微生物菌剂与玉米秸秆配比对番茄产量、品质及生产效益的影响

2021-09-26王继芳张赢心李祥云王敏刘树堂马秀珍李松坚丁兴民

青岛农业大学学报（自然科学版） 2021年3期

王继芳，张赢心，李祥云，王敏，刘树堂，马秀珍，李松坚，丁兴民

(1.青岛农业大学巴瑟斯未来农业科技学院，山东青岛 266109；2.青岛农业大学资源与环境学院；3.青岛市农业科学研究院，山东青岛 266199；4.青岛市农业技术推广中心，山东青岛 266071)

农作物秸秆是一种含碳丰富的能源物质，是保持和提高土壤肥力的重要物质基础。秸秆还田是秸秆利用的一种重要方式，秸秆直接还田措施已广泛应用于农业生产中。大量的秸秆被直接还田后，因分解速度慢而影响后继作物生长；微生物分解秸秆与作物争夺养分，导致作物出现氮饥饿现象。大量研究表明，在秸秆还田时配施一定比例的微生物菌剂能影响秸秆降解过程，明显提高秸秆中营养元素的释放速率，提高作物产量。

现阶段，科研工作者在秸秆配施化肥、微生物菌剂与秸秆配施还田等方面做了大量研究。钱海燕等[1]发现微生物菌剂与化肥配施能够加快秸秆的腐解；宋时丽等[2]研究表明田间施加复合菌剂能够通过改善土壤理化状况提高土壤微生物活性，进而提高作物产量；而周柳强等[3]在秸秆中加入外源微生物菌剂后，发现磷腐解强度与对照无明显差异。由于不同试验所用的微生物菌剂、作物品种不同，试验地块的土壤肥力指标、气候环境等也不同，研究结果存在较大差异。本研究将木质素、纤维素分解菌剂与玉米秸秆配施，通过测定番茄的产量和品质来探明适合秸秆快速分解、提高生产效益的最佳菌剂、玉米秸秆配比，为作物秸秆还田和番茄生产提供新的技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019年在青岛市农科院试验地进行，试验为池栽试验。试验土壤为棕壤，土壤有机质16.21 g/kg，全氮量1.21 g/kg，碱解氮96.73 mg/kg，速效磷47.86 mg/kg，速效钾117.24 mg/kg，pH=7.03。试验小区面积4 m2，由2 m×2 m×1 m的水泥池组成，每池从地表到1 m深处用水泥墙间隔。试验设对照(CK，不施肥，不施用菌剂和秸秆)和常规施肥(CF，不施用菌剂和秸秆)2个处理，以及3个不同微生物菌剂、玉米秸秆配比处理C1、C2、C3(表1)，每个处理3次重复，随机排列。试验用番茄品种为‘冬粉3号’，2019年1月12日进行番茄育苗，2月23日定植。定植后，所有处理的浇水、除草等管理一致。

1.2 微生物菌剂的处理方法

微生物菌剂选用以枯草杆菌、嗜热性芽孢杆菌等为主要成分的一类木质素、纤维素分解菌，来自山东世明生物反应堆技术有限公司。

微生物菌剂使用当天，按每1 kg微生物菌剂掺15 kg麸皮和13 kg水的比例拌和均匀，堆积4～5 h后使用。如当天使用不完，摊放于阴暗处，厚度5～8 cm，第2天可继续使用。

1.3 定植行下秸秆、微生物菌剂使用方法

定植前，在番茄种植行下开沟，沟宽60 cm，沟深20 cm，沟长、沟宽分别与定植行长、宽相等，起土分放两边，计算每行所需秸秆用量，然后将秸秆粉碎、铺匀、踏实，沟两端露出10 cm秸秆茬通气。之后，按每沟所需剂量(据种植行面积)将微生物菌剂均匀撒在秸秆上，填土搅匀并用铁锨拍振，把剩余起土回填于秸秆上，浇水湿透秸秆，2～3 d后找平起垄，秸秆上土层厚度保持15 cm左右。按试验株行距定植番茄苗，覆土、浇水，最后用直径为14 mm的钢筋在同一行中相邻的两棵蕃茄苗之间打孔，孔距10 cm，孔深以穿透秸秆层为准。

1.4 测定方法

1.4.1 番茄产量的测定

番茄进入收获期之后，对前7次采摘后的果实进行测产，在棚内采摘后直接测量果实质量，累计其产量。

1.4.2 番茄中类黄酮、总酚物质质量分数的测定

利用甲醇溶液提取总酚物质、类黄酮物质。根据总酚、类黄酮物质的甲醇提取液吸收光谱的特性，利用紫外分光光度计分别测定波长280 nm、325 nm处提取液的吸光度，与标准曲线比较，计算总酚和类黄酮物质质量分数。测定时，用1%的盐酸-甲醇溶液做参比调零，280 nm处的吸光度对应总酚物质质量分数，325 nm处的吸光度对应类黄酮质量分数[4]。

1.4.3 番茄果实维生素C(Vc)、有机酸、可溶性固形物质量分数的测定

番茄果实中Vc质量分数的测定采用2,6-二氯靛酚滴定法，根据滴定所消耗的标准2,6-二氯靛酚溶液体积计算Vc质量分数。

使用蒸馏水浸提研磨后的番茄果实匀浆液，然后使用已知浓度的NaOH溶液滴定提取液，根据NaOH的消耗量计算有机酸质量分数。

番茄中的可溶性固形物质量分数是指番茄汁液中溶质的质量分数。用手持式折光仪测定番茄果实中可溶性固形物质量分数，并根据可溶性固形物和有机酸质量分数计算固酸比。

1.5 数据统计

采用Excel 2003和SPSS Statistics 17.0对数据进行处理和统计分析，并进行LSD差异显著性检验(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 微生物菌剂与玉米秸秆配比对番茄果实品质的影响

2.1.1 对番茄果实有机酸和可溶性固形物质量分数的影响

番茄的高品质在于果实良好的风味、高的营养价值和好的外观形状，三者缺一不可。番茄果实最佳风味的形成需要较高的糖度、相对较高的酸度、合适的糖酸比，以及适当的挥发性芳香物质等。有机酸、可溶性固形物等对番茄果实的风味起支配作用，好的风味在于这些成分含量较高并成恰当的比例。有机酸是番茄的重要组成成分之一[5]，是影响果实品质的重要因素。可溶性固形物由可溶性糖、有机酸等组成，与番茄红素、Vc等共同决定番茄果实的品质[6]，对番茄的产量也有很大的影响。相关研究表明，不同的施肥处理，番茄果实的可溶性固形物质量分数有差异[7]。

由表2可以看出，不同的处理方式对番茄果实中可溶性固形物质量分数影响不同。可溶性固形物质量分数的顺序为C2>C3>C1>CF>CK，C2、C3、C1和CF处理较对照分别提高了6.99%、5.51%、2.33%和1.48%。秸秆配合微生物菌剂施肥处理能够提高可溶性固形物的质量分数，这可能是因为，番茄生长后期，秸秆不断腐熟，充分释放速效养分，尤其是钾元素和硼元素，提高了番茄果实中的糖含量，从而提高了番茄可溶性固形物的质量分数。这与吴彤东等[8]的研究结果一致。

表2 不同处理的番茄果实可溶性固形物和有机酸质量分数Table 2 Mass fraction of soluble solids and organic acids in tomato fruits with different treatments

施肥处理(CF、C1、C2、C3)后番茄果实中有机酸质量分数明显增加，这与可溶性固形物质量分数变化趋势一致，C2、C3、C1、CF处理番茄果实中有机酸质量分数较对照分别提高了37.5%、32.5%、20.0%和7.5%。可见番茄果实中有机酸的质量分数受到施肥方式、肥料用量的影响，这与董彩霞等[9]的研究结果一致。

前人研究表明，在含糖量适宜的前提下，合适的固酸比对果实的风味尤为重要。张旭伟等[10]的研究表明合适的固酸比范围为6.9～10.8，本文C1、C2、C3处理番茄果实固酸比均在此范围内。由表2还可以看出，不同施肥方式和施肥量在一定程度上影响番茄果实中的固酸比，CK与CF两处理的番茄果实固酸比明显高于C1、C2、C3处理的，可能是由于不施肥和常规施用化肥会造成后期缺肥，从而使番茄有机酸质量分数的下降速度大于可溶性固形物质量分数的下降速度。

2.1.2 对番茄果实Vc质量分数的影响

Vc是人体不可缺少的重要维生素之一，也是衡量番茄品质的一项重要指标，因此通过测定番茄果实Vc质量分数来探究不同微生物菌剂与玉米秸秆配比对番茄品质的影响。

从图1可以看出，施肥处理(CF、C1、C2、C3)后，番茄果实的Vc质量分数明显高于不施肥处理(CK)的。其中，C2处理的Vc质量分数最高，为232.6 mg/kg，较CK提高了12.69%；C3、C1、CF处理的Vc质量分数分别为229.6 mg/kg、228.9 mg/kg、219.5 mg/kg，较CK分别提高了11.24%、10.90%和6.35%。试验表明(图1)，合理的微生物菌剂与秸秆配比可提高番茄果实的Vc质量分数，改善番茄果实品质。常规施肥(CF)番茄果实的Vc质量分数小于施用秸秆配合微生物菌剂的，原因可能是化肥前期释放过快而后期缺肥，影响了Vc的形成。

图1 不同处理番茄果实的Vc质量分数Fig.1 Vc mass fraction of tomato fruits in different treatments

2.1.3 对番茄果实类黄酮和总酚物质质量分数的影响

相关研究表明，类黄酮对人体抗癌有特殊功效，不仅能够防止癌细胞扩散，而且能抑制癌细胞生长，对人体正常细胞没有任何伤害[11]。蔬菜和水果中类黄酮的质量分数非常可观，使用果实中类黄酮物质质量分数衡量番茄果实的品质具有重要意义[12-13]。

从图2可以看出，施肥处理(CF、C1、C2、C3)后，番茄果实类黄酮物质质量分数明显高于不施肥处理(CK)的，但不同施肥处理间的差异不明显。CF、C1、C2、C3处理后，番茄果实类黄酮物质质量分数较CK分别提高了18.62%、18.18%、20.78%、19.05%，表明合理的施肥方式可提高番茄类黄酮物质质量分数，且施用有机肥更有利于番茄果实中类黄酮物质的积累。不同施肥处理间类黄酮物质质量分数无明显差异，可能是类黄酮物质在番茄体内的代谢与营养元素供给有关，具体原因还有待于进一步研究。

图2 不同处理番茄果实的类黄酮物质质量分数Fig.2 Flavonoid mass fraction of tomato fruits in different treatments

总酚物质是在植物性食物中发现的、具有潜在促进人体健康作用的化合物[14]，存在于一些常见的植物性食物中，如蔬菜和水果。

由图3可知，施肥处理(CF、C1、C2、C3)后，番茄果实的总酚物质质量分数明显高于不施肥处理的(CK)，且C3处理的最高，为98.2 mg/kg，较CK提高了13.53%；C2、C1、CF处理的总酚物质质量分数分别为96.1 mg/kg、93.5 mg/kg和92.7 mg/kg，较CK分别提高了11.10%、8.09%和7.17%。试验表明，有机肥足量施用可提高番茄果实总酚物质质量分数，改善番茄果实品质。常规施肥番茄果实总酚物质质量分数低于施用秸秆配合微生物菌剂的，原因可能是化肥前期释放过快，造成番

图3 不同处理番茄果实的总酚物质质量分数Fig.3 Total phenols mass fraction of tomato fruits in different treatments

茄后期缺肥，影响了番茄果实中总酚物质的形成。总之，施用合理配比的微生物菌剂与秸秆能提高番茄果实的总酚物质质量分数，从而改善番茄果实的品质。

2.2 微生物菌剂与玉米秸秆配比对番茄产量的影响

由表3可以看出，不同的施肥处理番茄的产量不同，C2处理番茄的产量最高，CF次之，C1处理番茄的产量最低，与不施肥(CK)相比较，C2、CF、C3、C1这4个处理的番茄产量分别提高了39.02%、37.12%、29.93%和28.41%。C3和C1处理番茄产量均低于常规施肥处理的，可能是因为微生物菌剂与玉米秸秆的配比不合理，秸秆腐熟程度差、养分释放量少。因此，微生物菌剂与秸秆质量比为1∶500时最有利于番茄高产。

表3 不同处理的番茄产量Table 3 Tomato yield in different treatments

2.3 微生物菌剂与玉米秸秆配比对番茄生产效益的影响

由表4可知，CK、CF、C1、C2、C3处理的总投入依次增加，产值最高的为C2处理(367 002.0元/hm2)，其次是CF、C3和C1处理，CK处理的产值最低。CF、C1、C2、C3处理中，C2比CK增值最高(103 002.0元/hm2)，C1比CK增值最低(75 000.0元/hm2)。不同处理增效顺序依次为：CF>C2>C3>C1，较CK分别增加了46.94%、44.60%、32.44%和30.90%。

表4 不同处理的番茄生产效益Table 4 Tomato production benefits in different treatments

C2处理的产值明显高于C1和C3处理的(表4)，说明合理的微生物菌剂与秸秆配比是获得高产值的关键，C1和C3处理产值低于C2处理的，原因可能是C1和C3两处理中秸秆腐熟程度差、速效养分欠缺。虽然C2处理的产值大于CF处理的，但净产值却小于CF处理的，说明C2处理秸秆与微生物菌剂成本较高，最终使CF处理的经济效益高于C2处理的。因此，合理的微生物菌剂与秸秆配比有利于提高番茄的生产效益，但需充分利用现代化农业机械装备开沟并切碎秸秆，节省人工费用，增加经济效益。同时，为使番茄增产增效，还应科学合理施用有机肥与化肥。