酒精廢醪液體有機碳肥對小番茄根系生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

邵澤強，步欣潼，勾千冬，郭孝孝，周琳媛，王靖博，李英華

（1.吉林化工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.遼源市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林 遼源 136200；3.吉林省博大生化有限公司，吉林 吉林 132101）

小番茄（Lycopersicon esculentumvar.cerasiformeA.Gray）又名圣女果，是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚氖卟撕退?，因其色澤鮮紅透亮、果味清甜、口感脆爽、營養(yǎng)豐富等優(yōu)點備受人們的喜歡[1]。但是，由于肥料過量和不合理的施用，尤其是氮肥的過量施用導(dǎo)致溫室氣體排放增加、土壤退化加劇、地下水污染等一系列的環(huán)境問題[2]。更為嚴(yán)重的是造成蔬菜中的硝酸鹽含量超標(biāo)，并通過食物鏈進入人體，誘發(fā)胃癌、食道癌等疾病，嚴(yán)重威脅到人體健康[3-4]。因此，迫切需要尋找一種新型肥料來替代化肥或者部分替代化肥。

液體有機碳肥是碳肥的一種，它是由高濃度有機廢水經(jīng)化學(xué)活化催化而成，是一種易溶于水的有機化合物[5]。目前，關(guān)于液體有機碳肥的研究，國內(nèi)已經(jīng)有一些報道，國外相關(guān)報道相對缺乏。陳秀蓮等[6]研究了液態(tài)有機碳肥在蕹菜上的應(yīng)用效果，結(jié)果表明，液態(tài)有機碳肥能夠顯著增加蕹菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。另外，液態(tài)有機碳肥在西瓜、花菜、菜椒、四季豆、西紅柿、苦瓜、糯玉米、蘇子、白菜、大辣椒上的應(yīng)用效果表明，液態(tài)有機碳肥具有顯著的增產(chǎn)效果，而且對供試作物還具有明顯的抗衰老作用，值得推廣應(yīng)用[6-9]。蔣宇仙等[10]通過盆栽試驗驗證了液態(tài)有機碳肥在低溫脅迫下煙苗上的應(yīng)用效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用液態(tài)有機碳肥能夠有效地增加煙苗的抗逆性。歐盟和世界糧農(nóng)組織都一致認(rèn)為有機農(nóng)業(yè)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的替代系統(tǒng)，MARTINEZ-ALCANTARA等[11]在柑橘上應(yīng)用液態(tài)動物有機碳肥和液態(tài)植物有機碳肥發(fā)現(xiàn)，無論是動物性還是植物性的液體有機碳肥都能顯著地增加柑橘的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量、增加土壤有機質(zhì)含量和固碳量、降低土壤中硝酸鹽含量，防止了地下水的污染。LI 等[12]通過田間試驗驗證了液體有機碳肥在向日葵上的應(yīng)用效果，結(jié)果表明，液體有機碳肥可以明顯提高向日葵的產(chǎn)量、改善土壤的質(zhì)量、降低土壤的pH 值和鹽度、優(yōu)化土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)，緩解鹽堿對向日葵的脅迫。酒精發(fā)酵工藝的副產(chǎn)品廢醪液，是一種富含蛋白質(zhì)、纖維、脂肪和糖分等的黏稠狀物質(zhì)，一般情況下，其中的營養(yǎng)物質(zhì)大多是以不溶態(tài)的大分子形式存在，在實際生產(chǎn)中多以蛋白質(zhì)飼料的形式進行市場銷售，產(chǎn)品附加值很低。如何提高廢醪液的經(jīng)濟價值成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難題。通過生物化學(xué)方法將廢醪液研制成可溶性的液體有機碳肥為其實現(xiàn)商業(yè)化利用提供了一個可行途徑[13]。然而，目前利用廢醪液研制液體有機碳肥的報道還相對缺乏，關(guān)于驗證該種液體有機碳肥在小番茄上的應(yīng)用效果試驗還未見報道。鑒于此，探究酒精廢醪液體有機碳肥在小番茄上的應(yīng)用效果，為液體有機碳肥的研發(fā)和推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地點概況及試驗材料

試驗于2021 年在吉林化工學(xué)院進行。所在區(qū)域?qū)儆谥袦貛啙駶櫄夂颍募痉置?，雨熱同期。全區(qū)年平均氣溫3～5 ℃，無霜期130～140 d，降雨量約700 mm，全區(qū)日照時數(shù)2 400～2 600 h。供試土壤為暗棕壤，具體理化性質(zhì)詳見表1。

表1 供試土壤的理化性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of the tested soil

供試小番茄品種為紅妍1 號圣女果（由吉林市潤澤農(nóng)業(yè)有限公司提供）。供試肥料由吉林隆源農(nóng)業(yè)股份有限公司提供，氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O546%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。商品液體肥A 為“綠烏龍”牌有機水溶肥料，由福建綠洲生化有限公司提供。商品液體肥B 為“優(yōu)生優(yōu)土”牌腐殖酸水溶肥料，由博興天竹菌劑生物科技有限公司提供。酒精廢醪液體有機碳肥由吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)系提供。

1.2 試驗設(shè)計

采用盆栽試驗。試驗用盆規(guī)格：直徑12 cm，盆高10 cm，每個盆裝干土1.5 kg。小番茄于2021 年4月10 日 開 始 播 種 育 苗，2021 年6 月19 日 開 始 移栽，每個試驗盆定植1 株。2021 年8 月12 日開始對小番茄整株進行收獲。

試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)置5個處理：空白對照（CK）、常規(guī)化肥（T1）、酒精廢醪液體有機碳肥（T2）、商品液體肥A（T3）和商品液體肥B（T4）。每個處理設(shè)置3 次重復(fù)，在小番茄開花期開始施用肥料，每個液體肥處理每次施用50 mL/盆，間隔7 d后再施用1 次，共施用2 次，均是采用根附近澆灌的方式施用。常規(guī)化肥處理為尿素0.3 g/盆、過磷酸鈣0.2 g/盆、氯化鉀0.3 g/盆，在澆水和小番茄移栽之前將上述肥料與土壤混勻并一次性施入。根據(jù)土壤干濕程度適時進行澆水，小番茄全生育期出現(xiàn)的病蟲草害均采用人工進行防治。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 小番茄生長指標(biāo) 收獲時將小番茄植株上所有果實稱質(zhì)量，計為單株產(chǎn)量。小番茄植株分為地上部分和地下部分，地上部分測定小番茄株高、莖粗、葉綠素相對含量（SPAD 值）、產(chǎn)量、干質(zhì)量等農(nóng)藝性狀。地下部分測定根系的形態(tài)和干質(zhì)量。

1.3.2 小番茄根系構(gòu)型指標(biāo) 對小番茄根系采樣時，盡量保持盆栽土壤比較松散的狀態(tài)，采用挖掘法將小番茄根系整體挖出，抖落根系上面比較大的土塊，然后將剩下的根系放到紗網(wǎng)中，用水管將根系沖洗干凈，用吸水紙將根系上面的水吸干，用剪子將根系剪成不同長度的根段放在用有機玻璃做成的盤內(nèi)，放入適量的清水（讓根系漂浮在清水中），用Epson（V800）掃描儀掃描根系，對掃描圖片用WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)（Regent，加拿大，2021）進行分析，獲得小番茄根長、根表面積、根體積等指標(biāo)[14]。

1.3.3 小番茄品質(zhì)指標(biāo) 供試小番茄果實維生素C含量測定采用鉬藍(lán)比色法，硝酸鹽含量測定采用水楊酸法，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法，有機酸含量測定采用高效液相色譜儀[14-15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 對各項指標(biāo)進行整理和統(tǒng)計，采用SAS 9.2 單因素ANOVA 分析和多重比較法（LSD）檢驗各處理間的差異顯著性，采用GraphPad Prism 6.02進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 液體有機碳肥對小番茄生長的影響

不同施肥處理對小番茄株高產(chǎn)生不同程度的影響（圖1A）。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄株高最高（87.7 cm），CK 最低（65.3 cm）。與CK相比，T1、T2、T3和T4處理小番茄株高分別提高19.4%、34.2%、12.8%和15.3%。與T1 處理相比，T2 處理小番茄株高提高12.4%，T3 和T4處理小番茄株高分別降低5.6%和3.4%。

不同施肥處理對小番茄莖粗產(chǎn)生不同程度的影響（圖1B）。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄莖粗最高（7.5 mm），CK 最低（6.5 mm）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理小番茄莖粗分別提高9.2%、15.4%、4.6%和7.7%。與T1 處理相比，T2 處理小番茄莖粗提高5.6%，T3 和T4 處理分別降低4.2%和1.4%。

不同施肥處理對小番茄葉片SPAD 值產(chǎn)生不同程度的影響（圖1C）。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄SPAD 值最高（48.0），CK最低（33.1）。與CK相比，T1、T2、T3和T4處理小番 茄SPAD 值 分 別 提 高23.3%、45.0%、28.7% 和30.2%。與T1 處理相比，T2、T3 和T4 處理小番茄SPAD值分別提高20.1%、4.4%和5.6%。

不同施肥處理對小番茄根系干質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響（圖1D）。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄根系干質(zhì)量最高（6.9 g），CK 最低（3.6 g）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理小番茄根系干質(zhì)量分別提高44.4%、91.7%、61.1%和52.8%。與T1 處理相比，T2、T3 和T4 處理小番茄根系干質(zhì)量分別提高32.7%、11.5%和5.8%。

2.2 液體有機碳肥對小番茄單株產(chǎn)量的影響

不同施肥處理對小番茄單株產(chǎn)量產(chǎn)生不同程度的影響（圖2）。T2處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄單株產(chǎn)量最高（1.4 kg），CK最低（0.8 kg）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理小番茄單株產(chǎn)量分別提高50.0%、75.0%、62.5%和62.5%。與T1 處理相比，T2、T3 和T4 處理小番茄單株產(chǎn)量分別提高16.7%、8.3%和8.3%。

圖2 液體有機碳肥對小番茄單株產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of liquid organic carbon fertilizer on yield per plant of small tomato

2.3 液體有機碳肥對小番茄根系生長的影響

不同施肥處理對小番茄根長產(chǎn)生不同程度的影響（圖3A）。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄根長最長（5 008.3 cm），CK 最短（2 419.7 cm）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理小番茄根長分別提高64.6%、107.0%、60.1% 和57.5%。與T1 處理相比，T2 處理小番茄根長提高25.7%，T3和T4處理分別降低2.8%和4.3%。

不同施肥處理對小番茄根表面積產(chǎn)生不同程度的影響（圖3B）。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄根表面積最高（514.4 cm2），CK 最低（267.9 cm2）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理小番茄根表面積分別提高55.7%、92.0%、54.5%和48.7%。與T1 處理相比，T2 處理小番茄根表面積提高23.3%，T3 和T4 處理分別降低0.8%和4.5%。

不同施肥處理對小番茄根體積產(chǎn)生不同程度的影響（圖3C）。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄根體積最大（4.4 cm3），CK最?。?.3 cm3）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理小番茄根體積分別提高47.8%、91.3%、52.2% 和34.8%。與T1 處理相比，T2 和T3 處理小番茄根體積分別提高29.4%和2.9%，T4處理降低8.8%。

不同施肥處理對小番茄根平均直徑均產(chǎn)生不同程度的影響（圖3D）。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄根平均直徑最大（0.38 mm），CK 最?。?.26 mm）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理小番茄根平均直徑分別提高24.6%、46.2%、22.1%和24.5%。與T1 處理相比，T2處理提高18.8%，T3 和T4 處理分別降低2.0%和0.1%。

圖3 液體有機碳肥對小番茄根系生長的影響Fig.3 Effect of liquid organic carbon fertilizer on root growth of small tomato

2.4 液體有機碳肥對小番茄品質(zhì)的影響

不同施肥處理對小番茄維生素C含量產(chǎn)生不同程度的影響（表2）。T2處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄維生素C 含量最高（124.9 mg/kg），CK 最低（61.7 mg/kg）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理小番茄維生素C 含量分別提高66.6%、102.4%、71.6%和88.0%。與T1 處理相比，T2、T3 和T4 處理小番茄維生素C 含量分別提高21.5%、3.0%和12.8%。

表2 液體有機碳肥對小番茄品質(zhì)的影響Tab.2 Effect of liquid organic carbon fertilizer on quality of small tomato

不同施肥處理對小番茄硝酸鹽含量產(chǎn)生不同程度的影響。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T1處理小番茄硝酸鹽含量最高（66.3 mg/kg），T3處理最低（43.7 mg/kg）。與CK相比，T1處理小番茄硝酸鹽含量提高9.2%。T2、T3 和T4 處理小番茄硝酸鹽含量分別降低7.6%、28.0%和27.2%。與T1處理相比，T2、T3 和T4 處理小番茄硝酸鹽含量分別降低15.4%、34.1%和33.3%。

不同施肥處理對小番茄可溶性糖含量產(chǎn)生不同程度的影響。T2處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T2 處理小番茄可溶性糖含量最高（16.8 mg/g），CK 最低（10.3 mg/g）。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4處理小番茄可溶性糖含量分別提高41.7%、63.1%、48.5%和54.4%。與T1 處理相比，T2、T3 和T4 處理小番茄可溶性糖含量分別提高15.1%、4.8% 和8.9%。

不同施肥處理對小番茄有機酸含量產(chǎn)生不同程度的影響。T2 處理與其他處理差異均達(dá)到顯著水平。T1 處理小番茄有機酸含量最高（6.4 mg/g），T2處理最低（3.6 mg/g）。與CK相比，T1處理小番茄有機酸含量提高14.3%，T2、T3 和T4 處理小番茄有機酸含量分別降低35.7%、19.6%和21.4%。與T1處理相比，T2、T3 和T4 處理小番茄有機酸含量分別降低43.8%、29.7%和31.3%。

2.5 小番茄根系生長與產(chǎn)量相關(guān)性分析

由圖4可知，在不同的施肥處理下，小番茄根長（R2=0.836 8，P＜0.01）、根 表 面 積（R2=0.830 1，P＜0.01）、根體積（R2=0.716 2，P＜0.01）和根平均直徑（R2=0.659 6，P＜0.01）均與小番茄單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。

圖4 小番茄根系生長與單株產(chǎn)量相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis between root growth and yield per plant of small tomato

2.6 小番茄根系生長與果實品質(zhì)相關(guān)性分析

由表3 可知，在不同施肥處理下，小番茄根長、根表面積、根體積和根平均直徑均與維生素C 含量和可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)。小番茄根長和根表面積均與有機酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)，根平均直徑與有機酸含量呈顯著正相關(guān)，根體積與有機酸含量沒有顯著的相關(guān)性。小番茄根長、根表面積、根體積和根平均直徑均與硝酸鹽含量沒有顯著的相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

碳是植物生長必需的大量元素之一，其占農(nóng)作物有機質(zhì)質(zhì)量的58%，干物質(zhì)質(zhì)量的30%～35%[9]。植物對碳的獲取主要有2個途徑[9]，一個是地上葉片的光合作用，另一個是地下根系對土壤環(huán)境中小分子有機碳的吸收，而且地下有機碳的吸收量占植物碳吸收總量的50%～60%。目前無論是植物的光合作用階段還是根系的吸收過程，乃至植物夜間的呼吸作用，植物都存在明顯的“碳饑餓”現(xiàn)象[13]。因此，從根系補充植物可直接吸收的小分子有機碳是緩解植物“碳饑餓”的有效途徑[15]。本試驗結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，施用酒精廢醪液體有機碳肥處理小番茄的株高、莖粗、SPAD 值、根系干質(zhì)量和單株產(chǎn)量分別提高12.4%、5.6%、20.1%、32.7%和16.7%，說明施用酒精廢醪液體有機碳肥能夠明顯改善小番茄的“碳饑餓”現(xiàn)象，顯著促進小番茄的生長。

碳元素是構(gòu)成蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類的重要組成元素[16]，是作物合成糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、酶、激素、信號傳遞物質(zhì)的基礎(chǔ)物質(zhì)[17]。因此，及時補充小分子的有機碳可以顯著提高植物的品質(zhì)。李瑞波等[5]發(fā)現(xiàn)，施用液體有機碳肥能夠顯著改善作物生長和品質(zhì)，還能夠明顯地延緩黃瓜的早衰。同樣，本試驗中，施用酒精廢醪液體有機碳肥處理小番茄的品質(zhì)也有很大的提升，與常規(guī)施肥處理相比，其維生素C 含量和可溶性糖含量分別提高21.5%和15.1%，硝酸鹽和有機酸含量分別降低15.4%和43.8%。劉鵬云[18]通過大棚試驗在西紅柿上應(yīng)用“榮木”液體有機肥料，也取得了類似的結(jié)果，液體有機肥料同樣也能促進西紅柿生長，提高西紅柿的品質(zhì)，增強其抗病能力。同樣的結(jié)果在經(jīng)濟作物[11]和大田作物[19-20]中也被發(fā)現(xiàn)。桂丕等[21]在蕹菜上施用有機碳肥發(fā)現(xiàn)，蕹菜葉片中水溶性碳占全碳的百分比（WC/TC）及水溶性氮占全氮的百分比（WN/TN）下降。說明，施用有機碳肥可以明顯促進蕹菜碳氮的合成代謝，進而提升蕹菜的品質(zhì)。由此可見，液體有機碳肥在促進作物生長和提升品質(zhì)方面優(yōu)勢明顯。

根系是植物重要的吸收和代謝器官，是接觸土壤環(huán)境的第一道門戶，易對土壤環(huán)境的營養(yǎng)狀況做出響應(yīng)[22]。在本研究中，與常規(guī)施肥相比，酒精廢醪液體有機碳肥處理小番茄根長、根表面積、根體積和根平均直徑分別顯著提高25.7%、23.3%、29.4%和18.8%。根長、根表面積、根體積和根平均直徑都與小番茄單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其中小番茄根長與小番茄單株產(chǎn)量相關(guān)性最強（R2=0.836 8，P＜0.01），這與陳鵬宇等[23]在煙草上研究結(jié)果是一致的。同樣也發(fā)現(xiàn)，根長、根表面積、根體積和根平均直徑與維生素C含量和可溶性糖含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，也是根長與小番茄的維生素C 含量和可溶性糖含量的相關(guān)性最強（R2=0.833 2，P＜0.01；R2=0.803 8，P＜0.01）。與黨祝慶[24]在桃樹上的研究 結(jié)果是一致的。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，根長、根表面積、根體積和根平均直徑都與小番茄硝酸鹽含量沒有顯著的相關(guān)關(guān)系，而根長和根表面積與小番茄有機酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。這與陳桐等[25]在水稻上的研究結(jié)果是一致的。

本試驗在小番茄上推廣應(yīng)用酒精廢醪液體有機碳肥，對于豐富液體有機碳肥的研發(fā)和推廣應(yīng)用提供了必要的科學(xué)依據(jù)。但是，本試驗處理是在盆栽試驗條件下進行的，與實際的大田試驗還有一定的差異，未來還需要田間試驗進行驗證。