增施有機肥和微生物菌劑對春季楊凌設施番茄產量和品質的影響

張 佼，屈 鋒，朱玉堯，楊甲甲，胡曉輝

(西北農林科技大學 園藝學院，農業(yè)部西北設施園藝工程重點實驗室，陜西楊凌 712100)

目前，中國設施番茄種植面積已經超過80萬hm2，在設施蔬菜產業(yè)中占有重要地位，但由于設施番茄生產中化肥的濫用，造成土壤質量惡化，最終引發(fā)土壤鹽漬化等問題[1]。不但增加了種植成本，且降低了果實品質和肥料利用效率，限制了設施農業(yè)產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。因此，如何實現設施番茄的優(yōu)質高效生產是研究者和種植者一直關心的重要問題。

有機肥料是指將各種動物廢棄物和植物殘體經過一定時期發(fā)酵腐熟后的肥料[2]。有機肥含有豐富的營養(yǎng)元素，不僅能為作物生長提供所需養(yǎng)分，還含有大量的有機質，可經微生物分解、轉化形成腐殖質，促進團粒結構形成，使土壤孔隙度增加，透水性和通氣性增強。并且分解后產生的有機酸還能中和土壤的堿性，降低土壤pH[3-4]。宇萬太等[5]研究發(fā)現，在季節(jié)性作物的短期產量增加中，短期施用有機肥不如施用等量化肥有效，但是從長期研究來看，有機肥對改善土壤中氮、磷、鉀以及其他微量元素的量與化肥是等同的，甚至優(yōu)于化肥。微生物菌劑屬于微生物肥料的一種，是微生物正常生命活動產生的代謝物質，有利于植株得到特定肥料效應的一種菌劑[6-7]。在農業(yè)生產中通常用微生物菌劑促進作物生長和提高作物產量來達到增產增收的效果[8]。芽孢桿菌作為一類重要的植物促生菌，具有生長快、營養(yǎng)簡單、抗逆性強等優(yōu)勢。通過已有研究發(fā)現，有益芽孢桿菌可通過拮抗[9]、競爭作用[10]、誘導植物系統(tǒng)抗性[11]及產生有益代謝物[12]等途徑發(fā)揮對作物的防病促生作用。

前人關于增施有機肥和添加微生物菌劑的研究大多數是建立在追施單一肥料的基礎之上，但由于水溶性復合肥物理性狀好、有效成分高、養(yǎng)分種類多、施用方便，農戶在實際生產中大都選擇施用水溶性復合肥。因此，本試驗結合生產實際，研究追施水溶性復合肥條件下，增施有機肥和添加微生物菌劑對春季設施番茄產量、品質和肥料利用率的影響，旨在為設施番茄生產中合理施肥、增產提質、改善土壤環(huán)境及實現化肥零增長目標提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗場地和材料

試驗于2018年3-7月在陜西楊凌(北緯34°28′，東經108°07′)揉谷設施農業(yè)基地非對稱大跨度塑料大棚內進行，以‘巴寶麗’番茄為試材。供試場地的土壤pH 7.2，堿解氮128.46 mg/kg，速效磷53.82 mg/kg，速效鉀166.11 mg/kg，有機質13.33 g/kg。供試微生物菌劑為解淀粉芽孢桿菌，活性菌數≥100億/g，由楊凌綠都生物科技有限公司提供。供試有機肥為商品有機肥(N、P2O5、K2O質量分數分別為1.47%、0.60%、2%)由山東肥豐源生物科技有限公司提供。供試復合肥為水溶性緩釋肥(總養(yǎng)分≥50%，N-P2O5-K2O：20-10-20)。

1.2 試驗設計

將番茄目標產量設定為8 000 kg/667m2(依據設施條件、栽培品種以及管理者預期目標來設定)，以商品有機肥(堿解氮410.92 mg/kg，速效磷219.12 mg/kg，速效鉀1 486.17 mg/kg)為基肥。按照公式667 m2施肥量=(蔬菜單位產量養(yǎng)分吸收量×目標產量-菜田土壤可供養(yǎng)分量-有機肥可供養(yǎng)分量)/(肥料養(yǎng)分質量分數×肥料當季利用率)計算基準全氮磷鉀施用量，根據陜西關中地區(qū)測土配方施肥項目經驗數據，番茄的氮、磷、鉀化肥當季平均利用率分別為40%、20%和50%[13-14]。以計算得來的基準全氮、全磷和全鉀施用量(全氮21.70 kg/667m2，全磷0 kg/667m2，全鉀23.41 kg/667m2)為依據，確定施用復合肥的比例和用量。選N-P2O5-K2O為20-10-20的復合肥用于試驗，其追施總量設定為131 kg/667m2。再根據商品有機肥和復合肥的施用說明，綜合考慮基準全氮磷鉀施用量，將有機肥基礎用量設定為863 kg/667m2，增施30%有機肥處理的用量則為1 122 kg/667m2。

試驗共設5個處理(表1)，分別為CK(不施任何肥料)、T1(只施有機肥)、T2(有機肥+復合肥)、T3(增施30%有機肥+復合肥)和T4(增施30%有機肥+復合肥+微生物菌劑)。每個處理設3次重復，每處理小區(qū)面積15.30 m2，種植64株番茄。采用大小行定植，大行距為70 cm，小行距為50 cm，株距為50 cm，定植密度為2 790 株/667m2。每株留5穗果，小區(qū)間設定保護行。

表1 試驗處理Table 1 Experimental treatment

2018-03-22，選取長勢一致的番茄秧苗定植，定植前將有機肥作為基肥施入；微生物菌劑處理：將番茄苗在稀釋120倍的微生物菌劑溶液中蘸根10 min后定植到田間。追肥選用水溶性復合肥，在番茄第1穗果實坐果后利用水肥一體化裝置開始追肥處理，追施頻率為每7 d追肥1次，共追施10次，每次施入量為13.1 kg/667m2。其余管理按常規(guī)田間方法。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 番茄產量和品質的測定 每個小區(qū)選取5株番茄，每次采收時記錄單株產量，然后折算667 m2產量。選取第3穗完全成熟番茄果實測定品質?？扇苄缘鞍撞捎每捡R斯亮藍G250染色法測定，可溶性糖和還原糖采用蒽酮比色法測定，維生素C采用鉬藍比色法測定，有機酸采用氫氧化鈉滴定法測定[15]。

1.3.2 番茄光合指標的測定 用Li-6400光合儀于番茄果實成熟期9:00-11:00測定葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2摩爾分數(Ci)和蒸騰速率(Tr)等參數，共連續(xù)測定5 d，取5次結果的平均值。

1.3.3 肥料利用率的測定 在番茄拉秧時，每個處理選取5株番茄，將根、莖、葉、果分別烘干后磨粉用于測定植株養(yǎng)分。植株全氮(N)、全磷(P)、全鉀(K)的測定。首先采用H2O2-H2SO4消煮法進行消煮，然后采用全氮流動分析儀法、鉬藍比色法和火焰光度計法分別對番茄各部位全N、全P與全K質量分數進行測定[16]。肥料利用率的計算如下式。

RE=(U1-U0)/F×100%

式中，RE：肥料當季利用率(%)；U1：施肥區(qū)667 m2吸收N、P、K量(kg)；U0：對照區(qū)667 m2吸收N、P、K量(kg)；F：667 m2肥料施入量(kg)。

1.4 數據處理與統(tǒng)計分析

所有數據采用Microsoft Excel 2010軟件進行統(tǒng)計，采用SAS 9.2軟件Duncan’s多重比較法(P<0.05)進行差異性分析，數據以“平均數±標準誤”表示。

2 結果與分析

2.1 增施有機肥和微生物菌劑番茄光合參數的變化

由表2可知，T2處理較T1處理番茄植株的Pn、Gs、Ci和Tr顯著提高，說明在有機肥的基礎上增施復合肥可促進番茄光合作用。與T2處理相比，T3處理顯著提高番茄Pn、Gs、Ci和Tr，其中Pn較T2提高18.64%，說明適當增施有機肥有利于番茄植株光合作用的進行。T4處理的番茄Pn、Gs、Ci和Tr比T3處理分別提高 6.56%、 9.09%、1.33%和12.44%，說明增施微生物菌劑能進一步促進番茄植株的光合作用。

2.2 增施有機肥和微生物菌劑番茄干物質積累量和產量的變化

由表3可知， T2處理植株莖、葉、果的干物質積累量及果實干物質分配系數均顯著高于T1處理，但T2根部的干物質積累量卻顯著低于T1，說明有機肥配施復合肥促進了干物質從地下部向地上部轉移，以及從營養(yǎng)器官向果實中轉移；與T2處理相比，T3處理的葉和果實中干物質積累量以及果實干物質分配系數均顯著提高，果實的干物質積累量比T2增加14.83%，根部的干物質積累顯著低于T2處理，說明適當增施有機肥有利于干物質向果實轉移，以及地下部積累的干物質向地上部轉移；與T3處理相比，T4處理的根、莖和果實的干物質積累量顯著提高，說明添加微生物菌劑有利于果實部分的干物質積累，進而促進番茄的增產。

從圖1可看出，不同處理的番茄產量存在顯著差異。與T1處理相比，T2、T3和T4處理的番茄產量分別增加13.7%、38.2%和46.7%，其中，T4處理的番茄產量達到16 318.57 kg/667m2。表明單純施用有機肥不能確保番茄高產，須將有機肥和復合肥配合施用才能提高番茄產量；且適當增施有機肥和微生物菌劑可以顯著提高番茄產量。

表2 增施有機肥和微生物菌劑對番茄光合參數的影響Table 2 Effects of more organic fertilizer and microorganism on photosynthetic index of tomato

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

Note:Different lowercase letters after the data in the same columns mean significant difference atP<0.05 level. The same below.

表3 增施有機肥和添加微生物菌劑對單株番茄干物質積累分配的影響Table 3 Effects of moreorganic fertilizer and microorganism on dry matter accumulation and distributionof tomato

誤差線為標準差，不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著 Error bars represent standard deviation,different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level

圖1 增施有機肥和微生物菌劑對番茄產量的影響
Fig.1 Effect of more organic fertilizer and microorganism on tomato yield

2.3 增施有機肥和微生物菌劑番茄品質的變化

由表4可知，T2處理的果實可溶性蛋白、維生素C和還原糖質量分數顯著高于T1處理，表明在施用有機肥的基礎上配施復合肥可以改善番茄品質。T3處理的有機酸質量分數較T2降低19.67%，可溶性蛋白質量分數較T2提高 25.00%，還原糖和可溶性總糖質量分數與T2無顯著差異，表明增施有機肥可以提高番茄品質。T4處理的果實可溶性蛋白、維生素C、還原糖、可溶性總糖質量分數較T3有顯著提高，分別提高30.00%、11.61%、89.18%和6.02%，有機酸質量分數較T3處理則顯著降低11.46%。說明添加微生物菌劑可以提高番茄的營養(yǎng)品質，降低番茄的酸度，改善番茄的口感。

表4 增施有機肥和微生物菌劑對番茄品質的影響Table 4 Effects of adding organic fertilizer and microorganism on tomato quality

2.4 增施有機肥和微生物菌劑番茄肥料利用率的變化

由表5可知，T2處理的N、P、K肥利用率均顯著高于T1處理，說明在有機肥的基礎上配施復合肥有利于肥料當季利用率的提高。T3處理的N、P、K肥利用率較T2處理分別顯著提高 17.12%、11.82%和50.57%。可見，增施30%的有機肥有利于番茄N、P、K肥肥料利用率的提高，尤其促進鉀肥的利用率。T4處理的P和K利用率比T3處理顯著提高6.17%和8.33%，對N的利用率無顯著影響?？梢?，增施30%的有機肥并添加微生物菌劑促進番茄對土壤中N、P、K的利用率，使得番茄當季N、P、K肥的肥料利用率分別達到36.37%、41.27%和38.61%。

表5 增施有機肥和添加微生物菌劑對番茄肥料利用率的影響Table 5 Effects of more organic fertilizer and microbial bacteria on fertilizer utilization rate of tomato %

3 討論與結論

施用有機肥可以使土質疏松，從而降低土壤的體積質量，增加土壤團聚體的質量及直徑，改善土壤的質量和結構，還可以提高土壤中有機質的質量分數并促進植物對氮、磷、鉀3種元素的吸收利用，有利于農作物生長[17]。植物可以直接吸收并利用的氮素養(yǎng)分是土壤中的礦質態(tài)氮，前人研究發(fā)現溶解在有機肥料中的酸化氨基酸氮和酸解銨態(tài)氮量的增加將提高土壤層中可礦化氮質量分數[18]，這將促進植物對氮素的吸收利用；土壤中可被植物吸收利用，直接影響作物生長的磷形態(tài)主要是速效磷，有機肥料既可以直接向土壤輸送大量的速效磷，也可以通過有機物質進入土壤礦化分解釋放速效磷，諸多研究表明施用有機肥可以提高土壤速效磷質量分數[17]，即增強作物對磷元素的吸收。本試驗中增施30%有機肥使番茄的氮肥、磷肥和鉀肥[19]利用率分別提高 17.12%、11.82%和50.57%，上述結果與前人的研究結果一致。

楊芳芳等[20]在甜菜研究上發(fā)現，增施有機肥可顯著提高甜菜葉綠素質量分數，從而改善甜菜的光合特性，本試驗也發(fā)現增施30%有機肥可以促進番茄光合作用的進行，使得番茄凈光合速率提高6.5%。陳大超等[21]在柑橘上發(fā)現增施有機肥可以改善柑橘品質，提高可溶性固形物質量分數，降低可滴定酸質量分數；武愛蓮等在番茄上發(fā)現增施有機肥可顯著提高番茄的維生素C質量分數。這與本試驗增施30%有機肥顯著提高番茄可溶性蛋白和維生素C質量分數，降低可滴定酸質量分數的試驗結果相似。陳大超等[21]發(fā)現增施有機肥可使柑橘增產62.95%，武愛蓮等發(fā)現增施有機肥可提高植株的干物質積累量并使番茄增產15.7%。本試驗的研究結果也表明增施30%有機肥顯著提高了番茄果實中的干物質積累量，使番茄增產顯著。崔紅艷[22]研究發(fā)現，化肥肥效釋放迅速，主要促進植物的前期生長，有機肥的肥效釋放緩慢，能夠保證植物后期的養(yǎng)分供應，二者配施才能有效提高蔬菜品質和產量。本試驗同樣也發(fā)現，單純施用有機肥并不能滿足番茄的養(yǎng)分需求，會使番茄光合作用降低，產量和品質下降。因此，在實際生產過程中需將有機肥和化學肥料配施才能達到理想的種植效果。

微生物菌劑中的有效菌能促進土壤中難溶性養(yǎng)分溶解和釋放，提高土壤養(yǎng)分的供應能力，促進土壤中的營養(yǎng)元素轉化為植物可直接吸收利用的形態(tài)，有助于作物對養(yǎng)分的吸收[23]。本研究結果表明添加微生物菌劑使番茄的磷和鉀肥的利用率顯著提高，對氮肥利用率無顯著影響，這可能是由于芽孢桿菌可以提高植物根際養(yǎng)分的可利用性，能夠溶解土壤中難溶磷和鉀化合物，促進磷和鉀元素的吸收與利用[24]。李祥英等[25]在煙草上發(fā)現，向煙田中施用解淀粉芽孢桿菌顯著提高了煙草葉片的凈光合速率和蒸騰速率，優(yōu)化了煙草的光合特性從而促進煙草生長。本試驗發(fā)現添加解淀粉芽孢桿菌的T4處理較未添加菌劑的試驗處理T3，顯著提高了番茄植株的光合作用，這與李祥英等[25]的試驗結果一致。方雪丹等[26]在番茄上發(fā)現添加芽孢桿菌可使番茄增產35.26%，前人在黃瓜和白菜上也發(fā)現微生物菌劑的增產作用[27-28]，這與本試驗發(fā)現添加解淀粉芽孢桿菌顯著促進番茄增產的結果一致。前人在草莓上的研究發(fā)現[29]，添加解淀粉芽孢桿菌顯著提高草莓的維生素C和可溶性固形物質量分數，本研究結果也表明添加解淀粉芽孢桿菌顯著提高番茄的可溶性蛋白、維生素C、可溶性總糖質量分數，且使可滴定酸質量分數降低，改善番茄口感。

綜上所述，楊凌地區(qū)春季設施番茄生產中，適當增施有機肥(30%)和微生物菌劑蘸根處理可顯著促進番茄對土壤中N、P、K肥的利用率，增強光合作用，提高番茄產量，改善品質。因此，在楊凌地區(qū)春季設施番茄的生產過程中推薦增施30%有機肥并添加微生物菌劑以促進番茄優(yōu)質高效生產。