化肥减施条件下配施生物有机肥对番茄生长及品质的影响

唐 宇，包慧芳，詹发强，侯 敏，王 宁，杨 蓉，林子敬，龙宣杞,

(1. 新疆大学生命科学与技术学院 乌鲁木齐 830046；2. 新疆农业科学院微生物应用研究所/新疆特殊环境微生物重点实验室，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】新疆自然气候和土地资源优势明显，是中国加工番茄的主要产区，每年太阳能辐射总量高达 130～150 kCal/cm2，每年平均日照时间长达2 600 ～3 400 h，适宜番茄的生长。这也使新疆成为了亚洲第一番茄生产加工基地[1-2]。适量施肥可明显改善番茄品质，大幅提高番茄产量，但长期过量施用化肥则造成了土壤盐分积累、酸化，耕地土壤板结、土壤盐渍化程度加重及有机质含量偏低，降低土壤酶活性、番茄产量和品质等问题[3-6]，影响土壤可持续利用和农产品质量[7-8]。土壤中有机质的含量是体现土壤肥力的一种重要指标，它不仅可以改良土壤结构和物理性质，还能在土壤积累和分解的过程中，供给植物生长所需的养分。无论在番茄生长的哪个时期，施加生物有机肥的处理中土壤的有机质含量显著高于施用化肥的处理。磷的移动性较大，会优先选择向生长中心运输，参与能量转移、传递和光合作用。在番茄生长的各个时期，施加生物有机肥的处理中土壤的速效磷含量都明显高于施加化肥的处理。生物有机肥作为一种安全无毒肥料，不仅能够改善土壤板结，增加保水保肥能力，还可改善作物生态环境。【前人研究进展】微生物菌肥、有机无机复混肥在粮食作物、蔬菜、水果上等作物上应用研究报道较多[9-11]，孙利萍等[12]研究表明，施用鸡粪和羊粪可以提高番茄产量及果实风味品质和营养品质。张恩平等[13]研究表明，配施有机肥能够显著提高土壤有机质、速效磷、速效钾和碱解氮的含量，氮肥的施入会降低根际土壤的pH，各处理间土壤理化性质的差异显著。赵云霞等[14]研究了在沙培的日光温室条件下，不同有机肥施用对沙培番茄的生长发育及产质量的影响，结果表明，施用有机肥可促进番茄植株生长，提高果实品质及产量。闫实等[15]通过开展番茄生物有机肥培肥定量化用量试验，667 m2施2 t生物有机肥，不仅可以增产24.75%，还能提高果实品质，提高番茄VC含量34.54%，降低硝酸盐含量6.63%，同时提升土壤有机质5.44%、有效P、速效K含量分别提高16.03%和5.10%。番茄枯萎病为一种严重为害番茄品质和产量的土传性病害，生物有机肥中的芽孢杆菌对于番茄枯萎病病原菌有较好的拮抗作用[16]。有机质和氮、磷、钾是土壤的重要养分指标，施入生物有机肥后，可以有效改善土壤养分状况[21]。【本研究切入点】钾是作物体内含量最高的阳离子，它是许多酶的活化剂，钾不仅能提高光合作用，促进碳水化合物的形成，还能促进氮的吸收，并可以一定程度的调节碳、氮平衡，有降低植株体内硝酸盐含量的作用[22]。土壤的供氮能力是评价土壤肥力的一个重要指标，土壤速效氮是有效氮，不仅反映土壤中氮的供应强度，也反映出氮的供应容量[22]。研究生物有机肥替代常规化肥对番茄生长及品质的影响。【拟解决的关键问题】在减施化肥的条件下，配施生物有机肥，测定其对土壤中速效N、速效P、速效K，有机质，pH值，电导率及番茄品质和产量的影响，为生物有机肥替代化肥种植加工番茄减施化肥不减产提供理论和应用基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验在乌鲁木齐市新市区新疆农业科学院安宁渠试验场进行。试验地土壤速效N含量为28.44 mg/kg，速效P含量为25.60 mg/kg，速效K含量为177.3 mg/kg，有机质含量为10.045 g/kg，pH为8.41，电导率为524 μs/cm。

供试番茄品种：“里格尔87-5”。

供试肥料：尿素(含N 46%)，磷酸一铵(含N 12%、含P2O552%)，磷酸二胺(含N 18%、含P2O548%)，硫酸钾(含K 52%)；自产NCD生物有机肥(NCD为枯草芽孢杆菌)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于2018年4～9月进行。样方规格10 cm2，样小区面积(3×9)cm2，定植密度为行距60 cm，株距40 cm，276 0株/667m2。试验采用随机区组设计，设5个肥料处理，3次重复。CK1：常规施肥(尿素28 kg/667m2，磷酸二铵15 kg/667m2，硫酸钾12 kg/667m2，磷酸一铵8 kg/667m2)；CK2：减量50%常规施肥(按处理CK1施肥的一半施肥量)；S1：化肥减施30%+30%生物有机肥(按处理CK1施肥的70%的施肥量+165.3 kg/667m2的生物有机肥)；S2：化肥减施50%+50%生物有机肥(按处理CK1施肥的一半施肥量+275.5 kg/667m2的生物有机肥)；S3：生物有机肥(551 kg/667m2)。不同肥料均在5月4日灌窝处理。

1.2.2 取样调查及测定1.2.2.1 土壤性质

于番茄花期、坐果期、成熟期进行采样，取小区中除边行外的任意中间行随机采10株的根际土进行测定，测定根际土的速效氮、磷、钾，有机质，pH值、电导率。根际土的速效氮、磷、钾使用TFC智能普及型土肥速测仪测定，有机质采用重铬酸钾容量法测定[17]，pH值使用pH仪测定，电导率使用DDS-307型电导率仪。

1.2.2.2 番茄品质及病害

于番茄成熟期进行采样，取小区中除边行外的任意中间行随机采10株进行测定，测定番茄果实的总酸含量、VC含量及可溶性糖含量，以及其产量、成熟率及发病率。总酸采用滴定法测定[18]，VC采用2，6-二氯酚靛酚法滴定法测定[19]，可溶性糖采用蒽酮比色法测定[20]。将采集番茄植株上的病果及健果称重得出产量及发病率。

1.3 数据处理

数据通过 Excel 整理后用 SPSS19. 0 进行统计分析，使用最小显著差异(Least significant difference，LSD)检验进行多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤养分的影响

2.1.1 不同施肥处理对土壤有机质的影响

研究表明，5个处理中处理CK2的有机质含量呈逐渐下降的趋势，其他4个处理的有机质含量呈先降低后回升的趋势，由于处理CK2所施的肥量不足以满足番茄整个生长周期的需要。在成熟期，有机质含量S3>S1>S2>CK1>CK2，随着番茄的生长，对有机质的需求量逐渐增大，使土壤中的有机质随着番茄的生长而慢慢消耗，减半施肥的土壤不足以供给植株足够的养分来促使其生长，而常规施肥就可以供给植株足够的养分。用生物有机肥代替化肥的土壤，有机质含量渐渐升高，是由于有机肥的分解以及菌剂中的有益菌促使了土壤中微生物的活动，提高了土壤中有机质的含量。表1，图1

图1 不同处理下各时期土壤有机质含量变化
Fig. 1 Changes of soil organic matter content treated by different treatments in different periods

2.1.2 不同施肥处理对土壤速效氮含量的影响

在番茄生长的花期和坐果期，施用生物有机肥的处理的速效氮含量都显著高于施用化肥的处理，而在成熟期，处理CK1与S1差异并不显著，都显著高于其他处理。除处理CK2呈逐渐下降的趋势外，其他处理均为先下降后上升的趋势，这说明减半施肥会使土壤中的速效氮随着番茄的生长而慢慢消耗掉，不足以提供番茄整个生长过程中所需要的氮。施加生物有机肥的速效氮含量普遍较高，且在番茄生长的后期都逐渐增加，由于有机肥经过了长时间的分解和转化，产生了一些低分子的有机酸和腐殖酸，溶解土壤中的矿物质，增加土壤中的速效氮。而加入菌剂可以促使番茄根系产生固氮作用，使得番茄在坐果期之后速效氮含量不降反增，从而促进植株生长。处理CK1为常规施肥，尿素、磷酸一铵和磷酸二铵中都含有氮元素，施肥方式可以使植株正常生长。表1，图2

图2 不同处理下各时期土壤速效氮含量变化
Fig. 2 Changes of soil available nitrogen content treated by different treatments in different periods

2.1.3 不同施肥处理对土壤速效磷含量的影响

研究表明，土壤的速效磷含量随着番茄的生长而逐渐降低，这是由于随着番茄的生长，对磷的需求逐渐增大。处理CK2降低的最快，这与它施加的肥量较低有关。处理S1和S2的趋势较为平缓，加入菌剂后，土壤中的速效磷含量不会随着植株生长时对磷的需求量有很大的改变，不会使土壤的磷消耗得过快。这是由于土壤中大多数的磷元素是以难溶性的化合物形态而存在的，不可以被植物直接吸收并利用，加入菌剂后，会使土壤中的微生物活跃起来，分解和转化这些不能被直接利用的养分，从而增加土壤中磷的有效性。表1，图3

图3 不同处理下各时期土壤速效磷含量的变化
Fig. 3 Changes of soil available phosphorus content treated by different treatments in different periods

2.1.4 不同施肥处理对土壤速效钾含量的影响

研究表明，在番茄生长的不同时期，各处理之间均存在显著差异，说明施肥方式对番茄钾的吸收影响很大。花期和成熟期，施用生物有机肥的处理S3显著高于其他处理，而在坐果期，处理CK1明显高于其他处理，其次为处理S3。从花期到坐果期的过程中，土壤的速效钾含量迅速降低，说明在这个时期果实对钾的需求量较大，坐果期之后，速效钾含量有一定的回升，由于这时果实对于钾的需求量降低，土壤中所释放的钾大部分没有被其吸收。表1，图4

图4 不同处理下各时期土壤速效钾含量变化
Fig. 4 Changes of soil available potassium content in different treatments in different periods

2.2 不同施肥处理对土壤pH及电导率的影响

经过前期测定发现试验地的土壤偏碱性，而适宜番茄生长的土壤pH在6～7，通过添加生物有机肥可以降低土壤pH，有利于番茄生长。土壤电导率是测定土壤中水溶性盐的指标，电导率值越高土壤中含盐量越高，施加生物有机肥能有效降低电导率，降低土壤次生盐渍化的风险。表2

表2 不同施肥处理下土壤pH及电导率变化
Table 2 Effects of different fertilization treatments on soil pH and conductivity

处理Treatment花期Florescence坐果期Fruit setting period成熟期Maturation periodpH电导率Conductivity(μs/cm)pH电导率Conductivity(μs/cm)pH电导率Conductivity(μs/cm)CK18.330ab478.67b8.780a210.33b8.283a250.66dCK28.376ab504.67c8.910b191.26a8.603c212.66cS18.410ab503.67c8.746a273.00c8.410b280.00eS28.323a673.67d8.736a309.33d8.673c186.13aS38.420b458.33a8.973b193.16a8.860d192.60b

pH值过高并不利于番茄生长，而处理S2在番茄生长的各个时期的pH值都显著低于其他处理，说明施加生物有机肥加减半化肥的这种施肥方式能有效降低土壤pH。在番茄生长的过程中，土壤pH值在花期呈下降的趋势，在坐果期有大幅度的升高，在成熟期之后又迅速降低。从整体来看，处理CK1的pH更适宜番茄生长，其次为处理S1，说明加入生物有机肥与常规施肥对土壤的pH值影响不大。在土壤分析中，含盐量是一个重要的综合指标，而测定土壤中的电导率可以直接反映出混合盐的含量。施加生物有机肥能有效降低土壤的电导率，其中处理S3的效果最好，在花期和坐果期都显著高于其他处理。随着番茄的生长，土壤的电导率整体呈现下降的趋势。处理S3降低电导率的效果最好，只添加生物有机肥可以有效改善土壤电导率，增加土壤的保水性，降低土壤中的盐分含量，利于番茄生长。表2，图5，图6

图5 不同处理下各时期土壤pH值变化
Fig. 5 Changes of soil pH values under different treatments in different periods

图6 不同处理下各时期土壤电导率变化
Fig. 6 Changes of soil conductivity treated by different treatments in different periods

2.3 不同施肥处理对番茄品质的影响

处理S3在总酸含量和VC含量上都显著高于其他处理，可溶性糖含量低于处理S1，但与处理CK1和S2差异不显著，说明生物有机肥代替化肥可有效改善番茄品质。

番茄总酸含量S3>CK1>S2>CK2>S1，施加生物有机肥的处理S3的总酸含量最高，与CK1、CK2、S1、S2相比，分别增加了7.87%、19.28%、42.1%、17.15%。番茄VC含量S3>CK1>CK2>S2>S1，处理S3的VC含量最高，与CK1、CK2、S1、S2相比，分别增加了24.95%、79.8%、139.61%、89.96%，明显高于其他处理。通过这两个指标发现，单纯施加生物有机肥可以有效提高番茄的总酸含量和VC含量，并且其效果要好于常规施肥。番茄可溶性糖含量S1>S3>CK1>S2>CK2，处理S1的总酸含量和VC含量较低，但可溶性糖含量最高，与CK1、CK2、S2、S3相比，分别增加了17.19%、28.16%、18.57%、16.29%，除减半施肥外各个处理之间相差并不明显，常规施肥与施加生物有机肥对于提高番茄可溶性糖含量的效果差异并不明显。处理S3的效果更好，有利于提高番茄品质。表3

表3 不同施肥处理下番茄品质变化
Table 3 Effects of different fertilization treatments on tomato quality

处理Treatment总酸Total acid (%)VC含量VC content(g/100g)可溶性糖含量Soluble sugar content(%)CK10.449 6c8.324 6c23.880abCK20.406 6b5.785 0b21.836aS10.341 3a4.341 0a27.986bS20.414 0b5.475 6b23.603abS30.485 0d10.401 3d24.066ab

2.4 不同施肥处理对番茄产量及病害的影响

研究表明，各处理在番茄的总重、植株重、单株产量和成熟率方面都没有显著的差异，说明用生物有机肥代替化肥不会影响番茄的产量及番茄植株的生长情况。而各处理在番茄脐腐病发病率上存在显著差异，处理S2的发病率最低，为10.36%，相较于常规施肥和减半施肥，可以将发病率降低一半，处理S1和S3的发病率也比CK处理的低，施加有机肥可以有效降低番茄脐腐病发病率。表4

表4 不同施肥处理下番茄产量及发病率变化
Table 4 Effects of different fertilization treatments on tomato yield and diseases

处理Treatment总重Total weight(kg)植株重Plant weight(kg)单株产量Single plant yield(kg)成熟率Maturity rate(%)发病率Incidence rate(%)CK116.640a4.666a1.064a75.060a24.000dCK216.060a4.813a0.858a73.773a22.276cdS116.306a6.006a1.163a70.926a17.330bcS214.213a4.940a0.927a79.556a10.360aS316.366a5.726a1.164a65.536a11.793ab

2.4.1 不同施肥处理对番茄果实总重的影响

各处理对于番茄果实总重的影响差异不大，施加生物有机肥与常规施肥无显著差异。处理CK1的番茄果实总重最大，其次是处理S1和S3，常规施肥所产生的养分对于番茄植株和果实的生长是最适宜的，生物有机肥处理的番茄果实总重稍低于常规施肥，但高于减半施肥，这两种施肥方式所产生的养分也能使番茄正常生长。表4，图7

图7 不同处理下番茄总重变化
Fig. 7 Changes of tomato total weight treated by different treatments

2.4.2 不同施肥处理对番茄植株重的影响

施用生物有机肥的处理与常规施肥的处理差异不显著，减量施肥后加入生物有机肥不会使番茄的植株重下降。处理S1的植株重最大，其次为处理S3，生物有机肥可以使番茄的植株生长得更好。表4，图8

图8 不同处理番茄植株重的变化
Fig. 8 Changes of tomato plant weight treated by different treatments

2.4.3 不同施肥处理对番茄单株产量的影响

施加生物有机肥的处理与施加化肥的处理在番茄单株产量上差异并不显著，处理S1和S3都高于CK1，其中处理S3最高，用生物有机肥完全代替化肥不仅不会降低番茄产量，反而会使番茄产量高于常规施肥的处理的产量。表4，图9

图9 不同处理下番茄单株产量变化
Fig. 9 Variation of single plant yield of tomato treated by different treatments

2.4.4 不同施肥处理对番茄成熟率的影响

施加生物有机肥的处理与常规施肥的处理之间差异不显著，减量施肥的同时添加生物有机肥不会对番茄的成熟率造成影响。各处理在成熟率上差异不大，但处理S2还是略高于其他处理，由于S2中不仅加入生物有机肥还有减量的化肥，满足了番茄生长所需求的多方面的营养成分，而处理S3则要低于其他处理，由于处理S3中仅添加了生物有机肥，生物有机肥具有缓释作用，土壤中的微生物活动延缓了番茄的成熟速度。表4，图10

图10 不同处理下番茄成熟率变化
Fig. 10 Changes of tomato disease rate treated by different treatments

2.4.5 不同施肥处理对番茄脐腐病发病率的影响

施加生物有机肥的处理中，处理S2和S3差异不显著，与处理S1差异显著，而处理S1与CK2差异不显著，CK1与其他各处理差异均显著，脐腐病发病率CK1>CK2>S1>S3>S2，其中处理S2的发病率最低，相较于CK1、CK2、S1、S3，分别降低了56.83%、53.49%、40.22%、12.15%。处理S2和S3都能够有效降低番茄果实发病率，而S1与CK2效果相同，降低果实发病率的效果不明显。处理CK1的发病率最高，常规施肥容易导致番茄果实产生病害，而使用生物有机肥的处理可以有效降低果实的发病率，对于增加产量，减施农药施用有重要作用。表4，图11

图11 不同处理下番茄病害率变化
Fig. 11 Changes of tomato disease rate in different treatments

3 讨 论

施用生物有机肥，添加了外源微生物，可以增加土壤微生物的数量和活性，在作物生长前期给作物提供一定的速效养分，同时在作物的生长过程中，通过微生物的生命活动分解土壤中的有机质和矿物质释放养分，不断地供作物生长需求，达到速效和长效兼有的效果[23-24]。将生物有机肥与化肥配施，既充分补充了有机碳源，又可以对土壤物理性质进行改良，提高土壤微生物活性，同时，长期施用生物有机肥可以有效提高土壤细菌、真菌和放线菌的数量，改善土壤微生物群落结构。

在土壤养分方面，施加生物有机肥之后，土壤的有机质、速效氮、磷、钾含量都明显提高，其中处理S3效果最好；在土壤pH值和电导率上，处理CK1可以有效降低pH，其次为处理S2，处理S3可以降低土壤电导率。在番茄品质方面，处理S3使番茄总酸提高7.87%，VC含量提高24.95%，可溶性糖提高了17.19%，说明施用生物有机肥代替常规施肥可以明显番茄品质指标。各处理对于番茄产量和成熟率的影响并不明显，说明用生物有机肥可以代替常规施肥，而不会使其产量下降，在番茄脐腐病发病率方面，各处理就存在了显著差异，三个施加生物有机肥的处理的发病率都明显低于常规化肥处理，其中，处理S2的发病率最低，比常规化肥降低了56.83%。这与郭宁、李梦梅、庄钟娟等的研究结果相似，郭宁等[25]研究发现，施加生物有机肥，可以增产15.29%，提高果实品质，番茄VC含量提高5.38%，硝酸盐含量降低3.82%，同时土壤有机质提升4.98%、碱解氮、有效磷含量分别提高15.75%和17.62%，土壤微生物量碳提升22.30%、蔗糖酶活性提高16.47%。李梦梅等[26]报道，施用生物有机肥的番茄产量比单施化肥(CK)提高19.5%～27.9%，可溶性固形物含量提高5.25%～7.78%，VC含量增加4.2%～12.3%，硝酸盐含量降低16.9%～19.9%。庄钟娟等[27]研究发现，施用1 500 kg / hm2海藻生物有机肥可使番茄可溶性固形物含量、还原性 VC含量、可溶性总糖、糖酸比分别提高 19.4% 、45.0% 、34.4% 、64.5% ，可使番茄单果重、产量分别增加 27.6% 和28.9% ，能使土壤有机质提高 11.6%。

生物有机肥的使用，不仅有利于改良土壤性质，更有利于减少化肥对环境的污染。试验结果表明，施加生物有机肥可以使土壤有机质，速效氮、磷、钾含量明显提高，这是由于生物有机肥本身有机质含量高，加入到土壤当中后，可以直接被植株利用，而其本身含有的有益菌群，会使土壤中本身的微生物更加活跃，有利于养分的分解和释放。同时，加入生物有机肥能够有效降低土壤的pH值和电导率，提高番茄的品质和产量，降低番茄脐腐病发病率，这是由于施加生物有机肥刺激植株根系，使其吸收营养的面积增大，有利于叶片的光合作用，促进植株生长，增加作物产量。番茄品质的提高是由于加入生物有机肥使土壤中的速效氮、磷、钾相对提高，而氮、磷、钾的含量会影响番茄的品质。

4 结 论

用生物有机肥代替化肥可增加土壤中有机质、速效氮、磷、钾的含量，降低土壤pH值和电导率，与常规施肥处理相比，土壤有机质含量，速效氮、磷、钾含量分别增加了68.46%、11.35%、11.01%、44.94%，番茄果实总酸提高7.87%，VC含量提高24.95%，可溶性糖提高17.19%，不会使番茄产量降低，并降低番茄脐腐病发病率56.83%。