生物降解高分子缓控释肥在番茄上的应用研究

马琳娜，向 阳，赵贵哲，刘亚青

（1.中北大学山西省高分子复合材料工程技术研究中心，山西 太原 030051；2.中北大学理学院，山西 太原 030051；3.中北大学材料科学与工程学院，山西 太原 030051）

生物降解高分子缓控释肥在番茄上的应用研究

马琳娜1，2，向 阳1，3，赵贵哲1，3，刘亚青1，3

（1.中北大学山西省高分子复合材料工程技术研究中心，山西 太原 030051；2.中北大学理学院，山西 太原 030051；3.中北大学材料科学与工程学院，山西 太原 030051）

以番茄为试材，与番茄专用肥及有机-无机复混肥对比，系统研究了两种不同溶解度的生物降解高分子缓控释肥对盆栽番茄生理特性、果实品质及产量的影响。结果表明：不同种类的生物降解高分子缓控释肥可以不同程度地提高番茄叶片叶绿素含量、叶片硝酸还原酶活性以及根系活力；生物降解高分子缓控释肥不仅对番茄的品质有明显的改善作用，而且还可以提高番茄的产量，生物降解高分子缓控释氮磷钾肥和生物降解高分子缓控释微肥效果可以分别增产75.39%和64.72%。

生物降解高分子缓控释肥；番茄；生理特性；果实品质；产量

马琳娜，向阳，赵贵哲，等.生物降解高分子缓控释肥在番茄上的应用研究［J］.广东农业科学，2016，43（4）：84-88.

农业在我国国民经济发展中占有重要的基础地位，但其发展受到来自人口增长、耕地面积锐减和人力资源短缺等的制约［1-2］，由此带来的粮食问题日益突出，增加粮食产量已经刻不容缓［3］。肥料是粮食增产的关键，但普通肥料存在的营养元素挥发、淋溶等造成肥料利用率低，不仅造成严重的资源浪费及经济损失，而且还造成土壤板结、臭氧层破坏、水体污染等环境问题［4-6］。因此，提高肥料利用率对实现农业可持续发展具有极其重要的意义。

国内外肥料研究者们研发了大量的新型肥料，以期提高养分利用率、减轻环境污染，其中缓控释肥因能使肥料养分缓慢释放或控制养分释放速度，使养分释放与作物需求同步而成为解决上述问题的理想途径［7］。早在20世纪初，缓控释肥料就已经问世，目前的主要品种有脲醛肥料、硫包衣尿素以及树脂包膜肥料，其中树脂包膜肥料在水稻、花卉、蔬菜作物上得到应用。但是，树脂包膜肥料养分释放后残留在土壤中的膜难于在短期内降解，这势必会对土壤造成污染［8］。有机高分子缓控释肥是一种新型可降解高分子材料，它在土壤中能够完全降解，并具有良好的养分缓控释性能且养分全面，为进一步明确其在蔬菜上的应用效果，本试验以山西省高分子复合材料工程技术研究中心提供的几种生物降解高分子缓控释肥为试材，研究比较了它们在番茄栽培上的应用效果。

1 　材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄幼苗品种为华农种苗，由山西省太原市上兰村商户提供。

供试土壤为粉壤土，其基本理化性状为砂粒38%、粉粒50%、粘粒12%，pH 8.2，有机质10.3 g/kg ，土壤全氮含量104 mg/kg、有效磷4.3 mg/kg、速效钾132.7 mg/kg。

供试肥料：番茄专用肥（N33.4%、P2O530.5%、K2O 64.2%），由山东迈金农生态肥业有限公司提供；有机肥（有机质91.4%、N2.6%、P2O53.4 %、K2O 2.5%），由临汾市汇进鑫肥业有限公司提供；低溶解度生物降解高分子缓控释氮磷钾肥（冷水溶解度25%，N 21.5%、P2O522.9%、K2O 7.8%），高溶解度生物降解高分子缓控释氮磷钾肥（冷水溶解度42%，N 21.5%、P2O522.9%、K2O11.8%），低溶解度生物降解高分子缓控释微肥（冷水溶解度28%，N 35.9%、P2O51.9%、Te0.9%），高溶解度生物降解高分子缓控释微肥（冷水溶解度44%，N 39.3%、P2O51.6 %、Te0.8%），由中北大学山西省高分子复合材料工程技术研究中心提供。尿素、磷酸二氢钾、硫酸钾均为分析纯，有天津市光复科技发展有限公司提供。

1.2 试验方法

选取生长一致的五叶一心幼苗定植，将土壤和肥料充分混匀后，装入规格为120 cm×38 cm×28 cm的栽培箱中，每箱装入高为25 cm的土，每箱定植3株，株距30 cm，定植时沿箱子中心种植。土壤装箱时，首先装入高度为5 cm的土壤（按照体积和容重换算重量，然后称重装入），再将20 cm的土壤称出（按体积和容重换算）与所施肥料混合均匀，再装入箱中，表层土壤铺平，然后浇入相当于25 cm土壤的最大持水量（即浇透），24 h后在日照强度小时进行番茄幼苗移栽，以后定期并定量浇水，使土壤相对含水量保持在40%～80%，每个处理浇水量均相同。

试验设7个处理：CK为不施肥，CCF为番茄专用肥，50%OM+50%INF为有机-无机复混肥，PRFL和PRFH分别为低、高溶解度生物降解高分子缓控释NPK肥，WRFL和WRFH分别为低、高溶解度生物降解高分子缓控释微肥，每个处理3次重复。试验中7个处理所施氮、磷、钾量相同，氮、磷、钾的需求比例N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2，最佳配施方案为每667 m2施N 16 kg、P2O514.6 kg、K2O 30.7 kg。

1.3 测定方法

1.3.1 土壤基本理化性状 土壤砂粒、粉粒、粘粒、pH、有机质、土壤全氮含量、有效磷、速效钾按一般方法测定［9］。

1.3.2 番茄生理特性 叶绿素含量采用丙酮-乙醇混合液浸提法［10］、叶片硝酸还原酶活性采用磺胺比色法［11］、根系活力采用TTC法［11］测定。

1.3.3 番茄果实品质 可溶性糖含量采用蒽酮法［12］、维生素C（Vc）含量采用2，6-二氯靛酚滴定法［11］、可滴定酸（TA）含量采用酸碱滴定法［11］、番茄红素含量采用石油醚提取比色法［13］、硝酸盐含量采用水杨酸消化法［14］、甲醛含量采用蒸馏法［15］测定。

1.3.4 番茄产量 番茄果实收获后按照处理收集入塑封袋中并标记，分别用电子天平称重，记录产量，并记录结果数。番茄多批收获，每收获一批立即测定其产量和结果数，直到拉秧后再对各处理的产量和结果数进行统计，并计算番茄平均重量。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对番茄生理特性的影响

2.1.1 叶片叶绿素含量 叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，较高的叶绿素含量有利于植物进行光合作用，从而有利于营养物质的积累。从图1可以看出，随着生长期的延长，各施肥处理的叶绿素含量呈现先升高后降低的趋势。此外，在各个时期，生物降解高分子缓控释肥处理对应的叶片叶绿素含量均高于CK，尤其在成熟期差距较为显著，且PRF及WRF两种处理的叶绿素含量高于CCF 及OM+INF，表明生物降解高分子缓控释肥在后期也能提供足够的养分，从而有助于生育后期叶片维持较高的光合能力。

图1 不同施肥处理对番茄不同时期叶绿素含量的影响

2.1.2 叶片硝酸还原酶活性和根系活力 由图2可知，番茄成熟期各处理的硝酸还原酶含量均高于CK，且以PRF和OM+ INF处理的最高，其次是WRF，再次是CCF，其中PRFL和WRFL分别比CK提高了115.02%和58.67%。可见，施用生物降解有机高分子缓控释PNK肥和微肥可以提高番茄叶片的硝酸还原酶含量，促进硝态氮的同化和吸收，进而有利于提高作物产量，与2.3所述PRF和WRF施肥处理的番茄产量最高相一致。

图2 不同施肥处理对番茄叶片硝酸还原酶活性的影响

根系活力用琥珀酸脱氢酶的活性表示。土壤的理化性质和肥力不同，会导致根际环境的较大差异，进而影响植物的根系活力。由图3可知，PRFL处理的根系活力显著高于其他处理，且PRFL＞PRFH＞WRFL＞WRFH，这是因为在土壤的湿度、温度、有毒物质含量和紧实度等条件相同的情况下，养分含量是植物根系活力的主要因素［16］。因为溶解度低的肥料的养分释放缓慢，能够为生长后期的番茄根系提供充足养分，因此较高溶解度肥料处理的番茄具有更强的根系活力。

图3 不同施肥处理对番茄根系活力的影响

2.2 不同施肥处理对番茄果实品质的影响

可溶性糖、有机酸、Vc、番茄红素、硝酸盐含量等指标是番茄果实食用及风味优劣的重要依据，因而也是衡量番茄果实综合品质的重要指标。从表1可以看出，生物降解有机高分子缓控释PNK肥、有机-无机复混肥、生物降解有机高分子缓控释微肥有效提高了番茄的可溶性糖含量；有机酸含量与糖含量趋势相似；糖酸比是评价番茄口感的重要指标，由测得的糖、酸含量可计算得到各处理的糖酸比次序：PRFL＞WRFL＞OM+INF≈PRFH≈WRFH＞CCF＞CK，表明生物降解有机高分子缓控释PNK肥与微肥处理的口感最好。

各处理间番茄Vc含量依次为：PRFH＞WRFH＞WRFL＞PRFL＞OM+INF＞CK≈CCF；生物降解有机高分子缓控释PNK肥和微肥处理中番茄Vc含量最高，有机-无机复混肥配施其次，普通肥与空白处理接近。这可能是因为Vc为碳水化合物，在其合成过程中除需要空气提供的碳源外，还需要来自土壤的供给，普通肥主要由无机盐组成，无法提供小分子碳水化合物，而生物降解高分子缓控释肥在N、P、K释放过程中分解出部分水溶性碳水化合物被根系吸收，从而促进了Vc的合成［17］。

各处理对番茄红素含量的影响顺序依次为CK＞CCF＞WRFH＞OM+INF＞PRFL＞WRFL＞PRFH，与对其他品质的影响不一致。经分析发现，番茄红素含量与可溶性糖含量整体上呈现负相关的关系，即含糖量越低的番茄，其番茄红素含量越高。

硝酸盐在人体胃肠中经微生物作用可被还原成有毒的亚硝酸盐，它可与人体血红蛋白反应使之失去载氧功能，造成高铁血红蛋白症，导致智力迟钝，因此经常食用硝酸盐含量过多的蔬菜会危害身体健康［18］。由表1可知，生物降解有机高分子缓控释处理的硝酸盐含量最高为187.78（±9.96）μg/g，硝酸盐含量最高的处理为CCF、达252.72 （±12.26）μg/g。

合成的生物降解高分子缓控释肥在降解过程中可能会释放出甲醛，这是否会对番茄果实品质造成一定影响值得探究。本试验结果表明，上述处理中番茄甲醛含量最大值为1.04 mg/kg。

2.3 不同施肥处理对番茄产量的影响

由表2可知，PRF和WRF处理的产量最高，其次为OM+INF和CCF处理，CK的产量最低。番茄均重在一定程度上可以说明果实大小，CCF处理的番茄比其他处理大，但产量并不高，而PRF和WRF处理在提高番茄大小的基础上，显著提高了番茄产量（分别提高75.39%和64.72%）。番茄是连续开花结果的蔬菜，生长期长，需肥量大，且结果期需肥量更大。CCF处理的番茄结果主要集中在结果期内，后期不再结新果，即结果数相对少，而PRF和WRF处理在整个番茄生长期都可以提供充足的养分，尤其在生长后期仍能继续释放养分促进番茄植株的生殖生长及果实的生长发育，而且在各生物降解高分子缓控释肥处理中，低溶解度肥料处理的产量比高溶解度肥料高（WRFL＞WRFH，PRFL＞PRFH），进一步说明养分缓释对番茄生长有促进作用。WRF处理中除了含有N、P、K养分外，还含有微量元素（如Fe、Mn、Cu、Zn），在一定程度上有助于番茄的生长。

表1 不同施肥处理对番茄果实品质的影响

表2 不同施肥处理的番茄产量

3 结论与讨论

通过化学合成法制备生物降解高分子缓控释肥，本试验结果表明，相对于速效肥而言，生物降解高分子缓控释肥对改善番茄生理性状和果实品质、提高番茄产量均有具有重要的意义。

与番茄专用肥、有机-无机复混肥相比，生物降解高分子缓控释肥可以提高番茄叶片叶绿素含量，改善光合作用。随着番茄生长期的延长，各施肥处理的叶绿素含量呈现先升高后降低的趋势，这主要是因为从结果期开始，番茄生长旺盛，营养主要向果实运输，使叶片生长受到限制［19］。结果期之后，叶片叶绿素含量的下降主要受到养分的影响，当营养供给不足时，叶绿素含量下降较快，可以看出，与其他处理相比，PRF与WRF处理的叶片叶绿素含量较高，表明生物降解高分子缓控释肥后期较高的营养供给对番茄叶片叶绿素的含量维持有明显的促进作用。

硝酸还原酶是植物氮素代谢的关键酶，能将进入植物体内的NO3-还原为NO2-，并进一步在亚硝酸还原酶的作用下还原为氨，因此硝酸还原酶与作物吸收和氮肥利用有关，其活性大小在一定程度上影响植物对土壤中氮素的转化和利用，从而影响作物的产量和品质［20-21］。本试验结果表明，生物降解高分子缓控释肥处理的叶片硝酸还原酶活性高于专用肥处理，可有效地促进植物对硝态氮的吸收和利用。

根的生长情况和活力水平直接影响植物地上部的生长和营养状况及产量水平［22］。PRFL和PRFH能显著增强番茄根系吸收功能，而WRFL和WRFH效果并不显著，其具体原因需进一步研究。

在本研究中，生物降解高分子缓控释肥能显著提高番茄可溶性糖、Vc、以及糖酸比值；硝酸盐含量未超过国家标准，世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FAO）在1973年制订了食品中硝酸盐的限量标准［23］，据此标准，以上处理的硝酸盐含量都低于一级标准，可生食；果实中甲醛含量也未超过正常值，WHO曾公布过番茄中甲醛含量为6 mg/kg［24］，而本试验中番茄甲醛含量最大为1.04 mg/kg、远低于6 mg/kg，可见生物降解高分子缓控释肥不会造成番茄甲醛含量升高。总体而言，生物降解高分子缓控释肥能改善番茄果实的各项品质指标。其中，番茄红素含量与可溶性糖含量整体上呈现负相关关系，这与其他文献的结果［25］一致。

相对于番茄专用肥、有机-无机复混肥而言，PRF和WRF在提高番茄大小的基础上，能显著提高番茄产量。总体而言，生物降解高分子缓控释肥在番茄栽培方面具有一定的可行性，这与生物降解高分子缓控释肥料养分的缓慢释放特性有关，但是截至目前，有关其养分释放机理尚不清楚，其中不仅与肥料本身结构有关，还与肥料在养分缓释过程中温度、水分、微生物的作用有关［26］，因此关于生物降解高分子缓控释肥的养分释放机理仍有待进一步深入研究。

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（责任编辑 杨贤智）

Application of biodegradable slow and controlledrelease polymeric fertilizer in tomato

MA Lin-na1，2，XIANG Yang1，3，ZHAO Gui-zhe1，3，LIU Ya-qing1，3
（1.Research Center for Engineering Technology of Polymeric Composites of Shanxi Province，North University of China，Taiyuan 030051，China；2.College of Science，North University of China，Taiyuan 030051，China；3.College of Material Science and Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，China）

Taking tomato as material，compared with common compound fertilizer and organ-inorganic compound fertilizer，the effects of two kinds of biodegradable slow and controlled-release polymeric fertilizer with different solubility on physiological characteristics，quality of vegetables and yield were studied.Results showed that different kinds of biodegradable slow and controlled-release polymeric fertilizer could improve tomato leaf chlorophyll content，root activity and nitrate reductase activity.And they could not only improve the quality of fruit，but also promote the yield of tomato，in the treatments of biodegradable slow and controlled-release polymeric NPK fertilizer and biodegradable slow and controlled-release polymeric micronutrient fertilizer，yield increased by 75.39% and 64.72%，respectively.

biodegradable slow and controlled-release polymeric fertilizer；tomato； physiological characteristics；quality；yield

S641.2；S145.6

A

1004-874X（2016）04-0084-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.04.017

2016-02-26

山西省科技攻关项目（20130311009-6）

马琳娜（1991-），女，在读硕士生，E-mail：mln0316@163.com

刘亚青（1970-），女，博士，教授，E-mail：lyq@nuc.edu.cn