全 文 ：园 艺 学 报 2011，38（11）：2111–2120 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2011–09–13；修回日期：2011–10–24
基金项目：国家自然科学基金重点项目（50939005）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：hutiantian@tom.com；Tel：15332371186）
水肥供应对番茄中番茄红素含量的影响
牛晓丽 1，周振江 2，李 瑞 1，胡田田 2,*
（1 西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100；2 西北农林科技大学水利与建设工程学院，陕西杨凌 712100）
摘 要：采用五元二次正交旋转组合设计，通过番茄盆栽试验，研究灌水量和氮、磷、钾肥及有机
肥用量对番茄红素含量的影响。通过回归分析，建立了番茄红素含量与水肥因子间的数学模型，并对各
单一因素及两两因素的耦合效应进行了分析。结果表明，在试验条件下，当其他因子为中间水平时，番
茄中番茄红素含量随灌水量、施磷量以及有机肥用量呈开口向下的抛物线型变化，随氮、钾肥用量呈开
口向上的抛物线型变化；交互效应表现为，磷与钾、磷与有机肥以及钾与有机肥用量间存在极显著的交
互作用，氮与钾、氮与有机肥用量间存在显著的交互效应，水分与其他因素间的交互效应不显著。表明
灌水量、磷和有机肥用量过高不利于番茄红素的累积，合理增施氮肥和钾肥可有效提高番茄红素含量。
关键词：番茄；番茄红素；灌水量；氮；磷；钾；有机肥；五元二次正交旋转组合设计
中图分类号：S 641.2 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2011）11-2111-10

Effects of Water and Fertilizer Supply on Lycopene Content in Tomato
Fruit
NIU Xiao-li1，ZHOU Zhen-jiang2，LI Rui1，and HU Tian-tian2,*
（1College of Resource and Environment Science，Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry，Yangling，
Shaanxi 712100，China；2College of Hydraulic and Architectural Engineering，Northwest Sci-Tech University of Agriculture
and Forestry，Yangling，Shaanxi 712100，China）
Abstract：Using a pot experiment and quadratic orthogonal regressive rotation design with five
factors，the effects of irrigation amount and fertilizer rates of nitrogen，phosphorus，potassium and manure
on lycopene content in tomato were investigated. A model of regression relationship between water and
fertilizer amounts and lycopene content in tomato was established. Single and coupling effects of all five
experimental factors were studied. The results showed that for the soil and tomato variety used in the
experiment，if other factors were zero codes，the relationship between lycopene content and irrigation
amount，P fertilizer or manure rates could be estimated with a second-degree parabola，which was open
downward，while the second-degree parabola between lycopene content and N or K fertilizer rates was
open upward. Significant interactions occurred between the rates of P and K，P and manure，or K and
manure，and certain interactions occurred between N and K，or N and manure，but no interaction between
irrigation amount and any other experimental factors. It was indicated that large irrigation，or overuse of P
fertilizer and manure did not benefit the lycopene content，and reasonable supply of N and K fertilizers
could enhance the lycopene content in tomato effectively.

2112 园 艺 学 报 38 卷
Key words：tomato；lycopene content；irrigation amount；nitrogen；phosphorus；potassium；manure；
quadratic orthogonal regressive rotation design with five factors

温室蔬菜生产主要依靠肥水的大量投入来提高产量，不仅造成水资源和肥料的浪费, 还导致蔬
菜发病率高，品质下降，土壤硝酸盐淋失，微量元素缺乏及环境污染（陈修斌 等，2006）。同时，
少施或不施有机肥、偏施氮肥、重施磷肥、少施或不施钾肥的现象也比较普遍，这种长期高氮、富
磷、少钾的营养状况，导致养分供应失调，已成为限制当前蔬菜品质提高的主要因素之一。
番茄红素是衡量番茄品质优劣的一项重要指标（丁桂英 等，2008）。前人研究发现，番茄果实
中番茄红素含量除了受品种遗传特性的影响外，还受水肥等环境因子的影响（叶兴乾，1992；Thomas，
1995；王华新和秦勇，2004；吴正龙，2005）。在番茄生长过程中，如果氮、磷不足，则会导致番
茄红素含量减少；在果实膨大盛期水分缺乏会使果皮呈网状，果肉硬化，果实着色不良（孟凡娟和
王富，2001）。番茄果色与果实中钾的含量显著相关（Trudel & Ozbun，1971），增施钾肥可以提高
产量，减少果实着色障碍（Hartz et al.，1999；高新昊 等，2005）。王柏柯等（2008）研究发现，
尿素和钾肥对提高番茄红素有很大作用，而采前停止浇水时期的长短对番茄红素无任何影响。目前，
关于水、肥对番茄红素含量影响的研究主要集中在水分或肥料单因子上，同时涉及水分、氮、磷、
钾和有机肥多因子的研究较少。本研究中以番茄为试验材料，采用五元二次正交旋转组合设计，研
究水分、氮、磷、钾以及有机肥供应与番茄红素含量间的关系，探索番茄红素的多因子调控模式，
以期为番茄优质高效栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于 2010 年 6—11 月在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室遮雨棚中进
行。供试番茄品种为‘毛粉 802’，供试土壤为塿土，土壤有机质 6.2 g · kg-1，全氮 0.85 g · kg-1，全
磷 0.68 g · kg-1，碱解氮 50.5 mg · kg-1，速效磷 14.73 mg · kg-1，速效钾 140.47 mg · kg-1，田间持水量
24%。
试验用桶内径底部直径 25 cm，顶部直径 30 cm，高 30 cm。为防止滞水，桶底部装河沙每桶 2 kg。
每桶装风干土 21 kg，装土容重 1.3 g · cm-3。每桶装 2 个灌水管（直径 2.5 cm，长 25 cm）。6 月 17
日育苗，采用瓜果蔬菜富养基质（山东寿光盛禾农业科技有限公司，有机质 > 45%，水分 25%，总
氮 2%，总磷 2%，总钾 2%）。7 月 13 日移栽。此时幼苗具 5 ~ 6 片叶，高 15 cm。移栽后立即浇水
至田间持水量进行缓苗。8 月 29 日打顶，每株留 4 穗果。
1.2 试验方案
试验因素为灌水量、施氮量、施磷量、施钾量以及有机肥用量（表 1），采用五元二次正交旋转
组合设计（杨德，2002），36 个处理组合，3 次重复，随机区组排列。待缓苗期过后，当土壤含水率
接近 55%田间持水量时开始灌水处理。通过称重法确定灌水时间和灌水量，其灌水周期取决于土壤
含水率的变化情况，一般为 2 ~ 3 d 灌水 1 次。整个生育期共灌水 34 次。所用氮、磷、钾化肥分别
为尿素、过磷酸钙和硫酸钾，有机肥用腐熟牛粪。磷肥和有机肥一次性基施。氮肥和钾肥按基追比
1︰2 施用，追肥分别在第 1 穗果和第 2 穗果膨大期进行。追肥随灌水施入。其他管理同大田生产，
即定期喷洒农药和微肥。试验期间番茄无病虫害发生。

11 期 牛晓丽等：水肥供应对番茄中番茄红素含量的影响 2113

表 1 试验因子水平编码
Table 1 The levels of experimental factors and their codes
注：W 为高水平的灌水量，是由实测土壤含水量灌至田间持水量所需水分。通过称重法确定灌水时间和灌水量，控制下限为田间持水
量的 55%。
Note：W indicates the highest irrigation amount，which is calculated by the difference between the field capacity and actual soil water content
and the soil weight concerned. Tomato was irrigated when the soil water content decreased to or was near to the lower limit of soil moisture threshold
（55% of field capacity），which was estimated by weighing the pot.

1.3 测定项目与方法
在果实成熟期取样，每株选取第 2 穗果成熟度一致的两个果实混合打成匀浆，用于测定番茄红
素含量，测定方法参见文献（张连富和丁霄霖，2001）。
1.4 数据统计与分析
根据二次回归正交旋转组合设计的计算原理（杨德，2002），采用统计软件 DPS3.01，对试验结
果进行分析，建立番茄红素含量和试验因子间的数学模型，用 Excel 及 Matlab 软件对分析结果进行
图表的绘制。
2 结果与分析
2.1 番茄红素含量与水、氮、磷、钾及有机肥用量间回归模型的建立
采用 DPS 软件中五元二次正交旋转组合设计的分析程序对 36 个处理的番茄红素测定结果（表 2）
进行二次回归拟合，得到其回归模型为：Y = 35.34–2.97X1–4.39X2 + 2.93X3–2.41X4–2.53X12 +
2.59X22–4.12X32 + 10.66X42–4.28X52–5.10X2X4–4.88X2X5–10.92X3X4 + 10.88X3X5–17.70X4X5
式中，Y 为番茄红素含量（μg · g-1），X1、X2、X3、X4、X5 分别为水分、氮肥、磷肥、钾肥和有机
肥用量的编码值。
表 2 试验结果
Table 2 Lycopene content in tomato for all treatments /（μg · g-1）
变量设计水平及编码
Variable levels and their codes
因子
Factors
变化间距
Intervals –2 –1 0 1 2
X1 灌水量 Irrigation amount 20%W 20%W 40%W 60%W 80%W W
X2 施氮量/（N g · kg-1 ）N fertilizer rate 0.120 0 0.120 0.240 0.360 0.480
X3 施磷量/（P2O5 g · kg-1）P fertilizer rate 0.066 0 0.066 0.132 0.198 0.264
X4 施钾量/（K2O g · kg-1）K fertilizer rate 0.105 0 0.105 0.210 0.315 0.420
X5 有机肥/（g · kg-1）Manure rate 10.00 0 10.00 20.00 30.00 40.00
处理
Treatment
番茄红素含量
Lycopene content
处理
Treatment
番茄红素含量
Lycopene content
处理
Treatment
番茄红素含量
Lycopene content
1 3.40 13 45.67 25 22.97
2 29.27 14 25.07 26 5.27
3 50.60 15 84.40 27 48.20
4 28.60 16 54.63 28 6.67
5 27.13 17 12.83 29 41.90
6 91.43 18 29.37 30 9.27
7 24.63 19 45.10 31 44.53
8 10.43 20 38.10 32 34.73
9 32.10 21 10.57 33 58.80
10 90.40 22 18.93 34 33.50
11 9.23 23 68.03 35 35.47
12 28.37 24 79.67 36 48.53
2114 园 艺 学 报 38 卷
采用方差分析对上述回归关系进行显著性检验，结果（表 3）表明，模型的 F = 5.53（F0.01 = 3.07），
说明水肥处理与番茄红素间回归关系达极显著水平，回归方程拟合得很好，确能反映番茄红素含量
与水分、氮肥、磷肥、钾肥以及有机肥用量之间的关系。
表 3    回归关系的方差分析 
Table 3 Variance analysis of regression relation
2.2 主因素效应
主因素效应分析旨在探讨各水肥因素对番茄红素含量影响的大小。由一次项的偏回归系数（表
3）可以看出，各因素对番茄红素含量影响的顺序是：施氮量（X2）> 灌水量（X1）> 施磷量（X3）>
施钾量（X4）> 有机肥用量（X5），说明施氮量和灌水量对番茄红素含量有显著的作用；由二次项
的偏回归系数（表 3）可以看出，各因素对番茄红素含量影响的顺序是：施钾量（X4）> 有机肥用
量（X5）> 施磷量（X3）> 施氮量（X2）> 灌水量（X1），突显了磷、钾及有机肥用量对番茄红素
的重要性。二者结论不同，其原因还需进一步研究。在交互项中，X3X4、X3X5 和 X4X5 达到极显著
水平，X2X4 和 X2X5 达到显著水平，说明磷与钾、磷和有机肥以及钾和有机肥间存在强烈的交互作
用，氮与钾以及氮和有机肥之间也有一定的交互效应，但水分与各肥料之间的交互作用不明显。
2.3 单因素效应
由于试验设计满足正交性，模型中各项偏回归系数彼此独立，为说明各因素的单独效应，对回
归模型进行降维处理，固定其他因素为零水平，得各因素对番茄红素的一元二次偏回归模型如下：
灌水量X1：Y = 35.34–2.97X1–2.53X12；施氮量X2：Y = 35.34–4.39X2 + 2.59X22；施磷量X3：Y =
35.34 + 2.93X3–4.12X32；施钾量X4：Y = 35.34–2.41X4 + 10.66X42；有机肥用量X5：Y = 35.34–
4.28X52。
在试验设计的各因素水平范围内，随着施氮量（X2）和施钾量（X4）增加，番茄红素含量变化
幅度最大，呈先减少后增加的趋势；灌水量、磷肥和有机肥处理的番茄红素含量效应为开口向下的
抛物线（图 1），表明各因素对番茄红素含量均有明显影响，说明钾肥和氮肥用量对番茄红素的影响
最大；从图 1 中还可以看出，当不施钾肥和氮肥时，番茄红素含量最高，灌水量、施磷量和有机肥
用量的最高番茄红素含量在其中等水平附近，灌水量为 48.3%W，施氮量为 0，施磷量为 0.155 g · kg-1，
施钾量为 0，有机肥用量为 20 g · kg-1。由图 1 还可以看出，在较低投入量时，磷和有机肥的正效应
明显高于水分；超过最适量后，有机肥的负效应最明显。
变异来源
Source
平方和
SS
自由度
df
均方
MS
F值
F value
显著程度
Significance
X1 211.82 1 211.82 1.04 不显著Not significant
X2 463.17 1 463.17 2.27 0.25
X3 205.92 1 205.92 1.01 不显著Not significant
X4 139.04 1 139.04 0.68 不显著Not significant
X12 205.20 1 205.20 1.00 不显著Not significant
X22 215.11 1 215.11 1.05 不显著Not significant
X32 543.13 1 543.13 2.66 0.25
X42 3633.07 1 3633.07 17.78 0.01
X52 585.68 1 585.68 2.87 0.25
X2X4 415.82 1 415.82 2.03 0.25
X2X5 380.58 1 380.58 1.86 0.25
X3X4 1907.51 1 1907.51 9.33 0.01
X3 X5 1892.98 1 1892.98 9.26 0.01
X4X5 5013.82 1 5013.82 24.53 0.01
回归 Regression 15812.79 14 1129.49 5.53 0.01
剩余 Surplus 4291.50 21 204.36
总变异 The total variance 20104.30 35
11 期 牛晓丽等：水肥供应对番茄中番茄红素含量的影响 2115

图 2 氮肥和钾肥耦合效应图
Fig. 2 Coupling effect between N and K fertilizer rate
图 1 决策因素对番茄红素的影响
Fig. 1 Effect of decisive factors on lycopene content in tomato
2.4 耦合效应
2.4.1 施氮量（X2）和施钾量（X4）的耦合效应
采用“降维法”得施氮量（X2）和施钾
量（X4）的交互作用编码方程为：Y（2，4）=
35.34–4.39X2–2.41X4 + 2.59X22 + 10.66X42–
5.10X2X4，根据方程代入编码值可得施氮量和
施钾量对番茄红素的耦合效应值（图 2）。
从图 2 可以看出：①当不施钾肥和施钾量为
次低水平（0 ~ 0.105 g · kg-1）时，随着施氮量增
加，番茄红素含量先降低后增加；当施钾量处于
中水平以上（0.21 ~ 0.42 g · kg-1）时，随着施氮
量增加，番茄红素含量在降低，最低只有 33.54
μg · g-1，不施氮肥、施钾量为 0.42 g · kg-1 时可
达到最高量 112.70 μg · g-1。②无论施氮量处于什
么水平，随着施钾量增加，番茄红素含量先减少
后增加，转折点均出现在施钾量为 0.21 g · kg-1 的中水平时，即随着施氮量的增加，最低番茄红素含
量对应的施钾量基本没有变化，但最低番茄红素含量随施氮量增大而减小。
上述表明，在钾肥用量较低时，随着施氮量增加，番茄红素含量显著增加；当钾肥用量增多后，
随着施氮量增加，番茄红素含量显著减少，说明氮和钾对番茄红素的合成存在一定的拮抗作用。因
此，低钾肥配施高量氮肥或高钾低氮配施才易获得较高番茄红素含量。
2.4.2 施氮量（X2）和有机肥用量（X5）的耦合效应
采用“降维法”得施氮量（X2）和有机肥用量（X5）的交互作用编码方程为：Y = 35.34–
4.39X2 + 2.59X22–4.28X52–4.88X2X5，根据方程代入编码值可得施氮量和有机肥用量对番茄红素的
耦合效应值（表 4）。
表 4 表明：①当不施有机肥和有机肥用量处于次低水平（10 g · kg-1）时，随着施氮量增加，番
茄红素含量逐渐增加，但不施有机肥增幅显著高于有机肥次低水平，分别增加了 120.40%和 4.85%；
当有机肥用量处于中水平以上（20 ~ 40 g · kg-1）时，随着施氮量增加，番茄红素含量明显降低，且
随着有机肥用量提高，减小幅度增大，以极值差法求分别为：中等有机肥（20 g · kg-1）为 21.00 μg · g-1，
次高有机肥（30 g · kg-1）为 37.19 μg · g-1，高有机肥（40 g · kg-1）为 58.00 μg · g-1。②无论施氮量处
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图 3 氮肥和钾肥耦合效应图
Fig. 3 Coupling effect between N and K fertilizer rate
于什么水平，随着有机肥用量增加，番茄红素含量先增加后减少，但转折点不同，当有机肥用量高
时，最高番茄红素对应的施氮量非常低，甚至可以不施氮肥；当有机肥用量低时，只有较高施氮量
才能获得高的番茄红素含量。说明有机肥用量增大时，最高番茄红素含量对应的氮肥用量愈小。氮
和有机肥有互补性，而且有机肥的补偿作用明显比氮肥大。③当不施氮肥、有机肥用量为次高水平
（30 g · kg-1）时，番茄红素含量最高。
上述结果表明，有机肥用量较少时，氮肥施用能够增加番茄红素含量；当施用充足有机肥时，
增施氮肥明显限制了番茄红素合成，有机肥和氮肥具有明显的互补性，合理施用才能提高番茄红素
含量。
表 4 施氮量和有机肥用量对番茄红素含量的耦合效应分析
Table 4 Coupling effect between N fertilizer and manure rate on lycopene content /（μg · g-1）

2.4.3 施磷量（X3）和施钾量（X4）的耦合效应
采用“降维法”得施磷量（X3）和施钾量
（X4）的交互作用编码方程为：Y（3，4）=
35.34 + 2.93X3–2.41X4–4.12X32 + 10.66X42–
10.92X3X4 根据方程代入编码值可得施磷量和
施钾量对番茄红素的耦合效应值（图 3）。
从图 3 可以看出：①当不施钾肥以及钾肥
用量处于次低水平（0.105 g · kg-1）时，随着施
磷量增加，番茄红素含量显著增加，不施钾肥
以及施磷量处于高水平时，番茄红素含量最高
为 115.86 μg · g-1；当施钾量处于中水平（0.21
g · kg-1）和次高水平（0.315 g · kg-1）时，随着
施磷量增加，番茄红素含量先增加后降低；当
施钾量为高水平时，随施磷量增大，番茄红素
含量持续减小。②无论施磷量处于什么水平，随着施钾量增加，番茄红素含量先减少后增加，转折
点随施磷量增大而后移，即施磷量越大，其最低番茄红素含量对应的施钾量亦越大。③当不施钾肥
且磷肥处于最高水平或不施磷肥、钾肥处于最高水平时，番茄红素含量较高。
上述分析表明，钾肥用量较少时，磷肥施用能够增加番茄红素含量；钾肥用量较高时，增施磷
肥对番茄红素合成有一定的抑制作用，即存在一个合理的磷钾肥用量组合区域。
2.4.4 施磷量（X3）和有机肥用量（X5）的耦合效应
采用“降维法”得施磷量（X3）和有机肥用量（X5）的交互作用编码方程为：Y（3，5）= 35.34 +
2.93X3–4.12X32–4.28X52 + 10.88X3X5，根据方程代入编码值可得施磷量和有机肥用量对番茄红素
的耦合效应值（图 4）。
施氮量 N fertilizer rate 统计参数 Statistical parameter 有机肥 Manure rate –2 –1 0 1 2 X S CV/%
–2 17.84 15.44 18.22 26.18 39.32 23.40 9.78 41.78
–1 40.44 33.16 31.06 34.14 42.40 36.24 4.91 13.54
0 54.48 42.32 35.34 33.54 36.92 40.52 8.47 20.89
1 59.96 42.92 31.06 24.38 22.88 36.24 15.44 42.60
2 56.88 34.96 18.22 6.66 0.28 23.40 22.89 97.83
统计参数 X 45.92 33.76 26.78 24.98 28.36
Statistical S 17.39 11.12 8.01 11.12 17.34
parameter CV/% 37.86 32.94 29.90 44.51 61.15
11 期 牛晓丽等：水肥供应对番茄中番茄红素含量的影响 2117

图4 磷肥和有机肥耦合效应图
Fig. 4 Coupling effect between P fertilizer and manure rate
从图 4 可以看出，①当有机肥用量处于低
水平（0 ~ 10 g · kg-1）时，随着施磷量增加，
番茄红素含量显著减少；当有机肥用量处于中
间水平（20 g · kg-1）时，随着施磷量增加，番
茄红素含量先增加后减少，用极值法求得，此
时番茄红素含量的最大值为 22.86 μg · g-1；当
有机肥用量处于高水平（30 ~ 40 g · kg-1）时，
随着施磷量增加，番茄红素含量明显增加，以
高有机肥用量和高施磷量配施时可达到最高值
51.12 μg · g-1。②当施磷量处于低水平时，随着
有机肥用量增加，番茄红素含量明显减少；当
施磷量处于中间水平时，番茄红素含量随着有
机肥用量增大先增加后减少；当施磷量处于高
水平时，随着有机肥用量增加，番茄红素含量显著增加。③当有机肥和磷肥施用量都处于最低水平
（不施有机肥和磷肥）或最高水平（有机肥 40 g · kg-1，磷肥 0.264 g · kg-1）时，番茄红素含量较高。
上述结果表明，在中低水平内，随磷肥和有机肥用量增加，番茄红素含量均增加明显，但超出
中间水平会导致负效应。曲面坡度变化较快，呈正凸面状，磷肥和有机肥用量间表现出正交互作用，
即协同效应。
2.4.5 施钾量（X4）和有机肥用量（X5）的耦合效应
采用“降维法”得施钾量（X4）和有机肥用量（X5）的交互作用编码方程为：Y（4, 5）=
35.34–2.41X4 + 10.66X42–4.28X52–17.70X4X5，根据方程代入编码值可得施钾量和有机肥用量对番
茄红素的耦合效应值（表 5）。
表 5 施钾量和有机肥用量对番茄红素含量的耦合效应分析
Table 5 Coupling effect between K fertilizer and manure rate on lycopene content /（μg · g-1）

表 5 表明，①当有机肥用量处于低水平（0 ~ 10 g · kg-1）时，随着施钾量增加，番茄红素含量
增加，但施钾 0 水平时增幅明显高于 10 g · kg-1水平；当有机肥用量处于中高水平时（20 ~ 40 g · kg-1）
时，随施钾量增加，番茄红素含量降低，降低幅度随有机肥用量增加而增大，各有机肥用量水平下
番茄红素含量的极值差为：中水平（20 g · kg-1）47.60 μg · g-1，次高水平（30 g · kg-1）92.34 μg · g-1，
高水平（40 g · kg-1）117.55 μg · g-1。以高有机肥用量配低施钾量可达到最高量 138.58 μg · g-1。②当
施钾量处于低水平（0 ~ 0.105 g · kg-1）时，随着有机肥用量增加，番茄红素含量明显增加；当施钾
量处于中间水平（0.21 g · kg-1）时，随着有机肥用量增加，番茄红素含量先增加后减少；当施钾量
处于高水平（0.315 ~ 0.42 g · kg-1）时，随着有机肥用量增加，番茄红素含量减少，而且减少幅度随
钾肥用量增大。③当有机肥用量和钾肥施用量分别处于最高水平（40 g · kg-1）和最低水平（不施钾
施钾量 K fertilizer rate 统计参数 Statistical parameter 有机肥
Manure rate –2 –1 0 1 2 　X S CV/%
–2 –7.22 –6.21 16.12 59.77 124.74 37.44 55.84 149.16
–1 42.07 25.38 30.01 55.96 103.23 51.33 31.34 61.06
0 82.80 48.41 35.34 43.59 73.16 56.66 20.30 35.83
1 114.97 62.88 32.11 22.66 34.53 53.43 37.53 70.25
2 138.58 68.79 20.32 –6.83 –12.66 41.64 63.02 151.35
统计参数 X 74.24 39.85 26.78 35.03 64.6
Statistical S 58.19 30.71 8.18 27.52 50.69
parameter CV/% 78.38 77.06 30.54 78.55 78.46
2118 园 艺 学 报 38 卷
肥）或最低水平（不施有机肥）和最高水平（0.42 g · kg-1）时，番茄红素含量较高。
上述分析表明，对于番茄中番茄红素含量的影响，有机肥和钾肥之间有一定的互补性，有机肥
用量较少时，钾肥施用能够增加番茄红素含量；当施用充足有机肥时，较低钾肥用量，即可获得同
样的番茄红素，有机肥和钾肥用量需要处于合理水平组合才易获得较高的番茄红素含量。
2.5 模型寻优
应用 DPS 统计软件，通过对目标函数进行寻优，得出试验条件下番茄红素含量的最大值及其各
项措施的最佳组合如表 6。可以看出，施氮量和施钾量处于最低水平，灌水量处于次低水平，施磷
量和有机肥用量处于最高水平时，番茄红素含量可以达到最大值 231.74 μg · g-1。
表 6 番茄红素含量最大时各因素的优化组合
Table 6 The level of all factors for the maximum lycopene content in tomato
3 讨论
本试验中表明，在其他因素为中间水平时，磷肥、水分以及有机肥用量对番茄红素含量的影响
呈开口向下的抛物线型，氮和钾肥用量的影响呈开口向上的抛物线型。前人的研究表明，适度缺水
对西瓜和番茄中番茄红素的累积有帮助（Leskovar et al.，2002；唐政 等，2010），然而，采前停止
浇水时期的长短对番茄中番茄红素无影响（王柏柯 等，2008）。增加氮素供应可以提高辣椒、番茄
中的番茄红素含量（Flores et al.，2004；段金辉，2010），但也有研究指出，不同供氮水平之间番茄
中的番茄红素含量无显著差异（Gautier et al.，2009）。有报道认为，如果磷不足则番茄中番茄红素
含量减少（孟凡娟和王富，2001），然而磷肥对番茄红素含量的影响也会出现负效应（段金辉，2010）。
多数研究认为，钾素对番茄红素合成有促进作用（任彦 等，2006；何楠 等，2008；段金辉，2010），
但也有报道指出，钾肥供应对番茄红素含量没有影响（Flores et al.，2004）。有研究表明，鸡粪的施
用较之三叶草覆盖可以增加番茄中的番茄红素含量（Toor et al.，2006），但适度减少有机肥用量也
可以增加番茄红素含量（唐政 等，2010）。目前关于水分、氮、磷、钾养分及有机肥用量对番茄中
番茄红素影响方面的研究较少，而且尚无一致性结论（Dumas et al.，2003），这可能与各个研究者
所控制的水肥用量、供试土壤肥力和采用的作物品种等不同有关，有待进一步深入研究。
目前关于灌水量及氮、磷、钾肥用量双因素对蔬菜品质的影响已有一些研究（段金辉，2010；唐政
等，2010），但尚无明确分析其交互作用的报道。本研究中表明，氮、钾肥用量对番茄红素含量的影
响表现为负交互作用，这可能与二者对氮代谢和番茄红素生物合成的影响有关。钾素既可以通过提
高氮素代谢相关酶活性，促进氨基酸向蛋白质合成场所的运输等，促进植物体内的氮素代谢（张恩
平 等，2005），也可能直接作用于类胡罗卜素合成中的某个基因或酶，或通过电子传递链参与八氢
番茄红素脱氢过程，从而参与番茄红素的生物合成（Bae et al.，1999；Barr et al.，2004）。这两类
生理过程本身的作用，决定了钾首先是对植物体结构物质——蛋白质、氨基酸等氮素化合物的代谢
产生影响，其次才是对产品品质——番茄红素合成积累发生影响，从而导致当供氮量增大时，钾素
在促进氮素代谢的同时，可能对番茄红素的积累产生抑制作用。其机理有待进一步研究。
本试验表明，在供试条件下，不施氮肥和钾肥，灌水量为次低水平（40%W），磷肥和有机肥用
量分别为 0.264 和 40 g · kg-1 时，可以获得高达 234.74 μg · g-1 的番茄红素含量。目前在番茄生产实践
中大多都要施用氮肥和钾肥，这与本研究结果有所不同。原因可能在于，这个水肥用量组合中有机
灌水量
Irrigation amount
施氮量/(g · kg-1)
N fertilizer rate
施磷量/(g · kg-1)
P fertilizer rate
施钾量/(g · kg-1)
N fertilizer rate
有机肥用量/(g · kg-1)
Manure rate
番茄红素含量最大值/(μg · g-1)
The maximum lycopene content
40%W 0 0.264 0 40 231.74
11 期 牛晓丽等：水肥供应对番茄中番茄红素含量的影响 2119

肥用量较高，有机肥因其营养全面有利于蔬菜品质的改善（沈中泉 等，1995），而且，较高的有机
肥用量还可以补充番茄对氮和钾的需要，而生产中的有机肥用量远远达不到这个水平（90 000
kg · hm-2）。另外，可能还与这些水肥因子间错综复杂的交互作用有关，尚需进一步深入研究。
另外，本研究仅仅以番茄红素作为目标函数寻求合理的水肥组合，尚未考虑水肥供应对番茄产
量的影响。如果单果番茄红素含量高而产量低时，就会出现单位面积番茄的番茄红素总产量反而低
的现象。大田生产要综合考虑番茄的产量与番茄红素、可溶性固形物、糖酸比和维生素 C 等各项品质
指标以及经济效益。同时田间条件下土层深厚，根系可以充分伸展，从下层土壤中汲取更多的水分
和养分，因而其合理的水肥管理措施与盆栽试验所得结论可能并不完全相同，有待进一步研究。
4 结论
（1）采用五元二次正交旋转组合设计，建立了灌水量和氮、磷、钾以及有机肥用量对番茄红素
含量的数学模型，模型通过检验达到极显著水平，模型成立。
（2）在供试条件下，当其他因子为中间水平时，番茄中番茄红素含量随灌水量、施磷量以及有
机肥用量间呈开口向下的抛物线型变化，随氮、钾肥用量呈开口向上的抛物线型变化。交互效应表
现为，磷与钾、磷与有机肥以及钾与有机肥用量间存在强烈的交互作用，氮与钾、氮与有机肥用量
间也有一定的交互效应，水分与其他因素间的交互效应不显著。
（3）通过模拟寻优，得出试验条件下番茄红素含量最大值为 234.74 μg · g-1，各因素最佳组合
为：不施氮肥和钾肥，灌水量为次低水平 40%W，磷肥和有机肥用量分别为 0.264 和 40 g · kg-1。

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