化肥減施條件下配施生物有機肥對番茄生長及品質(zhì)的影響

唐 宇，包慧芳，詹發(fā)強，侯 敏，王 寧，楊 蓉，林子敬，龍宣杞,

(1. 新疆大學生命科學與技術學院 烏魯木齊 830046；2. 新疆農(nóng)業(yè)科學院微生物應用研究所/新疆特殊環(huán)境微生物重點實驗室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆自然氣候和土地資源優(yōu)勢明顯，是中國加工番茄的主要產(chǎn)區(qū)，每年太陽能輻射總量高達 130～150 kCal/cm2，每年平均日照時間長達2 600 ～3 400 h，適宜番茄的生長。這也使新疆成為了亞洲第一番茄生產(chǎn)加工基地[1-2]。適量施肥可明顯改善番茄品質(zhì)，大幅提高番茄產(chǎn)量，但長期過量施用化肥則造成了土壤鹽分積累、酸化，耕地土壤板結、土壤鹽漬化程度加重及有機質(zhì)含量偏低，降低土壤酶活性、番茄產(chǎn)量和品質(zhì)等問題[3-6]，影響土壤可持續(xù)利用和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[7-8]。土壤中有機質(zhì)的含量是體現(xiàn)土壤肥力的一種重要指標，它不僅可以改良土壤結構和物理性質(zhì)，還能在土壤積累和分解的過程中，供給植物生長所需的養(yǎng)分。無論在番茄生長的哪個時期，施加生物有機肥的處理中土壤的有機質(zhì)含量顯著高于施用化肥的處理。磷的移動性較大，會優(yōu)先選擇向生長中心運輸，參與能量轉移、傳遞和光合作用。在番茄生長的各個時期，施加生物有機肥的處理中土壤的速效磷含量都明顯高于施加化肥的處理。生物有機肥作為一種安全無毒肥料，不僅能夠改善土壤板結，增加保水保肥能力，還可改善作物生態(tài)環(huán)境?！厩叭搜芯窟M展】微生物菌肥、有機無機復混肥在糧食作物、蔬菜、水果上等作物上應用研究報道較多[9-11]，孫利萍等[12]研究表明，施用雞糞和羊糞可以提高番茄產(chǎn)量及果實風味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。張恩平等[13]研究表明，配施有機肥能夠顯著提高土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀和堿解氮的含量，氮肥的施入會降低根際土壤的pH，各處理間土壤理化性質(zhì)的差異顯著。趙云霞等[14]研究了在沙培的日光溫室條件下，不同有機肥施用對沙培番茄的生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響，結果表明，施用有機肥可促進番茄植株生長，提高果實品質(zhì)及產(chǎn)量。閆實等[15]通過開展番茄生物有機肥培肥定量化用量試驗，667 m2施2 t生物有機肥，不僅可以增產(chǎn)24.75%，還能提高果實品質(zhì)，提高番茄VC含量34.54%，降低硝酸鹽含量6.63%，同時提升土壤有機質(zhì)5.44%、有效P、速效K含量分別提高16.03%和5.10%。番茄枯萎病為一種嚴重為害番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的土傳性病害，生物有機肥中的芽孢桿菌對于番茄枯萎病病原菌有較好的拮抗作用[16]。有機質(zhì)和氮、磷、鉀是土壤的重要養(yǎng)分指標，施入生物有機肥后，可以有效改善土壤養(yǎng)分狀況[21]?！颈狙芯壳腥朦c】鉀是作物體內(nèi)含量最高的陽離子，它是許多酶的活化劑，鉀不僅能提高光合作用，促進碳水化合物的形成，還能促進氮的吸收，并可以一定程度的調(diào)節(jié)碳、氮平衡，有降低植株體內(nèi)硝酸鹽含量的作用[22]。土壤的供氮能力是評價土壤肥力的一個重要指標，土壤速效氮是有效氮，不僅反映土壤中氮的供應強度，也反映出氮的供應容量[22]。研究生物有機肥替代常規(guī)化肥對番茄生長及品質(zhì)的影響?！緮M解決的關鍵問題】在減施化肥的條件下，配施生物有機肥，測定其對土壤中速效N、速效P、速效K，有機質(zhì)，pH值，電導率及番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，為生物有機肥替代化肥種植加工番茄減施化肥不減產(chǎn)提供理論和應用基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗在烏魯木齊市新市區(qū)新疆農(nóng)業(yè)科學院安寧渠試驗場進行。試驗地土壤速效N含量為28.44 mg/kg，速效P含量為25.60 mg/kg，速效K含量為177.3 mg/kg，有機質(zhì)含量為10.045 g/kg，pH為8.41，電導率為524 μs/cm。

供試番茄品種：“里格爾87-5”。

供試肥料：尿素(含N 46%)，磷酸一銨(含N 12%、含P2O552%)，磷酸二胺(含N 18%、含P2O548%)，硫酸鉀(含K 52%)；自產(chǎn)NCD生物有機肥(NCD為枯草芽孢桿菌)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗于2018年4～9月進行。樣方規(guī)格10 cm2，樣小區(qū)面積(3×9)cm2，定植密度為行距60 cm，株距40 cm，276 0株/667m2。試驗采用隨機區(qū)組設計，設5個肥料處理，3次重復。CK1：常規(guī)施肥(尿素28 kg/667m2，磷酸二銨15 kg/667m2，硫酸鉀12 kg/667m2，磷酸一銨8 kg/667m2)；CK2：減量50%常規(guī)施肥(按處理CK1施肥的一半施肥量)；S1：化肥減施30%+30%生物有機肥(按處理CK1施肥的70%的施肥量+165.3 kg/667m2的生物有機肥)；S2：化肥減施50%+50%生物有機肥(按處理CK1施肥的一半施肥量+275.5 kg/667m2的生物有機肥)；S3：生物有機肥(551 kg/667m2)。不同肥料均在5月4日灌窩處理。

1.2.2 取樣調(diào)查及測定1.2.2.1 土壤性質(zhì)

于番茄花期、坐果期、成熟期進行采樣，取小區(qū)中除邊行外的任意中間行隨機采10株的根際土進行測定，測定根際土的速效氮、磷、鉀，有機質(zhì)，pH值、電導率。根際土的速效氮、磷、鉀使用TFC智能普及型土肥速測儀測定，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定[17]，pH值使用pH儀測定，電導率使用DDS-307型電導率儀。

1.2.2.2 番茄品質(zhì)及病害

于番茄成熟期進行采樣，取小區(qū)中除邊行外的任意中間行隨機采10株進行測定，測定番茄果實的總酸含量、VC含量及可溶性糖含量，以及其產(chǎn)量、成熟率及發(fā)病率?？偹岵捎玫味ǚy定[18]，VC采用2，6-二氯酚靛酚法滴定法測定[19]，可溶性糖采用蒽酮比色法測定[20]。將采集番茄植株上的病果及健果稱重得出產(chǎn)量及發(fā)病率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)通過 Excel 整理后用 SPSS19. 0 進行統(tǒng)計分析，使用最小顯著差異(Least significant difference，LSD)檢驗進行多重比較(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 不同施肥處理對土壤有機質(zhì)的影響

研究表明，5個處理中處理CK2的有機質(zhì)含量呈逐漸下降的趨勢，其他4個處理的有機質(zhì)含量呈先降低后回升的趨勢，由于處理CK2所施的肥量不足以滿足番茄整個生長周期的需要。在成熟期，有機質(zhì)含量S3>S1>S2>CK1>CK2，隨著番茄的生長，對有機質(zhì)的需求量逐漸增大，使土壤中的有機質(zhì)隨著番茄的生長而慢慢消耗，減半施肥的土壤不足以供給植株足夠的養(yǎng)分來促使其生長，而常規(guī)施肥就可以供給植株足夠的養(yǎng)分。用生物有機肥代替化肥的土壤，有機質(zhì)含量漸漸升高，是由于有機肥的分解以及菌劑中的有益菌促使了土壤中微生物的活動，提高了土壤中有機質(zhì)的含量。表1，圖1

圖1 不同處理下各時期土壤有機質(zhì)含量變化
Fig. 1 Changes of soil organic matter content treated by different treatments in different periods

2.1.2 不同施肥處理對土壤速效氮含量的影響

在番茄生長的花期和坐果期，施用生物有機肥的處理的速效氮含量都顯著高于施用化肥的處理，而在成熟期，處理CK1與S1差異并不顯著，都顯著高于其他處理。除處理CK2呈逐漸下降的趨勢外，其他處理均為先下降后上升的趨勢，這說明減半施肥會使土壤中的速效氮隨著番茄的生長而慢慢消耗掉，不足以提供番茄整個生長過程中所需要的氮。施加生物有機肥的速效氮含量普遍較高，且在番茄生長的后期都逐漸增加，由于有機肥經(jīng)過了長時間的分解和轉化，產(chǎn)生了一些低分子的有機酸和腐殖酸，溶解土壤中的礦物質(zhì)，增加土壤中的速效氮。而加入菌劑可以促使番茄根系產(chǎn)生固氮作用，使得番茄在坐果期之后速效氮含量不降反增，從而促進植株生長。處理CK1為常規(guī)施肥，尿素、磷酸一銨和磷酸二銨中都含有氮元素，施肥方式可以使植株正常生長。表1，圖2

圖2 不同處理下各時期土壤速效氮含量變化
Fig. 2 Changes of soil available nitrogen content treated by different treatments in different periods

2.1.3 不同施肥處理對土壤速效磷含量的影響

研究表明，土壤的速效磷含量隨著番茄的生長而逐漸降低，這是由于隨著番茄的生長，對磷的需求逐漸增大。處理CK2降低的最快，這與它施加的肥量較低有關。處理S1和S2的趨勢較為平緩，加入菌劑后，土壤中的速效磷含量不會隨著植株生長時對磷的需求量有很大的改變，不會使土壤的磷消耗得過快。這是由于土壤中大多數(shù)的磷元素是以難溶性的化合物形態(tài)而存在的，不可以被植物直接吸收并利用，加入菌劑后，會使土壤中的微生物活躍起來，分解和轉化這些不能被直接利用的養(yǎng)分，從而增加土壤中磷的有效性。表1，圖3

圖3 不同處理下各時期土壤速效磷含量的變化
Fig. 3 Changes of soil available phosphorus content treated by different treatments in different periods

2.1.4 不同施肥處理對土壤速效鉀含量的影響

研究表明，在番茄生長的不同時期，各處理之間均存在顯著差異，說明施肥方式對番茄鉀的吸收影響很大?；ㄆ诤统墒炱?，施用生物有機肥的處理S3顯著高于其他處理，而在坐果期，處理CK1明顯高于其他處理，其次為處理S3。從花期到坐果期的過程中，土壤的速效鉀含量迅速降低，說明在這個時期果實對鉀的需求量較大，坐果期之后，速效鉀含量有一定的回升，由于這時果實對于鉀的需求量降低，土壤中所釋放的鉀大部分沒有被其吸收。表1，圖4

圖4 不同處理下各時期土壤速效鉀含量變化
Fig. 4 Changes of soil available potassium content in different treatments in different periods

2.2 不同施肥處理對土壤pH及電導率的影響

經(jīng)過前期測定發(fā)現(xiàn)試驗地的土壤偏堿性，而適宜番茄生長的土壤pH在6～7，通過添加生物有機肥可以降低土壤pH，有利于番茄生長。土壤電導率是測定土壤中水溶性鹽的指標，電導率值越高土壤中含鹽量越高，施加生物有機肥能有效降低電導率，降低土壤次生鹽漬化的風險。表2

表2 不同施肥處理下土壤pH及電導率變化
Table 2 Effects of different fertilization treatments on soil pH and conductivity

處理Treatment花期Florescence坐果期Fruit setting period成熟期Maturation periodpH電導率Conductivity(μs/cm)pH電導率Conductivity(μs/cm)pH電導率Conductivity(μs/cm)CK18.330ab478.67b8.780a210.33b8.283a250.66dCK28.376ab504.67c8.910b191.26a8.603c212.66cS18.410ab503.67c8.746a273.00c8.410b280.00eS28.323a673.67d8.736a309.33d8.673c186.13aS38.420b458.33a8.973b193.16a8.860d192.60b

pH值過高并不利于番茄生長，而處理S2在番茄生長的各個時期的pH值都顯著低于其他處理，說明施加生物有機肥加減半化肥的這種施肥方式能有效降低土壤pH。在番茄生長的過程中，土壤pH值在花期呈下降的趨勢，在坐果期有大幅度的升高，在成熟期之后又迅速降低。從整體來看，處理CK1的pH更適宜番茄生長，其次為處理S1，說明加入生物有機肥與常規(guī)施肥對土壤的pH值影響不大。在土壤分析中，含鹽量是一個重要的綜合指標，而測定土壤中的電導率可以直接反映出混合鹽的含量。施加生物有機肥能有效降低土壤的電導率，其中處理S3的效果最好，在花期和坐果期都顯著高于其他處理。隨著番茄的生長，土壤的電導率整體呈現(xiàn)下降的趨勢。處理S3降低電導率的效果最好，只添加生物有機肥可以有效改善土壤電導率，增加土壤的保水性，降低土壤中的鹽分含量，利于番茄生長。表2，圖5，圖6

圖5 不同處理下各時期土壤pH值變化
Fig. 5 Changes of soil pH values under different treatments in different periods

圖6 不同處理下各時期土壤電導率變化
Fig. 6 Changes of soil conductivity treated by different treatments in different periods

2.3 不同施肥處理對番茄品質(zhì)的影響

處理S3在總酸含量和VC含量上都顯著高于其他處理，可溶性糖含量低于處理S1，但與處理CK1和S2差異不顯著，說明生物有機肥代替化肥可有效改善番茄品質(zhì)。

番茄總酸含量S3>CK1>S2>CK2>S1，施加生物有機肥的處理S3的總酸含量最高，與CK1、CK2、S1、S2相比，分別增加了7.87%、19.28%、42.1%、17.15%。番茄VC含量S3>CK1>CK2>S2>S1，處理S3的VC含量最高，與CK1、CK2、S1、S2相比，分別增加了24.95%、79.8%、139.61%、89.96%，明顯高于其他處理。通過這兩個指標發(fā)現(xiàn)，單純施加生物有機肥可以有效提高番茄的總酸含量和VC含量，并且其效果要好于常規(guī)施肥。番茄可溶性糖含量S1>S3>CK1>S2>CK2，處理S1的總酸含量和VC含量較低，但可溶性糖含量最高，與CK1、CK2、S2、S3相比，分別增加了17.19%、28.16%、18.57%、16.29%，除減半施肥外各個處理之間相差并不明顯，常規(guī)施肥與施加生物有機肥對于提高番茄可溶性糖含量的效果差異并不明顯。處理S3的效果更好，有利于提高番茄品質(zhì)。表3

表3 不同施肥處理下番茄品質(zhì)變化
Table 3 Effects of different fertilization treatments on tomato quality

處理Treatment總酸Total acid (%)VC含量VC content(g/100g)可溶性糖含量Soluble sugar content(%)CK10.449 6c8.324 6c23.880abCK20.406 6b5.785 0b21.836aS10.341 3a4.341 0a27.986bS20.414 0b5.475 6b23.603abS30.485 0d10.401 3d24.066ab

2.4 不同施肥處理對番茄產(chǎn)量及病害的影響

研究表明，各處理在番茄的總重、植株重、單株產(chǎn)量和成熟率方面都沒有顯著的差異，說明用生物有機肥代替化肥不會影響番茄的產(chǎn)量及番茄植株的生長情況。而各處理在番茄臍腐病發(fā)病率上存在顯著差異，處理S2的發(fā)病率最低，為10.36%，相較于常規(guī)施肥和減半施肥，可以將發(fā)病率降低一半，處理S1和S3的發(fā)病率也比CK處理的低，施加有機肥可以有效降低番茄臍腐病發(fā)病率。表4

表4 不同施肥處理下番茄產(chǎn)量及發(fā)病率變化
Table 4 Effects of different fertilization treatments on tomato yield and diseases

處理Treatment總重Total weight(kg)植株重Plant weight(kg)單株產(chǎn)量Single plant yield(kg)成熟率Maturity rate(%)發(fā)病率Incidence rate(%)CK116.640a4.666a1.064a75.060a24.000dCK216.060a4.813a0.858a73.773a22.276cdS116.306a6.006a1.163a70.926a17.330bcS214.213a4.940a0.927a79.556a10.360aS316.366a5.726a1.164a65.536a11.793ab

2.4.1 不同施肥處理對番茄果實總重的影響

各處理對于番茄果實總重的影響差異不大，施加生物有機肥與常規(guī)施肥無顯著差異。處理CK1的番茄果實總重最大，其次是處理S1和S3，常規(guī)施肥所產(chǎn)生的養(yǎng)分對于番茄植株和果實的生長是最適宜的，生物有機肥處理的番茄果實總重稍低于常規(guī)施肥，但高于減半施肥，這兩種施肥方式所產(chǎn)生的養(yǎng)分也能使番茄正常生長。表4，圖7

圖7 不同處理下番茄總重變化
Fig. 7 Changes of tomato total weight treated by different treatments

2.4.2 不同施肥處理對番茄植株重的影響

施用生物有機肥的處理與常規(guī)施肥的處理差異不顯著，減量施肥后加入生物有機肥不會使番茄的植株重下降。處理S1的植株重最大，其次為處理S3，生物有機肥可以使番茄的植株生長得更好。表4，圖8

圖8 不同處理番茄植株重的變化
Fig. 8 Changes of tomato plant weight treated by different treatments

2.4.3 不同施肥處理對番茄單株產(chǎn)量的影響

施加生物有機肥的處理與施加化肥的處理在番茄單株產(chǎn)量上差異并不顯著，處理S1和S3都高于CK1，其中處理S3最高，用生物有機肥完全代替化肥不僅不會降低番茄產(chǎn)量，反而會使番茄產(chǎn)量高于常規(guī)施肥的處理的產(chǎn)量。表4，圖9

圖9 不同處理下番茄單株產(chǎn)量變化
Fig. 9 Variation of single plant yield of tomato treated by different treatments

2.4.4 不同施肥處理對番茄成熟率的影響

施加生物有機肥的處理與常規(guī)施肥的處理之間差異不顯著，減量施肥的同時添加生物有機肥不會對番茄的成熟率造成影響。各處理在成熟率上差異不大，但處理S2還是略高于其他處理，由于S2中不僅加入生物有機肥還有減量的化肥，滿足了番茄生長所需求的多方面的營養(yǎng)成分，而處理S3則要低于其他處理，由于處理S3中僅添加了生物有機肥，生物有機肥具有緩釋作用，土壤中的微生物活動延緩了番茄的成熟速度。表4，圖10

圖10 不同處理下番茄成熟率變化
Fig. 10 Changes of tomato disease rate treated by different treatments

2.4.5 不同施肥處理對番茄臍腐病發(fā)病率的影響

施加生物有機肥的處理中，處理S2和S3差異不顯著，與處理S1差異顯著，而處理S1與CK2差異不顯著，CK1與其他各處理差異均顯著，臍腐病發(fā)病率CK1>CK2>S1>S3>S2，其中處理S2的發(fā)病率最低，相較于CK1、CK2、S1、S3，分別降低了56.83%、53.49%、40.22%、12.15%。處理S2和S3都能夠有效降低番茄果實發(fā)病率，而S1與CK2效果相同，降低果實發(fā)病率的效果不明顯。處理CK1的發(fā)病率最高，常規(guī)施肥容易導致番茄果實產(chǎn)生病害，而使用生物有機肥的處理可以有效降低果實的發(fā)病率，對于增加產(chǎn)量，減施農(nóng)藥施用有重要作用。表4，圖11

圖11 不同處理下番茄病害率變化
Fig. 11 Changes of tomato disease rate in different treatments

3 討 論

施用生物有機肥，添加了外源微生物，可以增加土壤微生物的數(shù)量和活性，在作物生長前期給作物提供一定的速效養(yǎng)分，同時在作物的生長過程中，通過微生物的生命活動分解土壤中的有機質(zhì)和礦物質(zhì)釋放養(yǎng)分，不斷地供作物生長需求，達到速效和長效兼有的效果[23-24]。將生物有機肥與化肥配施，既充分補充了有機碳源，又可以對土壤物理性質(zhì)進行改良，提高土壤微生物活性，同時，長期施用生物有機肥可以有效提高土壤細菌、真菌和放線菌的數(shù)量，改善土壤微生物群落結構。

在土壤養(yǎng)分方面，施加生物有機肥之后，土壤的有機質(zhì)、速效氮、磷、鉀含量都明顯提高，其中處理S3效果最好；在土壤pH值和電導率上，處理CK1可以有效降低pH，其次為處理S2，處理S3可以降低土壤電導率。在番茄品質(zhì)方面，處理S3使番茄總酸提高7.87%，VC含量提高24.95%，可溶性糖提高了17.19%，說明施用生物有機肥代替常規(guī)施肥可以明顯番茄品質(zhì)指標。各處理對于番茄產(chǎn)量和成熟率的影響并不明顯，說明用生物有機肥可以代替常規(guī)施肥，而不會使其產(chǎn)量下降，在番茄臍腐病發(fā)病率方面，各處理就存在了顯著差異，三個施加生物有機肥的處理的發(fā)病率都明顯低于常規(guī)化肥處理，其中，處理S2的發(fā)病率最低，比常規(guī)化肥降低了56.83%。這與郭寧、李夢梅、莊鐘娟等的研究結果相似，郭寧等[25]研究發(fā)現(xiàn)，施加生物有機肥，可以增產(chǎn)15.29%，提高果實品質(zhì)，番茄VC含量提高5.38%，硝酸鹽含量降低3.82%，同時土壤有機質(zhì)提升4.98%、堿解氮、有效磷含量分別提高15.75%和17.62%，土壤微生物量碳提升22.30%、蔗糖酶活性提高16.47%。李夢梅等[26]報道，施用生物有機肥的番茄產(chǎn)量比單施化肥(CK)提高19.5%～27.9%，可溶性固形物含量提高5.25%～7.78%，VC含量增加4.2%～12.3%，硝酸鹽含量降低16.9%～19.9%。莊鐘娟等[27]研究發(fā)現(xiàn)，施用1 500 kg / hm2海藻生物有機肥可使番茄可溶性固形物含量、還原性 VC含量、可溶性總糖、糖酸比分別提高 19.4% 、45.0% 、34.4% 、64.5% ，可使番茄單果重、產(chǎn)量分別增加 27.6% 和28.9% ，能使土壤有機質(zhì)提高 11.6%。

生物有機肥的使用，不僅有利于改良土壤性質(zhì)，更有利于減少化肥對環(huán)境的污染。試驗結果表明，施加生物有機肥可以使土壤有機質(zhì)，速效氮、磷、鉀含量明顯提高，這是由于生物有機肥本身有機質(zhì)含量高，加入到土壤當中后，可以直接被植株利用，而其本身含有的有益菌群，會使土壤中本身的微生物更加活躍，有利于養(yǎng)分的分解和釋放。同時，加入生物有機肥能夠有效降低土壤的pH值和電導率，提高番茄的品質(zhì)和產(chǎn)量，降低番茄臍腐病發(fā)病率，這是由于施加生物有機肥刺激植株根系，使其吸收營養(yǎng)的面積增大，有利于葉片的光合作用，促進植株生長，增加作物產(chǎn)量。番茄品質(zhì)的提高是由于加入生物有機肥使土壤中的速效氮、磷、鉀相對提高，而氮、磷、鉀的含量會影響番茄的品質(zhì)。

4 結 論

用生物有機肥代替化肥可增加土壤中有機質(zhì)、速效氮、磷、鉀的含量，降低土壤pH值和電導率，與常規(guī)施肥處理相比，土壤有機質(zhì)含量，速效氮、磷、鉀含量分別增加了68.46%、11.35%、11.01%、44.94%，番茄果實總酸提高7.87%，VC含量提高24.95%，可溶性糖提高17.19%，不會使番茄產(chǎn)量降低，并降低番茄臍腐病發(fā)病率56.83%。