蚯蚓粪有机肥对番茄产量、品质和土壤化学性质的影响

吴 珏,李建勇,刘 娜

(1上海市奉贤区蔬菜技术推广站,上海201499;2上海市农业技术推广服务中心,上海201103;3上海市农业科学院设施园艺研究所,上海201403)

施用化肥已成为一种普遍的农业措施,但是长期大量施用化肥也带来了诸如土壤板结、土壤有机质含量减少、果蔬中硝酸盐含量过高等负面问题。蚯蚓粪有机肥被称作最好的肥料,具有良好的物理、化学和生物学特性,施用蚯蚓粪有机肥能够改善土壤环境,促进植物生长,提高作物产量和品质[1-3]。加快推进农作物秸秆资源综合利用是中国一项亟待解决的问题[4]。秸秆中含有丰富的有机质、氮磷钾和微量元素,秸秆还田既可以减少化肥使用量,又能够提高土壤有机质含量[5]。利用菜田蚯蚓养殖技术,可有效利用农业废弃物,生产优质蚯蚓粪有机肥,既实现了农业废弃物的资源化利用,减少了面源污染和环境破坏,又可生产出优质的生物有机肥料,经济效益和生态效益显著。此外,番茄是我国栽培最为普遍的果菜之一,深受城乡居民的喜爱,近年来,人们充分认识到番茄的营养价值,消费量呈现逐年递增的趋势[6]。

本研究采用设施保护地大棚栽培番茄大田试验方法,探讨蚯蚓粪有机肥对番茄产量、品质的影响以及对设施菜地土壤性状的影响,以期为蚯蚓-蔬菜种养结合、农作物秸秆资源化利用等提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试番茄品种为‘欧曼T-180’,由山东省寿光市青大农业开发有限公司生产。

试验用的蚯蚓粪有机肥来自上海扬升农副产品专业合作社。在八型棚内沿垂直于大棚长的方向铺设2条蚯蚓养殖床,每条宽3 m,厚15 cm,中间过道宽度1.5 m。饵料接种‘太平二号’蚯蚓种,投放量为6 000 kg∕hm2。控制相对湿度65%—75%,温度15—25℃。蚯蚓饵料采用购于奉贤区四团华亨奶牛场鲜牛粪,与扬升农场的粉碎后茄果类秸秆,按照2∶1的比例进行配置发酵10—15 d后的混合物。根据蚯蚓食量每10—15 d投喂1次,每次2—3 t∕hm2。养殖6个月后,分离出蚯蚓后的灰色物质即为蚯蚓粪。经检测有机质含量为 293.0 g∕kg,全氮为11.8 g∕kg,全磷15.2 g∕kg,全钾9.6 g∕kg,pH 6.6。 无机肥料使用深圳市芭田生态工程股份有限公司生产的芭田复合肥(N-P2O5-K2O质量分数为15%-15%-15%)。

1.2 试验设计

试验于2016年1—7月在上海市奉贤区扬升农副产品产销专业合作社四连栋塑料大棚内进行。番茄于2016年1月20日播种,3月4日定植,5月30日开始采收,7月11日最后一次采收。供试土壤pH为7.64;有机质含量为 16.3 g∕kg;全盐量为 2.01 g∕kg,碱解氮为 393.67 mg∕kg,有效磷为234.3 mg∕kg,速效钾为 966.5 mg∕kg。

试验设4个处理,3次重复,随机区组排列。小区面积100 m2,每小区定植400株。处理Ⅰ：蚯蚓粪有机肥 7 500 kg∕hm2+525 kg∕hm2复合肥;处理Ⅱ：蚯蚓粪有机肥 15 000 kg∕hm2+525 kg∕hm2复合肥;处理Ⅲ：蚯蚓粪有机肥 22 500 kg∕hm2+525 kg∕hm2复合肥;CK：欣革有机肥 15 000 kg∕hm2+600 kg∕hm2复合肥,各处理肥料作为底肥一次性施入。其他栽培管理措施各处理相同。

每处理随机挑取10个番茄测定单果质量、横径,以及总糖、蛋白质、维生素C、柠檬酸等指标,番茄种植前以及采收后采集0—20 cm耕层土壤,送实验室测定pH、有机质、碱解氮、有机磷、速效钾、全盐量等指标。

1.3 测定方法

在番茄果实成熟期,各处理选取长势均匀的植株,摘取红熟番茄用于品质测定[7]。维生素C含量用改进的2,6-二氯靛酚滴定法测定,可溶性蛋白质含量用考马斯亮蓝G-250染色法测定,糖含量用蒽酮比色法测定,柠檬酸含量用可见分光光度法测定。

采集土壤样品,去除植物根系后,测定土壤基本理化性质[8]。土壤pH采用电位法测定,土壤全盐量用质量法测定,土壤中有机质用重络酸钾氧化-外加热法测定,碱解氮用碱扩散法测定,有效磷用0.5 mol∕L碳酸氢钠浸提比色法测定,速效钾用1 mol∕L乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法测定。

试验数据使用Excel 2007和SAS 9.13软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 使用蚯蚓粪有机肥对番茄产量的影响

由表1可知,施用蚯蚓粪有机肥的处理,番茄单果质量、果实横径及产量均大于对照。其中处理Ⅱ的番茄果实单果质量、横径及单位面积产量最大,其果实横径达到9.04 cm,较对照增加5.48%,与对照相比差异显著;单果质量达到303.18 g,显著优于对照和处理Ⅰ;其产量较对照提高16.22%。处理Ⅰ、处理Ⅲ产量分别比对照提高4.90%和11.79%,单果质量及果实横径与对照差异不显著。需要关注的是,三个试验处理化肥用量较对照减少12.50%,其果实横径、单果质量及产量等指标均优于对照处理,尤其是产量具有不同程度提高,可见同等有机肥用量下,施用蚯蚓粪有机肥可实现化肥减量、蔬菜增产增效的目标。

表1 不同蚯蚓肥用量对番茄果实性状及产量的影响Table 1 Different dosage of vermicompost on tomato fruit traits and yield

2.2 使用蚯蚓粪有机肥对番茄品质的影响

从表2可以看出,不同试验处理的番茄总糖、可溶性蛋白、维生素含量等基本都优于对照处理。其中处理Ⅱ的总糖含量达到2.29 mg∕g,显著高于对照和其他处理,较对照提高9.3%。处理Ⅲ的可溶性蛋白含量最高,显著高于对照,处理Ⅰ的维生素C含量显著高于对照和其他处理。对照处理的柠檬酸含量达到5 661.0 mg∕kg,显著高于其他处理,而可溶性蛋白、维生素C含量均为最低,营养价值和风味较差。由此可见使用蚯蚓粪有机肥可以提高番茄品质,但是从用量上来看,低含量的蚯蚓粪有机肥可以促进番茄果实内维生素C、总糖含量的增加。其原因可能是蚯蚓粪中高含量的盐分离子对该物质的积累产生抑制影响,从而影响了番茄果实中的维生素C和糖分的积累,这与周东兴等[9]的研究结果一致。

表2 不同蚯蚓肥用量对番茄品质的影响Table 2 Different dosage of vermicompost on the quality of tomato

2.3 使用蚯蚓粪有机肥对设施番茄土壤性质的影响

研究表明,土壤有机质含量与土壤质量呈正相关关系[10]。由表3可以看出,与对照相比,各试验处理有机质、全盐量、碱解氮等指标部分差异显著,而pH、有效磷、速效钾等指标差异不显著。施用蚯蚓粪的处理,有机质含量均显著提升,过量使用肥料导致处理Ⅲ土壤全盐量显著高于其他处理和对照,其碱解氮含量则显著低于其他处理。与试验前土壤相比,除了对照外,其他处理有机质含量均有增加,且随着施用量的增加,土壤中有机质含量也随之升高。其中,处理Ⅲ的土壤有机质含量最高,比种植前增加58.57%,较对照增加67.5%。施用蚯蚓粪有机肥,番茄采收后土壤pH较种植前有所提升,增幅为5.06%—8.33%,而施用商品有机肥的对照组,种植前后pH变化不大;种植后各处理全盐量均有降低,其中处理Ⅰ的降幅最大为46.27%,其次为处理Ⅱ,降幅为43.78%,处理Ⅲ的降幅最小,但也达到了21.89%,说明施用有机肥可减轻土壤次生盐渍化,对土壤质量保育有一定效果。

表3 不同蚯蚓肥用量对番茄土壤养分影响Table 3 Different dosage of vermicompost on tomato soil nutrients

采收后各处理的碱解氮、有效磷及速效钾的含量均比种植前有所降低,其中碱解氮降幅最大的是处理Ⅲ,减少了71.75%;有效磷降幅最大的为处理Ⅱ,减少了18.9%;速效钾降幅相对较低,处理Ⅰ和对照组较种植前有所增加但均无显著差异。从土壤中氮磷钾含量变化可以看出,蚯蚓粪比普通有机肥在土壤中会更快更多地释放有效养分,原因是有机废弃物在经过蚯蚓吞噬消化后,有机物质得到进一步分解,释放出较多更容易被植物吸收的养分,此结论在吕振宇等[10]的研究中也有证实。

3 结论与讨论

很多学者研究表明,蚯蚓粪有机肥有利于培育番茄壮苗[11-13]。施用蚯蚓粪有机肥能够提高番茄作物的产量[14-16],证明了生物肥料的有效性。蚯蚓粪有机肥除提供作物生长所需的N、P和K外,还含有大量有益微生物及赤霉素、细胞分裂素等促进番茄生长和果实发育的物质[17-18]。此外,蚯蚓粪的添加还能有效改善土壤结构,有利于作物生长[19]。

本研究结果表明,蚯蚓粪可以提高土壤中速效养分含量,增加土壤全量养分储存量,提高土壤供肥能力。施用蚯蚓粪有机肥可以提高土壤中有机质含量,减轻土壤盐渍化发生程度。且从种植前后土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量变化来看,施用蚯蚓粪有机肥的土壤比普通有机肥更能快速释放土壤有效养分,以利于作物吸收。有研究表明,施用蚯蚓粪可以增加土壤有益微生物含量,改变土壤容重、孔隙度、团聚体稳定性,改良土壤结构,使土壤疏松,提高土壤保肥能力[20]。

与施用普通有机肥的处理相比,施用蚯蚓粪有机肥不仅能提高番茄产量,也可提高果实品质,总糖、可溶性蛋白和维生素C含量均显著增加。蚯蚓粪有机肥的施用能显著促进番茄的生长发育,3个施用蚯蚓粪有机肥的处理中,番茄产量均有不同幅度增加,其中以15 000 kg∕hm2的处理最高。高用量的处理番茄产量反而有所降低,这或许是由于土壤或肥料中腐殖质含量高出一定值时,对植物生长有抑制作用[21]。

不同施用量的蚯蚓粪有机肥对番茄品质的影响效果也不同,但都优于施用普通有机肥的对照组。低用量的处理能显著提高番茄的维生素C含量,中用量的处理能显著提高番茄的可溶性蛋白含量,而高用量的处理则显著提高番茄的总糖含量。由于蚯蚓粪中含大量腐殖质,其超过一定水平会对作物产生毒害作用,不利于营养物质的积累[17-18],本试验虽然得到类似的结果,但具体原因尚不明确,需要进一步研究。

综上所述,施用蚯蚓粪有机肥在减少化肥用量12.50%的基础上,仍然可以促进番茄生长,提高其产量和品质,其中以蚯蚓粪有机肥用量15 000 kg∕hm2的处理效果最佳。此外,施用蚯蚓粪有机肥可有效降低化肥用量、减少面源污染,保护和修复土壤,对于保护环境、绿色发展有重要意义。