化肥減量配施有機(jī)肥對櫻桃番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

雷 菲，張冬明，吳宇佳，譚 皓，吉清妹，潘孝忠

（海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與土壤研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海南耕地保育科學(xué)觀測實(shí)驗站/海南省耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗室，海南 ?？?571100）

【研究意義】櫻桃番茄（S.lyopersicumvar.cerasi forme）是番茄屬中多汁漿果1 年生草本植物，味道可口、營養(yǎng)豐富[1]，深受消費(fèi)者喜愛，經(jīng)濟(jì)價值高。櫻桃番茄在我國的種植面積約為15 萬hm2，在山東、江蘇、廣西、廣東、海南等地方均有種植[2]。而且櫻桃番茄已成為海南冬種北菜的優(yōu)勢瓜菜種類之一[3]，根據(jù)海南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020 年櫻桃番茄在海南省種植面積已經(jīng)達(dá)到了6 953 hm2。櫻桃番茄是需肥量較大的果菜，化肥是其優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，但由于盲目追求經(jīng)濟(jì)利益，普遍存在有機(jī)肥和化肥基施比例不合理和化肥過量施用等現(xiàn)象[4-5]，這不僅導(dǎo)致了果實(shí)品質(zhì)下降、土壤質(zhì)量退化，還帶來了一系列環(huán)境問題[6]。因此，改變施肥方式，減少化肥用量，合理施用有機(jī)肥，對提升櫻桃番茄品質(zhì)已顯得十分重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)無機(jī)肥配施不僅有助于提高作物的產(chǎn)量、品質(zhì)、肥料利用率，還能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤物理性能、穩(wěn)定土壤生態(tài)系統(tǒng)[7-11]。趙征宇等[8]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)氮與無機(jī)氮配施比例為3∶2 有利于增加番茄產(chǎn)量，提升土壤氮素礦化與固持、土壤全氮和有機(jī)碳提升。劉平靜等[10]發(fā)現(xiàn)與不施肥相比，長期有機(jī)無機(jī)肥配施顯著增加了擬桿菌門的相對豐富度，降低了放線菌門的相對豐富度?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】我國2016 年首次實(shí)現(xiàn)化肥零增長，其中有機(jī)肥替代化肥是我國化肥減量增效的主要技術(shù)途徑之一，為我國化肥零增長目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做出了重要貢獻(xiàn)。而當(dāng)前關(guān)于有機(jī)肥替代化肥技術(shù)在海南熱帶地區(qū)櫻桃番茄栽培生產(chǎn)中的應(yīng)用研究還較少，尤其是在探究化肥減量配施對熱帶地區(qū)的土壤微生物和櫻桃番茄生長的影響方面報道較少?！緮M解決關(guān)鍵問題】本文通過設(shè)計基施不同比例化肥和有機(jī)肥田間試驗，研究基施化肥和有機(jī)肥比例對櫻桃番茄產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)以及土壤理化性質(zhì)的影響，明確化肥減量配施有機(jī)肥在櫻桃番茄上的應(yīng)用效果，以期為櫻桃番茄栽培中化肥和有機(jī)肥的合理施用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試作物為櫻桃番茄，品種為‘千禧’，購自海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所。商品有機(jī)肥（N∶P2O5∶K2O 為1.71∶1.93∶1.59），復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O 為15∶15∶15），水溶肥（N∶P2O5∶K2O 為20∶20∶20），氯化鉀（K2O 為60%），分別購自海南文昌騰達(dá)生物科技有限公司、挪威雅苒國際有限公司，以色列化工集團(tuán)特種肥料公司、中化化肥有限公司。試驗于2018 年11 月至2019 年3 月在海南省澄邁縣永發(fā)鎮(zhèn)海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地進(jìn)行。供試土壤pH 5.51，有機(jī)質(zhì)1.55%，堿解氮114.0 mg/kg，有效磷67.2 mg/kg，速效鉀74.5 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理 試驗設(shè)6 個處理（表1），每個處理3 個重復(fù)，共18 個小區(qū)，隨機(jī)排列，每小區(qū)面積為13.3 m2。施肥方案以等量氮肥為原則，根據(jù)基肥化肥和有機(jī)肥含氮量百分?jǐn)?shù)計算，各試驗處理分別為單施化肥（T1）、基施80%化肥+20%有機(jī)肥（T2）、基施60%化肥+40%有機(jī)肥（T3）、基施40%化肥+60%有機(jī)肥（T4）、基施20%化肥+80%有機(jī)肥（T5）、基施100%有機(jī)肥（T6）。施肥分1 次基肥和6 次追肥，基肥和追肥中施氮量分別為225 kg/hm2、112.5 kg/hm2，有機(jī)肥和化肥在移栽前以底肥施入；各處理追肥一致，均以水肥一體化裝置追施水溶肥和氯化鉀。

表1 施肥方案Tab.1 Fertilizer application

1.2.2 指標(biāo)測定 產(chǎn)量及品質(zhì)：櫻桃番茄收獲期（2019 年1 月16 起），每3～7 天采集成熟度一致的果實(shí)，測定其產(chǎn)量。盛果期，每個小區(qū)采摘成熟度一致的果實(shí)30個進(jìn)行品質(zhì)測定，維生素C含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可滴定酸含量采用酸堿中和法方法測定。

土壤理化性質(zhì)：每個小區(qū)設(shè)置3 個采樣點(diǎn)，采集耕層0～20 cm 土壤并混合均勻，剔除石子、植物殘留碎片及根系后，一份立即裝入已滅菌袋中，放入冰盒迅速帶回，于-80 ℃保存，用于DNA 提取。一份帶回實(shí)驗室自然風(fēng)干，過篩后，采用pH 計法測定pH 值，重鉻酸鉀滴定法測定有機(jī)質(zhì)，擴(kuò)散吸收法測定堿解氮，0.5 mol/L NaHCO3浸提-硫酸鉬銻抗比色法測定有效磷，1 mol/L 乙酸銨浸提-火焰光度計測定速效鉀。

土壤微生物多樣性：土壤總DNA 采用DNA 提取試劑盒進(jìn)行提取，PCR 擴(kuò)增采用細(xì)菌16S rRNA（V3+V4）區(qū)域引物（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′，5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′），真菌ITS1 區(qū)域引物（5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′，5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′）進(jìn)行目的基因擴(kuò)增。PCR 擴(kuò)增后產(chǎn)物進(jìn)行純化，將純化后的樣品送至北京百邁客生物科技有限公司利用Illumina HiSeq2500 高通量測序技術(shù)進(jìn)行測序。通過FLASH v1.2.7 軟件進(jìn)行PE reads 拼接，使用Trimmomatic v0.33軟件對拼接得到的Raw Tags進(jìn)行過濾，UCHIME v4.2軟件進(jìn)行鑒定并去除嵌合體序列，得到最終有效數(shù)據(jù)。使用QIIME（version 1.8.0）軟件對Tags 在97%的相似度水平下進(jìn)行OTU 聚類、并基于Silva（細(xì)菌）和UNITE（真菌）分類學(xué)數(shù)據(jù)庫對OTU進(jìn)行物種注釋及豐度分析，揭示樣品的物種構(gòu)成。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計算、繪制圖表，采用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對櫻桃番茄產(chǎn)量的影響

圖1為不同處理對櫻桃番茄產(chǎn)量的影響，由圖1可知，隨著有機(jī)肥施用量的增加，櫻桃番茄產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢，其中T4處理（40%化肥+60%有機(jī)肥）的產(chǎn)量最高，為23.59 t/hm2，顯著高于其他處理（T3 處理除外）（P＞0.05）；T6 處理（100%有機(jī)肥）產(chǎn)量最低，較T4 處理產(chǎn)量減少4.36 t/hm2，較T1 處理（不施有機(jī)肥）產(chǎn)量減少1.47 t/hm2。

圖1 不同處理對櫻桃番茄產(chǎn)量的影響Fig.1 Yield of cherry tomatoes under different treatments

2.2 不同處理對櫻桃番茄品質(zhì)的影響

表2 為不同處理對櫻桃番茄品質(zhì)的影響，由表2 可知，櫻桃番茄的維生素C 含量隨著有機(jī)肥用量的增加而增加，T6 處理櫻桃番茄果實(shí)維生素C 含量顯著高于其他處理，較T1 處理增加了5.78 mg/100 g；T4處理的可溶性糖含量較T1 和T2 處理顯著增加，但與其他處理差異不顯著；各處理的可滴定酸含量差異不顯著，糖酸比隨著有機(jī)肥用量的增加呈先上升后下降的趨勢，T4 處理最高，較T1、T2 和T3 顯著增加，但與T5和T6差異不顯著。

表2 不同處理對櫻桃番茄品質(zhì)的影響Tab.2 Quality of cherry tomatoes under different treatments

2.3 不同處理對土壤理化性狀的影響

由表3可知，與T1處理相比，T2～T6處理土壤pH 值升高了0.08～0.19，隨著有機(jī)肥用量呈先上升后下降的趨勢，T4 處理土壤pH 值最高。T2～T6 處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量較T1 處理顯著升高，且隨著有機(jī)肥用量的增加而增加。T3、T4 和T5 處理土壤堿解氮含量顯著大于T1 處理，T2 和T6 處理與T1 處理差異不顯著。各處理的土壤有效磷和速效鉀含量差異均不顯著。

表3 不同處理對土壤理化性狀的影響Tab.3 Physical and chemical properties of soil under different treatments

2.4 不同處理對土壤細(xì)菌和根際真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

圖2A 表示土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)，變形菌門（Proteobacteria）和綠彎菌門（Chloroflexi）為土壤細(xì)菌的優(yōu)勢菌門，變形菌門相對豐度隨著有機(jī)肥用量的增加呈先上升后下降的趨勢，其中T3處理的豐度最高，為51.09%，綠彎菌門則呈先下降后上升的趨勢，T3 處理的豐度最低，較T1 處理降低了13.98%。擬桿菌門（Bacteroidetes）的相對豐度變化趨勢與變形菌門趨勢一致，T4 處理的豐度最高，較T1 處理增加了32.11%。而酸桿菌門（Acidobacteria）的相對豐度則與擬桿菌門變化趨勢相反，呈先下降后上升的趨勢，T4 處理的酸桿菌門數(shù)量最少，為6.08%；硝化螺旋菌（Nitrospinae）的相對豐度隨著有機(jī)肥施用量的增加呈下降趨勢。圖2B表示土壤真菌群落結(jié)構(gòu)。由圖2B可知，各處理土壤中子囊菌門（Ascomycota）相對豐度均為60%以上，且隨著有機(jī)肥用量增加，子囊菌門相對豐度呈先上升后下降的趨勢；T1處理（不施有機(jī)肥）壺菌門（Chytridiomycota）的相對豐度為8.39%，T2 處理（80%化肥20%有機(jī)肥），壺菌門的豐度為6.01%，隨著有機(jī)肥用量的增加，壺菌門的豐度呈逐漸下降的趨勢。擔(dān)子菌門（Basidiomycota）相對豐度隨著有機(jī)肥用量的增加呈逐漸上升的趨勢，其中T6處理（100%有機(jī)肥）擔(dān)子菌門相對豐度較T1處理（不施有機(jī)肥）增加了34.15%。

圖2 不同處理對土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Structure of bacterial and fungi communities in soil under different treatments

3 結(jié)論與討論

研究表明化肥減量施用配施有機(jī)肥可改善土壤理化性質(zhì)[12-13]。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，化肥減量施用配施有機(jī)肥處理均顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，與前人研究結(jié)果相同[14-15]。土壤pH 值和土壤堿解氮含量則隨著有機(jī)肥用量的增加呈先上升后下降的趨勢，有機(jī)肥施用比例為60%（T4 處理）時，較不施有機(jī)肥處理，土壤pH 值顯著提高，提高了0.19。當(dāng)有機(jī)肥施用比例達(dá)到40%～80%（T3、T4 和T5 處理）時，土壤堿解氮含量較不施有機(jī)肥處理（T1 處理）增加了11.02%～21.58%，施用比例高于80%或低于40%時，土壤堿解氮含量與不施有機(jī)肥處理差異不顯著。其原因可能是化肥肥效快，容易發(fā)生氮肥淋洗損失，這個過程產(chǎn)生的大量質(zhì)子也加速了土壤酸化，而有機(jī)肥肥效慢，適量施用有機(jī)肥一方面對保持速效氮及減少氮淋失有一定的作用，另一方面也能緩解土壤酸化[16-18]。與其他研究結(jié)果[12]不同，本研究不同有機(jī)肥替代處理的土壤有效磷和速效鉀含量與不施有機(jī)肥差異不顯著，這可能是因為本試驗時間較短，有機(jī)肥肥效慢，對土壤磷和鉀的轉(zhuǎn)化比較遲鈍，致使土壤有效磷和速效鉀含量差異不顯著。

化肥減量配施有機(jī)肥對土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)有一定的影響[19-20]，本試驗發(fā)現(xiàn)綠彎菌門相對豐度隨著有機(jī)肥用量的增加呈先下降后上升的趨勢，其中T1 施肥處理的綠彎菌門相對豐度為25.68%，T3和T4 處理的綠彎菌門相對豐度很低，為11.71%和13.14%。研究表明，綠彎菌門細(xì)菌在低養(yǎng)分和酸性環(huán)境中是優(yōu)勢種群[19]，這也與本試驗結(jié)果一致。變形菌門具有促進(jìn)土壤氮素利用、土壤修復(fù)和降解復(fù)合污染物等作用，化肥減量配施有機(jī)肥土壤中變形菌門相對豐度較單施化肥高[21]，本研究發(fā)現(xiàn)變形菌門相對豐度隨著有機(jī)肥用量的增加呈先上升后下降的趨勢，這可能與土壤中可利用氮含量相關(guān)。擬桿菌門適合在富營養(yǎng)的有機(jī)環(huán)境中生長[19]，本研究擬桿菌門相對豐度隨著有機(jī)肥用量的增加呈先上升后下降的趨勢，T1 施肥處理的擬桿菌門占比為2.82%，T4 處理的擬桿菌門占比為34.94%，這可能與土壤中有機(jī)質(zhì)含量、酸堿度以及堿解氮含量有關(guān)。另外，土壤真菌群落結(jié)構(gòu)也受不同施肥處理的影響，但其敏感度低于細(xì)菌[22]。從真菌群落組成來看，本試驗中6 個處理主要鑒定出子囊菌門、壺菌門、擔(dān)子菌門等主要菌門，其中子囊菌門是真菌中豐富度最高的種群，這與其他的研究結(jié)果一致[23-24]。隨著有機(jī)肥用量的增加，子囊菌門相對豐度先上升后下降，這可能與子囊菌門具有降解土壤中可溶性有機(jī)底物的功能有關(guān)[25-27]，有機(jī)肥用量增加會給子囊菌創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，使其更好地利用有機(jī)物并快速繁殖，但當(dāng)有機(jī)肥施用比例超過80%時，土壤中堿解氮含量減少，可提供子囊菌快速繁殖所需的氮源減少，因此子囊菌門相對豐度有輕微的下降趨勢。擔(dān)子菌門相對豐度隨著有機(jī)肥用量的增加呈逐漸上升的趨勢，其中T6 處理（100%有機(jī)肥）擔(dān)子菌門的相對豐度較T1 處理（不施有機(jī)肥）增加了34.15%，這可能與擔(dān)子菌門參與分解難降解的碳有關(guān)[26]，有機(jī)肥用量增加，土壤中碳源含量增加，有利于擔(dān)子菌門的快速繁殖。

化肥減量配施有機(jī)肥有助于提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，唐宇等[28]研究發(fā)現(xiàn)用生物有機(jī)肥代替化肥能提高番茄的VC 含量和可溶性糖含量，但是番茄產(chǎn)量與常規(guī)施肥持平。劉紅明等[29]發(fā)現(xiàn)與常規(guī)施肥相比，化肥減量配施有機(jī)肥檸檬產(chǎn)量增加了28.60%，VC 含量和可溶性糖含量增加了27.85%和6.2%。宋雅欣等[30]研究發(fā)現(xiàn)番茄產(chǎn)量隨有機(jī)肥替代量增加呈先上升后下降趨勢，50%有機(jī)肥+50%化肥番茄的產(chǎn)量最高，品質(zhì)最優(yōu)。本研究發(fā)現(xiàn)化肥減量配施有機(jī)肥，櫻桃番茄的產(chǎn)量和可溶性糖含量也呈先上升后下降的趨勢，其中T4 處理（40%化肥+60%有機(jī)肥）產(chǎn)量和可溶性糖含量均為最高，與不施有機(jī)肥相比，T4 處理的產(chǎn)量和可溶性糖含量分別增加了14%和2.02%?；蕼p量配施有機(jī)肥能滿足作物生長的需求并獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，且能有效改善作物的品質(zhì)[31]，這一方面可能與有機(jī)肥配施化肥能改善土壤的酸堿性、提高有機(jī)質(zhì)含量以及改善微生物結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)作物生長和改善作物品質(zhì)有關(guān)，另一方面可能是有機(jī)肥在分解過程產(chǎn)生的多種氨基酸和多肽類物質(zhì)也有助于改善作物品質(zhì)[32]。另外，本研究基施40%化肥+60%有機(jī)肥處理的產(chǎn)量和品質(zhì)最佳，其原因可能與40%化肥+60%有機(jī)肥處理的土壤pH 值和堿解氮含量最高有關(guān)，本試驗田為酸性土壤，櫻桃番茄適宜種植于pH 為5.6～6.7 的土壤中[33]，提高pH值更適宜櫻桃番茄生長，且適宜的土壤pH 值，有利于調(diào)整土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)有益微生物在土壤中繁殖，提高土壤養(yǎng)分的有效性和櫻桃番茄養(yǎng)分的吸收能力[34]，從而促進(jìn)櫻桃番茄生長，提升櫻桃番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)。

與不施有機(jī)肥相比，化肥減量配施有機(jī)肥可增加櫻桃番茄維生素C 含量和可溶性糖含量，提升土壤pH，顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，并改善了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。其中基施40%化肥+60%有機(jī)肥處理顯著增加了櫻桃番茄產(chǎn)量、果實(shí)維生素C 含量及可溶性糖含量，土壤pH 值升高了0.19，有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量分別增加了0.37 g/kg 和27.12 g/kg，而且降低了綠彎菌門相對豐度，增加了擬桿菌門、子囊菌門和擔(dān)子菌門相對豐度。綜合考慮產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤等因素，基施40%化肥+60%有機(jī)肥處理對櫻桃番茄產(chǎn)量、品質(zhì)以及改土效果最佳。