沼液微生物菌肥对设施番茄植株生长及土壤环境的影响

罗健航　刘晓彤　刘超

摘要 [目的] 为改善设施农业条件下土壤肥力状况，提高设施农业产量。 [方法] 在银川市贺兰地区开展田间试验，分析沼液复合微生物菌肥、灭菌沼液肥、常规施肥对设施番茄株高、茎粗、叶片数等生长指标及土壤养分含量的影响。 [结果] 相对于对照处理，在番茄初花期沼液复合微生物菌肥，使得株高、茎粗、叶片数的增幅为32.2%～50.7%，在初果期增幅则为23.3%～46.1%；土壤有机质含量比对照提高了56.9%，全氮和全磷含量也稳步增加；而常规施肥相对于沼液复合微生物菌肥，土壤速效磷和速效钾含量大量增加（增幅分别为203.0%和50.0%），容易造成土壤养分的淋失。沼液复合微生物菌肥条件下，番茄生长指标与土壤碱解氮、有机质含量极显著正相关；而常规施肥条件下番茄生长指标与土壤养分间相关性不显著。 [结论] 设施种植条件下，沼液复合微生物菌肥相对于其他肥料类型更有助于番茄植株生长和土壤肥力的提高。

关键词沼液复合微生物菌肥；常规施肥；土壤肥力；设施番茄；碱解氮

中圖分类号S144文献标识码A文章编号0517-6611（2017）36-0098-04

Abstract[Objective] In order to improve soil fertility and agriculture yield in greenhouse. [Method] A field experiment was conducted to investigate the plant height， stem diameter， leaf number of tomato and soil fertility by applying different type of fertilizers （BFbiogas slurry compound biofertilizer， NFfull nutrition fertilizers and CFconventional fertilization） in Helan area of Yinchuan City. [Result] Biogas slurry compound biofertilizer significantly enhanced plant height， stem diameter and leaf number by 32.2%～50.7% in tomato blooming stage， while increased by 23.3%～46.1% in tomato early fruit stage compared with the control treatment. Soil organic matter was increased by 56.9% compared with the control.Total N and total P increased stably. Compared with BF treatment，since soil available phosphorus and available potassium contents excess increased by 203.0% and 50.0% in conventional fertilization treatment， CF might increase nutrient leaching of the soil. Using biogas slurry compound biofertilizer， tomato growth indexes were significantly correlated with soil alkalihydrolyzale nitrogen and organic matter contents （P<0.01）， while no significant correlation was found between tomato growth indexes and soil nutrient contents in the conventional fertilization treatment. [Conclusion] Biogas slurry compound biofertilizer was more efficient in tomato growth and soil fertility improvement than other fertilizers in greenhouse.

Key wordsBiogas slurry compound biofertilizer；Conventional fertilization；Soil fertility；Greenhouse tomato；Alkalihydrolyzale nitrogen

宁夏设施农业近些年来取得了长足的发展，已成为宁夏的主导产业之一。长期的设施栽培措施给当地带来了巨大的经济利益，与此同时设施农业也面临着新的发展瓶颈。设施农业可以利用有限的生产资源进行周年生产，有效提高了农业产出和土地利用率。同时，设施栽培的特殊环境下，土壤缺乏雨水沉降，土壤透气性差、温湿度较高，伴随着高强度的种植模式，导致土壤养分状况失衡，土壤结构恶化，作物产量和品质逐渐降低。刘永亮等[1]的研究表明，设施蔬菜的产量和品质与栽培周期呈现出显著的负相关关系，土壤质量不断恶化，严重制约了设施农业的可持续发展。产量的不断下降，使得农民为了提高作物产出，大量地使用肥料，投入量甚至达到大田农业生产的数十倍，过多养分的不断累积，造成土壤质量的恶化和养分失衡，化肥施入后，土壤Na+、Ca2+、NO-3、SO2-4等盐分在耕层的累积造成土壤盐渍化的加剧[2]。王艳群等[3]研究发现，设施栽培条件下肥料的大量施用（5～20倍）是导致土壤盐渍化的关键因素之一。沼液复合微生物菌肥基于其所用载体的无害化，不仅有助于作物的生长，也降低了设施作物被病原微生物侵害的风险。Chen等[4]研究表明，沼液复合微生物菌肥可以有效改善作物根系的生长环境，增加土壤放线菌数量，具有一定的土传染病抑制作用。同时，沼液复合微生物菌肥对土壤微生物活性的改善，也促进了土壤质量的提高和土壤结构的改善。

宁夏银川市贺兰县园艺产业园设施温室多年种植番茄，但伴随着连作年限的增加，番茄植株生长受到抑制，病虫害增加，产量下降，土壤质量恶化。而该区域前人的研究[5]主要侧重于番茄的品质和产量，对于其生长状况和土壤质量参数的研究较少。因此，通过沼液复合微生物菌肥、灭菌沼液肥、常规施肥3个处理及不施肥处理CK的田间试验，研究沼液复合微生物菌剂对番茄生长状况和土壤质量参数的影响，以期为沼液复合微生物菌肥在该区域的应用和推广提供科学理论依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验始于2012年，经3年连续栽培，土壤环境趋于稳定，采用2015年稳定后数据进行分析。试验点位于宁夏银川市贺兰县园艺产业园设施温室内（38°35′10.19″N，106°19′19.34″E），温室净跨度为9 m，长约75 m，昼夜温度为32 ℃/21 ℃，相对湿度（70±5）%，土壤质地为壤土，有机质含量为12.24 g/kg，碱解氮21.4 mg/kg，有效磷 30.8 mg/kg，速效钾 296.3 mg/kg，pH为7.58。

1.2试验材料

试验所用肥料均由“宁夏五丰农业科技有限公司”提供，有效活菌数CFU为0.2亿个/g（mL），总养分含量为8%，其中N为4%，P2O5为2%，K2O为2%，解淀粉芽孢杆菌约为0.5亿个/mL，pH为7.5。灭菌沼液肥为采用医用高压灭菌锅高压高温灭活后的沼液复合微生物肥料，总养分含量为8%，其中N为4%，P2O5为2%，K2O为2%，pH为7.3，经过高压灭菌锅高压高温灭菌后，无解淀粉芽孢杆菌。供试番茄品种为“芬达”，2014年8月20日育苗，9月20日定植；2015年4月5日拉秧，全生育期约200 d。

1.3试验设计

试验设空白对照（CK）、沼液复合微生物菌肥（BF）、灭菌沼液肥（NF）、常规施肥（CF）共4个处理，采用多因素随机区组设计，重复3次，各小区面积为33.6 m2。其中，空白对照（CK）：不施肥处理，灌水量与灌水方式同其他处理；沼液复合微生物菌肥（BF）：起垄前基施有机肥22.5 t/hm2，后期追施沼液肥，整个生育期追施12.0 t/hm2，根据番茄长势，不同时期追施不同型号沼液肥，采用水肥一体化；灭菌沼液肥（NF）：起垄前基施有机肥22.5 t/hm2，后期均追施灭菌沼液肥，整个生育期施750 kg/hm2，采用水肥一体化；常规施肥（CF）：基施750 kg/hm2硫酸钾复合肥，2 400 kg/hm2三元复合肥（15-15-15），后期追施尿素、过磷酸钙、硫酸钾，追肥采用挖穴施入，灌水方式为膜下滴灌。番茄采用起垄方式种植，其中垄高0.3 m，垄底0.8 m，垄面0.6 m，每垄种植2行，行距0.5 m，株距0.5 m，每行种植17株。

1.4测定项目

在植株的初花期（定植20 d）和初果期（定植40 d）后，测定植株的株高、茎粗、叶片数等参数。其中，株高测量区间为茎底部至生长点，利用钢尺测量；茎粗则采用游标卡尺测量，测量点为子叶下1 cm处。

土壤有机质采用重铬酸钾-外加热氧化法测定；全氮采用凯氏定氮法测定；全磷采用钼锑钪比色法测定；碱解氮采用扩散法测定；速效磷采用Olsen法测定；速效钾含量采用乙酸铵提取-火焰光度法测定。

1.5数据分析

采用Excel 2007和SAS 8.1软件进行试驗数据分析处理，利用Origin软件进行相关图形的绘制。

2结果与分析

2.1沼液复合微生物菌肥对番茄生长指标的影响

由表1可知，相对于对照处理，沼液复合微生物菌肥、灭菌沼液肥、常规施肥显著影响番茄的生长指标，施用后各处理株高、茎粗、叶片数均高于对照处理。其中，在番茄的初花期，相对于对照，不同施肥处理下株高增幅为24.5%～42.2%，且呈现NF、B、CF增幅依次降低的规律；不同施肥处理下茎粗的增幅为7.8%～50.8%，呈现BF、NF、CF增幅依次降低的规律；番茄叶片数的增幅为21.2%～37.0%，不同处理也呈现出BF、NF、CF增幅依次降低的规律。BF处理相对于CF，番茄的株高、茎粗、叶片数依次分别增加了2.04 cm、1.72 mm 和1片。随着植株的不断生长，沼液复合微生物菌肥对番茄生长的促进作用更加明显。在番茄初果期，相对于对照，不同施肥条件下植株的株高、茎粗、叶片数增幅依次分别为：17.2%～25.6%、16.3%～23.3%、19.2%～46.1%，且都呈现出BF、NF、CF增幅依次降低的规律。BF处理下番茄的株高、茎粗、叶片数相对于CF，依次分别增加了4.23 cm、0.47 mm 和2.34片，表现出沼液复合微生物菌肥对番茄生长有较强的促进作用。

2.2沼液复合微生物菌肥对土壤有机质和养分含量的影响

由表2可知，沼液复合微生物菌肥、灭菌沼液肥、常规施肥相对于对照，显著增加了土壤中有机质、全氮及全磷的含量。其中，不同施肥处理相对于对照，土壤有机质的增幅为37.1%～81.8%，且呈现NF、BF、CF增幅依次降低的变化规律；土壤全氮含量的增幅为43.3%～56.7%，不同施肥类型处理间差异不显著；土壤全磷含量的增幅为16.9%～38.5%，呈现出CF、BF、NF增幅依次降低的规律。其中BF处理相对于CF，土壤有机质含量增加了1.92 g/kg，土壤全氮含量增加了0.02 g/kg，而土壤全磷则降低了0.09 g/kg。结果表明，沼液复合微生物菌肥与灭菌沼液肥的施用可以显著提高土壤中有机质的累积，且累积作用强于无机肥料（常规施肥）。

2.3沼液复合微生物菌肥对土壤速效养分的影响

由图1～3可知，沼液复合微生物菌肥、灭菌沼液肥、常规施肥相对于对照都显著增加了土壤中碱解氮、速效磷以及速效钾的含量。不同施肥处理相对于对照，土壤碱解氮含量增幅为26.9%～45.6%，其中沼液复合微生物菌肥和灭菌沼液肥相对于常规施肥分别高出0.7和3.4 mg/kg（图1）；土壤速效磷含量在有机肥料（沼液复合微生物菌肥和灭菌沼液肥）施入条件下增幅为62.6%～68.4%，而无机肥输入条件下增幅则高达200%左右，CF相对于BF处理土壤速效磷含量增加了36.8 mg/kg（图2）；土壤速效钾含量也呈现出与速效磷含量相似的规律，CF相对于BF处理土壤速效磷含量增加了129.9 mg/kg，且常规施肥相对于CK，土壤速效钾的增幅约为沼液复合微生物菌肥和灭菌沼液肥的10倍以上（图3）。表明常规施肥会导致速效磷和速效钾在土壤中的大量累积。

2.4土壤养分指标与番茄生长指标间相关性分析

常规施肥条件下，土壤养分指标与番茄生长指标间相关性结果表明（表3）：土壤碱解氮与速效磷呈显著正相关；土壤全氮与全磷之间则呈现出显著负相关性；而番茄生长指标与土壤养分指标之间相关性不显著。沼液复合微生物菌肥条件下，土壤养分指标与番茄生长指标间相关性结果表明（表4）：番茄植株茎粗与土壤碱解氮呈极显著正相关关系，番茄株高则与土壤有机质之间呈极显著正相关关系；土壤碱解氮与速效磷、速效钾之间呈极显著正相关；土壤速效磷与速效钾之间也呈现出极显著的正相关性。

3讨论

沼液复合微生物菌肥、灭菌沼液肥、常规施肥都可以显著促进番茄的生长，其中在番茄的不同生育期，沼液复合微生物菌肥的施用都可以显著地促进植株的生长，且其促进作用优于无机肥等其他施肥类型。这与吕军等[6]的研究结果一致，该研究表明，微生物菌肥的施入对于土壤起到了“接种剂”作用，为土壤引入了诸多的有益微生物菌源。同时，微生物菌肥对土壤酶活性的促进作用强于其他肥料类型，从而使得沼液复合微生物菌肥表现出对作物生长更强的促进作用。沼液中富含的N、P、K等必需营养元素及微量元素，对于植物根系起到了“速效营养库”的作用，满足植株的营养需要[7]。

对于土壤全量养分而言，有机肥料（沼液复合微生物菌肥）的施用可以显著提高土壤中有机质的累积，且累积作用强于无机肥料（常规施肥）。这是由于沼液复合微生物菌肥在腐解和无害化工艺处理后，易降解的部分虽然已经酸化分解，但还未分解的半纤维素、木质素等有机物质，在施入土壤后通过微生物的作用进一步分解，并最终转化为土壤的有机质[8-9]。而该研究中，灭菌沼液肥施用条件下土壤有机质含量显著高于沼液复合微生物菌肥，这可能与沼液复合微生物菌肥处理下氮素肥料的相对缺乏有关。不同施肥类型下土壤全氮含量差异不显著，也体现出沼液复合微生物菌肥在较高的有机质输入条件下氮素相对匮乏。而常规施肥条件下无机肥的大量输入，则造成了土壤中磷素的大量累积，增大了土壤养分淋失的风险。对于土壤速效养分而言，相对于沼液复合微生物菌肥，常规施肥会导致速效磷和速效钾在土壤中的大量累积。这种积累容易造成土壤速效养分的流失，养分的作物有效性降低，而且较高磷素累积会导致作物生物量累积率的降低和土壤中磷素有效性减弱。与之相反，沼液复合微生物菌肥中含有促进磷、钾分解的有益微生物菌体，促进了有机物质的转化，增大了速效养分的有效性[5，10-12]。

通过对番茄生长指标与土壤养分指标间相关性结果进行分析，从而进一步解释沼液复合微生物菌肥（有机肥）与常规施肥（无机肥）施用对番茄生长影响的作用途径与相关机理。在常规施肥条件下，土壤养分指标与番茄生长指标之间相关性不显著，而速效养分中碱解氮与速效磷之间显著正相关，表明无机肥输入对于作物生长的直接影响并不显著，而该研究中常规施肥对番茄生长的促进，可能是由于无机肥料一定程度地增强了土壤中速效养分的循环，从而进一步促进了作物的生长过程。这与陈波浪等[13]的研究结果一致，该研究发现土壤Olsen-P浓度对作物生物量累积的作用规律与土壤碱解氮相似。而无机肥条件下土壤全氮与全磷之间的显著负相关性则可能与氮素过量累积造成的养分淋失有关。在沼液复合微生物菌肥施用条件下，番茄的生长指标与土壤有机质及碱解氮极显著正相关，且不同速效养分之间（碱解氮、速效磷、速效钾）也呈极显著正相关。说明沼液复合微生物菌肥施用是通过促进土壤中有机质和碱解氮的累积与转化，从而改善作物的生长与发育。曹恩珲等[14]通过对微生物菌肥施用条件下，土壤不同理化指标的主成分分析发现，土壤有机质和碱解氮的贡献率明显高于其他土壤理化指标。同时，沼液复合微生物菌肥促进了土壤中碱解氮、速效磷、速效钾等速效养分的转化与利用，且促进作用要强于无机肥，增强了速效养分对于作物的有效性。究其原因，微生物菌剂与沼液中所含的固氮芽孢杆菌、巴西固氮螺菌、解磷假单胞菌等植物促生菌，不仅可以将空气中的氮素固定利用，也能够将土壤中作物难以利用的矿质磷转化为自由态磷酸根供给植物吸收利用[15-18]。

4结论

综上所述，沼液复合微生物菌肥可以促进番茄在不同生育期的生长（株高、茎粗、叶片数等），且随着植株的不断发育，促进作用更加显著。沼液复合微生物菌肥的施用可以显著提高土壤有机质的累积，但需要相应适当氮素的输入，从而促进土壤有机质的进一步转化。沼液复合微生物菌肥可以显著提高土壤中速效养分的含量和有效性，而常规施肥则会导致速效养分在土壤中的过量累积，容易造成养分的淋失，不利于植株的生长。在作用途径方面，沼液复合微生物菌肥是通过促进土壤中有机质的累积及碱解氮、速效磷、速效钾的有效性，从而促进作物的生长，而无机肥则是通过一定程度地增强土壤中速效养分的循环，来影响作物的生长过程。整体而言，设施农业环境条件下，沼液复合微生物菌肥相对于其他肥料类型更有助于番茄植株的生长和土壤肥力的改善。

参考文献

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