碱性腐植酸改良液对露地酸化土壤理化性质及樱桃番茄品质的影响

邓爱妮 苏初连 王晓刚 吴彬 刘子记 杨衍 赵敏

摘   要：为了探讨碱性含腐植酸改良营养液对海南露地酸化土壤理化性质及樱桃番茄品质的影响，为有效改善露地酸化土壤提供理论依据，通过小区试验，设置复合肥和改良营养液处理，定期测定土壤pH值、养分含量等理化指标，并在樱桃番茄收获期测定土壤团粒结构、果实性状及其营养品质。果实收获期，改良营养液和复合肥处理的土壤pH分别为5.71和5.05;改良营养液处理的耕层土壤团聚体含量（>0.25 mm）、有机质、碱解氮、有效磷、阳离子交换量、交换性钙和交换性镁含量均高于复合肥处理，速效钾和电导率低于复合肥处理;改良营养液处理的‘黄星‘美莎和‘千禧果实营养品质优于或相当于复合肥处理。结果表明，改良营养液改善土壤理化性质与提高果实品质可协调进行，可以推广到露地酸化土壤改良和替代复合肥用于樱桃番茄的生产。

关键词： 樱桃番茄;碱性腐植酸改良营液;酸化土壤;果实品质

中图分类号：S641.2 文献标识码：A 文章编号：1673-2871（2020）10-039-06

Abstract： In order to provide theoretical and practical basis for alkaline humic acid fertilizer amendment substituting chemical fertilizer and improvement of acidified soil quality in open field for agricultural products， the effects of humic acid fertilizer amendment on soil physical and chemical properties of acidified soil and the quality of cherry tomato in open field cultivation in Hainan province were studied. Compound fertilizer and improved nutrient solution were set up through the plot test， and physical and chemical indexes such as soil pH value and nutrient content were measured regularly， and soil aggregate structure， fruit characters and nutritional quality were measured at harvest stage of cherry tomato. The results showed that at the harvest time， the pH values of the soil treated with modified nutrient solution and compound fertilizer were 5.71 and 5.05， respectively. The contents of aggregate， organic matter， alkaline hydrolysis nitrogen， available phosphorus， and exchangeable cation， calcium and magnesium in the surface soil treated with the improved nutrient solution were all higher than those treated with the compound fertilizer， while the available potassium and electrical conductivity were lower than those treated with the compound fertilizer. The nutritional quality of ‘Huangxing，‘Meishaand ‘Qianxi fruits treated with modified nutrient solution was better than or equal to that treated with compound fertilizer. The results indicated that the improved nutrient solution could improve the physical and chemical properties of soil and improve the fruit quality in a coordinated way， which could be extended to the improvement of acidified soil in open field and the replacement of compound fertilizer in the production of cherry tomato.

Key words： Cherry tomato; Alkaline humic acid fertilizer amendment; Acid soil; Fruit quality

良好的土壤和科學施肥是保障樱桃番茄产量和品质的基础。海南樱桃番茄种植面积为0.67万hm2[1]，以露地栽培模式为主，土壤类型主要为酸性砖红壤。樱桃番茄是需肥量较大的果菜，目前，海南樱桃番茄主产区主要施肥水平[2]为：复合肥 15 000 kg·hm-2，硫酸钾化肥9 000 kg·hm-2，有机肥1 500 kg·hm-2，表明当地番茄种植以化肥为主且施用量大。由于可耕作土地的固定性、面积的有限性、番茄需肥量大以及化肥对土壤的酸化效应[3]等原因，樱桃番茄生产中不合理的过量施用化肥，不仅不利于土壤>0.25 mm水稳性团聚体的形成[4]，而且有研究表明超过一半的土壤氮（N）和磷（P）被释放到大气或水生生态系统中[5]。另外，高温高湿的露地栽培环境加快这些地区土壤酸化和盐渍化进程，导致土壤通透性和保水保肥性能差，极容易引发番茄植株生长矮小、叶片异常等现象[1]。有数据显示[6]，海南省樱桃番茄主产区有77%面积的耕地土壤pH低于5.7，78%面积的耕地土壤有机质含量低于22.0 g·kg-1，耕地土壤质量的退化严重制约本省番茄产业可持续发展。随着化肥和农药零增长目标的提出，以其他肥料、土壤改良剂等投入品替代或配施化肥的研究快速发展。近年来，土壤改良剂与无机肥同施改善土壤结构、调节土壤酸碱度、改善土壤肥力的功能愈来愈引起国内外学者的关注[7]。腐植酸被广泛认为是提高土壤肥力的关键土壤改良剂组分，由于其与土壤结合后可增加阳离子吸附量，形成腐植酸-腐植酸盐相互转化缓冲系统，可以降低表土盐分含量和调节土壤酸碱度，也常作为添加剂与大量元素肥料或者有机肥合成营养型土壤改良剂[8]。现有含腐植酸营养型土壤改良剂可以提高表层土壤有机质、养分含量和作物品质等[9-11]，但是对土壤酸碱度的调节结果不一致[12-14]，可能是因为土壤性质与改良剂产品性质的差异。

基于海南樱桃番茄产地土壤pH和肥力低等特点，笔者设计了一种适用于改良酸化土壤的碱性含腐植酸改良营养液（简称改良营养液）。前期酸化土壤改良试验结果[15-19]表明，改良营养液能够有效提升大棚和露地耕层酸化土壤pH值，提高大棚土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙镁离子含量和露地土壤阳离子交换量，有利于提高作物产量、营养和安全品质，对热区酸化土壤改良和农产品生产具有较大的应用价值。但是，由于樱桃番茄露地种植受到天气、土壤等外在因素的影响较大，施用改良营养液后对露地酸化土壤的团粒结构和碱解氮、有效磷、速效钾含量等理化性质以及不同品种樱桃番茄营养品质的影响尚不明确。因此，笔者通过小区试验，采用碱性含腐植酸改良营养液和化肥定量施用，研究改良营养液对樱桃番茄露地酸化土壤团粒结构、有机质含量、有效养分含量等理化指标和3个樱桃番茄品种营养品质的影响，为改良营养液科学有效改善酸性土壤提供理论依据，对增强露地酸化土壤保肥能力和生产能力的可持续性具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2019年11月至2020年3月在中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所（儋州）蔬菜研究中心樱桃番茄露天种植基地进行。土壤类型为砂质红壤土，基本理化性质为pH （H2O） 5.18，电导率（EC）29.32 mS·m-1，有机质质量分数11.6 g·kg-1，碱解氮质量分数68.20 mg·kg-1，有效磷质量分数71.75 mg·kg-1，速效钾质量分数90.05 mg·kg-1。

供试樱桃番茄品种为‘黄星‘美莎‘千禧，由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所蔬菜研究室提供。供试肥料：富帝高牌碱性含腐植酸改良营养液由中国热带农业科学院分析测试中心提供，pH（1∶250）为10，腐植酸含量大于30 g·L-1，氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）含量分别为3%、7.5%和15%;复合肥为上海芳甸生物科技有限公司生产的水溶肥料，养分为氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）含量均为20%，微量元素含量0.0006%～0.6%;有机肥为海南中农东方有限公司生产。

1.2 试验设计

采用小区试验，设置 CF（复合肥）、FDG（改良营养液）2个处理，每个处理各设3个平行小区，每个小区面积（148 m2）相同，随机区组排列。整个樱桃番茄生育期以基肥和追肥方式进行，其中，1 000 kg·667 m-2有机肥作为基肥一次性施入土壤，追肥处理为：CF，常规施用复合肥，2.00 kg·667 m-2每次复合肥稀释后采用滴灌方式施肥;FDG，0.80 kg·667 m-2 每次改良营养液稀释后采用滴灌方式施肥。种植期间注意浇水，各小区统一田间管理。选取长势基本一致、无病虫害的樱桃番茄幼苗于2019年11月4日移栽定植，12月5日开始追肥处理，生育期内追肥至果实收获期（2月），试验期间累计追肥10次，不同处理667 m2氮磷钾养分投入总量见表1。

1.3 测定项目及方法

土壤样品：采集适量樱桃番茄栽培23、33、49、70和119 d的耕层土壤，测定土壤pH、养分（有机质、碱解氮、有效磷和速效钾）、电导率、阳离子交换性（阳离子交换量、交换性钙和交换性镁）含量。另外，测定番茄植株移栽119 d的耕层土壤团粒结构。耕层土壤收集后风干并研磨过筛，制成10目、60目和100目土壤样品，用于上述理化指标的测试[20]。土壤pH值和EC值用电极法（FE20实验室pH计，METTLER TOLEDO公司）测定，土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定，土壤碱解氮、有效磷和速效钾分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠浸提比色法（日立UV-3900紫外可见分光光度计，日本日立公司）和醋酸铵浸提-火焰光度计法（MK II M6原子吸收光谱仪，Thermo Electron公司）测定，土壤阳离子交换量采用乙酸铵交换-凯氏定氮法（kjeltec 8420凯氏定氮仪，FOSS公司）测定，土壤交换性钙和镁采用乙酸铵交换-火焰光度计法测定，土壤团聚体百分含量采用湿筛法测定。

果实样品：果实收获期（植株移栽119 d），选取成熟度一致的番茄果實，每个小区不同品种樱桃番茄各采集3份果实样品，每份样品重量不少于500 g。樱桃番茄果实横径和纵径利用游标卡尺测量，果形指数为纵径/横径。每份樱桃番茄样品单独制样，洗净后取果肉部分制成匀浆，冷冻存放，待测。樱桃番茄果实可溶性固形物含量用PAL-1数显折射仪（日本ATAGO爱拓公司）测定，蛋白质采用凯氏定氮法测定[21]，维生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[22]测定，可滴定酸和可溶性糖分别采用指示剂滴定法[23]和3，5-二硝基水杨酸比色法[24]测定，番茄红素采用高效液相色谱法[25]（FLEXARTM液相色谱系统，Perkin Elmer公司）测定，果实样品中钙、铁和镁含量采用硝酸湿式消解-等离子体发射光谱法[26]（Optima 8300电感耦合等离子体发射光谱仪，Perkin Elmer公司）测定。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Excel 2016进行相关数据的计算、处理和作图，用SPSS 16.0统计分析软件进行比较和数据差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 改良营养液对露地酸性土壤团粒结构的影响

由表2所示，2种施肥处理的土壤团聚体以0.25～0.50 mm团聚体和<0.25 mm微团聚体为主，其次是0.50～1.00 mm和1.00～2.00 mm团聚体。樱桃番茄收获期（移栽119 d），FDG的0.50～1.00 mm、1.00～2.00 mm和<0.25 mm微团聚体含量低于CF，而0.25～0.50 mm和>0.25 mm水稳定性团聚体含量高于CF，差异均达到极显著水平。

2.2 改良营养液对露地酸性土壤pH的影响

樱桃番茄植株移栽23、33、49、70和119 d时耕层土壤pH的变化情况见图1。改良营养液处理（FDG）的土壤pH在樱桃番茄植株移栽23～70 d内呈缓慢上升趋势，在移栽70 d后土壤pH趋于平稳趋势;复合肥处理（CF）的耕层土壤pH在植株移栽33 d时达到最高值，随后逐渐降低;改良营养液和复合肥处理的耕层土壤pH值差异均达到极显著水平，樱桃番茄果实收获期（移栽119 d）时2种处理土壤pH值分别为5.71和5.05，其中，FDG的土壤pH值增幅为0.53个单位，而CF的土壤pH值则降低了0.13个单位。

2.3 改良营养液对土壤养分的影响

2种施肥处理的耕层土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量随樱桃番茄植株移栽时间延长的变化情况如图2所示。樱桃番茄植株移栽23～49 d时，改良营养液处理（FDG）的土壤有机质（图2-A）、碱解氮（图2-B）、有效磷（图2-C）和速效钾（图2-D）含量均低于复合肥处理（CF）;植株移栽70 d后，改良营养液处理（FDG）的土壤有机质、碱解氮和有效磷含量高于复合肥处理（CF），土壤速效钾含量低于复合肥处理（CF）;樱桃番茄果实收获期（移栽119 d）时，改良营养液处理（FDG）的土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为14.1 g·kg-1、80.9 mg·kg-1、88.1 mg·kg-1和150 mg·kg-1，复合肥处理（CF）的土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别11.4 g·kg-1、74.6 mg·kg-1、85.6 mg·kg-1和196 mg·kg-1;建议改为：与复合肥处理相较，改良营养液处理的土壤有机质、碱解氮和有效磷含量分别增加了23.68%、8.44%、2.92%，而速效钾含量降低了23.47%。2种追肥处理的土壤有机质、碱解氮和速效钾含量差异达到极显著水平，有效磷含量差异不显著。

2.4 改良营养液对土壤电导率和阳离子交换性能的影响

从图3-A两种施肥处理下耕层土壤的电导率值可以看出，复合肥处理（CF）下的土壤电导率变化波动大，最高值可达132 mS·m-1，最低值可达11.6 mS·m-1，而改良营养液处理（FDG）下的土壤电动率变化趋势平稳，其值为14.8～19.3 mS·m-1。图3-B、C和D分别为耕层土壤阳离子交换量、交换性钙和镁含量随番茄植株生育期延长的变化情况。改良营养液处理的土壤阳离子交换量和交换性镁呈增加趋势，交换性钙呈先增加后缓慢下降趋势;番茄植株移栽70 d后，改良营养液处理的土壤阳离子交换量、交换性钙和镁含量高于复合肥处理，差异达极显著水平;果实收获期（移栽119 d），改良营养液和复合肥处理的土壤阳离子交换量、交换性钙和镁含量分别为17.8 cmol（+）·kg-1、7.87 cmol·kg-1、1.71 cmol·kg-1和9.46 cmol（+）·kg-1、3.20 cmol·kg-1、1.16 cmol·kg-1。

2.5 改良营养液对番茄果实性状和营养品质的影响

表3为樱桃番茄‘黄星‘美莎和‘千禧果实在2种施肥处理下的外形参数与品质指标值情况。通过测量各小区果实的单果质量、横径和纵径并计算果形指数（纵径/横径），2种施肥处理的樱桃番茄单果质量和果形指数差异不显著。改良营养液处理下樱桃番茄‘黄星的总酸含量和糖酸比值，‘美莎的铁、镁元素含量，以及‘千禧的可溶性固形物、维生素C、总糖、钙含量和糖酸比值，均显著高于复合肥处理，其他指标值差异不显著;改良营养液处理下3种果实蛋白质和番茄红素含量略低于复合肥处理，但是差异不显著。综上所述，樱桃番茄收获期（植株移栽119 d），总施用量为8 kg·667 m-2（累积施肥10次）的改良营养液处理的樱桃番茄果实营养品质、性状优于或等同于复合肥处理的果实。

3 讨论与结论

植物生长最适宜土壤酸碱度要求是长期自然选择的结果，大部分作物喜欢弱酸至近中性的土壤，如樱桃番茄对土壤pH要求为5.6～6.7。试验结果表明，复合肥处理的土壤pH值先上升后降低，最低值为5.05，为强酸性土壤。改良营养液处理的土壤pH值先缓慢上升后逐步趋于平稳，最高值为5.71，为弱酸性土壤。追肥处理增强植株代谢活動而分泌大量有机酸，加快土壤酸化进程[7]，而改良营养液中的碱性成分，中和土壤溶液氢离子，提高原土壤pH，营养液中缓冲体系不会造成土壤过碱的危害，调节露地酸性土壤pH值效果良好。

参照我国耕层土壤有效养分含量分级表[27]，试验小区原土壤有机质含量、供氮和钾能力低。试验结果显示，樱桃番茄果实收获期，改良营养液处理的土壤有机质含量为14.1 g·kg-1，较复合肥处理增加了23.68%，推测原因为改良营养液中的腐植酸成分提高了酸性土壤有机质含量，后续结合长期定位试验进行评估和验证;与复合肥处理比较，改良营养液处理的土壤碱解氮和有效磷含量分别增加了8.44%和2.92%，速效钾含量降低了23.47%，但是供钾能力仍处于较高水平。值得注意的是，2种施肥处理后的供氮能力处于较低水平，实际生产中需要结合作物需肥特点、酸化土壤改良与培肥的原则，科学优化施肥量显得尤为重要。

土壤团聚体常常是土壤通气、透水、保肥、供肥等的决定性因素[27]，>0.25 mm的大团聚体被认为是较理想的团聚体，这类土壤团聚体的保肥保水以及通气性较好[28-29]。改良营养液处理的耕层土壤>0.25 mm水稳定性团聚体含量显著高于单施复合肥处理，推测原因为改良营养液含有腐植酸成分提高了土壤有机质含量，有机质可以使土壤形成团粒结构，使土壤疏松，增加土壤保肥性。改良营养液处理的土壤电导率随施肥时间的延长变化小，避免了肥料投入量的累积而产生土壤盐分表聚的现象[30]。樱桃番茄收获期，改良营养液处理的土壤阳离子交换量>10 cmol（+）·kg-1，为保肥性较强的土壤，而复合肥处理的耕层土壤阳离子交换量<10 cmol（+）·kg-1，保肥性弱[27]。

2种施肥处理对樱桃番茄‘黄星‘美莎和‘千禧果形指数和单果质量影响差异小，对营养品质影响的差异较大，改良营养液处理的果实营养品质优于或等同于复合肥处理。从表2可知，改良营养液替代化肥对3个品种番茄营养品质影响从大到小排序为‘千禧>‘黄星>‘美莎，其中对‘千禧果实可溶性固形物、维生素C、总糖、钙含量以及糖酸比值的提升效果显著。

碱性含腐植酸改良营养液替代化肥增加了樱桃番茄地耕层酸化土壤pH值、有机质等肥力指标以及阳离子交换性能和团粒结构，随着施用量的累积不会产生耕层土壤盐分表聚的现象，其处理下的3种番茄品种营养品质优于或等同于单施化肥处理的果实。改良营养液改善露地酸性土壤理化性质与提高樱桃番茄营养品质可协调进行，可以推广到露地酸化土壤改良和替代复合肥用于樱桃番茄的生产。

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