有机种植下液肥施用量对番茄生长及品质的影响

2022-09-20王冠都王慧荣李胜利张世柏孙清华

河南科学 2022年7期

王冠都，王俊，王慧荣，李胜利，张世柏，孙清华，汪强

（1.河南农业大学资源与环境学院，郑州 450002； 2.河南省科学院化学所，郑州 450002；3.河南农业大学食品科学技术学院，郑州 450002； 4.河南农业大学园艺学院，郑州 450002）

番茄是茄果类蔬菜的代表，具有较高的营养价值和经济效应，是我国设施蔬菜的主要作物，但不合理的施肥量不仅会使番茄减产还会影响番茄品质［1-2］，结合有机农业并探究出合理的有机液肥施用量，为解决有机农业的追肥问题提供新材料、新方法，对有机农业中番茄生产具有提质增效的意义. 近年来，我国化肥使用总量和单位面积施肥量在全球处于高水平，其中蔬菜、果树的施肥量更高［3］，化肥的过量施用和不合理施用不仅会给土壤带来负面效应：土壤肥力下降、养分失衡、次生盐渍化等问题，还使作物品质和产量下降［4-5］，基于此况，有机农业被人们提出并发展起来；我国有机农业起步较晚，20世纪90年代初才发展起来，目前有机生产技术和方式还不够完善，相关的研究也不够系统化，还需不断地研究发展和完善［6-7］. 有机肥具有改善作物品质及改良土壤环境的功效，但传统固体其存在肥效慢、体积大、不易存放、施肥不便、用工成本高等问题；因此有机农业生产过程中对有机肥的施用多以固体肥基施为主，对番茄、黄瓜等生长期长，需肥量较大的蔬菜品种，基施的有机肥养分往往不能满足作物后期对养分的需要，造成蔬菜生长不良，产量和品质均明显下降，达不到有机农产品对品质的预期，严重制约了有机农业的发展［8-9］，随着化肥减施等政策引导，有机液肥的开发和应用成为一个热点问题［10］. 有机液肥不仅含有植物生长所需的N、P、K元素，有的还含有氨基酸、生长素和植物所需的Ca、Mg、Fe、Cu等中微量元素，具有促进作物生长、提高品质的作用［11-12］，解决了传统有机肥存在的问题，并为有机农业提供了灌根、叶面喷施、滴灌等高效施肥方式，极好地解决了有机农业中追肥难的问题. 有机液肥不仅能够明显促进作物的长势，还能提高果实的产量和品质［13］；适宜条件下对提高作物产量和收益方面均优于复合肥和配方肥，且提高了N、P、K肥农学效率［14］. 但有机液肥也存在着施用量的问题，李惋瑾等［15］研究认为过高的有机液肥施用量会抑制沙木蓼地径、株高和新梢的增长量. 前人的研究主要集中于化肥减量配施或和有机肥对比研究，在全程有机种植下，对有机液肥施用量的研究较少，番茄的有机生产研究更鲜为报道. 采用经有机认证的蚯蚓液体肥，在全程有机种植的条件下，设置由低到高的有机液肥施肥量，研究不同处理对番茄的生长、风味及品质等指标的影响，为有机番茄施肥量提供一定的理论参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验以“光辉101”番茄为研究材料；试验于2021年3月至8 月在河南省开封市西姜寨乐田农场11 号冷棚进行，试验用地长50 m、宽10 m，试验区属暖温带大陆性季风气候，四季分明，光照充足，气候温和；有机液肥选用清大元农蚯蚓液体肥，其游离氨基酸含量为135 g/L，含N为30 g/L，P2O5为10 g/L，K2O为10 g/L，铁+猛+锌+硼≥25 g/L. 试验前采用五点取样法采集土样并进行测定，理化性质见表1.

表1 土壤基础理化指标Tab.1 The basic property of the soil

1.2 试验设计

试验共设置六个不同施肥量的处理，以氮养分为标准，施氮量分别为0、50、100、150、200、250 kg/hm2，磷钾随氮不同的变化等比例变化. 各处理重复三次，每个小区面积约为20 m2，除施肥量不同外，各处理其余管理均相同. 定植前整块地施用300 kg干鸡粪作为基肥，之后旋耕将土混匀、打垄. 番茄采用一垄双行的种植方式，株距为40 cm. 2021年4月23日移栽定植，施用有机液肥的时间为5月17日、6月6日、6月26日，每次追施量为总量的1/5、2/5、2/5.

1.3 样品采集

番茄果实产量及数量：从6月15日开始每七天采摘一次并记产，7月20日记产结束.

番茄植株样品：在番茄成熟期时，各小区随机选取十株植株样品进行杀青、烘干等处理后测定.

番茄品质及风味指标：在番茄成熟期时，从各小区第三穗果中随机选取十个果实进行测定.

1.4 测定方法

土壤指标：全氮采用凯氏定氮法测定，速效磷采用钼蓝比色法测定，速效钾采用火焰光度法测定，有机质采用重铬酸钾容量法测定.

植株指标：株高采用米尺测量茎基部至生长点距离，茎粗采用游标卡尺测量子叶部上方1 cm处茎粗，叶面积采用刻度尺测量第4片真叶处近茎部叶的叶长和叶宽后用其乘积再乘以0.739［16］，氮含量采用凯氏定氮法测定，磷含量采用钼蓝比色法测定，钾含量采用火焰光度法测定.

果实品质指标：维生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定，硝酸盐含量采用紫外分光光度法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定，番茄红素采用紫外分光光度法测定.

果实风味指标：可溶性固形物含量采用手持式折光仪测定，可滴定酸含量采用酸碱滴定法进行测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定.

1.5 数据处理

使用Excel 2016进行数据整理，使用SPSS 22进行数据处理和分析，使用Origin 2018作图.

2 结果与分析

2.1 施肥量对番茄形态指标和产量的影响

表2 数据显示，随着施肥量增加株高和叶面积呈现出先增加后降低的趋势，其中F3 株高最高，为185.97 cm，较其他处理均差异显著，较F1提高16.66%；F4叶面积最大，为62.50 cm2，较F1、F2、F5和F6差异显著，较F1提高42.66%；茎粗随着施肥量增加呈现出逐步上升的趋势，F5茎粗最大，为18.20 cm，较F1和F2差异显著，较F1提高10.44%.

表2 施肥量对番茄形态指标的影响Tab.2 Effect of applicaton rate of organic liquid fertilizer on tomato morphological index

表3数据显示，随着施肥量增加番茄单株产量、单果重、总产量均呈现先增加后降低的趋势，且F4单株产量、单果重、总产量均为最高，分别为1.45 kg、123.12 kg 和43 514.24 kg/hm2. F4 单株产量显著高于F1 和F2，与F3、F5、F6无显著差异，较F1提高33.03%. F4单果重显著高于F1、F2、F5和F6，较F1提高最多，提高14.97%，较F6显著提高6.27%，与F3无显著性差异. F4总产量较F1、F2差异显著，较F1提高32.57%.

表3 施肥量对番茄产量的影响Tab.3 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on tomato yield

2.2 施肥量对番茄养分吸收的影响

2.2.1 施肥量对番茄氮含量及其累积量的影响

由表4可知，随着施肥量增加根部氮含量呈现先增加后降低的趋势，且F4含量最高，为9.99 mg/g，较F1、F2、F5和F6差异显著，较F1显著提高27.91%. 从茎叶氮含量来看，F3含量最高，为14.28 mg/g，较F1、F2、F5和F6差异显著，较F1显著提高33.33%. F3果实氮含量最高，达11.89 mg/g，较F1和F6差异显著，较F1显著提高19.73%.

表4 施肥量对不同部位氮含量的影响Tab.4 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on nitrogen contents in different parts单位：mg/g

由表5可知，根部氮累积量最高的是F4，达7.61 kg/hm2，较F1、F2、F5和F6差异显著，较F1提高45.40%；茎叶氮累积量最高是F3，达102.50 kg/hm2，较其他处理均差异显著，较F1提高59.93%；果实氮累积量最高是F3，较F1和F6差异显著，较F1提高49.67%.

表5 施肥量对不同部位氮累积量的影响Tab.5 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on nitrogen cumulative quantities in different parts 单位：kg/hm2

由图1 可知，随着施肥量的增加，植株各部位氮累积量呈现先增加后减少的趋势，其中F3 最高，为150 kg/hm2，较其他处理差异显著，比F1提高55.88%.

图1 施肥量对植株氮累积量的影响Fig.1 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on nitrogen cumulative quantities in plants

2.2.2 施肥量番茄对磷含量及其累积量的影响

由表6 可知，根部、茎叶和果实磷含量随着施肥量增加呈现出先升高后降低的趋势，其中F2 根部磷含量最高，较F1、F3、F4 和F6 差异显著，较F1 提高84.29%；F4茎叶磷含量最高，较F1、F2、F5和F6 差异显著，较F1提高46.54%；F3 果实磷含量最高，较F1、F4、F5 和F6 差异显著，较F1提高31.80%.

表6 施肥量对不同部位磷含量的影响Tab.6 Efect of application rate of organic liquid fertilizer on phosphorus contents in different parts 单位：mg/g

由表7 可知，根部、茎叶和果实磷累积量随着施肥量增加呈现出先升高后降低的趋势，其中根部F2 处理磷累积量最高，为6.52 kg/hm2，较F1、F3、F4 和F6 差异显著，较F1 提高106.98%；茎叶F3 处理磷累积量最高，为37.28 kg/hm2，较其他处理均差异显著，较F1提高72.67%；果实F3 处理磷累积量最高，为15.05 kg/hm2，较其他处理均差异显著，较F1提高48.84%.

表7 施肥量对不同部位磷累积量的影响Tab.7 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on phosphorus cumulative quantities in different parts 单位：kg/hm2

由图2 可知，随着施肥量的增加，植株各部位磷累积量呈现先增加后减少的趋势，其中F3 最高，为58.22 kg/hm2，较其他处理均差异显著，较F1提高66.41%.

图2 施肥量对植株磷累积量的影响Fig.2 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on phosphorus cumulative quantities in plants

2.2.3 施肥量对番茄钾含量及其累积量的影响

由表8可知，根部、茎叶和果实钾含量随着施肥量增加呈现出先升高后降低的趋势，其中F3根部钾含量最高，为13.86 mg/g，较其他处理均差异显著，较F1 提高29.78%；F2 茎叶钾含量最高，为16.54 mg/g，较F1 和F5差异显著，较F1提高12.06%；F3果实钾含量最高，为8.50 mg/g，较F1和F5差异显著，较F1提高20.06%.

表8 施肥量对不同部位钾含量的影响Tab.8 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on potassium content in different parts 单位：mg/g

由表9可知，根部、茎叶和果实钾累积量随施肥量增加呈现出先增加后降低的趋势，其中F3根部钾累积量最高，达10.48 kg/hm2，较其他处理均差异显著，较F1 提高46.37%；F3 茎叶钾累积量最高，较F1、F4、F5 和F6 差异显著，达118.47 kg/hm2，较F1 提高34.08%；F4 果实钾累积量最高，达29.85 kg/hm2，较F1、F2、F5 和F6差异显著，较F1提高53.95%.

表9 施肥量对不同部位钾累积量的影响Tab.9 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on potassium cumulative quantities in different parts 单位：kg/hm2

由图3 可知，随着施肥量的增加，植株各部位钾累积量呈现先增加后减少的趋势，其中F3 最高，为158.03 kg/hm2，较其他处理均差异显著，较F1提高37.53%.

图3 施肥量对植株钾累积量的影响Fig.3 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on potassium cumulative quantities in plants

2.3 施肥量对番茄品质及风味的影响

由表10可知，随着施肥量增加维生素C含量、可溶性蛋白含量基本呈现先增加后减少的趋势，其中F3维生素C含量最高，达1.08 mg/g，较F1、F2、F5和F6差异显著，较F1提高58.82%；从可溶性蛋白含量来看，F5含量最高，达2.47 mg/g，较F1显著提高19.90%，其他处理间无明显差异；从硝酸盐含量来看，F2、F3和F4硝酸盐含量显著低于F1，F2最低，较F1降低了13.79%，含量为186.08 mg/kg；番茄红素含量随着施肥量增加呈现逐渐上升的趋势，F6含量最高，达56.13 mg/kg，较F1、F2、F3和F4差异显著，较F1显著提高了41.81%.

表10 施肥量对番茄品质的影响Tab.10 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on tomato quality

由表11可知，随着施肥量增加可溶性固形物和可溶性糖含量呈现出先升高后降低的趋势，其中F4可溶性固形物含量最高，达5.27%，较其他各个处理均差异显著，较F1 提高38.32%；F3 可溶性糖含量最高，达39.85 mg/g，较F1、F4、F5和F6差异显著，较F1提高42.27%. F3可滴定酸含量最高，达5.35 mg/g，较F1、F2和F6 差异显著，较F1 提高34.42%；从糖酸比来看，F2、F4 糖酸比较高，F2 最高，达7.99，较F1、F5 和F6 差异显著，较F1提高13.49%.

表11 施肥量对番茄风味的影响Tab.11 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on tomato flavor

2.4 施肥量对番茄利润的影响

表12数据显示，F3、F4、F5和F6果实产值较高，但减去肥料投入之后，F4相对利润最高，为46.82万元/hm2，较F1、F5和F6差异显著，较F1提高18.86%.

表12 施肥量对番茄利润的影响Tab.12 Effect of application rate of organic liquid fertilizer on tomato profit 单位：万元/hm2

3 讨论

株高、茎粗和叶面积能够直接反映植株的生长状况，良好的长势能够促进植株的生殖生长，有助于提高果实产量和果实品质［17-18］. 本研究结果表明适宜的施肥量能够显著提高株高、茎粗和叶面积，其中株高、叶面积对施肥量的反应表现较茎粗更加明显；施肥能显著提升番茄株高和叶面积，但过高的施肥量会使番茄株高和叶面积下降，与前人研究结果相似，茎粗随着施肥量的增加也在逐渐增加，但提升较为缓慢，对施肥量的反应较小. 高金虎等［19］研究发现水肥耦合对茎粗的影响大于只改变施肥量，在相同灌水条件下，提高施肥量茎粗有显著提升但提升较为平缓，与本研究结果相似.

产量是番茄等经济作物的一个重要指标，适宜施肥量能促进植株生长和光合作用，从而提高作物产量［20］.本研究中番茄单果质量、单株产量和总产量随着施肥量的增加呈现先上升后降低的趋势，施肥较不施肥差异显著，且在F4时均达到最大值，研究认为植株长势一定程度上影响养分吸收及干物质累积从而决定了产量，且株高和叶面积对番茄产量的影响大于茎粗. 杜金伟等［21］研究表明羊粪厌氧堆肥提取液对番茄株高、叶面积的提升作用较为明显，且此时产量也最高，与本文研究结果相似.

N、P、K是番茄生长发育过程中的必要的营养物质，蛋白质等多种物质的组成均与氮素有关，磷素和钾素会影响番茄的糖代谢和光合作用［22-23］；本研究中番茄根部、茎叶和果实N、P、K含量及其累积量基本随着施肥量的增加呈现出先升高后降低的趋势，其峰值多分布在F3；史亮亮等［24］研究表明，番茄各器官中N、P、K含量基本随着氮素投入量增加先增加后降低，与本研究结果相似，但本研究中茎叶、果实氮累积量所占植株比例较其有所不同，这可能是番茄品种不同所带来的差异；结合各部位干重从整株N、P、K累积量来看，F3处理N、P、K累积量最高，但茎叶中N、P累积量占比明显高于其他处理，存在植株过度生长的情况，可能这是导致F3处理产量没有特别优于F4的关键所在.

维生素C、可溶性蛋白、硝酸盐和番茄红素的含量是评价番茄品质的重要指标，本研究中维生素C含量随着施肥量的增加呈现先上升后降低的趋势，F3处理维生素C含量最高，这可能是植株体内亚硝酸盐含量随施肥量的增加而增加，而维生素C会和亚硝酸盐反应，从而降低了维生素C的含量［25-26］. 孟鑫等［27］研究结果表明，随着营养液浓度的增加，可溶性蛋白和番茄红素含量呈现出先升后降的趋势；本研究中可溶性蛋白和番茄红素的含量基本随着施肥量的增加也在增加，F5可溶性蛋白含量最高，F6番茄红素含量最高，但增加的幅度越来越小，可溶性蛋白质的含量在F6即最高施肥量时，还出现了下降的趋势，根据前人研究结果，若继续提高施肥量，也可能会出现其含量下降的情况［28］. 番茄果实在生长过程中易累积硝酸盐，不合理的施肥会使硝酸盐含量超标，影响食用安全［27］，本研究中硝酸盐含量高肥与不施肥处理相比无显著差异，但硝酸盐含量施肥均小于不施肥，F2含量最低，张新建等［29］研究表明，适宜的有机肥用量能显著降低番茄中的硝酸盐含量，改善果实品质，与本研究结果相似.

可溶性糖、可滴定酸等是番茄风味研究的主要指标，其含量的多少决定了番茄的口感风味［30］. 本研究发现，番茄中可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸的含量以及糖酸比均随着施肥量的增加呈现出先升高后降低的趋势，F5可溶性固形物含量最高，F3可溶性糖含量最高；蔡东升等［31］研究表明，随着营养液供应量的增加，番茄可溶性固形物、可溶性总糖、还原糖和糖酸比呈现先升高后降低的趋势，与本研究相似；本研究表明适当的施肥量能够明显提升番茄的风味口感，但施肥量过高会使番茄口味变差，其中F3处理可溶性糖含量最高，但其可滴定酸含量也是最高，导致糖酸比的结果不够优异，前人研究表明，这可能是植株缺钙导致酸味物质累积过多造成的［32］，可以在实际生产中增施钙肥来进行改善.

番茄作为一种经济作物，利润也是一项重要指标. 本研究发现，果实产值随施肥量增加呈现出先升高后降低的趋势，但中高肥处理间果实产值无明显差异，结合肥料投入后高肥处理利润明显下降，在F4时，达到最高产量和最高经济效应.