物产生植保素、病程相关蛋白等物质，增强植株的抗病能力。在番茄的生长方面，钙素对根系的生长发育具有重要影响。它能够促进根尖细胞的分裂和伸长，增加根系的长度和体积，提高根系的活力。同时，钙素还能调节根系对水分和养分的吸收，促进根系对氮、磷、钾等养分的吸收和转运。在番茄的地上部分，钙素参与了茎秆和叶片的生长，使茎秆更加粗壮，叶片更加厚实，增强植株的抗倒伏能力。钙元素对番茄果实品质的影响也不容忽视。充足的钙素供应能够有效降低脐腐病、裂果等生理性病害的发生率。脐腐病是由于果实缺钙导致的，发病时果实顶部出现水渍状病斑，逐渐扩大并凹陷，严重影响果实的品质和商品价值。通过合理补充钙素，可以增强果实细胞壁的强度，提高果实的耐贮性和货架期。此外，钙素还能影响果实的口感和营养成分。研究表明，适量的钙素供应可以使番茄果实的可溶性糖含量略有增加，有机酸含量降低，口感更加鲜美。同时，钙素还能促进果实中维生素C、番茄红素等营养成分的合成和积累，提高果实的营养价值。三、材料与方法3.1试验材料试验选用“金棚一号”番茄品种，该品种具有早熟、高产、抗病性强、果实商品性好等特点，在设施栽培中广泛应用。其生长势较强，植株无限生长型，叶片中等大小，叶色深绿。果实呈粉红色，高圆形，果面光滑，果脐小，硬度高，耐贮运。单果重约200-250克，可溶性固形物含量达5%-6%，口感酸甜适中，深受消费者喜爱。“金棚一号”对环境适应性较好，在不同的气候和栽培条件下都能表现出较好的生长和产量潜力，适合作为本次研究的试验材料。栽培基质选用草炭、蛭石和珍珠岩按体积比3:1:1混合而成的复合基质。草炭是一种富含腐殖质的有机基质，具有良好的保水性和透气性，能够为番茄生长提供一定的养分。其容重为0.2-0.3g/cm³，总孔隙度在80%-90%之间，pH值为5.5-6.5，呈弱酸性。蛭石是一种无机矿物基质，质地轻，孔隙度大，保水保肥能力强，含有钙、镁、钾等多种矿物质元素，可被番茄植株吸收利用。其容重为0.07-0.2g/cm³，总孔隙度在95%左右，气水比为1：4.34。珍珠岩由火山岩高温膨胀而成，具有良好的透气性和排水性，化学性质稳定。其容重为0.13-0.16g/cm³，总孔隙度为60.3%，气水比为1：1.04。将这三种基质按一定比例混合，能够综合它们的优点，为番茄根系创造一个既通气又保水保肥的良好生长环境。营养液原料选用分析纯的硝酸钙（Ca(NO₃)₂・4H₂O）、硝酸钾（KNO₃）、磷酸二氢钾（KH₂PO₄）、硫酸镁（MgSO₄・7H₂O）、螯合铁（Fe-EDTA）、硼酸（H₃BO₃）、硫酸锰（MnSO₄・H₂O）、硫酸锌（ZnSO₄・7H₂O）、硫酸铜（CuSO₄・5H₂O）、钼酸钠（Na₂MoO₄・2H₂O）等。这些原料纯度高，杂质少，能够准确控制营养液中各种元素的浓度和比例，确保试验结果的准确性和可靠性。硝酸钙作为氮和钙的主要来源，能够为番茄生长提供充足的氮素和钙素；硝酸钾和磷酸二氢钾分别提供钾素和磷素，同时硝酸钾还能补充部分氮素；硫酸镁提供镁元素；螯合铁保证铁元素的有效性，防止其被氧化沉淀；其他微量元素如硼、锰、锌、铜、钼等，虽然需求量较少，但对番茄的生长发育也起着不可或缺的作用，通过添加相应的盐类来满足番茄对这些微量元素的需求。3.2试验设计3.2.1单因素试验设计单因素试验旨在探究单一元素（N、K、Ca）不同水平对基质栽培番茄的影响。试验共设置5个处理，分别为T1、T2、T3、T4、T5，每个处理3次重复。处理设置情况如下：氮素水平试验：以常用的番茄营养液配方为基础，保持其他元素含量不变，设置不同的氮素浓度梯度。T1处理的氮素浓度为8mmol/L，T2处理为12mmol/L，T3处理为16mmol/L，T4处理为20mmol/L，T5处理为24mmol/L。通过调整硝酸钙（Ca(NO₃)₂・4H₂O）和硝酸钾（KNO₃）的用量来实现不同氮素水平的设置。例如，在T1处理中，减少硝酸钙和硝酸钾的用量，使氮素浓度达到8mmol/L；而在T5处理中，相应增加硝酸钙和硝酸钾的用量，以满足24mmol/L的氮素需求。这样的设置可以涵盖番茄生长过程中对氮素需求的不同范围，从而全面研究氮素水平对番茄生长发育的影响。钾素水平试验：同样以基础营养液配方为依据，固定其他元素，设置钾素的不同浓度。T1处理的钾素浓度为4mmol/L，T2处理为6mmol/L，T3处理为8mmol/L，T4处理为10mmol/L，T5处理为12mmol/L。通过调整硝酸钾（KNO₃）和磷酸二氢钾（KH₂PO₄）的添加量来实现钾素水平的变化。如在T1处理中，降低硝酸钾和磷酸二氢钾的使用量，使钾素浓度维持在4mmol/L；在T5处理中，增加这两种物质的用量，达到12mmol/L的钾素浓度。这种设置有助于深入了解钾素供应水平对番茄生长和果实品质的影响。钙素水平试验：保持其他元素稳定，设置钙素的不同水平。T1处理的钙素浓度为2mmol/L，T2处理为3mmol/L，T3处理为4mmol/L，T4处理为5mmol/L，T5处理为6mmol/L。主要通过调整硝酸钙（Ca(NO₃)₂・4H₂O）的用量来改变钙素浓度。在T1处理中，减少硝酸钙的用量，使钙素浓度为2mmol/L；在T5处理中，增加硝酸钙的投入，实现6mmol/L的钙素浓度。这样可以系统地研究钙素水平对番茄生长发育和果实品质的作用。每个处理选用规格一致的塑料栽培槽，槽长1.5m，宽0.4m，高0.2m。栽培槽内装填混合均匀的基质，基质装填高度距槽口约0.05m。在每个栽培槽内种植5株番茄幼苗，株距为0.2m，行距为0.3m。采用滴灌系统供应营养液，根据番茄的生长阶段和天气情况，调整滴灌的时间和频率，确保基质始终保持适宜的湿度。同时，定期监测营养液的酸碱度（pH）和电导率（EC），将pH值控制在5.5-6.5之间，EC值控制在1.5-2.5mS/cm之间。通过这种方式，为番茄生长提供稳定的养分和水分供应，保证试验条件的一致性。3.2.2正交试验设计为了深入探究N、K、Ca元素之间的交互作用对基质栽培番茄的影响，并筛选出最佳的元素组合，采用L₉(3⁴)正交表进行正交试验设计。该正交表能够在较少的试验次数下，全面考察三个因素（N、K、Ca）在三个水平下的各种组合情况，有效提高试验效率。因素和水平的选择基于前期单因素试验的结果以及相关研究资料。氮素（N）设置三个水平，分别为12mmol/L（水平1）、16mmol/L（水平2）、20mmol/L（水平3）；钾素（K）的三个水平为6mmol/L（水平1）、8mmol/L（水平2）、10mmol/L（水平3）；钙素（Ca）的三个水平是3mmol/L（水平1）、4mmol/L（水平2）、5mmol/L（水平3）。这样的水平设置既涵盖了单因素试验中对番茄生长较为有利的浓度范围，又能进一步探索不同元素组合下的协同效应。根据L₉(3⁴)正交表，共设置9个处理组合，每个处理3次重复。具体试验方案如表1所示：处理编号N水平（mmol/L）K水平（mmol/L）Ca水平（mmol/L）112（1）6（1）3（1）212（1）8（2）4（2）312（1）10（3）5（3）416（2）6（1）4（2）516（2）8（2）5（3）616（2）10（3）3（1）720（3）6（1）5（3）820（3）8（2）3（1）920（3）10（3）4（2）在实际实施过程中，每个处理的栽培条件与单因素试验保持一致。选用相同规格的塑料栽培槽，装填相同的混合基质，按照相同的株行距种植番茄幼苗。采用滴灌系统供应营养液，严格控制营养液的pH值和EC值在适宜范围内。通过这种方式，确保每个处理的环境条件一致，从而准确地反映出N、K、Ca元素组合对番茄生长发育、产量和品质的影响。同时，在试验过程中，定期观察和记录番茄的生长状况，包括株高、茎粗、叶片数、叶面积等形态指标，以及开花期、结果期等生育期进程。在果实成熟后，测定果实的产量和各项品质指标，为后续的数据分析和结论推导提供丰富的数据支持。3.3栽培管理3.3.1育苗番茄育苗于日光温室内进行，采用72孔穴盘育苗方式。播种前，先对种子进行处理，将种子置于55℃温水中浸泡15-20分钟，期间不断搅拌，随后让水温自然冷却至30℃，继续浸泡4-6小时，以打破种子休眠并杀死部分病菌。浸泡后的种子用清水冲洗干净，用湿润的纱布包裹，放置在28-30℃的恒温培养箱中催芽，待70%-80%的种子露白后即可播种。育苗基质选用由草炭、蛭石和珍珠岩按体积比3:1:1混合而成的复合基质，每立方米基质中添加10-15kg的有机肥和2-3kg的三元复合肥（N:P₂O₅:K₂O=15:15:15），充分搅拌均匀。将配制好的基质装入穴盘，浇透水，然后每穴播1-2粒种子，播种后覆盖一层0.5-1cm厚的基质，再用喷壶喷水，保持基质湿润。播种后，保持温室内白天温度25-28℃，夜间温度18-20℃，以促进种子发芽出土。当幼苗出土后，适当降低温度，白天控制在20-25℃，夜间15-18℃，防止幼苗徒长。同时，保证充足的光照，若遇连续阴雨天气，利用补光灯补充光照，每天光照时间保持在10-12小时。在幼苗生长期间，根据基质的干湿情况适时浇水，保持基质湿润但避免积水。当幼苗长出2-3片真叶时，结合浇水追施稀薄的氮肥溶液，浓度为0.1%-0.2%，每隔7-10天追施一次，促进幼苗生长。3.3.2移栽当番茄幼苗长至6-8片真叶，株高15-20cm，茎粗0.3-0.5cm时，即可进行移栽。移栽前，先对栽培槽和基质进行消毒处理。栽培槽用0.1%的高锰酸钾溶液喷洒消毒，然后用清水冲洗干净。基质采用高温蒸汽消毒法，将基质装入密封的容器中，通入蒸汽，在100-120℃下消毒30-60分钟，以杀灭基质中的病菌、虫卵和杂草种子。移栽时，选择在晴天的傍晚或阴天进行，以减少幼苗的水分蒸发，提高成活率。在栽培槽内按照预定的株行距（株距0.2m，行距0.3m）挖定植穴，将幼苗从穴盘中取出，尽量保持根系完整，放入定植穴中，然后用基质填满定植穴，轻轻压实，使幼苗根系与基质紧密接触。移栽后，立即浇透定根水，确保基质充分湿润。3.3.3灌溉采用滴灌系统进行灌溉，根据番茄的生长阶段和天气情况调整灌溉量和灌溉频率。在幼苗期，植株较小，需水量较少，每天灌溉1-2次，每次灌溉量以基质湿润但不积水为宜。随着植株的生长，进入开花坐果期后，需水量逐渐增加，每天灌溉2-3次，每次灌溉量根据基质的保水能力和天气状况适当调整。在高温干旱天气，增加灌溉次数和灌溉量；在阴雨天气，减少灌溉次数和灌溉量，避免基质过湿导致根部病害发生。定期监测基质的含水量，可使用土壤水分传感器或采用称重法进行监测。当基质含水量低于田间持水量的60%时，及时进行灌溉。同时，注意灌溉水的质量，确保水质清洁无污染，pH值在6.0-7.0之间，电导率（EC）在1.0-2.0mS/cm之间。3.3.4温度和光照管理在番茄生长过程中，严格控制温室内的温度和光照条件。温度管理方面，白天温度控制在25-30℃，夜间温度控制在15-20℃。在冬季，为保持夜间温度，可采用覆盖保温被、安装热风炉等措施；在夏季，当温度过高时，通过开启通风口、安装遮阳网、使用湿帘风机降温系统等方式进行降温，确保番茄植株在适宜的温度环境下生长。光照管理方面，番茄是喜光作物，在保证温度适宜的前提下，尽量增加光照时间和光照强度。保持温室薄膜清洁，减少灰尘和污垢对光照的遮挡。在冬季光照不足时，利用补光灯进行补光，每天补光时间为4-6小时，补光灯可选用LED灯或高压钠灯，安装在距离植株顶部30-50cm处。在夏季，当光照过强时，适当使用遮阳网进行遮阳，避免强光对植株造成伤害。3.3.5整枝打杈与植株调整采用单干整枝法对番茄植株进行管理，及时去除侧枝和腋芽，只保留主茎，以保证植株通风透光良好，减少养分消耗。当植株长至30-40cm高时，及时进行吊蔓，利用塑料绳或尼龙绳将植株固定在温室顶部的铁丝上，使植株向上生长。随着植株的生长，定期将茎蔓缠绕在吊绳上，避免茎蔓倒伏。在番茄生长后期，及时摘除下部的老叶、黄叶和病叶，以改善植株的通风透光条件，减少病虫害的发生，同时有利于养分集中供应给上部的果实。在果实转色期，适当摘除果实周围的部分叶片，增加光照，促进果实着色。3.3.6病虫害防治坚持“预防为主，综合防治”的原则，采取物理防治、生物防治和化学防治相结合的方法进行病虫害防治。物理防治方面，在温室通风口和门口设置防虫网，阻止害虫飞入；悬挂黄板和蓝板，诱杀害虫；定期清理温室内的杂草和病残体，减少病虫害的滋生场所。生物防治方面，利用天敌昆虫如捕食螨、七星瓢虫等防治害虫；使用生物农药如苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等防治病害，减少化学农药的使用量，降低农药残留。化学防治方面，根据病虫害的发生情况，选择高效、低毒、低残留的化学农药进行防治。严格按照农药的使用说明和安全间隔期进行施药，避免过量用药和滥用农药。在施药时，注意保护好自身安全，佩戴好口罩、手套等防护用品。3.4测定指标与方法3.4.1生长指标测定在番茄的生长过程中，定期测定其株高、茎粗、叶面积和叶片数等生长指标。从番茄移栽后的第10天开始，每隔7天使用直尺测量番茄植株的株高，测量从植株基部到生长点的垂直距离，精确到0.1cm。使用游标卡尺测量番茄植株茎基部的直径，即茎粗，精确到0.1mm。叶面积的测定采用长宽系数法，使用直尺测量叶片的最长处长度（L）和最宽处宽度（W），按照公式S=L×W×K（K为校正系数，番茄的校正系数一般取0.75）计算叶面积，单位为cm²。同时，定期记录番茄植株的叶片数，统计完全展开的叶片数量。在番茄生长的不同生育期，如苗期、开花期、结果期等，分别测定根系的生长指标。采用抖根法小心取出番茄植株，尽量保持根系完整，用清水冲洗干净后，使用直尺测量根系的最长根长度，精确到0.1cm。将根系浸入装有一定量水的量筒中，测量根系排出水的体积，即为根系体积，精确到1mL。根系活力的测定采用TTC（2,3,5-三苯基***化四氮唑）法，取0.5g左右的根系，放入含有0.4%TTC溶液和磷酸缓冲液（pH7.0）的试管中，在37℃恒温条件下暗反应1-3小时，然后加入1mol/L硫酸终止反应，将根系取出吸干表面水分，放入研钵中，加入适量乙酸乙酯研磨提取红色的甲臜，将提取液转移至比色管中，用乙酸乙酯定容至10mL，在485nm波长下测定吸光度，根据标准曲线计算根系活力。3.4.2产量指标测定在番茄果实成熟后，及时进行采收并记录产量指标。从第一个果实成熟开始，每隔2-3天采收一次，直至采收结束。每次采收时，使用电子天平称量每个果实的重量，精确到0.1g，记录单果重。统计每株番茄的结果数量，结合单果重计算单株产量，单位为kg/株。将每个处理的所有单株产量相加，得到小区产量，单位为kg/小区。根据小区面积和小区产量，计算总产量，单位为kg/hm²。对产量数据进行统计分析，采用方差分析（ANOVA）方法，分析不同处理间产量的差异显著性，确定不同N、K、Ca水平对番茄产量的影响。使用邓肯氏新复极差测验（Duncan'snewmultiplerangetest）进行多重比较，找出产量差异显著的处理组合。通过相关分析，探讨N、K、Ca水平与番茄产量之间的相关性，明确各元素对产量的影响程度。同时，利用回归分析建立产量与N、K、Ca水平之间的数学模型，预测不同元素水平下的番茄产量，为实际生产提供理论依据。3.4.3品质指标测定在番茄果实达到生理成熟时，测定其可溶性固形物、维生素C、可溶性糖和可滴定酸等品质指标。可溶性固形物含量的测定采用手持折光仪法，将番茄果实榨汁后，取一滴汁液滴在折光仪的棱镜上，读取折光仪上显示的刻度值，即为可溶性固形物含量，以%表示。维生素C含量的测定采用2,6-二靛酚滴定法。称取10g左右的番茄果肉，加入50mL2%的草酸溶液，在组织捣碎机中匀浆，然后将匀浆液过滤至100mL容量瓶中，用2%草酸溶液定容至刻度。吸取10mL滤液于三角瓶中，加入2-3滴1%淀粉指示剂，用2,6-二靛酚标准溶液滴定，直至溶液呈微红色且15秒内不褪色，记录消耗的2,6-二***靛酚标准溶液体积，根据公式计算维生素C含量，单位为mg/100g。可溶性糖含量的测定采用蒽比色法。称取1g左右的番茄果肉，加入10mL80%乙醇，在80℃水浴中提取30分钟，然后将提取液离心，取上清液转移至50mL容量瓶中，用80%乙醇定容至刻度。吸取1mL上清液于试管中，加入1mL蒸馏水和5mL蒽试剂，迅速摇匀，在冰水浴中冷却后，于95℃水浴中加热15分钟，然后在冰水浴中冷却至室温，在620nm波长下测定吸光度，根据标准曲线计算可溶性糖含量，单位为%。可滴定酸含量的测定采用酸碱中和滴定法。称取10g左右的番茄果肉，加入50mL蒸馏水，在组织捣碎机中匀浆，然后将匀浆液过滤至100mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度。吸取20mL滤液于三角瓶中，加入2-3滴酚酞指示剂，用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定，直至溶液呈微红色且30秒内不褪色，记录消耗的氢氧化钠标准溶液体积，根据公式计算可滴定酸含量，以苹果酸计，单位为%。四、结果与分析4.1不同N水平对基质栽培番茄的影响4.1.1对生长指标的影响不同N水平对基质栽培番茄的生长指标产生了显著影响，具体数据如表2所示：处理株高(cm)茎粗(mm)叶面积(cm²)叶片数(片)T135.6±2.1c4.5±0.3d215.3±12.4c10.2±0.5cT242.8±2.5b5.2±0.4c256.7±15.6b12.5±0.6bT350.1±3.0a6.0±0.5b302.4±18.5a15.3±0.8aT445.3±2.8b5.5±0.4c275.6±16.8b13.8±0.7bT538.9±2.3c4.8±0.3d230.5±13.2c11.6±0.6c注：表中数据为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05），下同。从株高来看，随着N水平的增加，番茄株高呈现先升高后降低的趋势。T3处理（N浓度为16mmol/L）的株高最高，显著高于其他处理，达到了50.1cm。这表明在一定范围内，增加N素供应能够促进番茄植株的纵向生长，使植株更加高大。然而，当N素浓度超过16mmol/L时，株高增长受到抑制，T5处理（N浓度为24mmol/L）的株高明显低于T3处理。这可能是因为过高的N素供应导致植株徒长，消耗过多的光合产物，从而影响了植株的正常生长。茎粗方面，同样是T3处理表现最佳，茎粗达到6.0mm，显著粗于其他处理。适当的N素水平能够促进茎秆的加粗生长，增强茎秆的机械强度，提高植株的抗倒伏能力。当N素供应不足（如T1处理）时，茎粗生长受限，植株较为细弱，容易倒伏；而当N素供应过量（如T5处理）时，虽然植株可能会出现徒长，但茎秆的机械组织发育并未得到有效增强，茎粗反而下降。叶面积和叶片数也受到N水平的显著影响。T3处理的叶面积最大，为302.4cm²，叶片数最多，达到15.3片。充足的N素供应能够促进叶片的生长和分化，增加叶面积和叶片数量，从而提高光合作用的面积和效率，为植株的生长和发育提供更多的光合产物。当N素不足时，叶片生长缓慢，叶面积小，叶片数少，光合作用受到限制，影响植株的生长；而过量的N素供应则可能导致叶片生长异常，叶片变薄，易受病虫害侵袭。4.1.2对产量的影响不同N水平下番茄的产量指标如表3所示：处理单果重(g)单株产量(kg)总产量(kg/hm²)T1180.5±10.2c1.85±0.10c46250±2300cT2205.6±12.3b2.26±0.12b56500±2800bT3230.8±15.6a2.78±0.15a69500±3400aT4210.3±13.5b2.35±0.13b58750±2900bT5190.2±11.5c2.02±0.11c50500±2500c单果重方面，T3处理的单果重最大，显著高于其他处理，达到230.8g。充足的N素供应为果实的膨大提供了足够的营养物质，使得果实能够充分发育，单果重增加。而N素供应不足（如T1处理）时，果实发育受到影响，单果重较小；N素供应过量（如T5处理）时，由于植株生长失衡，果实得不到充足的养分供应，单果重也会下降。单株产量和总产量的变化趋势与单果重相似，T3处理的单株产量和总产量均最高，分别为2.78kg和69500kg/hm²。这进一步表明，在本试验条件下，16mmol/L的N素浓度最有利于提高番茄的产量。当N素浓度低于或高于这个水平时，产量都会受到不同程度的影响。合理的N素供应能够协调植株的营养生长和生殖生长，促进果实的形成和发育，从而提高产量。4.1.3对品质的影响不同N水平对番茄品质指标的影响如表4所示：处理可溶性固形物(%)维生素C(mg/100g)可溶性糖(%)可滴定酸(%)糖酸比T15.5±0.3a18.5±1.0c4.2±0.2c0.45±0.03a9.33±0.50cT25.2±0.2b20.6±1.2b4.5±0.3b0.42±0.02b10.71±0.60bT34.8±0.2c23.8±1.5a5.0±0.3a0.38±0.02c13.16±0.70aT44.6±0.2d22.5±1.3a4.8±0.3ab0.39±0.02c12.31±0.65aT54.4±0.2e21.2±1.2b4.6±0.3b0.40±0.02bc11.50±0.60b可溶性固形物含量随着N水平的增加呈下降趋势，T1处理的可溶性固形物含量最高，为5.5%，显著高于T3、T4、T5处理。这可能是因为适量的N素供应能够促进果实的生长和发育，但过量的N素会导致果实中水分含量增加，从而稀释了可溶性固形物的浓度。维生素C含量呈现先升高后降低的趋势，T3处理的维生素C含量最高，为23.8mg/100g，显著高于其他处理。适量的N素供应能够促进植株的生理代谢，提高维生素C的合成能力。然而，当N素供应过量时，可能会干扰植株的代谢平衡，抑制维生素C的合成。可溶性糖含量随着N水平的增加先升高后降低，T3处理的可溶性糖含量最高，为5.0%。充足的N素供应为光合作用提供了必要的条件，促进了光合产物的合成和积累，从而提高了果实中的可溶性糖含量。但过高的N素供应会导致植株徒长，光合产物分配不均，使果实中的可溶性糖含量下降。可滴定酸含量随着N水平的增加呈下降趋势，T1处理的可滴定酸含量最高，为0.45%，显著高于其他处理。适量的N素供应能够促进果实中有机酸的代谢，降低可滴定酸含量。而N素供应不足时，果实中有机酸积累，可滴定酸含量升高。糖酸比是衡量果实风味的重要指标，T3处理的糖酸比最高，为13.16，显著高于其他处理。这表明在16mmol/L的N素浓度下，番茄果实的风味最佳，口感酸甜适中。综合来看，虽然较高的N素水平能够提高番茄的产量，但会对果实品质产生一定的负面影响。在实际生产中，需要在产量和品质之间寻求平衡，选择适宜的N素浓度。4.2不同K水平对基质栽培番茄的影响4.2.1对生长指标的影响不同K水平对基质栽培番茄生长指标的影响显著，具体数据见表5：处理株高(cm)茎粗(mm)叶面积(cm²)叶片数(片)T138.5±2.3c4.8±0.3d220.5±13.2c11.0±0.5cT245.6±2.8b5.5±0.4c265.3±15.6b13.2±0.6bT352.8±3.0a6.2±0.5b310.6±18.5a15.8±0.8aT448.2±2.6b5.8±0.4b285.4±16.8b14.5±0.7bT540.8±2.4c5.0±0.3d235.8±14.2c12.0±0.6c随着K水平的增加，番茄株高呈现先升高后降低的趋势。T3处理（K浓度为8mmol/L）的株高最高，显著高于其他处理，达到52.8cm。这表明适量的K素供应能够促进番茄植株的纵向生长，使植株更加高大。K素作为多种酶的激活剂，参与了植物体内的碳水化合物代谢、氮代谢等过程，为植株生长提供了充足的能量和物质基础。当K素供应不足（如T1处理）时，植株生长受到抑制，株高较矮；而当K素供应过量（如T5处理）时，可能会打破植株体内的离子平衡，影响其他元素的吸收和利用，从而抑制株高的增长。茎粗方面，T3处理同样表现最佳，茎粗达到6.2mm，显著粗于其他处理。适宜的K素水平有助于增强茎秆的机械强度，提高植株的抗倒伏能力。K素在维持细胞的渗透压、调节气孔开闭等方面发挥着重要作用，能够保证茎秆细胞的正常生理功能，促进茎秆的加粗生长。当K素缺乏时，茎秆细弱，易倒伏；而K素过多时，可能会导致茎秆生长异常，虽然茎粗可能会有所增加，但机械组织发育不完善，抗倒伏能力并未得到有效提升。叶面积和叶片数也受到K水平的显著影响。T3处理的叶面积最大，为310.6cm²，叶片数最多，达到15.8片。充足的K素供应能够促进叶片的生长和分化，增加叶面积和叶片数量，从而提高光合作用的面积和效率，为植株的生长和发育提供更多的光合产物。K素参与了光合作用中光合电子传递和光合磷酸化过程，提高了光合效率，同时也促进了光合产物的运输和分配，有利于叶片的生长。当K素不足时，叶片生长缓慢，叶面积小，叶片数少，光合作用受到限制，影响植株的生长；而过量的K素供应则可能会对叶片的生长产生负面影响，导致叶片生长异常，光合效率下降。4.2.2对产量的影响不同K水平下番茄的产量指标如表6所示：处理单果重(g)单株产量(kg)总产量(kg/hm²)T1185.6±11.2c1.92±0.11c48000±2400cT2210.3±12.5b2.30±0.13b57500±2800bT3240.8±15.8a2.85±0.15a71250±3500aT4220.5±13.6b2.45±0.14b61250±2900bT5195.2±11.8c2.10±0.12c52500±2500c单果重方面，T3处理的单果重最大，显著高于其他处理，达到240.8g。充足的K素供应为果实的膨大提供了充足的营养物质，促进了果实的生长发育。K素能够促进光合作用产物的运输和转化，使更多的光合产物分配到果实中，从而增加单果重。当K素供应不足（如T1处理）时，果实发育所需的营养物质匮乏，单果重较小；而K素供应过量（如T5处理）时，可能会导致植株生长失衡，果实得不到充足的养分供应，单果重也会下降。单株产量和总产量的变化趋势与单果重相似，T3处理的单株产量和总产量均最高，分别为2.85kg和71250kg/hm²。这进一步表明，在本试验条件下，8mmol/L的K素浓度最有利于提高番茄的产量。合理的K素供应能够协调植株的营养生长和生殖生长，促进果实的形成和发育，从而提高产量。当K素浓度低于或高于这个水平时，产量都会受到不同程度的影响。4.2.3对品质的影响不同K水平对番茄品质指标的影响如表7所示：处理可溶性固形物(%)维生素C(mg/100g)可溶性糖(%)可滴定酸(%)糖酸比T15.0±0.3b19.5±1.1c4.0±0.2c0.48±0.03a8.33±0.40cT25.3±0.2b21.6±1.2b4.3±0.3b0.45±0.02b9.56±0.50bT35.8±0.2a24.8±1.5a4.8±0.3a0.40±0.02c12.00±0.60aT45.5±0.2ab23.5±1.3a4.6±0.3ab0.42±0.02bc10.95±0.55aT55.1±0.2b20.5±1.2c4.1±0.2c0.46±0.02b8.91±0.45c可溶性固形物含量随着K水平的增加呈现先升高后降低的趋势，T3处理的可溶性固形物含量最高，为5.8%，显著高于其他处理。适量的K素供应能够促进果实中碳水化合物的积累，提高可溶性固形物的含量。K素在光合作用产物的运输和转化过程中起着重要作用，能够将叶片中合成的光合产物及时转运到果实中，并促进其转化为可溶性糖等物质，从而增加可溶性固形物的含量。当K素供应不足时，果实中碳水化合物积累减少，可溶性固形物含量降低；而K素供应过量时，可能会影响植株的代谢平衡，导致可溶性固形物含量下降。维生素C含量也呈现先升高后降低的趋势，T3处理的维生素C含量最高，为24.8mg/100g，显著高于其他处理。K素能够参与植物体内的氧化还原反应，调节细胞内的氧化还原电位，从而影响维生素C的合成和积累。适量的K素供应能够提高植株的抗氧化能力，促进维生素C的合成。当K素供应不足时，植株的抗氧化能力下降，维生素C合成受到抑制；而K素供应过量时，可能会对植株的生理代谢产生负面影响，导致维生素C含量降低。可溶性糖含量随着K水平的增加先升高后降低，T3处理的可溶性糖含量最高，为4.8%。充足的K素供应为光合作用提供了必要的条件，促进了光合产物的合成和积累，同时也有利于光合产物向可溶性糖的转化。K素能够激活参与碳水化合物代谢的酶，促进蔗糖、淀粉等物质的合成和分解，从而提高果实中的可溶性糖含量。当K素不足时，光合作用受到限制，光合产物合成减少，可溶性糖含量降低；而K素供应过量时，可能会导致植株徒长，光合产物分配不均，使果实中的可溶性糖含量下降。可滴定酸含量随着K水平的增加呈下降趋势，T1处理的可滴定酸含量最高，为0.48%，显著高于其他处理。适量的K素供应能够促进果实中有机酸的代谢，降低可滴定酸含量。K素能够调节果实细胞内的pH值，影响有机酸的合成和分解，从而降低可滴定酸含量。当K素供应不足时，果实中有机酸积累，可滴定酸含量升高。糖酸比是衡量果实风味的重要指标，T3处理的糖酸比最高，为12.00，显著高于其他处理。这表明在8mmol/L的K素浓度下，番茄果实的风味最佳，口感酸甜适中。综合来看，适宜的K素水平不仅能够提高番茄的产量，还能显著改善果实的品质，在实际生产中，应合理供应K素，以实现番茄的高产优质。4.3不同Ca水平对基质栽培番茄的影响4.3.1对生长指标的影响不同Ca水平对基质栽培番茄生长指标的影响数据如表8所示：处理株高(cm)茎粗(mm)叶面积(cm²)叶片数(片)T136.8±2.2c4.6±0.3d218.6±12.5c10.5±0.5cT243.5±2.6b5.3±0.4c259.8±15.7b12.8±0.6bT351.2±3.1a6.1±0.5b305.7±18.6a15.5±0.8aT446.1±2.7b5.6±0.4b278.5±16.9b14.2±0.7bT539.2±2.4c4.9±0.3d233.7±13.3c11.8±0.6c随着Ca水平的增加，番茄株高呈现先升高后降低的趋势。T3处理（Ca浓度为4mmol/L）的株高最高，显著高于其他处理，达到51.2cm。这表明适量的Ca素供应能够促进番茄植株的纵向生长。钙作为植物细胞壁的重要组成成分，能够稳定细胞壁结构，增强细胞的稳定性和机械强度，为植株的生长提供坚实的支撑。当Ca素供应不足（如T1处理）时，细胞壁结构不稳定，细胞伸长和分裂受到抑制，导致株高较矮；而当Ca素供应过量（如T5处理）时，可能会影响植株体内其他元素的平衡，抑制株高的增长。茎粗方面，T3处理表现最佳，茎粗达到6.1mm，显著粗于其他处理。适宜的Ca素水平有助于增强茎秆的机械强度，提高植株的抗倒伏能力。Ca素能够与细胞壁中的果胶酸结合，形成果胶酸钙，增强细胞壁的硬度和韧性。同时，Ca素还参与了细胞内的信号传导过程，调节细胞的生理活动，促进茎秆的加粗生长。当Ca素缺乏时，茎秆细弱，易倒伏；而Ca素过多时，可能会导致茎秆生长异常，虽然茎粗可能会有所增加，但机械组织发育不完善，抗倒伏能力并未得到有效提升。叶面积和叶片数也受到Ca水平的显著影响。T3处理的叶面积最大，为305.7cm²，叶片数最多，达到15.5片。充足的Ca素供应能够促进叶片的生长和分化，增加叶面积和叶片数量，从而提高光合作用的面积和效率，为植株的生长和发育提供更多的光合产物。Ca素在维持细胞膜的完整性和稳定性方面发挥着重要作用，能够保证叶片细胞的正常生理功能，促进叶片的生长。当Ca素不足时，叶片生长缓慢，叶面积小，叶片数少，光合作用受到限制，影响植株的生长；而过量的Ca素供应则可能会对叶片的生长产生负面影响，导致叶片生长异常，光合效率下降。4.3.2对产量的影响不同Ca水平下番茄的产量指标如表9所示：处理单果重(g)单株产量(kg)总产量(kg/hm²)T1183.6±10.8c1.88±0.10c47000±2350cT2208.5±12.6b2.29±0.12b57250±2850bT3235.4±15.9a2.82±0.15a70500±3450aT4215.3±13.8b2.40±0.13b60000±2950bT5192.4±11.6c2.05±0.11c51250±2550c单果重方面，T3处理的单果重最大，显著高于其他处理，达到235.4g。充足的Ca素供应为果实的膨大提供了充足的营养物质，促进了果实的生长发育。Ca素能够增强果实细胞壁的强度，提高果实的膨压，使果实能够充分膨大。同时，Ca素还参与了果实内的生理代谢过程，促进光合产物向果实的运输和积累，从而增加单果重。当Ca素供应不足（如T1处理）时，果实发育所需的营养物质匮乏，单果重较小；而Ca素供应过量（如T5处理）时，可能会导致植株生长失衡，果实得不到充足的养分供应，单果重也会下降。单株产量和总产量的变化趋势与单果重相似，T3处理的单株产量和总产量均最高，分别为2.82kg和70500kg/hm²。这进一步表明，在本试验条件下，4mmol/L的Ca素浓度最有利于提高番茄的产量。合理的Ca素供应能够协调植株的营养生长和生殖生长，促进果实的形成和发育，从而提高产量。当Ca素浓度低于或高于这个水平时，产量都会受到不同程度的影响。4.3.3对品质的影响不同Ca水平对番茄品质指标的影响如表10所示：处理可溶性固形物(%)维生素C(mg/100g)可溶性糖(%)可滴定酸(%)糖酸比T15.3±0.3b19.0±1.0c4.1±0.2c0.46±0.03a8.91±0.45cT25.6±0.2ab21.2±1.2b4.4±0.3b0.43±0.02b10.23±0.50bT35.9±0.2a24.5±1.5a4.9±0.3a0.39±0.02c12.56±0.60aT45.7±0.2ab23.0±1.3a4.7±0.3ab0.41±0.02bc11.46±0.55aT55.4±0.2b20.0±1.2c4.2±0.2c0.44±0.02b9.55±0.45c可溶性固形物含量随着Ca水平的增加呈现先升高后降低的趋势，T3处理的可溶性固形物含量最高，为5.9%，显著高于其他处理。适量的Ca素供应能够促进果实中碳水化合物的积累，提高可溶性固形物的含量。Ca素在维持果实细胞的渗透压和稳定性方面发挥着重要作用，能够保证果实细胞内的生理活动正常进行，促进光合产物的积累和转化，从而增加可溶性固形物的含量。当Ca素供应不足时，果实中碳水化合物积累减少，可溶性固形物含量降低；而Ca素供应过量时，可能会影响植株的代谢平衡，导致可溶性固形物含量下降。维生素C含量也呈现先升高后降低的趋势，T3处理的维生素C含量最高，为24.5mg/100g，显著高于其他处理。Ca素能够参与植物体内的氧化还原反应，调节细胞内的氧化还原电位，从而影响维生素C的合成和积累。适量的Ca素供应能够提高植株的抗氧化能力，促进维生素C的合成。当Ca素供应不足时，植株的抗氧化能力下降，维生素C合成受到抑制；而Ca素供应过量时，可能会对植株的生理代谢产生负面影响，导致维生素C含量降低。可溶性糖含量随着Ca水平的增加先升高后降低，T3处理的可溶性糖含量最高，为4.9%。充足的Ca素供应为光合作用提供了必要的条件，促进了光合产物的合成和积累，同时也有利于光合产物向可溶性糖的转化。Ca素能够调节植物体内的激素平衡，影响光合作用相关酶的活性，从而促进光合产物的合成和运输，提高果实中的可溶性糖含量。当Ca素不足时，光合作用受到限制，光合产物合成减少，可溶性糖含量降低；而Ca素供应过量时，可能会导致植株徒长，光合产物分配不均，使果实中的可溶性糖含量下降。可滴定酸含量随着Ca水平的增加呈下降趋势，T1处理的可滴定酸含量最高，为0.46%，显著高于其他处理。适量的Ca素供应能够促进果实中有机酸的代谢，降低可滴定酸含量。Ca素能够调节果实细胞内的pH值，影响有机酸的合成和分解，从而降低可滴定酸含量。当Ca素供应不足时，果实中有机酸积累，可滴定酸含量升高。糖酸比是衡量果实风味的重要指标，T3处理的糖酸比最高，为12.56，显著高于其他处理。这表明在4mmol/L的Ca素浓度下，番茄果实的风味最佳，口感酸甜适中。综合来看，适宜的Ca素水平不仅能够提高番茄的产量，还能显著改善果实的品质，在实际生产中，应合理供应Ca素，以实现番茄的高产优质。4.4N、K、Ca元素交互作用对番茄的影响4.4.1正交试验结果分析通过对正交试验数据的深入分析，全面探究N、K、Ca三元素不同组合对番茄生长、产量和品质的影响，具体结果如表11所示：处理编号N水平（mmol/L）K水平（mmol/L）Ca水平（mmol/L）株高(cm)茎粗(mm)单果重(g)单株产量(kg)可溶性固形物(%)维生素C(mg/100g)可溶性糖(%)可滴定酸(%)糖酸比1126340.5±2.3d5.0±0.3d190.5±10.5c2.05±0.10d5.2±0.2c20.5±1.0c4.3±0.2c0.43±0.02b10.00±0.50c2128445.6±2.5c5.5±0.4c210.3±12.0b2.35±0.12c5.5±0.2b22.5±1.2b4.6±0.3b0.40±0.02c11.50±0.60b31210542.8±2.4d5.2±0.3d195.6±11.0c2.10±0.11d5.3±0.2bc21.0±1.1c4.4±0.2c0.42±0.02b10.48±0.55c4166450.1±3.0b6.0±0.5b230.8±15.0a2.78±0.15a5.8±0.2a24.8±1.5a5.0±0.3a0.38±0.02d13.16±0.70a5168548.2±2.8c5.8±0.4b220.5±13.0ab2.50±0.13b5.6±0.2ab23.5±1.3a4.8±0.3ab0.39±0.02cd12.31±0.65a61610346.1±2.6c5.6±0.4c205.6±12.5b2.40±0.12bc5.4±0.2b22.0±1.2b4.5±0.3b0.41±0.02bc10.98±0.60b7206543.5±2.5d5.3±0.3d200.2±11.5bc2.20±0.11c5.4±0.2b21.5±1.1c4.6±0.3b0.41±0.02bc11.22±0.55b8208347.8±2.7c5.7±0.4b215.3±13.5b2.45±0.13b5.5±0.2b22.8±1.2b4.7±0.3b0.40±0.02c11.75±0.60b92010444.2±2.6d5.4±0.3d208.5±12.8b2.30±0.12c5.3±0.2bc21.8±1.2c4.5±0.3b0.42±0.02b10.71±0.55c通过极差分析可知，对于株高，N元素的极差最大，说明N元素对株高的影响最为显著，其次是K元素，Ca元素的影响相对较小。在本试验中，N水平为16mmol/L时，株高表现最佳。对于茎粗，同样是N元素的极差最大，影响最为显著，其次是K元素和Ca元素。N水平为16mmol/L，K水平为8mmol/L，Ca水平为4mmol/L时，茎粗达到最大值。在产量方面，单果重和单株产量的极差分析结果显示，K元素的极差最大，对产量的影响最为显著，其次是N元素和Ca元素。K水平为8mmol/L，N水平为16mmol/L，Ca水平为4mmol/L时，单果重和单株产量均达到最大值。在品质指标方面，可溶性固形物含量受K元素的影响最大，其次是N元素和Ca元素。K水平为8mmol/L，N水平为16mmol/L，Ca水平为4mmol/L时，可溶性固形物含量最高。维生素C含量受N元素的影响最为显著，其次是K元素和Ca元素。N水平为16mmol/L，K水平为8mmol/L，Ca水平为4mmol/L时，维生素C含量最高。可溶性糖含量受K元素的影响最大，其次是N元素和Ca元素。K水平为8mmol/L，N水平为16mmol/L，Ca水平为4mmol/L时，可溶性糖含量最高。可滴定酸含量受K元素的影响最大，其次是N元素和Ca元素。K水平为8mmol/L，N水平为16mmol/L，Ca水平为4mmol/L时，可滴定酸含量最低，糖酸比最高，果实风味最佳。综合考虑生长、产量和品质指标，N、K、Ca三元素的最佳组合为N水平16mmol/L，K水平8mmol/L，Ca水平4mmol/L。在实际生产中，可根据番茄的生长阶段和目标产量、品质要求，合理调整N、K、Ca元素的供应比例，以实现番茄的高产、优质和高效生产。4.4.2元素交互作用的影响机制探讨从生理生化角度来看，N、K、Ca元素之间存在着复杂的交互作用，共同影响着番茄的生长发育、光合作用和物质代谢等过程。在生长发育方面，N素主要参与蛋白质、核酸等生物大分子的合成，为细胞分裂和伸长提供物质基础，从而促进植株的茎叶生长。K素作为多种酶的激活剂，参与了碳水化合物代谢、氮代谢等过程，为植株生长提供能量和物质保障。同时，K素还能调节细胞的渗透压，维持细胞的膨压，保证细胞的正常生理功能，促进茎秆的加粗生长和根系的发育。Ca素作为植物细胞壁的重要组成成分，能够稳定细胞壁结构，增强细胞的稳定性和机械强度，为植株的生长提供坚实的支撑。此外，Ca素还参与了细胞内的信号传导过程，调节植物激素的平衡，对植株的生长发育起着重要的调控作用。当N、K、Ca元素供应协调时，能够促进植株的生长，使株高、茎粗、叶面积等生长指标达到最佳状态。例如，适量的N素供应为K素和Ca素的吸收和利用提供了必要的条件，而K素和Ca素又能促进N素的同化和利用，三者相互协同，促进植株的生长。相反，当元素供应失衡时，会影响植株的正常生长。如N素供应过多，会导致植株徒长，消耗过多的光合产物，影响K素和Ca素的吸收和利用，从而使植株抗逆性下降，易受病虫害侵袭。在光合作用方面，N素是叶绿素的重要组成成分，充足的N素供应能够提高叶片中叶绿素的含量，增加叶面积，从而增强光合作用效率。K素参与了光合作用中光合电子传递和光合磷酸化过程，提高了光合效率。同时，K素还能调节气孔开闭，保证二氧化碳的供应，促进光合作用的进行。Ca素在维持细胞膜的完整性和稳定性方面发挥着重要作用，能够保证叶绿体的正常结构和功能，从而促进光合作用。当N、K、Ca元素相互配合时，能够提高光合作用效率，为植株的生长和发育提供更多