化肥減量配施有機(jī)液體肥對加工番茄生長及土壤酶活性的影響

桑 文，趙亞光，張霽峰，張鳳華

（石河子大學(xué)/新疆綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)兵團(tuán)重點(diǎn)實驗室，新疆 石河子 832003）

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)，是亞洲番茄生產(chǎn)加工的最大基地［1］。番茄對氮、磷、鉀的需求都較高，為了達(dá)到增產(chǎn)的目的，農(nóng)戶通常會盲目施入過量化肥，但長期單施和過量施用化學(xué)肥料會造成肥料利用效率低和高環(huán)境污染問題［2］，致使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、土壤理化性狀惡化［3］及非目標(biāo)植物群、動物群和有益生物的殺滅［4］，這直接威脅農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

有機(jī)肥代替部分化肥的使用，不僅能夠降低化肥過度施用帶來的負(fù)面影響，還能夠培肥地力，營造作物良好的生長環(huán)境［5］。洪瑜等［6］研究表明牛糞、雞糞有機(jī)肥配施化肥可提高作物產(chǎn)量及氮肥利用率；王興龍等［7］發(fā)現(xiàn)氮肥減少20%配施有機(jī)肥可提高土壤轉(zhuǎn)化酶、過氧化氫酶活性并提高玉米產(chǎn)量。有機(jī)液體肥料是一種新型水溶性肥料，與化肥配施，能夠活化土壤養(yǎng)分、隨水施用更能促進(jìn)植株對氮磷鉀營養(yǎng)元素的吸收利用，從而提升作物產(chǎn)量與品質(zhì)［8］；此外噴施有機(jī)肥還可提高蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)［9］；徐兵劃等［10］研究也發(fā)現(xiàn)隨著有機(jī)液體肥施用量的增加，小麥分蘗數(shù)也不斷增加。目前大部分研究主要集中在化肥配施不同類型固體有機(jī)肥及化肥全量配施有機(jī)液體肥對作物的影響，而對化肥減量配施有機(jī)液體肥應(yīng)用效果尚不明確。因此，本文通過田間小區(qū)試驗，研究化肥減量配施有機(jī)液體肥對番茄養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤酶活性的影響，以期為化肥減量及有機(jī)液體肥的合理應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗位于新疆石河子市石河子大學(xué)農(nóng)試場玻璃溫室大棚內(nèi)，供試土壤屬中壤土，施肥處理前0～20 cm土壤基礎(chǔ)性狀為pH 8.18，有機(jī)質(zhì)7.25 g/kg，堿解氮58.63 mg/kg，有效磷7.70 mg/kg，速效鉀101.91 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試作物為加工番茄，供試品種為里格爾87-5號，于2018年9月25日 播 種 育 苗，2018年10月27日定植，2019年5月17日開始收獲，2019年6月15日收獲完畢。供試化肥：尿素（N 46%）、磷酸二銨（N 18%，P2O546%）、硫酸鉀（K2O 51%）；有機(jī)液體肥來自本課題組自主研發(fā)，有機(jī)質(zhì) 含量為300 g/L，含N 50 g/L，P2O510 g/L，K2O 10 g/L，pH 4.7。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置5個處理，NF：空白對照（不施肥）；CF：單施化肥；CF100SW（化肥全量配施有機(jī)液體肥）；CF90SW（化肥減量10%配施有機(jī)液體肥）；CF80SW（化肥減量20%配施有機(jī)液體肥）。磷酸二銨做基肥，全部施入，尿素、硫酸鉀和有機(jī)液體肥全部追施，根據(jù)番茄需肥特性于番茄苗期施入15%，盛花期施入30%，盛果期施入55%，各處理具體氮、磷、鉀養(yǎng)分施用量見表1。

表1 試驗處理及施肥用量

各處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，共15個小區(qū)，小區(qū)之間鋪設(shè)1 m深的隔離膜，小區(qū)面積1.6 m×5 m=8 m2，番茄采用覆膜種植，1膜2管2行配置，株距65 cm，理論株數(shù)5.2×104株/hm2?？偣嗨?700 m3/hm2，灌水8次，隨水施肥6次，每個處理均采用單獨(dú)施肥罐，其他栽培管理措施參照當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤樣品采集與測定

于番茄盛果期采集距滴灌帶距離10 cm附近0～20 cm土層土樣，取至少5點(diǎn)進(jìn)行混合樣品，一份土壤于室內(nèi)風(fēng)干、研磨、過篩后裝入自封袋中，用于土壤理化性質(zhì)測定；另一份鮮土樣于冰箱4℃保存，用于測定土壤生物學(xué)性質(zhì)。

土壤酶活性的測定：脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定；蛋白酶活性采用加勒斯江法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測定；轉(zhuǎn)化酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；纖維素酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；β-葡萄糖苷酶活性采用硝基酚比色法測定［11］。

1.4.2 植株樣品采集與測定

于番茄盛果期在各小區(qū)取長勢一致的植株3株；分根、莖、葉、果實4個部分，105℃殺青30 min后在70℃烘干72 h，冷卻至室溫稱重，測定番茄干物質(zhì)量；稱取烘干粉碎后的各器官一定量植株樣品，用H2SO4-H2O2消煮，萘氏比色法測定植株全氮，釩鉬黃比色法測定植株全磷，計算氮、磷養(yǎng)分吸收量及養(yǎng)分利用率；于番茄成熟期，對每小區(qū)番茄果實進(jìn)行實際采收計產(chǎn)，依次記錄果實產(chǎn)量、個數(shù)，計算番茄產(chǎn)量并測定番茄品質(zhì)；Vc含量用2，6–二氯靛酚滴定法測定；有機(jī)酸采用NaOH滴定法測定；番茄紅素測定采用分光光度法（GB/T 142151993）；可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定；可溶性糖含量用蒽酮比色法測定；可溶性固形物采用手持式折光儀測定［12］。

式中：U1為施肥區(qū)吸收N、P、K量（kg/hm2）；U0為對照區(qū)吸收N、P、K量（kg/hm2）；F為施純養(yǎng)分量（kg/hm2）。

式中：YN為施肥區(qū)所得產(chǎn)量（kg/hm2）；Y0為對照區(qū)所得產(chǎn)量（kg/hm2）；F為施純養(yǎng)分量（kg/hm2）。

肥料偏生產(chǎn)力（PFP）=Y/F

式中：Y為施肥區(qū)產(chǎn)量（kg/hm2）；F為施純養(yǎng)分量（kg/hm2）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析及多重比較，繪圖運(yùn)用Origin 2017軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對加工番茄土壤酶活性的影響

由表2可以看出，施用化肥后可顯著提高脲酶的活性，施肥各處理間差異不顯著；施用有機(jī)液體肥的CF100SW和CF90SW處理蛋白酶顯著高于單施化肥CF100和對照NF處理，較CF100處理分別增高56.17%、45.80%；CF100SW、CF90SW和CF80SW處理堿性磷酸酶、纖維素酶、β-葡萄糖苷酶、轉(zhuǎn)化酶活性均顯著高于CF100和NF處理，堿性磷酸酶活性較CF100處理分別增高15.05%、17.38%、10.38%；纖維素酶活性較CF100處理增高35.59%、43.64%、29.98%；β-葡萄糖苷酶活性較CF100處理增高19.88%、30.03%、20.55%；轉(zhuǎn)化酶活性較CF100處理增高28.68%、58.44%、45.49%；過氧化氫酶活性表現(xiàn)為CF90SW最高，為1.66 mg/（g·h），CF100SW、CF90SW、CF80SW處理較單施化肥CF100處理分別增加1.45%、6.92%、3.70%。綜上，說明有機(jī)液體肥的施用能夠顯著增加蛋白酶、堿性磷酸酶、纖維素酶、β-葡萄糖苷酶、轉(zhuǎn)化酶活性，提高土壤微生物活性。

表2 不同施肥處理對加工番茄土壤酶活性的影響

2.2 不同施肥處理對加工番茄氮素、磷素吸收量的影響

圖1 不同施肥處理對番茄盛果期各器官氮素吸收量的影響

作物高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)是以較高的生物量為前提，而生物量累積和產(chǎn)量的形成以養(yǎng)分吸收為基礎(chǔ)。由圖1可知，與NF處理相比，施肥均能增加番茄各器官中氮素的吸收量，但不同施肥處理下番茄各器官氮素的吸收表現(xiàn)不同，在根器官中，各處理無顯著差異變化；莖稈氮素吸收量表現(xiàn)為CF100SW>CF90SW>CF100>CF80SW>NF；施用有機(jī)液體肥的CF100SW、CF90SW、CF80SW處理較CF100處理葉片氮素吸收量分別增加15.94%、7.14%、17.60%，CF100SW和CF80SW處理顯著高于其他處理（P<0.05）；番茄果實吸收大量氮素，表現(xiàn)為CF100SW、CF90SW、CF80SW處理間差異不顯著，但顯著高于CF100和NF處理，較CF100處理分別增加25.72%、29.64%、32.98%；從單株整體來看，CF100SW、CF90SW、CF80SW處理顯著高于CF100處理（P<0.05），分別增加22.36%、20.68%、25.15%。

與氮素吸收量類似，不同施肥處理下番茄各器官磷素也有相似的吸收規(guī)律。由圖2可知，各施肥處理根部和莖稈磷素吸收差異不顯著（P>0.05），但顯著高于空白對照NF處理；施用有機(jī)液體肥的CF100SW與CF90SW處理葉片磷素吸收量顯著高于其他處理，較CF100處理分別增加13.15%、17.45%；不同施肥處理番茄果實磷素吸收量表現(xiàn)為CF80SW>CF100SW>CF90SW>CF100>NF處理，施用有機(jī)液體肥的各處理較單施化肥CF100處 理 分 別 增 加13.37%、8.56%、16.60%；整體來看，施用有機(jī)液體肥處理番茄單株磷素吸收顯著高于單施化肥和對照處理（P<0.05），分別 較CF100處 理 增 加12.27%、9.30%、11.59%，CF100SW、CF90SW、CF80SW處理間無顯著性差異（P>0.05）。

圖2 不同施肥處理對番茄盛果期各器官磷素吸收量的影響

由以上分析可以看出，有機(jī)液體肥能夠顯著促進(jìn)番茄對氮、磷養(yǎng)分的吸收，且CF80SW處理番茄氮、磷養(yǎng)分吸收量最高并顯著高于CF100處理。

2.3 不同施肥處理對加工番茄氮素、磷素利用率的影響

肥料表觀利用率是指當(dāng)季作物對施入土壤中肥料的回收效率。由表3可以看出，施用有機(jī)液體肥（CF100SW、CF90SW、CF80SW）的處理較CF100處理均顯著提高了氮肥表觀利用率，分別增加了10.99%、12.75%、18.91%，其中CF80SW的氮肥表觀利用率最高，為34.00%。各施肥處理的磷肥表觀利用率在8.68%～15.89%之間，施用有機(jī)液體肥的處理較CF100處理有顯著提高，分別增加了4.36%、4.55%、7.21%，其中CF80SW的磷肥表觀利用率最高，為15.89%。表明施用有機(jī)液體肥后能提高番茄氮肥表觀利用率和磷肥表觀利用率，其中CF80SW處理表現(xiàn)最好，說明CF80處理較CF100處理可顯著提高番茄氮肥表觀利用率和磷肥表觀利用率（P<0.05）。

表3 不同施肥處理對番茄表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用效率的影響 （%）

施用有機(jī)液體肥后各處理較CF100處理均顯著提高了氮肥農(nóng)學(xué)利用效率，分別增加29.89%、15.50%、11.96%，其中CF100SW的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率最高，為91.43%；施用有機(jī)液體肥的各處理磷肥農(nóng)學(xué)利用效率較單施化肥CF100處理分別增加65.54%、36.39%、29.67%，其中CF100SW處理的磷肥農(nóng)學(xué)利用效率最高，為188.61%。在所有施肥處理中，氮肥、磷肥農(nóng)學(xué)利用效率均表現(xiàn)為CF100SW>CF90SW>CF80SW>CF100處理，CF100SW與CF100處理間差異顯著（P<0.05），與其他處理間差異不顯著（P>0.05）。

2.4 不同施肥處理對加工番茄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表4可知，各施肥處理的單株果數(shù)和單果重均顯著高于NF處理，且CF100SW和CF90SW處理，較CF100處理能夠增加單株果數(shù)，其中CF100SW處理顯著高于其他處理；施用有機(jī)液體肥均能夠提高番茄單果重，各施肥處理間差異不顯著；各施肥處理番茄產(chǎn)量均顯著高于NF處理，其中以CF100SW產(chǎn)量增加最為顯著，較NF增加了43.72%；施用有機(jī)液體肥的各處理較CF100處理均能夠提高番茄產(chǎn)量，分別增加了12.34%、4.23%、0.42%，收獲指數(shù)表現(xiàn)為CF100SW>CF100>CF90SW>CF80SW>NF處理，說明CF100SW處理能夠顯著提高番茄產(chǎn)量，且CF90SW處理仍能較CF100處理提高番茄產(chǎn)量，CF80SW處理與CF100處理產(chǎn)量持平。

表4 不同施肥處理下番茄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.5 不同施肥處理對加工番茄品質(zhì)的影響

由表5可以看出，CF100SW處理可溶性固形物顯著高于NF處理，其他處理間差異不明顯；可溶性糖表現(xiàn)為各施肥處理均顯著高于NF處理，施肥處理間差異不顯著，最高為CF80SW處理（3.75%），較CF100增高14.68%；含酸量最高為NF處理（0.40%），最低為CF90SW處理（0.31%），兩個處理間差異顯著，其他處理差異不顯著；各施肥處理糖酸比均顯著高于NF處理，CF100SW、CF90SW、CF80SW處理較CF100處理增加14.56%、14.38%、4.58%；Vc含量最高為CF90SW處理（0.70 mg/g），最低為NF處理（0.51 mg/g）；施用有機(jī)液體肥可顯著增加番茄紅素，較CF100處理增加9.89%、10.45%、6.80%；可溶性蛋白各處理間無顯著差異，最高為CF90SW處理（0.98 mg/g）。綜上所述，施用有機(jī)液體肥能夠提高番茄果實中糖酸比、Vc、番茄紅素和可溶性蛋白的含量，其中以CF100SW處理表現(xiàn)最好。

表5 不同施肥處理對加工番茄品質(zhì)因素的影響

2.6 施肥量與產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力的關(guān)系

運(yùn)用空間分析方法，以NF和CF100SW處理施肥量為X軸的左右限度，產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力為Y和Z軸，形成平面投影圖。結(jié)合表4和圖3可知，化肥全量施用雖然提高了產(chǎn)量，但會降低肥料偏生產(chǎn)力，導(dǎo)致肥料的浪費(fèi)；在施肥量400～550 kg/hm2區(qū)域內(nèi)，肥料偏生產(chǎn)力達(dá)到較優(yōu)值，說明在保持產(chǎn)量的同時適量減少10%～20%化肥的施用，更有利于提高肥料偏生產(chǎn)力。

3 討論

3.1 有機(jī)液體肥對土壤酶活性的影響

有機(jī)液體肥作為一種酸性有機(jī)肥，有機(jī)物主要為淀粉、蛋白質(zhì)、各種有機(jī)酸、生產(chǎn)菌體所分泌的酶、發(fā)酵殘留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等［13］，能夠隨水施用，及時補(bǔ)充作物所需養(yǎng)分。土壤酶是土壤活性蛋白質(zhì)，來源于土壤微生物的分泌和植物根系分泌［14］。施用有機(jī)液體肥后，在微生物生長活動和繁殖最活躍的盛果期，土壤蛋白酶、堿性磷酸酶、纖維素酶、β-葡萄糖苷酶及轉(zhuǎn)化酶的活性都有較大提高，一方面可能是因為化肥與有機(jī)液體肥配施能夠改善土壤理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤碳氮比，促進(jìn)土壤微生物生長；且化肥施用量的減少也會改變微生物數(shù)量，使微生物分泌更多過氧化氫酶，從而提高過氧化氫酶活性［15］；另一方面纖維素酶、β-葡萄糖苷酶及轉(zhuǎn)化酶主要參與土壤中碳水化合物的轉(zhuǎn)化和碳循環(huán)過程［16］，蛋白酶參與土壤中的氨基酸、蛋白質(zhì)等的轉(zhuǎn)化，而有機(jī)液體肥中大量營養(yǎng)物質(zhì)為土壤酶提供更豐富的酶促基質(zhì)，發(fā)揮底物誘導(dǎo)作用［17］，從而提高土壤中的酶活性。

圖3 施肥量與產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力的關(guān)系

3.2 有機(jī)液體肥對番茄養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

番茄養(yǎng)分的吸收狀況影響其生物量，生物量的積累又影響番茄的產(chǎn)量，本研究中，施用有機(jī)液體肥后顯著改善番茄氮、磷養(yǎng)分吸收狀況，CF80SW處理單株氮素吸收量顯著增加25.15%，CF100SW處理單株磷素吸收量顯著增加12.27%；施用有機(jī)液體肥較單施化肥均顯著提高了氮肥和磷肥利用率，其中CF80SW處理氮、磷肥利用率最高，分別為34.00%、15.89%。這可能是有機(jī)肥中的氨基酸等分子直接被作物所吸收，節(jié)省了植物生理代謝需要的能量［18］，增強(qiáng)根系吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)養(yǎng)分的能力，從而調(diào)控肥料的轉(zhuǎn)化過程，提高了養(yǎng)分供應(yīng)與作物需求的吻合度，優(yōu)化肥料作用效果［19］；也可能是氨基酸被微生物代謝轉(zhuǎn)化為礦化態(tài)氮被根系吸收，改善番茄的氮素吸收［20］，從而顯著提高肥料利用率；有機(jī)液體肥不僅對番茄養(yǎng)分吸收有促進(jìn)作用，還能夠增產(chǎn)提質(zhì)。CF100SW、CF90SW、CF80SW處理番茄產(chǎn)量較CF100處 理 增 加12.34%、4.23%、0.42%；果實糖酸比與果實風(fēng)味密切相關(guān)，一般認(rèn)為糖酸比值高，果實風(fēng)味好?；逝c有機(jī)液體肥配施后較CF100能夠顯著提高果實糖酸比和番茄紅素，可溶性糖、Vc、可溶性蛋白含量均有所增加，但差異不顯著；有機(jī)液體肥中含有豐富的氨基酸態(tài)氮，Romeis等［21］、王瑩等［22］研究表明氨基酸可與微量元素形成螯合物，其植物葉片能迅速吸收，并且以氨基酸作為配位體，可在無光合作用下直接進(jìn)行機(jī)體蛋白的合成，與其他螯合物劑相比對農(nóng)作物有更明顯的增產(chǎn)效果。

大量研究表明，有機(jī)肥與化肥配合施用，能夠提高作物產(chǎn)量和肥料利用率，可適量減少化肥施用量。邢鵬飛等［23］在長期定位試驗中得出3000 kg/hm2有機(jī)肥替代30%無機(jī)肥能夠保證小麥產(chǎn)量且提高肥力；宋以玲等［24］研究表明，化肥減少20%配施生物有機(jī)肥，可顯著提高土壤肥力；鄭小龍［25］在水稻種植中也發(fā)現(xiàn)節(jié)省20%的氮肥施用量可減少30%～40%的氮素徑流損失，能夠有效控制農(nóng)田面源污染；此外，劉紅江等［26］表示在等氮量替代條件下，50%有機(jī)肥替代化肥能夠顯著增加水稻氮素累積量并保持水稻高產(chǎn)。通過本研究以上數(shù)據(jù)和空間分析可以看出，在不影響產(chǎn)量和品質(zhì)的情況下，化肥施用量減少10%～20%配施有機(jī)液體肥更能促進(jìn)養(yǎng)分吸收，提高肥料利用率，減少肥料損失，說明在實際生產(chǎn)中適量減少化肥配施有機(jī)液體肥是可行的。

4 結(jié)論

化肥配施有機(jī)液體肥具有增強(qiáng)作物養(yǎng)分吸收能力，增產(chǎn)提質(zhì)，提高土壤蛋白酶、轉(zhuǎn)化酶、纖維素酶、堿性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性的效果；從養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和品質(zhì)的綜合角度考慮，化肥施用量減少10%～20%配施有機(jī)液體肥更為適宜。