減施化肥增施有機肥和菌肥對番茄產(chǎn)量及土壤微生物和酶活性的影響

鄭劍超，李明，董飛

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十二師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，烏魯木齊 830088）

0 引言

番茄(Lycopersiconesculentum)作為一種常規(guī)蔬菜，味道酸甜，營養(yǎng)價值豐富，售價低產(chǎn)量高，深受消費者和種植者的喜愛。2020 年中國西紅柿種植面積約為110.4萬hm2，是全球西紅柿產(chǎn)量大國。新疆是世界三大番茄產(chǎn)區(qū)之一，自然條件得天獨厚，光照充足，晝夜溫差大，為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的番茄生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)[1-2]。肥料和土壤是農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和安全的重要保障，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，種植戶為了高產(chǎn)，盲目大量的投入化肥和農(nóng)藥，嚴(yán)重破壞了土壤營養(yǎng)和微生物結(jié)構(gòu)，造成土壤鹽漬化、養(yǎng)分失衡及環(huán)境污染等問題，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大威脅[3]。2022 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《到2025 年化肥減量化行動方案》中“一減三提”，即重點減少化肥用量，提高有機肥資源還田量、測土配方施肥覆蓋率以及化肥利用率。因此，優(yōu)化和調(diào)整施肥結(jié)構(gòu)是減少化肥施用量的關(guān)鍵。有機肥能夠均衡土壤養(yǎng)分，提供持續(xù)的大中微量元素，起到改善土壤養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)的作用[4]。大量的研究表明，有機無機肥配施不僅能夠降低化肥不合理施用對土壤和環(huán)境的負面影響，還能增加作物產(chǎn)量品質(zhì)，提高肥料利用率，是解決盲目大量施用化肥的有效途徑之一[5-7]。

土壤微生物對土壤腐殖質(zhì)的生成和營養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)化十分重要，土壤酶活性大小是反映土壤中物質(zhì)代謝的主要指標(biāo)[8]。同土壤一般理化和生物學(xué)指標(biāo)比較，土壤中微生物結(jié)構(gòu)、數(shù)量和酶活性對作物根域土壤環(huán)境變化反應(yīng)較為敏感，是土壤健康的重要生物指標(biāo)[9]。施肥改變了土壤化學(xué)成分，而進一步改變土壤微生物數(shù)量和酶活性，進而間接影響作物生長[10]。前人在棉花、油菜、小麥、玉米等化肥替代對土壤微生物數(shù)量和酶活性的研究已有大量報道，認為增施有機肥和功能菌能改善土壤微生物結(jié)構(gòu)和數(shù)量及土壤酶活性，但對土壤結(jié)果和作物生長的影響程度因土壤質(zhì)地、溫度、水分和有機肥種類而不同[11-14]。在不同地區(qū)和作物系統(tǒng)中，有機無機肥配施比例是不同的。隨著化肥減量政策的提出，有關(guān)有機無機肥配施、化肥替代和生物菌肥的研究相繼開展，然多目前針對化肥減量增加有機肥和生物菌對設(shè)施番茄生長發(fā)育、土壤微生物結(jié)構(gòu)和數(shù)量及酶活性的研究較少。因此，本研究以設(shè)施番茄為載體，通過配施相應(yīng)的有機肥與增加生物菌肥研究化肥減量對番茄生長特征、產(chǎn)量品質(zhì)和土壤養(yǎng)分及的影響，為化肥零增長目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2022 年在兵團十二師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所園區(qū)設(shè)施溫室進行，供試土壤屬中壤土，0～20 cm土壤施肥前：有機質(zhì)24.2 g/kg、pH 7.83、堿解氮49.8 mg/kg、有效磷43.4 mg/kg、速效鉀260 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗品種為番茄‘多吉瑞星’，2022年2月18日播種育苗，2022年4月28日定植，行株距為(80+40)cm×40 cm，2022年7月10日開始收獲，2022年9月15日收獲完畢。供試化肥：有機肥(COF)瑞呈先鋒有機肥（商品有機肥）N+P2O5+K2O≥5%、有機質(zhì)≥45%由烏魯木齊市瑞呈伍怡農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司提供。均衡費(BF)N 20%、P2O520%、K2O 20%，高鉀肥(HPF)N 14%、P2O58%、K2O 35%，菌肥為枯草芽孢桿菌(BS)有效活菌≥900億cfu/g由英國英爾果植物保護有限公司提供。

1.3 試驗設(shè)計

設(shè)置6 個處理，CK：空白對照（不施肥）；CF：單施化肥；RF1：化肥減施20%配施有機肥20%；RF2：化肥減施40%配施有機肥40%；RFM1：化肥減施20%配施有機肥20%+菌肥；RFM2：化肥減施40%配施有機肥40%+菌肥。隨機區(qū)組排列，各處理施肥情況（表1）。各處理重復(fù)3次，小區(qū)共18個，小區(qū)面積為1.6 m×5 m=8 m2。每個處理獨立施肥，其他栽培措施參照當(dāng)?shù)卦O(shè)施溫室管理。

表1 各處理施肥情況 kg

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤樣品采集與測定在番茄采收后期采集各處理距滴灌帶距離10 cm附近0～20 cm土層土樣，取5點進行混合。一份鮮土樣于冰箱4℃保存，用于測定土壤生物學(xué)指標(biāo)；一份土壤經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干后常溫保存，用于測定土壤酶活性和理化性質(zhì)。土壤真菌、細菌、放線菌數(shù)量采用平板培養(yǎng)計數(shù)法測定[15]，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基、細菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、放線菌采用高氏1號培養(yǎng)基。土壤脲酶活性采用靛酚藍比色法測定，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，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定[16]。土壤有機質(zhì)含量采用高錳酸鉀容量法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷含量采用碳酸氫鈉法測定，速效鉀含量采用醋酸銨—火焰光度法測定[17]。

1.4.2 植株樣品采集與測定在番茄采收期對各小區(qū)番茄果實進行實收計產(chǎn)，根據(jù)產(chǎn)量、個數(shù)及株數(shù)，計算番茄總產(chǎn)量并測定番茄品質(zhì)。番茄紅素測定采用分光光度法，可溶性固形物采用手持式折光儀測，Vc 含量用2,6–二氯靛酚滴定法測定，有機酸采用氫氧化鈉滴定法測定[18]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的整理和分析采用Microsoft Excel 2010 和DPS 7.05進行，Duncan新復(fù)極差法進行差異顯著性檢驗。表中數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(mean±SE)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 減施化肥增施有機肥和菌肥對土壤微生物結(jié)構(gòu)和數(shù)量的影響

2.1.1 微生物數(shù)量由表2 可知，化肥減量配施有機肥和菌劑對設(shè)施番茄土壤微生物數(shù)量影響存在差異。與CK不施肥處理相比，各施肥處理增加了土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量，并隨有機肥施入量的增加而增加。與CF單施化肥處理相比，RF1、RF2、RFM1和RFM2各處理細菌數(shù)量分別提高53.05%、76.22%、102.44%和134.15%，差異達顯著水平；RF1、RF2、RFM1和RFM2各處理放線菌數(shù)量分別提高13.94%、15.27%、25.44%和26.55%，差異達顯著水平；RF1、RF2、RFM1和RFM2各處理真菌數(shù)量分別降低20.77%、20.32%、37.92%和37.47%，差異達顯著水平。RFM1比RF1細菌和放線菌增加32.27%和7.96%、真菌減少21.65%，RFM2比RF2細菌和放線菌增加32.87%和9.79%、真菌減少21.53%，說明各減施化肥處理增施菌肥可提高細菌和放線菌數(shù)量，降低真菌數(shù)量。

表2 不同施肥處理對土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.2 微生物數(shù)量比土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)是土壤環(huán)境質(zhì)量十分重要的生物學(xué)指標(biāo)之一。不同施肥種類和模式使土壤中營養(yǎng)成分的含量不同，從而影響土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)。由表2 可知。CF 處理較CK 處細菌/真菌降低了29.79%，放線菌/真菌降低了23.13%，差異達顯著水平。同CF相比，減施化肥增施有機肥和菌肥對細菌/真菌和放線菌/真菌數(shù)量比顯著提高，隨有機肥施入量的增加而增加。各減肥處理增施菌劑也顯著提高了細菌/真菌和放線菌/真菌數(shù)量比，RFM1比RF1細菌/真菌和放線菌/真菌數(shù)量比提高68.83%和40.56%，RFM2比RF2細菌/真菌和放線菌/真菌數(shù)量比提高69.33%和39.91%。

2.2 減施化肥增施有機肥和菌肥對土壤酶活性的影響

由表3 可知，不同施肥處理均提高了土壤酶活性。與CF處理相比，減施化肥增施有機肥和菌劑提高了脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，且隨有機肥施入量的增加而增加。脲酶活性RF1、RF2、RFM1和RFM2較CF分別提高7.14%、37.01%、38.31%和45.45%，其中以RFM2處理較高，與RF2和RFM1差異未達顯著水平，但顯著高于其他處理。蔗糖酶活性RF1、RF2、RFM1和RFM2較CF 分別提高27.80%、51.47%、32.45%和22.64%，其中以RF2處理最高，顯著高于其他處理。過氧化氫酶活性RF1、RF2、RFM1和RFM2較CF 分別提高6.72%、18.65%、21.64%和14.93%，其中以RFM1處理較高，與RF2和RFM2差異不顯著，但顯著高于其他處理。堿性磷酸酶活性以RFM2處理較高，但施肥各處理間差異未達顯著水平。

表3 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

2.3 減施化肥增施有機肥和菌肥對土壤養(yǎng)分的影響

由表4 可知，不同施肥處理對土壤養(yǎng)分的影響存在差異。與CK 處理相比，各施肥處理增加了土壤水解性氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量。土壤有機質(zhì)含量各減施化肥處理與CF相比隨著有機肥增加而增加，配施菌肥降低了有機質(zhì)含量，RFM1比RF1和RFM2比RF2有機質(zhì)含量分別少12.01%和16.35%，差異達顯著水平。水解性氮含量較CF 相比RF1、RF2、RFM1和RFM2分別增加57.42%、28.47%、-0.41%和23.54%，配施菌肥降低了水解性氮含量。有效磷和速效鉀隨著有機肥增加而增加，配施菌肥后隨著有機肥增加呈下降趨勢。RFM1比RF1和RFM2比RF2有效磷含量分別少12.30%和36.56%，差異顯著。RFM1比RF1和RFM2比RF2速效鉀含量分別少8.83%和38.05%。土壤pH表現(xiàn)為CF＞CK＞RF1＞RFM2＞RFM1＞RF2，化肥減量配施有機肥和菌劑降低了土壤pH。

表4 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分的影響

2.4 減施化肥增施有機肥和菌肥對番茄品質(zhì)的影響

由表5 可知，化肥減量配施有機肥和菌劑對設(shè)施番茄品種影響存在差異。與CK 處理相比，各施肥處理增加了番茄可溶性固形物、Vc 和番茄紅素含量，減少了有機酸的含量。與CF 處理相比，RF1、RF2、RFM1和RFM2各處理番茄可溶性固形物含量增加3.11%、1.56%、9.34%和8.13%；Vc 含量增加7.57%、4.55%、12.12%和9.09%；番茄紅素含量增加8.39%、4.45%、11.71%和9.03%；有機酸含量減少8.57%、5.71%、20.00%和11.43%。各施肥處理相比增加菌肥處理顯著減少了番茄有機酸含量，提高了可溶性固形物、Vc和番茄紅素含量。

表5 不同施肥處理對番茄品質(zhì)的影響

2.5 減施化肥增施有機肥和菌肥對番茄產(chǎn)量的影響

由表6 可知，與CK 相比，施肥顯著增加了單株結(jié)果數(shù)、單果重和產(chǎn)量。各減肥化肥處理單株結(jié)果數(shù)、單果重和產(chǎn)量隨著化肥用量的減少而降低。單株結(jié)果數(shù)以RFM1處理較高，與CF、RF1和RFM2處理差異不顯著，但顯著高于CK和RF2。單果重以RFM1處理較高，各施肥處理差異不顯著。最終也產(chǎn)量以RFM1較高，RF1、RF2、RFM1和RFM2較CF 增產(chǎn)4.40%、-6.55%、8.13%和0.81%。

表6 不同施肥處理對番茄產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物是土壤十分重要的構(gòu)成部分。土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量，因作物種類和施肥模式、耕作制度等不同而呈現(xiàn)出一定的動態(tài)變化規(guī)律，其在有機物分解轉(zhuǎn)化過程中起十分重要的作用，在土壤氮、碳和磷等循環(huán)中有非常重要的間接性作用，是評價土壤肥力的重要指標(biāo)[19-21]。設(shè)施栽培中特定環(huán)境及農(nóng)藥和化肥的大量投入，土壤由高肥細菌主導(dǎo)向低肥真菌主導(dǎo)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致土壤有害微生物升高、土傳病害加重和肥力下降等問題[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，減施化肥增施有機肥和菌肥可使番茄根際土壤放線菌和細菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少，并隨有機肥施入量的增加而呈增加趨勢。此結(jié)果與丁文娟等[23]和劉建國等[20]研究結(jié)果一致。在各處理中，RFM2處理的細菌數(shù)和放線菌數(shù)量最多，RFM1處理真菌數(shù)量最少。這說明普通有機肥可提高作物所需養(yǎng)分，而菌肥含有大量的有益功能微生物，可活化土壤土著微生物，有益功能微生物通過占領(lǐng)空間和競爭營養(yǎng)，產(chǎn)生的抗生素、胞外溶解酶和細菌素等抑菌物質(zhì)可為保護作物根系[24-25]。本研究中RFM1比RF1細菌/真菌和放線菌/真菌數(shù)量比提高68.83%和40.56%，RFM2比RF2細菌/真菌和放線菌/真菌數(shù)量比提高69.33%和39.91%，均達顯著水平。已有研究表明[4,26-27]，作物土傳病害的發(fā)病率與土壤放線菌數(shù)和細菌呈負相關(guān)，與土壤真菌數(shù)量呈正相關(guān)，生物菌肥能提高土壤有益微生物的數(shù)量，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。因此減量化肥增施有機肥和有益微生物改善了根際環(huán)境，促進了番茄根系生長發(fā)育，提高作物抗性，有助于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)平衡土壤環(huán)境。

土壤酶活性與作物、施肥種類、耕作模式及土壤水氣熱條件等密切相關(guān)，是土壤生物活性的重要指標(biāo)之一[28]。本研究表明不同施肥處理均提高了土壤酶活性。與CF 處理相比，化肥減量配施有機肥和菌劑提高了脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，且隨有機肥施入量的增加而增加。與曲成闖等[29]和王寧等[12]的研究結(jié)果一致。前人研究[30-32]表明，通過增施菌肥可提高土壤有益功能微生物種群數(shù)量和活性，可促進土壤外源有機質(zhì)分解，釋放更多的氮、磷、鉀。這與本文結(jié)果一致，配施菌肥降低了有機質(zhì)含量，RFM1比RF1和RFM2比RF2有機質(zhì)含量分別少12.01%和16.35%，差異達顯著水平。與CF 處理相比，各施肥處理增加了土壤有效磷和速效鉀。土壤蔗糖酶的酶促基質(zhì)為蔗糖，配施有機肥和菌肥使土壤微生物較多的利用糖類；土壤中的磷酸酶活性可加快有機磷的分解和轉(zhuǎn)化；菌肥中有大量解磷、解鉀和固氮等功能微生物。因此減施化肥增施有機肥和菌肥能增加土壤酶活性及有效磷和速效鉀含量。

化肥肥效快易被植物吸收利用但持續(xù)時間短，有機肥含有豐富的養(yǎng)分但釋放緩慢，而配施菌肥可增加土壤有益微生物，加快土壤外源有機質(zhì)的分解和活化土壤酶活性，使植物根系生長發(fā)育良好和所需養(yǎng)分穩(wěn)定均衡，而更有利于促進植株的生長發(fā)育[31-32]。本研究表明，減施化肥增施有機肥和菌肥增加了番茄可溶性固形物、Vc和番茄紅素含量，減少了有機酸的含量，以RFM1番茄可溶性固形物、Vc 和番茄紅素含量最高及有機酸含量最低。最終也產(chǎn)量以RFM1較高，RF1、RF2、RFM1和RFM2較CF 增產(chǎn)4.40 %、-6.55%、8.13%和0.81%。因而減施20%的化肥，增施有機肥和菌肥可增加番茄根際周圍土壤細菌和放線菌數(shù)量，同時降低真菌數(shù)量，使有益微生物大量繁殖抑制有害細菌和真菌的定殖，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，進而提高作物的抗病性，達到提高產(chǎn)量和品質(zhì)的目的。