化肥施用量对基质栽培樱桃番茄产量品质的影响及基质重茬利用效果

宋修超+郭德杰+马艳+严少华+张晶

摘要：通过2批次田间试验，研究不同化肥施用量对猪发酵床垫料基质栽培樱桃番茄当季及重茬栽培番茄果实品质、器官氮、磷、钾元素含量的影响。结果表明，适量施肥可提高产量，增加番茄可溶性固形物、可溶性蛋白和维生素C含量，促进各器官尤其是根系对N、P、K元素的吸收。过量施肥增产效果不显著，可溶性固形物和维生素C含量显著降低，且硝酸盐含量随施肥量增多不断积累。与新基质相比，连续2季重茬栽培对番茄产量与植株生物量影响不显著；但前茬栽培施肥量对重茬栽培有较大影响，前茬高肥并不能对番茄产量产生持续促进作用。综合考虑试验结果，以15 L/株基质栽培樱桃番茄推荐N、P2O5、K2O追肥量为20、10、30 g；在合理的施肥条件下，连续2茬基质栽培樱桃番茄无需消毒处理过程。

关键词：化肥施用量；发酵床；垫料基质；重茬栽培；樱桃番茄；产量品质

中图分类号： S662.506 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）20-0165-04

高强度利用下的设施农业在土壤健康、生态环境污染和食品安全方面的弊端日益突出，特别是土壤次生盐渍化、酸化和土壤养分失衡，以及病菌积累，造成连作障碍[1-2]。利用无土基质栽培的方式可以很好地解决集约化设施种植土壤障碍的问题，且栽培基质含有丰富的矿质养分和有机质，可促进植株生长，增加干物质积累，提高作物产量和品质[3-5]。利用农业废弃物作为无土栽培基质种植蔬菜是目前设施园艺领域的热点问题之一[6]。当前，利用农业废弃物作为生产基质主要集中在农作物秸秆、菇渣、椰壳、锯末、畜禽粪便堆肥等易腐熟有机物料和泥炭、蛭石和珍珠岩等辅助材料[3]，且生产工艺日趋完善，并取得了良好的市场效果。

近年来，随着发酵床养殖技术的快速发展，畜禽养殖后的发酵床垫料数量逐年增加，而该类废弃物的再利用问题亟待解决，将垫料进行基质化利用逐渐受到重视[7]。一方面垫料变基质可实现废物再利用，另一方面基质的高效利用可延长产业链，提高经济附加值。关于垫料作为基质原料的配方研究前期已见文献报道，并且针对猪发酵床垫料特点进行的控盐、调节孔隙度等生产工艺也基本成熟[8-9]。但针对猪发酵床垫料为主要原料的基质栽培技术尚未见报道，这一类基质中含有的养分不能完全满足蔬菜特别是长季节蔬菜的当季营养需求，而适量追施化肥对于提高基质栽培作物产量具有重要作用[10]。此外，蔬菜设施栽培下土壤不经过消毒处理或轮作，土壤中病原菌、植物根系分泌物和盐分的积累会大大提高病虫害的发生可能，从而对植株生长和果实产量、品质造成一定影响[11]。本试验以猪发酵床垫料为主要原料研制的蔬菜栽培基质为栽培介质，研究不同化肥施用量对樱桃番茄的生长、产量、营养品质和养分含量的影响，获得基质栽培番茄的最佳施肥量，以期为以猪发酵床垫料为主要原料的基质栽培番茄养分管理和重复利用提供理论与技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2016年4月至12月在江苏省农业科学院六合动物生产基地标准塑料大棚中进行，大棚南北朝向，长40 m，宽8 m。供试基质为以腐熟的秸秆发酵床养猪垫料为主要原料，复配其他辅料研制而成。基质容重0.21 g/cm3，总孔隙度65.22%，pH值7.32，EC值1.45 mS/cm，全氮含量 9.09 g/kg，全磷含量11.63 g/kg，全钾含量6.76 g/kg。

供试番茄品种为金陵美玉，由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所提供。供试肥料氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。供试基质槽为无盖长方箱体，采用特定模具用聚苯乙烯压塑成型，长、宽、高分别为1.20、0.25、0.30 m。

1.2 试验设计

1.2.1 不同化肥用量对樱桃番茄产量和品质的影响试验 试验共设置6个施肥量梯度处理（根据前期试验经验得出的施肥量，以单株番茄施用量计）：F0，不施肥；F1，N-P2O5-K2O（12 g-6 g-18 g）；F2，N-P2O5-K2O（16 g-8 g-24 g）；F3，N-P2O5-K2O（20 g-10 g-30 g）；F4，N-P2O5-K2O（24 g-12 g-36 g）；F5，N-P2O5-K2O（28 g-14 g-42 g），每个处理4次重复，每处理8株，各处理随机排列。

每个处理由3个基质槽组合而成，种植8棵番茄（金陵美玉），株距为0.40 m，单株番茄的基质用量为15 L。番茄苗于2016年4月1日移栽定植，2016年6月20日最后一次采收完成。将所需的尿素、过磷酸鈣和硫酸钾3种肥料充分混合，每处理的肥料量平均分成4份，在距主根5 cm处开弧形沟，撒入肥料，封土后整平地面，浇水1次，追肥时间分别为4月20日、5月03日、5月17日、5月29日。生长期间其他日常管理均采用常规管理。

番茄果实于2016年4月29号开始第1次采摘，测产，之后每隔10 d采摘1次，直至6月底截止。整个试验周期结束后，统计番茄商品果总产量。在盛果期（5月22日）收集的果实，统计产量后带回实验室进行果实品质、含水量及全量养分（N、P、K）含量测定。果实全部采收结束后，将每个处理全部8棵植株分类收集，地上部植株和根系分别称鲜质量，并随机剪取200 g左右鲜样烘干，测定含水量，计算地上部、地下部植株干质量。用烘干样品测定地上部茎叶和地下部根系的全养分（N、P、K）含量。

1.2.2 基质重茬栽培对番茄生长影响试验 选择前茬中F0、F1和F4等3个产量差异显著的处理进行重茬种植，F1和F4分别代表低量施肥和高量施肥。施肥管理与前一次相同（以单株施肥量计），即：F0-2，不施肥；F1-2，N-P2O5-K2O（12 g-6 g-18 g），F4-2，N-P2O5-K2O（24 g-12 g-36 g），以新基质不施肥处理作为对照（CK）。endprint

试验中将上述3个处理的前茬4份基质充分混匀，然后以15 L/株的基质用量重新装到相应基质槽中，每处理3次重复（每个重复3个基质槽，种植8棵番茄）。其他农业管理措施与上批次相同，追肥分4次施入基质中。

番茄采收方式与上一批次同样，每隔10 d采集1次，统计产量，待果实采收完成后，将全部8棵植株（包括地下部根系）从基质槽中取出，洗净测定生物量。

1.3 测定项目与方法

番茄主要营养品质的测定：在盛果期随机挑选16个番茄果实，使用组织匀浆机将其研匀后测定。维生素C含量采用二甲苯萃取，2，6-二氯靛酚比色法[12]测定；硝酸盐含量采用水杨酸-硫酸浸提比色法测定；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250比色法测定；可溶性固形物含量采用RHBO-90型号手持折射仪（LINK，Co.Ltd.，中国台湾）测定。番茄果实、植株地上部植株和根系的全养分（N、P、K）含量测定：用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度法分别测定全氮、全磷和全钾含量[13]。

1.4 数据分析

采用SPSS 17.0和Excel软件进行单因素方差分析，用Origin Pro 9.0软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同化肥施用量对番茄产量的影响

施肥处理番茄产量显著高于不施肥（F0）处理（P<0.05），且随着施肥量增加而增加，F1、F2、F3、F4、F5分别比对照增产19.53%、28.06%、39.23%、37.32%、38.95%，其中F3（单株番茄N-P2O5-K2O施用量20 g-10 g-30 g）达到最高，显著高于F0、F1，但与F2、F4、F5差异不显著，这表明施肥量超出一定范围后番茄产量并不继续增加（表1）。

分析番茄产量构成发现，植株生物量和商品果数的变化趋势与产量相似，在一定范围内施肥有利于增加植株生物量和商品果数，但商品果数在施肥量过高的F4、F5反而与F1、F2低肥处理没有差异。这表明适量施肥可促进植株生长，提高番茄商品果数，从而提高产量，但过量施肥番茄产量并没有显著提高，且商品果率低，果实的商品性较差。

2.2 不同化肥施用量对番茄营养成分的影响

由图1所示，F2处理的番茄果实中可溶性固形物（图 1-a）含量最高，显著高于不施肥（F0）处理和施肥过高的F5处理（P<0.05），表明在一定范围内番茄可溶性固形物含量随施肥量增多而增多，但过量施肥会引起果实可溶性固形物含量的下降。果实中维生素C含量（图1-b）变化趋势与可溶性固形物相似，适量施肥提高番茄维生素C含量，过量施肥反而会引起下降，维生素C含量最高的为F3处理。施肥处理对果实可溶性蛋白（图1-c）和硝酸盐（图1-d）含量的影响相似，能够显著促进果实可溶性蛋白和硝酸盐积累，但二者区别在于施肥量超出一定范围后，可溶性蛋白含量不再增加，而硝酸盐则仍是不断积累。与F0处理相比，F3处理的可溶性蛋白含量增加了68.51%，而F5处理的硝酸盐含量增加了64.05%。

2.3 不同化肥施用量对番茄不同器官养分含量的影响

2.3.1 果实中养分含量的差异 如图2所示，施肥处理的番茄果实中N和K含量均显著高于对照（F0）处理（P<0.05），N含量F3处理最高，K含量F4处理最高，分别比对照增加了36.46%、59.31%。番茄果实中K含量在一定范围内随施肥量增加而增多，但超过一定范围后不再增加。

2.3.2 茎叶中N、P、K元素含量差异 地上部N、P、K含量如图3所示。与不施肥F0相比，随着施肥量的增加，F3、F4、F5处理番茄地上部N含量显著高于对照；P含量除F1处理与对照差异不显著外，其他各处理显著高于对照；各施肥处理K含量均显著高于对照。各施肥梯度处理间茎叶的N、P、K含量差异相对较小，差异多不显著，变化范围为N含量在585～7.54 g/kg，P含量在2.15～3.21 g/kg，K含量在 12.17～14.21 g/kg。

2.3.3 根系中N、P、K元素含量差异 根系中N、P、K含量差异如图4所示。除F1中P含量与对照差异不显著外，施肥处理番茄根系N、P、K含量均显著高于不施肥F0处理（P<0.05）；且在一定范围内随着施肥量的增加，N、P、K的积累量不断增多，其中N、P含量在F3处理中达到最高值，K含量在F4处理中达到最高值，分别比对照增加了 48.71%、53.85%和28.80%。

2.4 基质重茬利用对番茄产量和植株生物量的影响

从图5可以看出，与新基质相比，重茬种植2季番茄果实产量（图5-a）和植株生物量（图5-b）并没有显著差异，表明猪发酵床垫料基质重茬栽培樱桃番茄，不经消毒处理，连续种植2茬不会出现严重土传病害。

比较重茬处理的3个施肥梯度间差异发现，不施肥F0-2处理的果实产量与植株生物量显著低于施肥F4-2处理（P<0.05），这也再次验证了施肥对基质栽培番茄的必要性。但低肥F2-2与高肥F4-2间差异并不显著，这与第1茬试验结果变化趋势不同，重茬种植时，过高施肥并不能對番茄产量产生持续促进作用。

3 结论与讨论

基质的主要原料是稻麦秸秆的猪圈发酵床垫料，出圈后经二次堆肥1个月制成，经过完整的腐熟过程，矿质养分大幅提高[14]。但由于基质中泥炭、木薯渣等其他辅料所含氮、磷、钾也大多为迟效养分，这导致单纯依靠基质本身释放矿质养分并不能满足作物当季生长的需要。与大部分报道相似，基质栽培番茄必须通过额外追施化肥，来维持植株发育所必须的良好营养条件[10，15]。本试验通过2季番茄结果显示，与不追肥处理相比，适量追施化肥可显著提高番茄商品果率、产量，这也证实了基质栽培适量追肥的必要性。

适量追施化肥改善了番茄的营养品质（提高可溶性固形物、可溶性蛋白和维生素C含量），提高了各器官中N、P、K的养分含量，这主要是由于追施适量化肥有利于保持基质的供肥能力，让植株处于适宜的碳氮平衡中，有利于光合作用，促进植株对养分吸收、转运和分配[16-17]。过量追肥会导致果实品质的下降（维生素C含量显著下降，硝酸盐含量不断积累），植株N、P、K养分的吸收也并没有持续增加。这和土壤栽培的情况相似，番茄果实的硝酸盐含量随氮肥施用量的增加而增加，两者呈显著的正相关关系[18]，过量施肥反而对植株生长产生抑制作用。对于基质栽培，过量施肥易造成基质中各种盐分积累，导致养分失调，理化性状恶化，最终导致作物体内部分物质转化合成受阻，使产品品质和产量降低[19]。endprint

此外，有报道显示，适当增施磷肥可以提高果实的可溶性糖含量[20]，增施钾肥能够通过电子传递链参与生物化学合成过程而影响番茄可溶性固形物和维生素C含量[21-22]，并且钾肥能够促进植物体内氮素的代谢[23]。然而，由于本试验中追施的化肥是同一配比的N、P、K组合，尚不能确定究竟是哪一种肥料起主导作用，因此，关于氮、磷、钾肥对番茄品质改善和养分吸收的影响有待进一步研究和验证。

基质的重复利用是蔬菜基质栽培发展的重要环节，合理地重复利用基质，可有效地降低生产成本。本试验结果显示，基质重复栽培2茬樱桃番茄不会发生明显的连作障碍，植株生长和果实产量也并没有显著影响。这和李威等的研究结果[24]相同，连续栽培2茬番茄的有机基质不会发生明显的土传病害，但连作3茬可使番茄根系早衰，影响根系对水分和养分的吸收，进而影响番茄的产量和品质。

值得关注的是，本研究结果显示，与低量施肥相比，高量施肥在第1茬显著提高番茄产量，但第2茬时这种促进效果不明显，这可能因为过量施肥加剧土壤连作障碍，导致连作2茬虽然不能引起番茄植株直接病变死亡，但可能刺激产生更多的抑制植株生长的物质[11，25]。然而，由于本试验没能及时测定栽培前后基质性质变化，且尚不清楚连续种植3茬的效果，因此，不能对该结果下明确的结论，但针对不同养分水平下的土传病害发生机制有待进一步探讨研究。

综上所述，合理施肥为设施基质栽培番茄的高产优质提供养分保证，可不同程度地提高商品果率、产量，改善番茄品质（提高可溶性固形物、可溶性蛋白和维生素C含量）、提高番茄果实、地上部茎叶和地下部根系中N、P、K养分吸收；过量施肥反而降低番茄的商品果率，并且带来果实硝酸盐的积累、维生素C和可溶性固形物含量的下降。因此，综合考虑番茄产量、营养品质和养分吸收量，本试验推荐单株番茄用15 L基质的情况下，追肥选用N-P2O5-K2O 20 g-10 g-30 g。对基质连续2茬重复种植可无消毒处理过程，番茄果实产量与植株生长状况与新基质差异不显著。

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